CN103224289B - 一种生物滤池全程自养脱氮工艺的扩大启动方法 - Google Patents

Abstract

一种生物滤池全程自养脱氮工艺的扩大启动方法属于废水自养脱氮领域。其步骤为：首先接种少量全程自养工艺生物滤池的成熟滤料，采用扩大启动的方法，先厌氧培养富集厌氧氨氧化菌，然后限氧，培养好氧氨氧化菌且使厌氧氨氧化菌适应有氧环境，最后好氧曝气实现全程自养脱氮工艺的启动。由于全程自养工艺污泥中本来就含有好氧氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，在限氧培养好氧氨氧化细菌时，就无需再接种好氧氨氧化细菌了，省去了接种外来氨氧化菌的适应期。厌氧培养期结束后，只需较短的限氧时间就可以较快的启动全程自养反应器。本发明解决了全程自养脱氮反应器启动难，历时长等问题，提供了一种生物滤池全程自养脱氮工艺的扩大启动方法。

Description

一种生物滤池全程自养脱氮工艺的扩大启动方法

技术领域

本发明属于废水自养脱氮领域。具体涉及生物滤池全程自养脱氮工艺的启动方法。

背景技术

上世纪末，人们在氮负荷很高且较低溶解氧的废水处理系统中发现有大量的NH₄ ⁺-N不是以传统硝化反硝化的途径脱除，结合Anammox脱氮途径的发现，人们推测处理构筑物中可能存在氨氧化细菌和Anammox菌的共存现象。

1999年，Third等首先提出了CANON(completely autotrophicnitrogen removal over nitrite)工艺，即单级全程生物膜自养氨氧化工艺。在这一新型脱氮工艺中，氨氧化细菌细菌与Anammox菌在同一个反应器中共存，二者协同作用，位于填料或污泥絮体外层的氨氧化细菌，先以氧气作电子受体，将NH₄ ⁺-N氧化为NO₂ ^--N；通过传质作用，位于填料或污泥絮体内层的Anammox菌，以亚硝酸细菌产生的NO₂ ^--N作电子受体，与剩余的NH₄ ⁺-N共同转化为N₂而释出，并产生少量的NO₃ ^--N。

CANON工艺因全程自养无需外加有机碳源，且氨氧化停留在亚硝酸盐阶段可节约曝气，是新型理想的脱氮工艺。该工艺可应用于处理低碳氮比的污泥消化上清液、垃圾渗滤液等工业废水。研究表明，厌氧氨氧化菌的生长速率较低（μ=0.0027h^-1），世代周期较长（10.6d）且厌氧氨氧化活性需要在厌氧氨氧化菌细胞浓度>10¹⁰～10¹¹个/mL时才能显现出来。因此，如何快速富集厌氧氨氧化菌，启动CANON工艺成为限制工艺应用的一大瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过接种少量CANON工艺生物滤池成熟滤料，扩大启动CANON工艺生物滤池的快速启动方法。

本发明提供一种生物滤池全程自养脱氮工艺的扩大启动方法，包括如下内容：

（1）接种生物滤池CANON工艺的生物膜，将含有生物膜的熟滤料与生滤料混合，采用扩大启动的方法，放大比例为1:10～1:40，即熟滤料与生滤料的体积比为1:9～1:39；

启动分为四个阶段，启动过程的温度用水浴加热控制在25～35℃；反应器进水pH值在7.69～8.49之间；

（2）阶段I为厌氧挂膜期，控制进水氨氮浓度为280～340mg/L，亚硝酸盐氮浓度为360～440mg/L，水力停留时间10～23h；当出水浊度小于20NTU，继续维持运行20～40d；

（3）阶段II为厌氧培养期，控制进水氨氮浓度为180～240mg/L，亚硝酸盐氮浓度为230～310mg/L，水力停留时间8～10h；当总氮去除率达到50%以上，继续维持运行20～40d；

（4）阶段III为限氧培养期，进水中的氨氮浓度为280～340mg/L，亚硝酸盐氮浓度为90～120mg/L，水力停留时间为6～8h，曝气强度为0.3～0.6L/min；当总氮去除率达到70%以上，继续维持运行7～14d；

（5）阶段IV为好氧培养期，进水中的氨氮浓度为380～440mg/L，水力停留时间为3～5h，曝气强度为0.8～1.65L/min；当总氮的去除率达到80%以上，总氮去除负荷达到1.0kgN·m^-3·d^-1以上，标志着CANON工艺启动成功。

本发明中采用了接种CANON工艺成熟滤料扩大启动的启动方法。CANON工艺的启动，一般有两种方式：一种为好氧限氧启动，一般先接种普通硝化污泥，通过淘洗培养出氨氧化细菌，然后通过限氧或厌氧培养出厌氧氨氧化菌，最终完成CANON工艺的启动；另一种为接种厌氧氨氧化污泥，先厌氧培养，使厌氧氨氧化菌快速增殖，然后再曝气限氧培养氨氧化菌，同样也完成了启动。本发明的启动方式虽然也是先厌氧后限氧，但是由于CANON污泥中本来就含有氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，且进水中一直含有溶解氧，使得反应器内在厌氧期里也会存在氨氧化细菌。在限氧培养氨氧化细菌时，就无需再接种氨氧化细菌了，而且由于氨氧化细菌一直存在于反应器内，无需接种，省去了接种外来氨氧化菌的适应期。厌氧培养期结束后，只需较短的限氧时间就可以较快的启动CANON反应器。启动成功后的CANON反应器处理效果也比较稳定，微生物分布也相对均匀。

附图说明

图1是本发明中具体实例的生物滤池试验装置示意图，其中1为进水泵，2为空气泵，3为承托层，4为滤料层，5为取样口，6为取料口，7为pH/DO探头，8为加热棒。

图2是本发明中具体实例的进出水氨氮的变化图

图3是本发明中具体实例的进出水亚氮的变化图

图4是本发明中具体实例的进出水硝氮的变化图

图5是本发明中具体实例的进出水总氮的变化图

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例：

本发明反应器为有机玻璃柱加工而成，内径250mm，总高度1300mm，底部设有20mm的河卵石承托层，其中安放有盘式膜曝气装置，反应区总体积40L。本试验选用火山岩作为滤料，其内外平均孔隙率为80%，粒径介于4.0～6.0mm，表观密度1.60～1.80kg/m³，堆积密度0.7～0.9kg/m³。滤料装填高度为900mm，填料的填充率为100%，初始有效容积21L。反应器采用上向流的进水方式，原水和曝气由底部进入，出水由上部出水口流出。试验期间，利用包裹在反应区外的套筒的水浴加热控制反应器温度，由转子流量计控制其曝气量。滤柱上方设有在线pH、DO数据采集系统，检测反应器的出水pH、温度及DO值。

本发明接种2L实验室原有的覆盖有CANON生物膜的火山岩滤料，将这些熟滤料和未挂膜的火山岩生滤料充分混合，填满反应器的40L反应区，放大比例1:20。反应器的温度用水浴加热控制在30℃±2℃。反应器进水pH值在7.69～8.49之间。试验用水采用人工配水，以自来水中添加适量的(NH₄)₂SO₄、NaNO₂、NaHCO₃与KH₂PO₄配置而成，且不含有机碳源，每个阶段因需要采用不同的配水方案见表1。

表1反应器启动阶段平均水质及运行工况

具体启动过程如下：

（1）阶段I，第1～55天，为厌氧挂膜期。进水氨氮和亚硝酸盐氮比例为1:1.3，进水氨氮浓度为280～340mg/L，亚硝酸盐氮浓度为360～440mg/L，此时进水总氮平均浓度为736mg/L，该阶段为厌氧培养阶段，第1-9天水力停留时间时间为14小时，总氮去除率约为40%，说明接种的厌氧氨氧化菌活性较好。因为剩余氨氮亚氮还较多，且出水中有部分污泥流失，故在第10-15天降低进水流量，延长水力停留时间到23小时。但是水力停留时间过长，不利于整个反应器微生物与外部进水的物质交换，容易形成反应器顶部厌氧氨氧化菌基质缺乏，不利于整个反应器厌氧氨氧化菌的增殖。从第16天起调节进水流量，把水力停留时间控制为10小时，此时出水浊度降低为18.6NTU，继续维持运行39天，大致为厌氧氨氧化菌的4个世代周期。

（2）阶段II，第56～91天，为厌氧培养期。由于过高浓度的氮素剩余会抑制微生物的生长，对微生物有毒害作用，因此降低氮素进水浓度，继续厌氧培养。进水氨氮浓度和亚硝酸盐氮浓度比例为1:1.3，进水氨氮浓度为180～240mg/L，亚硝酸盐氮浓度为230～310mg/L，总氮浓度为450～550mg/L，水力停留时间为9小时。从第59天开始反应器总氮去除率达到63.04%，继续维持厌氧培养32天，大致为厌氧氨氧化菌的3个世代周期。

（3）阶段III，第92～108天，为限氧培养期。少量曝气培养好氧氨氧化细菌，因为好氧氨氧化细菌的世代周期比较短，故这一阶段的历时时间为16天。进水中的氨氮浓度为280～340mg/L，亚硝酸盐氮浓度为90～120mg/L，水力停留时间为6～8h，曝气强度为0.3～0.6L/min。从第97天，反应器的氨氮去除率为99.6%，总氮去除率为68.7%。在五天时间内，氨氮去除率就可以到达较高水平，而由于CANON污泥本身就包括这两种细菌，在厌氧培养期，反应器中还是会有部分好氧氨氧化细菌，这样可以避免培养好氧氨氧化细菌时接种硝化污泥所需的适应和淘洗时间，能够缩短CANON反应器的启动时间。第99天，反应器的总氮去除率为70.20%，继续维持运行10天。

（4）阶段IV，第109-114天，为好氧培养期。进水中的氨氮浓度为380～440mg/L，水力停留时间为3～5h，曝气强度为0.8～1.65L/min。由于阶段III较好的氨氮去除率，反应器从第109天起进水不再投加亚硝酸盐氮，即完全氨氮进水，氨氮平均浓度为396mg/L，反应器的水力停留时间为4小时。在经历了两天的适应期后，反应器的氨氮去除率为98.6%，总氮去除率81.4%，总氮去除负荷为0.904kgN·m^-3·d^-1。在第114天总氮去除率83.25%，总氮负荷达到1.10kgN·m^-3·d^-1，且好氧曝气后基本无亚氮的积累，硝氮的产生量也有下降；反应器在启动后期呈现厌氧氨氧化菌的红色，这些都标志着CANON反应器启动成功。在启动成功后，反应器稳定运行80d以上，总氮平均去除率为80.40%，总氮平均去除负荷为2.21kgN·m^-3·d^-1，总氮最大去除负荷为3.11kgN·m^-3·d^-1。

表2不同CANON反应器的启动对比

表2为不同研究中CANON工艺的启动情况，本发明中反应器采用接种CANON污泥的方法，历时114天成功启动了CANON工艺，且接种体积只为总体积的5%，证明了逐级放大启动的方法可实现生物滤池全程自养脱氮工艺的快速启动。

Claims (1)

1.一种生物滤池全程自养脱氮工艺的扩大启动方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）接种生物滤池CANON工艺的生物膜，将含有生物膜的熟滤料与生滤料混合，采用扩大启动的方法，放大比例为1:10～1:40，即熟滤料与生滤料的体积比为1:9～1:39；

启动分为四个阶段，启动过程的温度用水浴加热控制在25～35℃；反应器进水pH值在7.69～8.49之间；

（2）阶段I为厌氧挂膜期，控制进水氨氮浓度为280～340mg/L，亚硝酸盐氮浓度为360～440mg/L，水力停留时间10～23h；当出水浊度小于20NTU，继续维持运行20～40d；

（3）阶段II为厌氧培养期，控制进水氨氮浓度为180～240mg/L，亚硝酸盐氮浓度为230～310mg/L，水力停留时间8～10h；当总氮去除率达到50%以上，继续维持运行20～40d；

（4）阶段III为限氧培养期，进水中的氨氮浓度为280～340mg/L，亚硝酸盐氮浓度为90～120mg/L，水力停留时间为6～8h，曝气强度为0.3～0.6L/min；当总氮去除率达到70%以上，继续维持运行7～14d；

（5）阶段IV为好氧培养期，进水中的氨氮浓度为380～440mg/L，水力停留时间为3～5h，曝气强度为0.8～1.65L/min；当总氮的去除率达到80%以上，总氮去除负荷达到1.0kgN·m^-3·d^-1以上，标志着CANON工艺启动成功。

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