CN103359827B

CN103359827B - 一种mbr反应器自养脱氮工艺的快速启动方法及利用其同步去除生活污水中碳氮的方法

Info

Publication number: CN103359827B
Application number: CN201310352571.7A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 张肖静; 李冬; 孟令威; 程庆锋
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: CN103359827A

Abstract

一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法及利用其同步去除生活污水中碳氮的方法，它属于污水处理领域，本发明是要解决现有的自养脱氮工艺启动时间长的技术问题。启动方法：MBR反应器内接种普通活性污泥，在限氧条件下，逐渐缩短水力停留时间，富集好氧氨氧化菌；之后进一步降低DO及HRT，诱导富集厌氧氨氧化菌，完成启动；在室温条件下利用城市污水厂普通活性污泥经66天即可启动。同步去除生活污水中碳氮的方法为：加大曝气量，增大HRT，逐步引入生活污水，实现生活污水中碳氮的同步去除。本法的COD去除率达到80%以上，同时总氮去除负荷达到0.9kg/m³/d以上，该自养脱氮方法可用于在生活污水处理领域。

Description

一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法及利用其同步去除生活污水中碳氮的方法

技术领域

本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及基于常温MBR自养脱氮工艺的生活污水同步去除碳氮的方法。

背景技术

自养脱氮工艺是一种新型生物脱氮工艺，可在单一反应器内完成脱氮，无需外加碳源，节省曝气，是目前最经济有效的脱氮途径之一。然而，自养脱氮工艺中的功能微生物好氧氨氧化细菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（anammox）均属于自养菌，生长缓慢难以富集，从而导致反应器启动时间长，总氮去除负荷低，例如北京工业大学硕士论文《高温高氨氮CANON工艺研究及应用初探》，反应器启动时间长达114天。MBR反应器可以将微生物截留在反应器内，在一定程度上解决自养菌生长缓慢的难题。

自养脱氮工艺一般应用于高温高氨氮废水的处理，对于常温生活污水目前还无成功实例。然而，环保部公布的《2012年中国环境状况公报》显示，生活污水中的COD和氨氮占据了全部废水排放量的一半以上，因此，生活污水中碳氮的去除成为亟待解决的问题。将MBR自养脱氮工艺应用于生活污水的处理，可以在消耗较低能源及基建费用的条件下同时去除COD和氨氮，有效降低城市污水厂处理负荷，改善出水水质，目前尚无该方面的报导。

发明内容

本发明是要解决现有的自养脱氮工艺启动时间长的技术问题，而提供一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法，进而提供利用已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法。

本发明的一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法按以下步骤进行：

一、将人工配水通入MBR反应器内，然后将普通活性污泥接种于MBR反应器内，接种后反应器内普通活性污泥浓度为3.5～4.5g/L；其中人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，人工配水的温度为23～27℃；

二、在MBR反应器内溶解氧浓度（DO）为0.2～0.4mg/L的条件下运行,首先控制水力停留时间（HRT）为8～8.5h运行5～6天，接着将水力停留时间（HRT）降至5～5.5h运行10～15天，再将水力停留时间（HRT）降至3～3.5h运行，同时检测出水的亚氮积累率，当出水的亚氮积累率达到99%时开始计起，再运行15天，完成好氧氨氧化菌（AOB）的富集；

三、在MBR反应器内溶解氧浓度（DO）为0.1mg/L≤DO＜0.2mg/L的条件下继续运行，水力停留时间为1.8～2.2h，同时检测膜生物反应器的总氮去除负荷，当总氮去除负荷达到0.1kg/m³/d时，完成厌氧氨氧化菌（anammox）的富集，即MBR反应器的自养脱氮工艺启动成功。

步骤一中所述的普通活性污泥中主要含有氨氧化菌、硝化菌、反硝化菌和异养菌；

步骤二中所述的亚氮积累率的定义为：亚氮积累率（%）=亚氮×100/（亚氮+硝氮）；

步骤三中所述的总氮去除负荷的定义为：总氮去除负荷=（进水总氮－出水总氮）×进水流量×24/（反应器体积×1000）；其中进水总氮的单位为mg/L；出水总氮的单位为mg/L；进水流量的单位为L/h；反应器体积的单位为L；24表示的意义为一天24个小时；

利用本发明的方法，以城市污水厂普通污泥为种泥，普通活性污泥来源广泛，易于获取，无需加热，在室温条件下，MBR反应器的自养脱氮工艺经66天即可快速启动，速度快而且节约能源。

利用上述已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法按以下步骤进行：

一、在已经启动自养脱氮的MBR反应器的人工配水中加入生活污水作为进水，其中生活污水占进水的体积百分比为20%～30%，在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行8～10天；

二、将生活污水占进水的体积百分比提高为45%～55%，继续在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行8～10天；

三、将生活污水作为MBR反应器的全部进水，在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行，完成生活污水的处理。

其中步骤一中所述的其中人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，人工配水的温度为23～27℃，接近拟处理的生活污水氨氮浓度。

本发明将自养脱氮工艺应用于实际生活污水的处理，解决了自养脱氮工艺难以处理常温低氨氮废水的难题，本方法在常温下通过调节DO及HRT启动自养脱氮工艺，无需改变进水水质，适宜于实际工程的应用。利用本方法处理的生活污水，其COD去除率达到80%以上，同时总氮去除负荷达到0.9kg/m³/d以上，成功实现生活污水中碳氮的同步去除。此外，本发明将MBR反应器应用在全程自养脱氮工艺的研究上，解决了自养污泥生长缓慢，处理负荷低的难题，同时反应器最终的总氮去除负荷达到0.94kg/m³/d，这个在同类反应器中算是比较高的，促进了自养脱氮工艺在生活污水方面的应用。

附图说明

图1是试验1中MBR反应器示意图，图中1为水箱，2为水泵，3为曝气池，4为真空泵，5为气泵，6为气体流量计，7为搅拌器控制器，8为在线溶解氧测定仪，9为在线pH监测仪器，3-1为膜组件，3-2为水浴套，3-3为曝气环，3-4为排泥口；

图2是试验1中MBR反应器自养脱氮工艺快速启动阶段的运行效果图，图中曲线a为进水氨氮随时间变化关系曲线，曲线b为亚氮积累率随时间变化关系曲线，曲线c为总氮去除负荷随时间变化关系曲线，曲线d为水力停留时间（HRT）随时间变化关系曲线；

图3是试验1中MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的运行效果图，曲线e为进水氨氮随时间变化关系曲线；曲线f为总氮去除负荷随时间变化关系曲线；曲线g为COD去除率随时间变化关系曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法按以下步骤进行：

三、在MBR反应器内溶解氧浓度为0.1mg/L≤DO＜0.2mg/L的条件下继续运行，水力停留时间为1.8～2.2h，同时检测反应器的总氮去除负荷，当总氮去除负荷达到0.1kg/m³/d时,完成厌氧氨氧化菌（anammox）的富集，即MBR反应器的自养脱氮工艺启动成功。

利用本发明的方法，以普通污泥为种泥，普通活性污泥来源广泛，易于获取，无需加热，在室温条件下，MBR反应器的自养脱氮工艺经66天即可快速启动，速度快而且节约能源。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的普通活性污泥中含有氨氧化菌、硝化菌、反硝化菌和异养菌；其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：（参见图1）本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中所述的MBR反应器由水箱1、水泵2、曝气池3、真空泵4、气泵5、气体流量计6、搅拌器7、在线溶解氧测定仪8、在线pH监测仪器9组成，曝气池3的外壁设置水浴套3-2，膜组件3-1设置在曝气池3内、曝气池3的底部设置有曝气环3-3，在曝气池3的侧壁下部设置有排泥口3-4；水箱1通过水泵2与曝气池3连通，真空泵4与膜组件3-1连通，气泵5与曝气环3-3连接，在气泵5与曝气环3-3之间的管路上设置气体流量计6，搅拌器7的搅拌桨、在线溶解氧测定仪8的探测头、在线pH监测仪器9的探测头均设置在曝气池3内。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：利用具体实施方式一已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法按以下步骤进行：

一、在已经启动自养脱氮的MBR反应器的人工配水中加入生活污水作为进水，其中生活污水占进水的体积百分比为20%～30%，在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行8～10天；其中人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，人工配水的温度为23～27℃；

二、将生活污水占进水的体积百分比提高为50%～60%，继续在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行8～10天；

本实施方式将自养脱氮工艺应用于实际生活污水的处理，解决了自养脱氮工艺难以处理常温低氨氮废水的难题，本方法在常温下通过调节DO及HRT启动自养脱氮工艺，无需改变进水水质，适宜于实际工程的应用。利用本方法处理的生活污水，其COD去除率达到80%以上，同时总氮去除负荷达到0.9kg/m³/d以上，成功实现生活污水中碳氮的同步去除。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中所述的人工配水的氨氮浓度为90mg/L。其它与具体实施方式四相同。

本实施方式中配水的氨氮浓度在80～95mg/L的范围内，本范围内的配水的氨氮浓度接近拟处理的生活污水氨氮浓度。这样设置的目的是为了使微生物提前适应相同的氮基质，在接入生活污水后能够保证微生物的活性在最大限度上不因基质浓度的改变而受到抑制。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中所述的人工配水的氨氮浓度为93mg/L。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是步骤一中生活污水占进水的体积百分比为25%。其它与具体实施方式四至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是步骤二中将生活污水占进水的体积百分比提高为55%。其它与具体实施方式四至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是步骤三中的运行条件为：温度为25～27℃、pH为7.3～7.5、DO为0.35～0.45mg/L、水力停留时间为2.7～2.9h。其它与具体实施方式四至八之一相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

试验1：本试验采用的MBR反应器如图1所示，该MBR反应器由水箱1、水泵2、曝气池3、真空泵4、气泵5、气体流量计6、搅拌器7、在线溶解氧测定仪8、在线pH监测仪器9组成，曝气池3的外壁设置水浴套3-2，膜组件3-1设置在曝气池3内、曝气池3的底部设置有曝气环3-3，在曝气池3的侧壁下部设置有排泥口3-4；水箱1通过水泵2与曝气池3连通，真空泵4与膜组件3-1连通，气泵5与曝气环3-3连接，在气泵5与曝气环3-3之间的管路上设置气体流量计6，搅拌器7的搅拌桨、在线溶解氧测定仪8的探测头、在线pH监测仪器9的探测头均设置在曝气池3内。

本试验的反应器有效体积是5L。

利用上述的MBR反应器的自养脱氮工艺的快速启动方法按以下步骤进行：

一、将人工配水通入MBR反应器内，然后将普通活性污泥接种于MBR反应器内，接种后反应器内普通活性污泥浓度为3.5～4.5g/L；其中人工配水由(NH₄)₂SO₄、NaHCO₃、CaCl₂、MgSO₄·H₂O和KH₂PO₄配置而成，不含有机碳源，人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，其实时情况如附图2中的进水氨氮随时间变化关系曲线如图2的曲线a所示，人工配水的温度为24℃；

二、首先在MBR反应器内溶解氧浓度（DO）为0.4mg/L的条件下运行,控制水力停留时间（HRT）由8.5h运行5天后，将水力停留时间（HRT）降至5h运行14天，再将水力停留时间降至3.5h运行，同时检测出水的亚氮积累率，从出水的亚氮积累率达到99%时计起，再运行15天，完成好氧氨氧化菌（AOB）的富集；该阶段亚氮积累率随时间变化关系如图2曲线b所示；

三、在MBR反应器内溶解氧浓度为0.2mg/L的条件下继续运行，水力停留时间为2h，同时检测膜生物反应器的总氮去除负荷，在第66天总氮去除负荷达到0.1kg/m³/d，认为anammox得到富集，MBR反应器的自养脱氮工艺启动成功。

步骤一中所述的普通活性污泥中主要含有的菌为氨氧化菌、硝化菌、反硝化菌和异养菌，取自北京市高碑店污水处理厂；

在本试验中，第66天之后总氮去除负荷稳步上升，并能够保持稳定运行30天以上，同时可见反应器内活性污泥由棕黑色经由黄色逐渐转变为红棕色，在运行100天后，总氮去除负荷达到0.95kg/m³/d，在本阶段最终总氮去除负荷达到1.0kg/m³/d，该阶段总氮去除负荷随时间变化关系曲线c如图2所示。将该运行100天后的膜生物反应器（MBR）做为以下同步去除生活污水中碳氮的方法中已经启动的MBR自养脱氮反应器来使用。

利用上述已经启动自养脱氮的MBR反应器的同步去除生活污水中碳氮的方法按以下步骤进行：

一、在已经启动自养脱氮的MBR反应器的人工配水中加入生活污水作为进水，其中生活污水占进水的体积百分比为25%，在温度为26℃、pH为7.6、DO为0.3mg/L、水力停留时间为2.5h的条件下运行10天；其中人工配水由(NH₄)₂SO₄、NaHCO₃、CaCl₂、MgSO₄·H₂O和KH₂PO₄配置而成，不含有机碳源，人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，人工配水的温度为24℃；

二、将生活污水占进水的体积百分比提高为50%，继续在温度为26℃、pH为7.4、DO为0.4mg/L、水力停留时间为2.8h的条件下运行10天；

三、将生活污水作为MBR反应器的全部进水，在温度为26℃、pH为7.2、DO为0.5mg/L、水力停留时间为3.0h的条件下运行，完成生活污水的处理。

本试验生活污水的处理过程中的进水氨氮、总氮去除负荷及COD去除率随时间变化关系曲线如图3的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的运行效果图所示，其中曲线e为进水氨氮随时间变化关系曲线；曲线f为总氮去除负荷随时间变化关系曲线；曲线g为COD去除率随时间变化关系曲线。

其中COD去除率（%）=（进水COD－出水COD）×100/进水COD;

总氮去除负荷=（进水总氮－出水总氮）×进水流量×24/（反应器体积×1000）。

从图3中可以看出，在运行一周后，总氮去除负荷逐渐回升，COD去除率逐渐增加，当反应器进水中生活污水比例达到100%，运行25天后，COD去除率和总氮去除负荷分别达到80%和0.9kg/m³/d以上，认为成功实现生活污水中碳氮的同步去除，同时反应器内污泥由棕红色逐渐变黑，标志着异养菌的富集，异养菌、AOB和anammox协同作用，完成氨氮和COD的去除，MBR自养脱氮工艺成功应用于生活污水中碳氮的同步去除。在该阶段，总氮去除负荷最终达到0.96kg/m³/d以上，COD去除率达到80%以上。

Claims

1.一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、将人工配水通入MBR反应器内，然后将普通活性污泥接种于MBR反应器内，接种后反应器内普通活性污泥浓度为3.5～4.5g/L；其中人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，人工配水的温度为23～27℃；其中所述的普通活性污泥中含有氨氧化菌、硝化菌、反硝化菌和异养菌；

二、在MBR反应器内溶解氧浓度为0.2～0.4mg/L的条件下运行,首先控制水力停留时间为8～8.5h运行5～6天，接着将水力停留时间降至5～5.5h运行10～15天，再将水力停留时间降至3～3.5h运行，同时检测出水的亚氮积累率，当出水的亚氮积累率达到99％时开始计起，再运行15天，完成好氧氨氧化菌的富集；

三、在MBR反应器内溶解氧浓度为0.1mg/L≤DO＜0.2mg/L的条件下继续运行，水力停留时间为1.8～2.2h，同时检测反应器的总氮去除负荷，当总氮去除负荷达到0.1kg/m³/d时，完成厌氧氨氧化菌的富集，即MBR反应器的自养脱氮工艺启动成功。

2.根据权利要求1所述的一种MBR反应器自养脱氮工艺的快速启动方法，其特征在于步骤一中所述的MBR反应器由水箱(1)、水泵(2)、曝气池(3)、真空泵(4)、气泵(5)、气体流量计(6)、搅拌器(7)、在线溶解氧测定仪(8)、在线pH监测仪器(9)组成，曝气池(3)的外壁设置水浴套(3-2)，膜组件(3-1)设置在曝气池(3)内、曝气池(3)的底部设置有曝气环(3-3)，在曝气池(3)的侧壁下部设置有排泥口(3-4)；水箱(1)通过水泵(2)与曝气池(3)连通，真空泵(4)与膜组件(3-1)连通，气泵(5)与曝气环(3-3)连接，在气泵(5)与曝气环(3-3)之间的管路上设置气体流量计(6)，搅拌器(7)的搅拌桨、在线溶解氧测定仪(8)的探测头、在线pH监测仪器(9)的探测头均设置在曝气池(3)内。

3.利用权利要求1已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、在权利要求1已经启动自养脱氮的MBR反应器的人工配水中加入生活污水作为进水，其中生活污水占进水的体积百分比为20％～30％，在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行8～10天；其中人工配水中氨氮浓度为80～95mg/L，pH为7.5～8.0，人工配水的温度为23～27℃；

二、将生活污水占进水的体积百分比提高为45％～55％，继续在温度为24～28℃、pH为7.2～7.6、DO为0.3～0.5mg/L、水力停留时间为2.5～3.0h的条件下运行8～10天；

4.根据权利要求3利用已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法，其特征在于步骤一中所述的配水的氨氮浓度为90mg/L。

5.根据权利要求3利用已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法，其特征在于步骤一中所述的配水的氨氮浓度为93mg/L。

6.根据权利要求3、4或5利用已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法，其特征在于步骤一中生活污水占进水的体积百分比为25％。

7.根据权利要求3、4或5利用已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法，其特征在于步骤二中将生活污水占进水的体积百分比提高为50％。

8.根据权利要求3、4或5利用已经启动自养脱氮的MBR反应器同步去除生活污水中碳氮的方法，其特征在于步骤三中的运行条件为：温度为25～27℃、pH为7.3～7.5、DO为0.35～0.45mg/L、水力停留时间为2.7～2.9h。