CN103539263B

CN103539263B - 一种全程自养脱氮工艺颗粒污泥培养的快速启动方法

Info

Publication number: CN103539263B
Application number: CN201310503508.9A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 苏庆岭; 吴青; 梁瑜海; 张肖静; 杨胤; 张翠丹; 范丹; 张玉龙; 周元正; 门绚; 何永平; 曾辉平; 张�杰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2033-10-14
Also published as: CN103539263A

Abstract

一种全程自养脱氮工艺颗粒污泥培养的快速启动方法属于城市污水处理与资源化领域。在一个序批式反应器内启动全程自养脱氮（CANON）工艺，其步骤为：首先接种部分CANON生物滤柱反冲洗污泥，并在限制供氧的条件下，进行CANON颗粒污泥的培养；曝气不仅可以提供需要的溶解氧，还提供形成颗粒所必需的水力剪切力。本发明解决了长期以来CANON工艺在生物滤柱上实现运行时存在的容易堵塞等多种问题，并且能在较快的时间内启动方式，为CANON工艺应用于中高浓度氨氮模拟废水方面提供新的思路。

Description

一种全程自养脱氮工艺颗粒污泥培养的快速启动方法

技术领域

本发明属于城市生活污水处理与再生领域。具体涉及专用于中高氨氮水平下全程自养脱氮（CANON）工艺颗粒污泥培养的快速启动方法。

背景技术

随着经济社会的发展，人为排放污水量急剧增加，水体污染现象越来越严重，氮素污染是其中主要的危害，使水体富营养化进而对人类造成严重危害。目前，针对于污水中氮素的去除，城市污水处理厂多采用传统硝化反硝化的脱氮工艺，如厌氧-缺氧-好氧的A²/O工艺等。但基于传统硝化反硝化工艺存在诸多弊端，例如需要外加大量有机碳源，产生大量污泥和温室气体造成二次污染，消耗大量的碱度和能源，基建成本较高，并且越来越难以达到日益苛刻的城市污水排放标准。

基于上述问题，上世纪九十年代发展起来的CANON(completely autotrophicnitrogen removal over nitrite)工艺,以其独特的脱氮方式成为科学家研究的热点。CANON工艺是亚硝化和厌氧氨氧化的耦合，进行亚硝化反应的亚硝化菌（AOB）和进行厌氧氨氧化的厌氧氨氧化菌（Anammox）单级反应器内可以通过耦合作用达到直接去除氨氮的目的，在氧气存在的条件下，AOB以氨氮为电子供体，O₂为电子受体，将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，Anammox菌是一种厌氧自养菌，在厌氧的情况下利用NO₂ ^-将剩余的NH₄ ⁺-N直接转化为N₂，同时生成少量硝酸盐氮。由于CANON工艺中的两种菌都是自养细菌，所以无需外加有机碳源，产生少量污泥和N₂，不会造成二次污染。而氨氮只需要部分氧化为亚硝酸盐氮，不存在全程硝化以及反硝化过程，因此也可以节约大量的曝气以及无机碳源。理论上总氮去除率可以达到80%以上，是高效节能脱氮工艺的理想选择。目前，CANON工艺生物滤柱技术发展较为成熟，但是填料的存在不可避免的会出现堵塞的问题，从而大大降低处理效果，甚至导致整个系统崩溃。

因此，针对生物滤柱易堵塞的问题，如何解决这个问题使该工艺能够长期稳定运行，对于CANON工艺的进一步应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在中高氨氮浓度水质条件下快速培养富集全程自养脱氮颗粒污泥的方法。为达到上述技术效果，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全程自养脱氮工艺颗粒污泥培养的快速启动方法，采用SBR反应器，周期运行，其特征在于：包括如下步骤：

1）首先接种污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为CANON生物滤柱反冲洗出的絮状污泥，污泥粒径100-150nm，接种污泥浓度为2-3g/L；

2）在连续曝气的条件下，反应器快速启动的具体方法为：第I阶段：进水，采用人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为250-340mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为0-8mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1400-2000mg/L，pH为7.5-8.3；第II阶段：反应，温度为28-32℃，曝气提供上升流速和溶解氧，溶解氧DO为0.15-0.45mg/L，初始上升流速为93.59cm/h，当总氮去除率达到60%以上稳定3-4天时在下一周期以25-35cm/h提高上升流速，直到280.77cm/h；初始水力停留时间HRT为22h，当总氮去除率达到65%-75%且稳定5-8天，在下一周期降低HRT3-7h，最终HRT为12h；第III阶段：沉淀：控制初始沉降时间15min，当泥位到排水口以下5cm处时，在下一周期沉降时间降低3-6min，最终沉降时间为5min；第IV阶段：排水，换水比50%；第V阶段：闲置：闲置时间2-10h，闲置后循环进行下一周期；

启动成功的标志：当混合液的颗粒粒径大于300nm，并且总氮去除大于60%，亚硝酸氮积累小于8mg/L时，认为自养脱氮颗粒污泥培养启动成功。

具体原理如下：

1）首先接种污泥于反应器内：正在稳定运行的自养脱氮生物滤柱由于生物量的积累，会出现堵塞，此时一般会通过反冲洗的方式解决，冲洗出的污泥接种到SBR反应器内采用序批式培养的方式培养，接种污泥浓度2-3g/L。

2）在连续曝气的条件下，反应器快速启动的具体方法为：连续曝气条件下，上升流速由93.59cm/h逐步上升到280.77cm/h，配水的氨氮质量浓度为250-340mg/L，提供适宜的碱度质量浓度以CaCO₃计为1400-2000mg/L，温度控制采用水浴加热，水力停留时间HRT根据氨氮去除效果确定，当氨氮去除率大于70%稳定5-8天，降低HRT3-7h。启动成功的标志：由于是培养颗粒污泥，所以去除效果和颗粒粒径是不可少的两个衡量指标，参考国内外文献明确颗粒形成的标志一般是平均粒径大于300nm，相对于CANON工艺来说，总氮去除率大于60%，亚硝酸氮积累小于8mg/L，认为自养脱氮颗粒污泥培养启动成功。

本发明通过培养好氧颗粒污泥的方法，克服了生物滤柱本身存在的缺陷，按照本发明的方法，经过60余天的培养，成功培养出CANON颗粒污泥，为该工艺的应用提供了新思路。当混合液的颗粒粒径大于300nm，并且总氮去除大于60%，亚硝酸氮积累小于8mg/L时，认为自养脱氮颗粒污泥培养启动成功。

本发明具有以下有益效果：

1）确立了以滤柱反冲洗污泥作为种泥启动颗粒污泥培养的可能性；

2）确立了较为完整的CANON颗粒污泥培养模式，有效的解决了生物滤柱存在的弊端。为工程实践奠定了基础；

3）确定了以曝气量作为衡量水力剪切力的控制指标，简单易行，便于操作。

4）确定了培养过程中各种水质指标的控制范围，为工程实践奠定了基础。

附图说明：

图1是本发明采用的CANON试验装置示意图。

1.进水泵；2.空气泵；3.火山岩填料；4.取样口；5.取料口

图2是采用本发明方法的反应器氨氮去除率、总氮去除率与水力停留时间变化。

图3是采用本发明方法的反应器氨氮去除负荷、总氮去除负荷与游离氨差值之间的关系。

图4是采用本发明方法的反应器进出水氨氮和曝气之间的变化关系。

图5是采用本发明方法的反应器进出水总氮和曝气之间的变化关系。

图6是采用本发明方法的反应器粒径与上升流速之间的关系。

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。

本发明解决中高氨氮污水CANON工艺颗粒污泥培养的快速启动方法，其思路为：在序批式反应器中，首先接种CANON滤柱反应器中反冲洗出的污泥，采用连续曝气并控制一定溶解氧浓度的方法，创造适于AOB和Anammox两种细菌都适宜生存的环境，构建了以AOB和Anammox为主导的微生物系统，通过曝气的大小控制上升流速，从而提供相应的水力剪切力，最终实现CANON工艺颗粒污泥培养的快速启动。

本发明反应器接种的污泥为CANON滤柱反应器中反冲洗出的污泥。由于本身就是CANON工艺，菌群做到了纯化，有利于降低试验周期，并且能提高试验成功的可能性。在培养颗粒污泥阶段，由于AOB是好氧菌而Anammox是厌氧菌，所以要控制一定的溶解氧范围使得既不抑制Anammox的活性，又使得AOB活性尽可能达到最佳，本发明采用连续曝气并控制一定溶解氧浓度的方法。开始时溶解氧要足够低，也就是体现在曝气要足够小。确保Anammox在反应器内富集并且适应，当渐渐有颗粒形成时，AOB会在颗粒的外层而Anammox会聚集在内层，从而形成外部好氧内部厌氧的环境，使得抗冲击能力得到显著提高。此后可以缩短提高溶解氧的周期，使颗粒快速生长。从反应器运行来看，采用人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为250-340mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为0-8mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1400-2000mg/L，pH为7.8-8.3，温度为28-32℃，上升流速93.59-280.77cm/h，控制沉淀时间4-15min，水力停留时间为12-22h。

各个标准对于颗粒形成的标准不一样，本发明认为颗粒形成既要有较大的粒径又要有相对好的处理效果，颗粒污泥平均粒径达到380nm，总氮去除率达到60%，达到较好的去除效果。

具体实施例：

接种CANON生物滤柱反冲洗污泥，接种污泥浓度为2.89g/L，接种总量约为3L，污泥初始粒径100-150nm。试验用水采用人工配水，以自来水中添加适量的(NH₄)₂SO₄、NaHCO₃和KH₂PO₄配置而成。

反应器采用有机玻璃柱加工而成，内径7mm，总高度1000mm，总体积3.8L，有效容积3.4L。底部设有曝气装置，由转子流量计控制曝气量大小。

具体运行如下：进水：氨氮质量浓度为250-340mg/L；磷酸盐质量浓度为5-10mg/L；碱度质量浓度（以CaCO₃计）为1400-2000mg/L。

反应：对反应器进行连续曝气，经过初始几天的适应，初始上升流速93.59cm/h，当总氮去除率达到60%以上稳定3-4天时在下一周期以25-35cm/h提高上升流速，直到280.77cm/h，开始控制溶解氧0.2mg/L，保证溶解氧不高于0.45mg/L。反应器有恒温水浴装置，设置恒温水浴水温为31℃，初始pH值为控制在8.0-8.3，水力停留时间为由22h逐步降低，以氨氮氧化率为衡量指标，当氨氮氧化70%以上且稳定5-8天以上时在下一周期降低HRT3-7h，最终HRT为12h。

沉淀：开始时沉淀时间15min，以泥位在出水口为标准，当下降到出水口以下5cm时在下一周期降低沉淀时间5min，最后降低到5min。

出水：本发明换水比50%。

静置：反应器排水完毕静置2-10h，闲置后循环进行下一周期。

以亚氮积累率小于8mg/L，并且硝氮生成量与总氮损失之比小于0.125为衡量曝气量是否合适的标准，在运行控制条件下，反应器有明显的氨氮去除现象，总氮去除率达到70%，氨氮去除负荷达到0.53kg/(m³·d)以上，颗粒粒径增长到380nm，历时68d。

Claims

1.一种全程自养脱氮工艺颗粒污泥培养的快速启动方法，采用SBR反应器，周期运行，其特征在于：包括如下步骤：

1)首先接种污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为CANON生物滤柱反冲洗出的絮状污泥，污泥粒径100-150nm，接种污泥浓度为2-3g/L；

2)在连续曝气的条件下，反应器快速启动的具体方法为：第I阶段：进水，采用人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为250-340mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为0-8mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1400-2000mg/L，pH为7.5-8.3；第II阶段：反应，温度为28-32℃，曝气提供上升流速和溶解氧，溶解氧DO为0.15-0.45mg/L，初始上升流速为93.59cm/h，当总氮去除率达到60％以上稳定3-4天时在下一周期以25-35cm/h提高上升流速，直到280.77cm/h；初始水力停留时间HRT为22h，当总氮去除率达到65％-75％且稳定5-8天，在下一周期降低HRT3-7h，最终HRT为12h；第III阶段：沉淀：控制初始沉降时间15min，当泥位到排水口以下5cm处时，在下一周期沉降时间降低3-6min，最终沉降时间为5min；第IV阶段：排水，换水比50％；第V阶段：闲置：闲置时间2-10h，闲置后循环进行下一周期；

启动成功的标志：当混合液的颗粒粒径大于300nm，并且总氮去除大于60％，亚硝酸盐氮积累小于8mg/L时，认为自养脱氮颗粒污泥培养启动成功。