CN103663680B

CN103663680B - 一种连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法

Info

Publication number: CN103663680B
Application number: CN201310600980.4A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 吴青; 梁瑜海; 苏庆岭; 曾辉平; 张�杰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: CN103663680A

Abstract

一种连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法：首先接种絮状亚硝化污泥，使其快速适应连续流反应器，构建以好氧氨氧化菌为主导的微生物系统；然后调节一定的断面上升流速、曝气量，在保证一定的氨氧化率和亚硝化率基础上实现絮状污泥颗粒化；最后依靠反应器较大的高径比，不断提高断面上升流速以提高水流剪切力，使颗粒粒径快速增长。并调节曝气、水力停留时间，保证氨氧化率和亚硝化率分别在60%和80%以上，实现颗粒粒径的强化增长。成功实现了连续流方式好氧半亚硝化颗粒的培养。

Description

一种连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法

技术领域

本发明属于水环境恢复与再生领域、污水处理厂自养脱氮领域。具体涉及专用于常温、连续流方式运行快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法。

背景技术

十一五以来，国家加大了对于环境污染治理的力度，尤其在水环境恢复方面，推行了国家科技重大专项——水体污染控制与治理，其投入高达112.66亿元，而在十二五期间该数字将进一步增加为逾140亿元。此举是为了解决近年来过度排放的氮磷元素导致的水体富营养化问题。据2012年环境状况公报显示，全国地表水总体为轻度污染，湖泊富营养化状况严重，氮磷依旧为主要污染物。全国氨氮排放总量为253.6万吨，其中工业源和生活源的排放量达到了171.1万吨，占氨氮排放总量的67.5%。因此，通过城市污水厂的兴建与运行，对工业生活等点源污染进行处理，去除氮磷等污染物，是缓解水环境危机的有效途径。

现阶段针对低碳氮比的城市生活污水，绝大部分污水处理厂采用基于硝化反硝化原理的传统工艺进行生物脱氮，为达到污水处理一级A排放标准，尤其是针对其中较为严格的氮素控制指标，需要外加有机碳源、无机碳源，消耗巨大能源用以硝化液回流以满足反硝化要求，使得污水处理成本居高不下；同时，投加的碳源最终变成温室气体，对环境造成了二次污染，这极大的制约了污水处理行业的发展。

亚硝化-厌氧氨氧化是近几年发展起来的新型自养脱氮工艺，自养微生物厌氧氨氧化菌以NH₄ ⁺-N为电子供体，NO₂ ^--N为电子受体，将其转化成N₂，具有需氧量低、无需有机碳源和运行费用低等优点。厌氧氨氧化要求进水NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N比为1.32:1，严格的进水条件成为限制该工艺发展的技术瓶颈。亚硝化作为其前提与基础，在实际研究中存在污泥难以持留及增长、抗冲击负荷能力差、长期运行容易失稳转向全程硝化等问题。颗粒污泥因其突出的沉降性能和结构上的氧传质特点，通过调节DO、回流比、HRT等条件较易实现稳定的半亚硝化，本研究将好氧颗粒污泥技术运用于亚硝化工艺，培养具有特殊AOB膜结构的半亚硝化颗粒污泥，实现稳定的半亚硝化工艺，从而为厌氧氨氧化提供合适比例的进水。因此，稳定的半亚硝化颗粒污泥的研究是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常温连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所提供的一种快速培养半亚硝化颗粒污泥的方法，是在常温条件下，接种普通絮状硝化污泥，以模拟实际生活污水的配水为进水，以好氧升流式污泥床反应器为试验装置如图1所示，采用上向流的进水方式，底部设有曝气装置，由转子流量计控制。试验中主要通过调节试验装置的水力停留时间和曝气量，首先在低断面流速下，逐渐培养为颗粒污泥，之后不断提高断面流速，强化培养颗粒污泥，来实现好氧半亚硝化颗粒污的培养。

本发明实例中，对于反应器基本状况进行了具体描述，但本方法并不局限于此参数反应器，一切连续流活性污泥反应器皆可应用此方法。

1.一种连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法。包括如下步骤：

1）首先反应器搭建，反应器采用好氧升流式污泥床反应器，上部装有三相分离器装置，分离气体，颗粒和水。反应器所接种的污泥为絮状亚硝化污泥，接种污泥浓度为3-4g/L；

2）第Ⅰ阶段，污泥适应连续流反应器且半亚硝化工艺稳定运行。具体方法为：控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L；反应器控制条件：温度在26-29℃，pH为7.7-8.1，反应器底部连续曝气，溶解氧范围在0.15-0.25mg/L，水力停留时间为7.9-8.7h。当氨氮氧化率和亚硝化率连续15d以上分别达到60%和85%以上，认为絮状污泥已适应连续流反应器且半亚硝化反应稳定运行；

3）第Ⅱ阶段，半亚硝化好氧颗粒污泥培养阶段。具体方法为：控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L；反应器控制条件：温度控制在26-29℃，pH为7.7-8.1，水力停留时间HRT为5.8-6.0h，断面上升流速介于0.10-0.11m/h，调节曝气量使反应器中溶解氧为0.2-0.25mg/L。当粒径超过350μm的污泥体积占总污泥体积80%以上时，且连续运行15d以上氨氮氧化率和亚硝化率分别达到60%和85%以上，认为半亚硝化好氧颗粒污泥初步形成；

4）第III阶段，半亚硝化颗粒污泥强化增长阶段。具体方法为：控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L。反应器控制条件为：温度在26-29℃，pH为7.7-8.1，此阶段初始断面上升流速为0.10-0.11m/h。当氨氧化率和亚硝化率连续7d以上分别超过60%和80%随即提高断面上升流速，每次提高幅度为20%-30%，同时调节曝气量使反应器中溶解氧稳定在为0.4-0.65mg/L；当粒径超过700μm的污泥体积占总污泥体积80%以上时，认为好氧半亚硝化颗粒污泥强化培养成功。

与现有的亚硝化工艺相比较，本发明具有以下有益效果：

1）本发明提供了一种可行的颗粒污泥与亚硝化结合的培养方法；

2）本发明确定了以断面上升流速作为控制参数的可行的半亚硝化颗粒污泥培养方法方法；

3）本发明提供了在常温低基质条件下，亚硝化颗粒污泥运行及维护的策略与方法。

本发明通过半亚硝化絮状污泥稳定运行——半亚硝化颗粒污泥培养——半亚硝化颗粒污泥强化增长的方法，通过对水力停留时间、曝气量和断面流速的控制，在实现较高氨氧化率和亚硝化率的基础上，在较短的时间内实现了好氧半亚硝化颗粒污泥的培养。启动过程操作简单，容易控制，以本发明方法启动反应器，能同时实现稳定的半亚硝化工艺，为厌氧氨氧化自养脱氮工艺提供适合比例的进水。

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。

附图说明：

图1是本发明采用的好氧升流式污泥床试验装置示意图，上部为三相分离器，下部为主体活性污泥反应区。

图2是采用本发明方法的反应器半亚硝化稳定运行阶段氨氧化率、亚硝化率及进水负荷的运行效果变化。

图3是采用本发明方法的反应器在颗粒形成及强化阶段的断面流速及颗粒体积平均粒径变化。

图4是采用本发明方法的反应器在颗粒形成及强化阶段的进水总氮负荷及污泥负荷的变化趋势图。

具体实施方式

实施例

本发明为一种连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法，其思路为：通过半亚硝化絮状污泥稳定运行——半亚硝化颗粒污泥培养——半亚硝化颗粒污泥强化增长。

试验装置为升流式厌氧污泥床反应器，如图1所示。试验装置由有机玻璃制成，内径100mm，高2.0m，总容积20L，有效容积12L。反应器上部出水区装有分离气、液、固体的三相分离装置。滤池壁上每100mm设有一个取样口，最上端设有一个出水口。反应器底部进水，底部曝气，水流方向为上向流。

反应器内首先接种具有一定成熟性絮状亚硝化污泥。首先，控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L。温度在26-29℃，pH为7.7-8.1。反应器底部连续曝气，反应器中溶解氧为0.15-0.25mg/L，水力停留时间为7.9-8.7h，快速构建以好氧氨氧化菌为主导的微生物系统，使半亚硝化稳定运行。这一阶段共历时19天。

之后，进水基质不变，温度控制在26-29℃，pH为7.7-8.1，水力停留时间HRT为5.8-6.0h。利用反应器较大的高径比，调节断面上升流速介于0.10-0.11m/h，反应器中溶解氧为0.2-0.25mg/L，细菌分泌的胞外聚合物不断将好氧氨氧化菌粘结成污泥颗粒。当这一阶段经过25天时，粒径超过350μm的污泥体积占总污泥体积达到80%。即在运行的第44天，颗粒初步形成。

最后，在颗粒初步形成的基础上，运行至第56天，氨氧化率和亚硝化率已连续7天分别在60%、80%以上，且颗粒粒径稳定在380-386μm，不再增长。随即将断面上升流速由0.11m/h提高到0.14m/h，水力停留时间由6.0h降低至4.8h。进水负荷增加的同时不断调节曝气量，反应器中溶解氧稳定在0.4-0.65mg/L，使反应器中氨氧化率和亚硝化率分别维持在60%和80%以上。至第76天，反应器稳定运行超过10天，颗粒粒径稳定在390μm。继续增大断面上升流速至0.16m/h，降低水力停留时间至4.1h，以提高水流剪切力使粒径进一步增长。同时调节曝气量控制溶解氧在0.4-0.65mg/L，使反应器中氨氧化率和亚硝化率分别维持在60%和80%以上。如此反复，在反应器中氨氧化率和亚硝化率连续7天以上分别维持在60%和80%以上的前提下，当颗粒粒径稳定无明显增长时，即提高断面上升流速，每次提高幅度为20%-30%。降低水力停留时间，每次降低幅度为20%-30%。并调节曝气量使反应器中溶解氧稳定在0.4-0.65mg/L以保证氨氧化率和亚硝化率。最终粒径超过700μm的污泥体积占总污泥体积的81.59%，实现了颗粒污泥强化增长的同时半亚硝化工艺稳定运行。此阶段历时82天。

本发明中反应器在常温连续流条件下运行。目前亚硝化颗粒污泥的培养多为SBR反应器形式，不适于污水厂的广泛应用。且亚硝化工艺长期运行往往转变为全程硝化，污泥流失不稳定。反应出水中的氨氮和亚氮比例不稳定，很难为后续厌氧氨氧化工艺提供进水。因此，在常温连续流条件下，耦合亚硝化和颗粒污泥的新型半亚硝化颗粒污泥工艺既解决了亚硝化工艺的不稳定性，又实现了污泥颗粒化不易流失的效果，且连续流工艺应用于污水厂可以实现大水量的处理要求。

Claims

1.一种连续流方式快速培养好氧半亚硝化颗粒污泥的方法；包括如下步骤：

1)首先反应器搭建，反应器采用好氧升流式污泥床反应器，上部装有三相分离器装置；反应器所接种的污泥为絮状亚硝化污泥，接种污泥浓度为3-4g/L；

2)第Ⅰ阶段，污泥适应连续流反应器且半亚硝化工艺稳定运行；具体方法为：控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L；反应器控制条件：温度在26-29℃，pH为7.7-8.1，反应器底部连续曝气，溶解氧范围在0.15-0.25mg/L，水力停留时间为7.9-8.7h；当氨氮氧化率和亚硝化率连续15d以上分别达到60％和85％以上，认为絮状污泥已适应连续流反应器且半亚硝化反应稳定运行；

3)第Ⅱ阶段，好氧半亚硝化颗粒污泥培养阶段；具体方法为：控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L；反应器控制条件：温度控制在26-29℃，pH为7.7-8.1，水力停留时间HRT为5.8-6.8h，断面上升流速介于0.10-0.11m/h，调节曝气量使反应器中溶解氧为0.2-0.25mg/L；当粒径超过350μm的污泥体积占总污泥体积80％以上时，且连续运行15d以上氨氮氧化率和亚硝化率分别达到60％和85％以上，认为半亚硝化好氧颗粒污泥初步形成；

第III阶段，好氧半亚硝化颗粒污泥强化增长阶段；具体方法为：控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO₃计为1700-2200mg/L；反应器控制条件为：温度在26-29℃，pH为7.7-8.1，此阶段初始断面上升流速为0.10-0.11m/h；当氨氧化率和亚硝化率连续7d以上分别超过60％和80％随即提高断面上升流速，每次提高幅度为20％-30％，同时调节曝气量使反应器中溶解氧稳定在为0.4-0.65mg/L；当粒径超过700μm的污泥体积占总污泥体积80％以上时，认为好氧半亚硝化颗粒污泥强化培养成功。