CN103936145A

CN103936145A - 一种mbr用于启动canon工艺的方法

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Publication number: CN103936145A
Application number: CN201410146600.9A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 何永平; 范丹; 路健; 张金库; 姜沙沙; 梁雨雯; 王朗; 杨杰; 卫家驹
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-04-12
Filing date: 2014-04-12
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-12
Also published as: CN103936145B

Abstract

一种MBR用于启动CANON工艺的方法属于城市生活污水脱氮处理与再生领域。本发明采用MBR反应器，仅接种普通活性污泥，在限氧条件下，通过调整曝气量、曝气时间和无机碳的浓度，经过亚硝化启动及稳定运行阶段、CANON工艺启动阶段、CANON工艺负荷提高阶段，在46天内，CANON工艺启动成功，经过76天，总氮去除负荷最高可达0.41kgN/m³/d，平均为0.38kgN/m³/d，成功实现了CANON工艺的快速启动及高效稳定运行。

Description

一种MBR用于启动CANON工艺的方法

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CANON工艺的快速启动方法。

背景技术

CANON（Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite）工艺是指氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria，AOB)在限氧条件下，以氧作为电子受体将部分氨氮氧化为亚硝酸盐氮，厌氧氨氧化(anaerobic ammonium-oxidation，Anammox)菌以AOB产生的亚硝酸盐氮为电子受体，与剩余氨氮反应，生成氮气并释放，完成污废水的脱氮过程。相比于其他脱氮工艺，CANON工艺具有脱氮效率高，耗氧量低，无需外加有机碳源且污泥产量低，经济环保等优点，是近年来受到广泛关注的一种新型生物脱氮工艺。现阶段对CANON工艺的研究多在生物膜反应器、SBR或MABR中进行。但生物膜法的堵塞问题一直无法有效解决，而SBR和MABR法污泥易流失，导致生物量减少，去除负荷低，且由于AOB和Anammox菌均是自养菌，生长缓慢，尤其是Anammox菌，倍增时间为11天，导致CANON工艺启动时间长。因此寻找合适的反应器类型对CANON工艺的启动及稳定运行意义重大。而且，目前国内外关于CANON工艺的接种污泥大多采用具有某种活性的特种污泥，而这些污泥相对稀缺，不易获得且价格昂贵。Cho S等（2011）在37℃条件下，采用生物膜反应器并接种亚硝化污泥，经过50天成功启动CANON工艺。Strous M等（1998）采用MABR并接种硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，经过81天成功启动CANON工艺。Gong Z等（2007）采用SBR并接种厌氧氨氧化污泥，经过70天成功启动CANON工艺。

相较于以上反应器和接种污泥，膜生物反应器（MBR）依靠膜渗透原理，将所有微生物截留在反应器内部，可防止污泥流失，提高反应器内微生物浓度，特别适用于AOB菌和Anammox菌这类生长缓慢，倍增时间长的微生物的生长。同时普通活性污泥分布广泛，容易得到且价格低廉。CANON工艺面临着由于污泥浓度低而导致的启动时间长和负荷难以提高以及种泥难以获得等问题。因此，若能以普通活性污泥为种泥，将MBR应用于CANON工艺的启动，不仅为该工艺提供了既方便又经济的污泥源，还可以有效解决污泥流失，处理负荷低等问题，从而加快启动时间。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用MBR快速启动CANON工艺的方法。

1.一种MBR用于快速启动CANON工艺的方法，其特征是：

在23℃条件25下℃，试验装置采用MBR反应器，采用间歇方式运行，每个周期包括：瞬时进水，曝气反应，曝气完成后，沉淀的同时膜抽吸出水，换水比80%～85%，一个周期完成后进入下一个周期，具体为：

1）亚硝化启动及稳定运行阶段：接种污水处理厂普通活性污泥，MLSS为12.5～13.5g/L,MLVSS为10.0～11.0g/L,采用间歇方式运行；此阶段，以限氧方式启动亚硝化，DO为0.25～0.35mg/L，曝气时间为4.5～7.5h，碱度为1500～1700mg/L；首先，瞬时进水；之后，曝气并搅拌，进行反应；最后，沉淀和出水同时进行，利用膜抽吸出水；此周期结束后，立即进入下一个周期，每天运行两个周期，第二个周期结束时，取出水水样，测定氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度，即三氮浓度；当亚氮积累率超过50%时，认为亚硝化启动成功；在亚氮积累率超过50%的同时，氨氮去除率连续5天以上超过70%认为亚硝化阶段结束，进入CANON工艺启动阶段；

2）CANON工艺启动阶段：

瞬时进水之后，曝气并搅拌，进行反应；DO在0.15～0.24mg/L，曝气时间延长为8.5～9.5h，碱度为1500～1700mg/L；最后，沉淀和出水同时进行，利用膜抽吸出水；此周期结束后，立即进入下一个周期，每天运行两个周期，第二个周期结束时，取出水水样，测定三氮浓度；当总氮去除负荷连续5天以上超过0.15KgN/（m³·d）时，认为CANON工艺启动成功，进入CANON工艺负荷提高阶段；

3）CANON工艺负荷提高阶段：

当氨氮，或氨氮和亚氮还有剩余时，延长曝气时间至10～11h，DO为0.15～0.24mg/L；当亚氮还有剩余时，缩短曝气时间至8.5～9.5h，控制DO为0.15～0.24mg/L，并将碱度增加至1900～2100mg/L；当总氮去除负荷连续5天以上超过0.37KgN/（m³·d）时，认为CANON工艺负荷提高阶段完成。

本发明是在23℃条～件25下℃，控制初始进水氨氮浓度为190～210mg/L。利用MBR反应器为实验装置，采用间歇运行方式，每个周期包括：瞬时进水，曝气反应，曝气完成后，膜抽吸出水，换水比80%～85%，一个周期完成后进入下一个周期。通过优化的运行策略来实现CANON工艺的快速启动。MLSS（mixed liquid suspended solids)为混合液污泥浓度，表示在单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量（g/L)。MLVSS(mixed liquor volatilesuspended solids)表示混合液中可挥发性的悬浮固体浓度(g/L)。DO为每升水里氧气的毫克数（mg/L)。浓度为质量-体积浓度，即单位体积溶液中所含的溶质质量数，以符号mg/L表示。碱度以碳酸钙计，单位mg/L。亚氮积累率为生成的亚硝酸盐氮占生成的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比例；氨氮去除率为进出水氨氮浓度的差值与进水氨氮浓度的比值；总氮即氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的总和；总氮去除率为进出水总氮浓度的差值与进水总氮浓度的比值；总氮去除负荷为反应器单位体积每天所能去除的总氮质量；

具体步骤如下：

步骤一：反应器搭建

反应器采用有机玻璃制成的圆柱形MBR反应器，内置聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜组件，反应器底部设置曝气盘，中间设有搅拌机，外部设置水浴套筒。

步骤二：亚硝化启动及稳定运行阶段

接种污水处理厂普通活性污泥，MLSS为12.5～13.0g/L,MLVSS为10.5～11.0g/L,采用间歇方式运行。此阶段，以限氧方式启动亚硝化，DO为0.25～0.35mg/L，曝气时间为4.5～7.5h，碱度为1500～1700mg/L。首先，瞬时进水。之后，曝气并搅拌，进行反应。最后，沉淀和出水同时进行，利用蠕动泵膜抽吸出水。此周期结束后，立即进入下一个周期，每天运行两个周期，第二个周期结束时，取出水水样，测定氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度，即三氮浓度。当亚氮积累率超过50%时，认为亚硝化启动成功。在亚氮积累率超过50%的同时，氨氮去除率连续5天超过70%认为亚硝化阶段结束，进入CANON工艺启动阶段。

步骤三：CANON工艺启动阶段

此阶段控制DO在0.15～0.24mg/L，曝气时间延长为8.5～9.5h，碱度为1500～1700mg/L。首先，瞬时进水。之后，曝气并搅拌，进行反应。最后，沉淀和出水同时进行，利用蠕动泵膜抽吸出水。此周期结束后，立即进入下一个周期，每天运行两个周期，第二个周期结束时，取出水水样，测定三氮浓度。当总氮去除负荷连续5天超过0.15KgN/（m³·d）时，认为CANON工艺启动成功，进入CANON工艺负荷提高阶段。

步骤四：CANON工艺负荷提高阶段

通过调整曝气时间和增加无机碳源浓度来提高反应器内总氮去除负荷。当氨氮或氨氮和亚氮还有剩余时，延长曝气时间至10～11h，DO为0.15～0.24mg/L。当亚氮还有剩余时，缩短曝气时间至8.5～9.5h，DO为0.15～0.24mg/L，并将碱度增加至1900～2100mg/L。当总氮去除负荷连续5天超过0.37KgN/（m³·d）时，认为CANON工艺负荷提高阶段完成。

与现有启动CANON工艺相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过亚硝化启动、CANON启动、负荷提高三阶段，在46d内成功实现了CANON工艺的启动，76天后总氮去除负荷得到提高，最高总氮去除负荷可达0.41KgN/（m³·d）；

2)本发明能够通过接种普通活性污泥，在限氧条件下，通过氨氧化菌的活性消耗环境中的溶解氧，以给予厌氧氨氧化菌更为优越的生存条件，减少进水中的DO对于厌氧氨氧化菌的抑制，提高细菌活性及处理效率，为CANON工艺的启动提供了方便经济的污泥源；

3)本发明利用MBR良好的泥水分离效果，将全部污泥截留在反应器内，防止了污泥流失，使反应器内微生物数量不断增加，尤其有利于Anammox菌的生长繁殖，并且沉淀和排水同时进行，从而缩短了CANON工艺的启动时间，提高了脱氮效率。

附图说明

图1是本发明采用的MBR试验装置示意图，内置膜组件，反应器由底部进水，泵抽吸出水。

图2是采用本发明方法的反应器在整个实验过程中进出水三氮浓度变化图，出水氨氮浓度不断减小，最后降低至1mg/L左右，出水亚硝酸盐氮先增加后减小，最后降低至1mg/L左右。出水硝酸盐氮浓度先减小，后又稍微增大。

图3是采用本发明方法的反应器在整个实验过程中亚氮积累率、氨氮去除率，总氮去除率，总氮去除负荷随时间变化图。NAR为亚氮积累率，ARR为氨氮去除率，TNR为总氮去除率，NRR为总氮去除负荷，ALR为进水氨氮负荷。试验亚氮积累率先增大，后减小，氨氮去除率，总氮去除率，总氮去除负荷不断增大，最高总氮去除负荷达到0.41KgN/（m³·d）。

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。

具体实施方式

实施例1:

反应器采用有机玻璃制成的圆柱形MBR反应器。圆柱内径13cm，高度40cm，有效容积3L，内置聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜组件，膜孔径为0.1μm，膜通量36L/h。反应器底部设置曝气盘，采用鼓风曝气，曝气量由转子流量计控制，中间设有搅拌机，用于基质和O₂均匀扩散，外部设置水浴套筒，由温度控制仪控制反应器内温度。试验接种污水处理厂普通活性污泥，并以氨氮=190～210mg/L的人工配水作为基础用水，并采用水浴加热，控制反应器内温度为23。℃实～2验5℃采用间歇运行方式，每个周期包括：瞬时进水，曝气反应，曝气完成后，膜抽吸出水，换水比83.3%，一个周期完成后进入下一个周期。

亚硝化启动及稳定运行阶段，以限氧方式启动亚硝化。首先控制曝气量为0.30L/min,DO为0.30mg/L，曝气时间为5h，碱度为1600mg/L。每天运行两个周期，第二个周期结束后，采集出水水样，测定三氮浓度。运行至第6天，亚氮积累率超过50%，认为亚硝化启动成功。由于氨氮去除率较低，仅为50%左右，第7天将曝气时间延长至7h，使更多的氨氮被氧化，每天运行两个周期。此后经过25天的运行，亚氮积累率达到90%，氨氮去除率连续三天超过70%，认为亚硝化启动及稳定运行阶段成功。

CANON工艺启动阶段，降低DO，调节曝气量至0.2L/min，DO为0.2mg/L，曝气时间为9h，碱度为1600mg/L。每天运行两个周期，第二个周期结束后，采集出水水样，测定三氮浓度。经过15天运行，氨氮去除率超过80%，总氮去除率超过35%，总氮去除负荷连续5天超过0.15KgN/（m³·d），认为CANON工艺启动成功。

CANON工艺负荷提高阶段，由于反应器内氨氮和亚硝酸盐氮还有一定剩余，为提高总氮去除负荷，将曝气时间延长至10h，控制曝气量为0.2L/min，DO为0.2mg/L。每天运行两个周期，第二个周期结束后，采集出水水样，测定三氮浓度。运行至第55天，氨氮去除率和总氮去除率分别为99.78%和69.04%，总氮去除负荷为0.30KgN/（m³·d）。由于氨氮浓度几乎为0，亚硝酸盐氮还有残留，将曝气时间缩短至9h，碱度提高到2000mg/L。每天运行两个周期，第二个周期结束后，采集出水水样，测定三氮浓度。经过20天运行，氨氮去除率和总氮去除率分别为99%和84%左右，总氮去除负荷连续5天超过0.37KgN/（m³·d），平均为0.38KgN/（m³·d），认为CANON工艺负荷提高阶段完成。

Claims

1.一种MBR用于启动CANON工艺的方法，其特征是：

在23℃～25℃条件下，试验装置采用MBR反应器，采用间歇方式运行，每个周期包括：瞬时进水，曝气反应，曝气完成后，沉淀的同时膜抽吸出水，换水比80%～85%，一个周期完成后进入下一个周期，具体为：

2）CANON工艺启动阶段：

3）CANON工艺负荷提高阶段：