CN103951057A - 一种常温下低c/n比污水连续流短程硝化启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及常温下低C/N比污水连续流短程硝化启动方法，属于污水处理与再生领域。首先将A²O反应器好氧区沿水流方向被分为3段，分别为好氧段1、好氧段2和好氧段3，硝化液由好氧段3回流至缺氧区。然后接种硝化污泥于反应器内，接种后反应器内污泥浓度为2.5-3g/L，在水温23-25℃条件下，先以连续流低污泥龄快速淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB)，筛选氨氧化菌(AOB)，而后在好氧区内投加聚丙烯柱状悬浮填料，恢复长污泥龄，同时降低好氧区的溶解氧浓度，维持此工况直至A²/O反应器出水中氨氮质量浓度降为2mg/L以下，亚硝化率稳定在80％以上，连续流短程硝化启动完成。本发明通过短程硝化反硝化实现N元素的深度处理，启动方法简单可行。

Description

一种常温下低C/N比污水连续流短程硝化启动方法

技术领域

本发明属于污水处理与再生领域。具体涉及专用于处理常温、低C/N比污水连续流反应器的短程硝化的快速启动。

背景技术

随着我国人口的急剧增长、经济的快速发展和人类活动的不断加剧，水体的污染问题日益严重，尤其是以氮、磷元素造成的水体富营养化危害最为突出，对生态环境和人类健康产生了极大的影响。目前，针对于氮素的去除，城市污水处理厂多采用基于传统硝化反硝化原理的脱氮工艺，如A/O、氧化沟、A²/O工艺等。

如A²/O法是生物同步脱氮除磷的经典工艺，也是目前我国一半以上污水厂采用的工艺。在该系统内共存的异养菌、硝化细菌、反硝化细菌和聚磷菌（PAO），在厌氧、缺氧、好氧交替的环境下，以污水中的有机物为碳源，可实现COD、氮（N）和磷（P）的同步去除。然而，该工艺却存在着很大的自身缺欠：PAO与反硝化过程存在对碳源的竞争问题。加上现在我国城市污水的C/N比普遍较低，这使得该工艺的矛盾更加突出，出水N难以达标，且在过程中经常需要投加有机碳源，消耗大量的能源，运营成本较高。近些年来，研究者不断的寻找新的工艺，以期客服传统工艺的缺点，达到高效节能的目的。1998年荷兰Delft工业大学基于短程硝化反硝化理论开发了SHARON工艺，成功的在高温、短SRT条件下将氨氮的氧化控制在了亚硝酸盐阶段，并在污水处理厂对污泥消化液的处理进行了工程应用。但是该工艺需要较高的温度，限制了它的应用。此后，针对短程硝化理论的研究，指出氨氧化菌（AOB）比亚硝酸盐氧化菌（NOB）的饱和溶解氧浓度低，可通过控制溶解氧来富集AOB。

因此，针对城市污水温度低、C/N比低的特点，假若在常温下通过控制反应器曝气量、与污泥龄，是氨氮的氧化控制在亚硝酸盐阶段，将近年提出的短程硝化反硝化理论和连续流传统工艺相结合，便可解决传统工艺中反硝化过程碳源的不足，实现N元素的深度处理，将对污水厂的实际应用及提标改造具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对低C/N比污水，快速在连续流反应器内淘洗掉亚硝酸盐氧化菌（NOB），富集氨氧化菌（AOB），实现短程硝化的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所提供的一种低C/N比污水连续流短程硝化快速启动方法，是在常温、低C/N比条件下，以实际生活污水为进水，采用传统A²O反应器为实验装置，如图1所示，在好氧区投加聚丙烯柱状悬浮填料（直径2-3cm），采用连续流的进水方式，好氧区设有曝气装置，并设置内回流—硝化液回流。本实验中主要通过污泥龄的控制、溶解氧的调节与生物填料的投加实现氨氧化菌（AOB）的筛选与富集。

1）首先将A²O反应器好氧区沿水流方向被分为3段，分别为好氧段1、好氧段2和好氧段3，硝化液由好氧段3回流至缺氧区。

2）接种硝化污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为市政污水处理厂A²/O工艺二沉池回流污泥，污泥硝化性能良好，使接种后反应器内污泥浓度为2.5-3g/L。

3）反应器进水采用某小区实际生活污水，C/N=3.5-4，COD质量浓度为340-385mg/L，氨氮质量浓度为80-92mg/L，总氮质量浓度为93-112mg/L，总磷质量浓度为5-6mg/L，pH为7.0-7.5。

4）在水温23-25℃条件下，连续流快速淘洗亚硝酸盐氧化菌（NOB）的具体方法为：使各反应区比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_好氧3=1:2:1:1:1，维持进水流量为13-14L/h，同时控制好氧区溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间为8.0-8.3h，污泥浓度为2.5-3g/L，污泥回流比取70-80%，硝化液内回流比为200-250%。不排泥连续进水运行反应器48h，以恢复污泥活性，第3d开始排泥控制较低污泥龄为8-9d。系统维持此工况直至A²/O反应器出水亚硝化率（NO₂ ^--N/NO₂ ^--N+NO₃ ^--N）达到85%以上，大部分NOB被淘洗出系统。

5）在好氧区投加生物填料：将聚丙烯柱状悬浮填料（直径2-3cm）以20-25%的总好氧区体积填充率投加于好氧段1和好氧段2内。

6）连续流富集培养氨氧化细菌（AOB）的具体方法为：维持各反应区比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_好氧3=1:2:1:1:1，维持进水流量为13-14L/h，同时控制好氧区溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间为8.0-8.3h，污泥浓度为2.5-3g/L，污泥回流比取70-80%，硝化液内回流比为200-250%。提高污泥龄至11-12d，降低好氧区的溶解氧浓度，使好氧段1、好氧段2和好氧段3的溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L、0.7-1.2mg/L和0.4-0.6mg/L，维持此工况直至A²/O反应器出水中氨氮质量浓度降为2mg/L以下，亚硝化率（NO₂ ^--N/NO₂ ^--N+NO₃ ^--N）稳定在80%以上，连续流短程硝化启动完成。

本发明利用AOB污泥龄较短和NOB污泥龄稍长的差异，控制系统污泥龄更短，淘汰NOB，然后在好氧区内投加聚丙烯柱状悬浮填料（直径2-3cm）以提升系统硝化能力和生物量，同时延长污泥龄，并通过沿程降低好氧区内的溶解氧浓度来抑制NOB增殖，在较短的时间内成功的富集了AOB。以本发明方法启动反应器，反应器出水亚硝化率稳定在80%以上，增强了氮的去除效率，达到了较好的脱氮效果。

附图说明：

图1是本发明采用的A²/O工艺试验装置示意图。

1.进水泵，2.搅拌桨，3.曝气沙盘，4.气体流量计，5.硝化液回流，6.污泥回流，7.空压机，8.厌氧区，9.缺氧区，10.好氧段1，11.好氧段2，12.好氧段3，13.沉淀池

图2是采用本发明方法的A²/O反应器在启动过程中进出水中N素、亚硝化率与氨氮去除率的变化。

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。

本发明一种低C/N比污水连续流短程硝化快速启动方法，其思路为：首先利用两种硝化菌：AOB和NOB的污泥龄的差异，AOB比NOB具有较短的世代时间，控制系统到较AOB污泥龄稍短的污泥停留时间，加快排泥，将污泥中的NOB逐渐淘洗出系统，使AOB成为主导硝化菌。而后，通过在好氧区投加生物悬浮填料促进微生物挂膜，提高硝化性能和生物量，同时维持好氧区沿程递减的低溶解氧浓度，抑制NOB的增殖，富集AOB，实现稳定的连续流短程硝化反硝化。

本发明通过控制系统稍低于AOB污泥龄的污泥停留时间条件以淘洗NOB，筛选AOB。两类主要的硝化细菌：AOB和NOB，它们的世代周期即污泥龄略有差别，AOB的污泥龄比NOB稍短。因此，可利用AOB具有比NOB短的污泥龄这一特性，通过加大排泥量，缩短污泥停留时间来淘洗NOB。但是，AOB与NOB的污泥龄差别并不大，很难将其完全分开，因此，考虑将系统污泥停留时间控制在较AOB污泥龄略短的条件，通过牺牲少量的AOB来淘洗掉更多的NOB。本实验淘洗NOB阶段系统污泥龄控制在8-9d。

本发明在淘洗NOB阶段后，投加生物悬浮填料于反应器好氧区内，以提高系统生物量和硝化性能。在NOB淘洗出系统后再投加填料，可以避免世代周期更长的NOB在填料上挂膜，留存于系统中，影响其亚硝化效果。另外，填料的投加一方面可促使微生物在其上大量生长繁殖，截留更多的生物量，提升系统亚硝化性能；另一方面填料内部存在缺氧的微环境，促使好氧区同步硝化反硝化反应的发生，提高其脱氮效率。本实验以20%的总好氧区体积填充率将聚丙烯柱状悬浮填料（直径2-3cm）投加于好氧段1、2内。

本发明将反应器的好氧区分为了3段，硝化液从好氧3段回流至缺氧区。好氧区分段的构型，一方面有利于分段控制不同溶解氧浓度，提高和稳定亚硝化率。随着污水的推流行进，污染物质量浓度在反应器内是沿程降低的，好氧前段降解好氧污染物所需溶解氧浓度较好氧后段的高，因此分段控制好氧区溶解氧浓度更为合理。另一方面，分段构型方便将生物填料放置于好氧区前段，而后段不投加填料，可防止PAO在此厌氧释磷而降低磷的去除效率。

本发明AOB富集阶段通过减少排泥量，延长系统污泥龄，同时维持好氧区沿程降低的低溶解氧浓度，以富集AOB。AOB对氧结合能力强于NOB，一般质量浓度0.2-0.4mg/L的溶解氧即可满足AOB的生长需求，因此低溶解氧浓度有利于抑制NOB，富集AOB。同时，随着氨氮的沿程降解，好氧后段溶解氧需求量低于前段，过高溶解氧浓度会导致NOB的迅速增殖，因此，维持沿程降低的溶解氧浓度趋势，有利于短程硝化启动。本实验使好氧段1、好氧段2和好氧段3的溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L、0.7-1.2mg/L和0.4-0.6mg/L。

具体实施例：

连续流A²/O反应器的构型：由2mm钢板材料制成，长、宽、高分别为110cm、30cm和40cm，总有效体积120L，由穿孔钢板隔开，沿水流方向分为厌氧区、缺氧区、好氧段1、好氧段2和好氧段3，各反应区比例调为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_{好 氧2}:V_好氧3=1:2:1:1:1。好氧区底部设微孔曝气盘与空压机相连，气体流量计控制曝气量，厌氧区和缺氧区通过搅拌桨搅拌防止污泥沉淀。

接种北京市某市政污水处理厂的二沉池回流污泥于A²/O反应器中，污泥硝化性能良好，并使反应器内污泥浓度为2.5-3g/L。

实验进水为北京某高校家属区化粪池出水。具体水质如下：

COD质量浓度为340-385mg/L；BOD₅质量浓度为300-350mg/L；氨氮质量浓度为80-92mg/L；总氮（TN）质量浓度为93-112mg/L；总磷质量浓度为5-6mg/L；pH为7.0-7.5；C/N（COD/TN）为3.5-4。

连续流NOB淘洗阶段：在水温23-25℃，各反应区V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_好氧3=1:2:1:1:1的条件下，采用质量浓度C/N=3.5-4，COD质量浓度为340-385mg/L，氨氮质量浓度为80-92mg/L，总氮质量浓度为93-112mg/L，总磷质量浓度为5-6mg/L，pH为7.0-7.5的实际生活污水，维持进水流量为13-14L/h，同时控制好氧区溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间为8.0-8.3h，污泥浓度为2.5-3g/L，污泥回流比80%，硝化液内回流比250%。不排泥连续进水运行反应器48h，以恢复污泥活性，第3d开始排泥并控制污泥龄为8-9d。系统维持此工况，出水氨氮质量浓度和亚硝化率均不断升高，直至亚硝化率（NO₂ ^--N/NO₂ ^--N+NO₃ ^--N）达到85%以上，大部分NOB被淘洗出系统，历时12天。

连续流AOB富集阶段：水温23-25℃，各反应区比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_好氧3=1:2:1:1:1条件下，采用质量浓度C/N=3.5-4，COD质量浓度为340-385mg/L，氨氮质量浓度为80-92mg/L，总氮质量浓度为93-112mg/L，总磷质量浓度为5-6mg/L，pH为7.0-7.5的实际生活污水，维持进水流量为13-14L/h，同时控制好氧区溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间为8.0-8.3h，污泥浓度为2.5-3g/L，污泥回流比取80%，硝化液内回流比为250%。将改性聚丙烯柱状填料（直径2-3cm）以20%的总好氧区体积填充率投加于反应器的好氧段1、2内，减少排泥，延长污泥龄至11-12d，同时降低好氧区的溶解氧浓度，使好氧段1、好氧段2和好氧段3的溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L、0.7-1.2mg/L和0.4-0.6mg/L，维持此工况直至A²/O反应器出水中氨氮质量浓度降为2mg/L以下，亚硝化率（NO₂ ^--N/NO₂ ^--N+NO₃ ^--N）稳定在80%以上，连续流短程硝化启动完成，共历时29天。

Claims (1)

1.一种常温下低C/N比污水连续流短程硝化启动方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）首先将A²O反应器分好氧区沿水流方向被分为3段，分别为好氧段1、好氧段2和好氧段3，硝化液由好氧段3回流至缺氧区；

2）接种硝化污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为市政污水处理厂A²/O工艺二沉池回流污泥，污泥硝化性能良好，接种后反应器内污泥浓度为2.5-3g/L；

3）在水温23-25℃条件下，连续流快速淘洗亚硝酸盐氧化菌NOB的具体方法为：使各反应区比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_{好氧 3}=1:2:1:1:1，采用质量浓度C/N=3.5-4，COD质量浓度为340-385mg/L，氨氮质量浓度为80-92mg/L，总氮质量浓度为93-112mg/L，总磷质量浓度为5-6mg/L，pH为7.0-7.5的实际生活污水，维持进水流量为13-14L/h，同时控制好氧区溶解氧浓度为2-3mg/L，水力停留时间为8.0-8.3h，污泥浓度为2.5-3g/L，污泥回流比取70-80%，硝化液内回流比为200-250%；不排泥连续进水运行反应器48h，以恢复污泥活性，第3d开始排泥控制较低污泥龄为8-9d；系统维持此工况直至A²/O反应器出水亚硝化率（NO₂ ^--N/NO₂ ^--N+NO₃ ^--N）达到85%以上，大部分NOB被淘洗出系统；

4）在好氧区投加生物填料：将聚丙烯柱状悬浮填料以20-25%的总好氧区体积填充率投加于好氧段1和好氧段2内；

5）连续流富集培养氨氧化细菌AOB的具体方法为：维持各反应区比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_好氧3=1:2:1:1:1，采用特征3所用实际生活污水，维持进水流量为13-14L/h，同水力停留时间为8.0-8.3h，污泥浓度为2.5-3g/L，污泥回流比取70-80%，硝化液内回流比为200-250%；提高污泥龄至11-12d，降低好氧区的溶解氧浓度，使好氧段1、好氧段2和好氧段3的溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L、0.7-1.2mg/L和0.4-0.6mg/L，维持此工况直至反应器出水中氨氮质量浓度降为2mg/L以下，亚硝化率（NO₂ ^--N/NO₂ ^--N+NO₃ ^--N）稳定在80%以上，连续流短程硝化启动完成。