CN104710007B - 一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺稳定运行的方法 - Google Patents

Abstract

一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺(SNAD)稳定运行的方法属于污水再生领域。SNAD工艺中各菌群活性及其相对关系决定着SNAD工艺的能否稳定运行，在SNAD工艺的实际运行过程中，因为操作不当、设备故障等原因导致SNAD系统崩溃的实例屡见不鲜，且恢复过程极其漫长。建立一种可以实时监测和调控SNAD反应器稳定运行从而避免系统崩溃的控制系统尤为重要。本发明通过控制溶解氧可以同时实现NOB的有效抑制以及AOB和ANAMMOX的协同作用，最终实现了同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺的稳定运行。本发明通过控制SNAD工艺中的各菌群活性实现SNAD工艺的稳定高效运行的方法。

Description

一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺稳定运行的方法

技术领域

本发明属于污水再生领域。具体涉及一种通过调控微生物活性使同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)工艺稳定运行的方法。适合于处理低碳氮比废水的SNAD工艺。

背景技术

20世纪80年代末，Mulder等人在生物脱氮流化床反应器内发现除人们所熟知的反硝化反应外还存在着未知的反应使氨氮消失，并预言了厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)的存在，10多年后证明了厌氧氨氧化菌的存在。与异样反硝化菌相比，自养厌氧氨氧化菌具有无需外加碳源、污泥产率低、微生物活性高、基质亲和力高等特点，因此基于厌氧氨氧化原理的新型自养脱氮工艺具有工艺流程短、占地面积小、基建投资少；节约氧消耗量、减少碳排放；剩余污泥少；无需外加碳源等诸多优点。但是随着环境污染日益严重，厌氧氨氧化菌脱氮也面临着出水硝氮较高而无法满足日益严格的污水排放标准的难题，除此之外，实际污水中必然含有有机物，而研究表明，有机物的存在对于厌氧氨氧化菌具有强烈的抑制作用，过高的有机物会导致厌氧氨氧化工艺的崩溃。而反硝化菌不仅可以利用厌氧氨氧化菌产生的硝氮，从而降低出水总氮，还可以去除部分有机物，减轻有机物对于厌氧氨氧化菌的抑制。基于此，HuihuiChen等于2009年提出了同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)工艺，该工艺的原理是：首先，废水中大约57％的NH₄ ⁺-N在AOB作用下，反应产生NO₂ ^--N，同时消耗掉氧气(见反应式1)；其次，生成的NO₂ ^--N与剩余43％的NH₄ ⁺-N在AnAOB的作用下，反应生成N₂释放，同时生成11％的NO₃ ^—N(见反应式2)；最后，生成的NO₃ ^—N与有机物在反硝化菌的作用下反应生成N₂(见反应式3)，完成整个脱氮过程(见反应式4)。SNAD工艺在降低出水NO₃ ^—N，提高总氮去除率的同时，又实现了NH₄ ⁺-N与COD的同步去除，因此具有极其广泛的应用价值。

SNAD工艺的稳定运行需要同时处理AOB、NOB、ANAMMOX、HB等多种细菌之间的平衡关系，功能菌群的复杂性导致了运行条件的苛刻性，进而导致了操作的困难性，如NOB活性过高，必然导致出水硝氮过高，引起HB的大量增殖，ANAMMOX活性受到抑制，进而导致SNAD工艺的崩溃；如果AOB活性过高，中间产物亚氮的积累不仅使出水总氮升高还将导致ANAMMOX菌活性受到抑制；如果ANAMMOX活性相对于AOB的活性较高，由于中间产物亚氮的限制将导致SNAD系统脱氮效能受到限制。因此，SNAD工艺中各菌群活性及其相对关系决定着SNAD工艺的能否稳定运行，在实际应用过程中，因为操作不当、设备故障等原因导致SNAD系统中AOB、NOB活性过高继而崩溃的实例屡见不鲜，通过控制SNAD工艺中的各菌群活性实现SNAD工艺的稳定高效运行具有重要意义。

为了实现SNAD工艺的稳定运行，有必要建立一种简单快速的监测及调控方法，从而及时准确的判断反应器的运行状况，并对反应器的运行工况进行及时的调整，然而目前关于如何实现SNAD工艺稳定高效运行的研究鲜有报道。因此，本发明提供一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺稳定运行的方法，旨在实时监测SNAD反应器内的运行状况，从而及时调整工况以保证SNAD工艺的稳定运行。

发明内容

本发明提供一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺(SNAD)稳定运行的方法。其特征在于，包括以下步骤：

一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺稳定运行的方法；，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据监测的数据计算用于判定反应器运行状况的参数：

1)通过下式计算表征反应器内亚硝酸盐氧化菌活性的特征系数Θ：

$\mathrm{\Θ}=\frac{({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{inf})+({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{inf})+({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{inf})-({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{eff})}{({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{inf})}$

其中表示进水氨氮，表示进水亚氮，表示进水硝氮，表示出水氨氮，表示出水亚氮，表示出水硝氮；单位为mg/L；

2)通过下式计算反应器内通过厌氧氨氧化途径去除的氮素量Δ，单位为mg/L；

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}=({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{\inf })+({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{\inf })-({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{eff})-0.11\\ *\[({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{\inf })+({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{\inf })-({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{eff})\]\end{array}$

3)通过下式计算表征反应器内好氧氨氧化菌活性的参数AOR，其中污泥浓度MLSS单位为g/L，水力停留时间HRT单位为d，

$AOR=\frac{({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{inf})-({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff})-\mathrm{\Δ}/2.04}{1000*HRT*MLSS}$

4)通过下式计算表征反应器内厌氧氨氧化菌活性的参数ANR，其中污泥浓度MLSS单位为g/L，水力停留时间HRT单位为d，

$ANR=\frac{\mathrm{\Δ}/2.04}{1000*HRT*MLSS}$

(2)若Θ≤20，则降低反应器内的溶解氧，每次降低20％，直至反应器连续10天以上保持Θ＞20,继续步骤(3)；

(3)若AOR/ANR≥1.4,则降低反应器内的溶解氧，每次降低10％，直至反应器内连续5天以上保持AOR/ANR＜1.4；

(4)当反应器的Θ＞20且AOR/ANR＜1.4时，视为SNAD工艺稳定运行，维持该操作条件继续运行。

本发明提供了一种实现SNAD工艺稳定运行的调控方法，其之所以能够调控SNAD工艺的稳定运行原理在于：SNAD工艺的稳定运行依赖于AOB和ANAMMOX的协同作用，同时有赖于NOB活性的有效抑制，而溶解氧同时影响着AOB、ANAMMOX、NOB三种细菌的代谢活性，因此对于SNAD工艺的稳定运行具有至关重要的作用。AOB和NOB的代谢依赖于溶解氧的有效供给，同时AOB相对于NOB对于氧气具有更好的亲和力，使得低溶解氧下更容易实现NOB的有效抑制；除此之外，AOB在有氧条件下将氨氮转化为亚氮，亚氮作为中间产物是ANAMMOX代谢的基质，溶解氧过高将导致中间产物亚氮过度积累，而且过高溶解氧对于ANAMMOX活性具有抑制作用，维持低溶解氧有利于实现SNAD工艺脱氮性能的最大化。溶解氧是影响AOB、NOB、ANAMMOX三种细菌活性的共同因素，因此通过控制溶解氧可以同时实现NOB的有效抑制以及AOB和ANAMMOX得协同作用，最终实现了同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺的稳定运行。

在同步硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺中，AOB、ANAMMOX和反硝化菌实现了协同脱氮除COD，但是由于各种细菌之间生存条件之间差异很大，若操作不当(如曝气过高等)极易使NOB大量增殖，系统脱氮效果不断下降甚至崩溃。因此，提供一种简单易行且行之有效的实现SNAD稳定运行的调控策略尤为重要。在SNAD工艺推向实际工程应用过程中，建立可以实时监测和调控SNAD反应器稳定运行的自动控制系统极其重要，研究表明SNAD工艺的恢复过程极其漫长，因此实现SNAD反应器的实时监控避免操作条件不当造成SNAD工艺的崩溃极其重要。但是目前关于如何实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺稳定运行的调控方法的还鲜见报道，因此本发明在SNAD的实际工程化应用中将具有广泛的应用价值。

附图说明：

图1是本发明具体实例中SNAD工艺进水三氮的变化图。

图2是本发明具体实例中SNAD工艺出水三氮变化图。

图3是本发明具体实例中SNAD工艺Θ、AOR/ANR、DO变化图。

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。

实施例

本实验采用SBR反应器，反应器为有机玻璃精加工而成，外部设置循环水浴系统用以维持反应器内温度(28—32℃)，反应器内径9cm，高1000cm，有效容积5.4L，容积交换比为50％，底部装有曝气头，通过转子流量计与在线溶解氧测定仪联合调节控制溶解氧。反应器设置简单的自动控制装置，实现进水、反应、沉淀、排水、闲置等阶段的连续自动运行。实验以某小区化粪池出水为基础用水：NH₄ ⁺-N＝90±5mg/L，COD＝160±25mg/L，pH＝7.3±0.1，碱度＝370±50gCaCO₃。每天运行2周期。每周期分别测定进水与出水中NH₄ ⁺-N、NO₂ ^—N、NO₃ ^—N的含量，并计算Θ、AOR/ANR的变化。

同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺进水三氮变化如图1所示、出水三氮变化如图2所示、Θ、AOR/ANR变化如图3所示。第1-5d，反应器内溶解氧维持在0.5±0.1mg/L，Θ＜20。第6-25d，降低反应器内的溶解氧至0.4±0.1mg/L，Θ不断增大，第15d时Θ＞20，继续运行至25d，Θ持续10d一直在20以上。第26d，AOR/ANR＞1.4，继续降低溶解氧至0.36±0.1mg/L，AOR/ANR值不断下降，最低达1.25，并且连续5d的AOR/ANR＜1.4，实现了SNAD工艺的稳定运行。

Claims (1)

1.一种实现同步亚硝化-厌氧氨氧化与反硝化工艺稳定运行的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据监测的数据计算用于判定反应器运行状况的参数：

1)通过下式计算表征反应器内亚硝酸盐氧化菌活性的特征系数Θ：

$\mathrm{\Θ}=\frac{({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{inf})+({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{inf})+({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{inf})-({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{eff})}{({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{eff})-({\mathrm{NO}}_3^{-}-N_{inf})}$

其中表示进水氨氮，表示进水亚氮，表示进水硝氮，表示出水氨氮，表示出水亚氮，表示出水硝氮；单位为mg/L；

2)通过下式计算反应器内通过厌氧氨氧化途径去除的氮素量Δ，单位为mg/L；

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}=\left({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{\inf }\right)+\left({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{\inf }\right)-\left({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff}\right)-\left({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{eff}\right)-0.11\\ *\[\left({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{\inf }\right)+\left({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{\inf }\right)-\left({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff}\right)-\left({\mathrm{NO}}_2^{-}-N_{eff}\right)\]\end{array}$

3)通过下式计算表征反应器内好氧氨氧化菌活性的参数AOR，其中污泥浓度MLSS单位为g/L，水力停留时间HRT单位为d，

$AOR=\frac{({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{inf})-({\mathrm{NH}}_4^{+}-N_{eff})-\mathrm{\Δ}/2.04}{1000*HRT*MLSS}$

4)通过下式计算表征反应器内厌氧氨氧化菌活性的参数ANR，其中污泥浓度MLSS单位为g/L，水力停留时间HRT单位为d，

$ANR=\frac{\mathrm{\Δ}/2.04}{1000*HRT*MLSS}$

(2)若Θ≤20，则降低反应器内的溶解氧，每次降低20％，直至反应器连续10天以上保持Θ＞20,继续步骤(3)；

(3)若AOR/ANR≥1.4,则降低反应器内的溶解氧，每次降低10％，直至反应器内连续5天以上保持AOR/ANR＜1.4；

(4)当反应器的Θ＞20且AOR/ANR＜1.4时，视为SNAD工艺稳定运行，维持该操作条件继续运行。