CN104787889B - 利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程‑厌氧氨氧化的方法 - Google Patents

Abstract

利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程‑厌氧氨氧化的方法，属于污水生物处理领域。针对稳定性遭到破坏，出水硝态氮增高，NOB逐渐富集的城市污水连续曝气一体化自养脱氮反应器，采用低氧微曝和缺氧搅拌交替运行以抑制NOB的增长。在反应过程中，以低氧微曝时间7min，停曝21min的循环间歇曝气方式运行，计算每周期总氮去除量TN_rem和硝酸盐增长量NO^‑ ₃‑N_pro，以TN_rem/NO^‑ ₃‑N_pro大于4.0或为负值，并稳定维持一周以上，即实现城市污水一体化自养脱氮反应器的恢复。反应器改为间歇曝气约55天后TN_rem/NO^‑ ₃‑N_pro维持在4.0以上或为负值，同时总氮去除率达到80％，并稳定维持100天以上。本发明实现了城市污水一体化自养脱氮反应器的稳定性恢复，具有操作简单，运行稳定，出水效果好的优点。

Description

利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程-厌氧氨氧化的 方法

技术领域

本发明涉及一种利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程-厌氧氨氧化的方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

随着城市化进程的不断加快和环境保护要求的逐渐提高,城市污水处理厂数量越来越多,污水处理总量也越来越多。传统的城市污水脱氮工艺主要为是硝化－反硝化脱氮，该工艺在好氧曝气环节消耗了大量的能量，属于高能耗的污水处理工艺，污水处理费用较高。由于城市污水一般碳氮比较低，难以满足反硝化过程碳源需求，需投加甲醇等外碳源提高系统总氮(TN)去除率，而外碳源的投加则进一步提高了脱氮系统的运行费用。这样不但增加了额外设施和处理成本，还会造成出水的COD升高，难以保证低碳源废水脱氮效率。因此，如何降低成本和提高总氮去除率成为处理低碳源污水所面临的主要问题。

近年来，厌氧氨氧化细菌的发现给污水处理工艺的发展带来了新的契机，使低能耗、可持续的污水处理技术成为可能，在实践应用方面也取得了相当的进展。半短程硝化－厌氧氨氧化城市污水一体化自养脱氮技术集亚硝酸化与厌氧氨氧化与一体，即氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化(Anammox)菌在同一反应器中协同作用而完成脱氮。由于AOB和Anammox菌都是自养菌，且该工艺只需将约50％的氨氮氧化成亚硝酸盐，与传统的硝化－反硝化工艺相比，半短程硝化－厌氧氨氧化城市污水一体化自养脱氮技术具有节省50％的氧耗和100％的外加碳源，且污泥产量少的优点。另外，由于厌氧氨氧化反应无需有机物，可使污水中有机物尽可能多的用于厌氧发酵产甲烷，从而大大提高了城市污水的能量回收率。

实现城市污水一体化自养脱氮的关键在于抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长。目前，改工艺遇到的瓶颈问题是在低氨氮条件下长期运行过程中，会因系统中NOB适应新环境而逐渐增殖富集，导致亚硝化的破坏。这将导致Anammox菌难以竞争到足够的基质，出水硝氮增高，从而使整个自养脱氮系统崩溃。因此，在该系统出现NOB增多出水硝氮增高的情况下找到一种有效的恢复方法具有非常重大的意义。

发明内容

本发明的目的是针对城市污水短程-厌氧氨氧化一体化自养脱氮反应器出现的出水硝态氮增高，NOB逐渐富集的问题，提出了利用低氧微曝和缺氧搅拌抑制亚硝氧化菌的城市污水自养脱氮恢复方法。针对稳定性遭到破坏的城市污水连续曝气一体化自养脱氮反应器，利用NOB在经一定时长的缺氧搅拌后活性恢复滞后于AOB，AOB比亚硝酸氧化菌(NOB)对氧的亲和力更高的现象，采用低氧微曝和缺氧搅拌以抑制NOB的增长。在反应过程中，以低氧微曝时间7min，停曝21min的循环间歇曝气方式运行，直到周期结束，其中停曝时为缺氧搅拌，低氧微曝溶解氧为0.4-0.7mg/L。在运行过程中，计算每周期总氮去除量TN_rem和硝酸盐增长量NO^- ₃-N_pro，以TN_rem/NO^- ₃-N_pro大于4.0或为负值，并稳定维持一周以上，即成功实现城市污水一体化自养脱氮反应器的恢复。

进一步，缺氧搅拌的搅拌速度为40r/min，以达到既保证污泥混合均匀，又不至影响反应器中污泥聚集形态的目的。

进一步，缺氧搅拌溶解氧浓度小于0.05mg/L。

本发明所提供的利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程-厌氧氨氧化的方法，通过循环间歇曝气(曝气7分钟，停曝21分钟)运行方式，使NOB在反应器运行过程中活性受到抑制，控制NOB的增长，并随排泥淘洗出系统内，在序批式生物反应器(SBR)中实现了城市污水一体化自养脱氮反应器的稳定性恢复。

本发明专利具有以下优势：

1)本发明操作简单，对水质没有特殊要求，不需要额外添加药品，具有较广泛的工程意义。

2)城市污水一体化反应器稳定运行的必要条件之一是富集厌氧氨氧化菌，间歇曝气运行中有较长的缺氧时间，且前期好氧时间为厌氧氨氧化菌提供了亚硝酸盐基质，为厌氧氨氧化菌提高了适宜的生长环境，利于其生长富集。

3)在间歇曝气运行的缺氧时间段中，会发生部分反硝化作用，降低了出水中硝态氮的含量，是出水效果更好。

综上所述，本发明具有操作简单，运行稳定，出水效果好的优点。

附图说明

图1是本发明所用实验装置示意图，但本发明不局限于此反应装置

图2是是本发明所用实验装置改为间歇曝气运行后每周期运行方式示意图

图3是本发明所用实验装置恢复前城市污水一体化自养脱氮运行效果图

图4是本发明所用实验装置改为间歇曝气运行后城市污水一体化自养脱氮运行效果图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

实验采用北京工业大学家属区生活除碳污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为60-90mg/L；NH⁺ ₄-N浓度58-87mg/L,NO^- ₂-N≤0.5mg/L，NO^- ₃-N≤0,5mg/L。

具体运行操作如下：

1)小试阶段：取城市污水一体化自养脱氮反应器中污泥做缺氧搅拌时间对NOB的抑制小试，分别检测严格缺氧5，10，15，20，25和30分钟后NOB的活性恢复情况。结果表明，在缺氧时间20分钟以上，转为好氧曝气后前8-9分钟NOB的活性较低，随后则恢复正常。

2)改变运行条件阶段：考虑到处理负荷和效率问题，选择缺氧时间为20分钟，同时考虑到实际运行过程中停止曝气后反应器中溶解氧需要1-2分钟才能降至0.05mg/L，将好氧曝气时间定为7分钟，将停曝时间定为21分钟。将城市污水一体化连续曝气自养脱氮反应器改为间歇曝气，并检测进出水的氨氮，亚硝态氮和硝态氮。

3)稳定运行阶段：反应器改为间歇曝气运行后，计算每周期总氮去除量TN_rel和硝酸盐增长量NO^- ₃-N_pro，即每周期进水混合后和反应结束后出水TN_rel及NO^- ₃-N_pro的质量浓度差值，以mg/L计。经过约30天后，TN_rem/NO^- ₃-N_pro的值稳定在4.0以上或为负值(出现负值的原因是反应过程中存在少量反硝化情况，致使进水结束后的NO^- ₃-N浓度低于出水浓度)，并稳定维持了一周以上，标志着城市污水一体化自养脱氮反应器的成功恢复恢复。TN_rem/NO^- ₃-N_pro为正值时越大处理效果越好，为负值也表示效果好但与大小无关。

改变运行条件前反应器运行效果如图3。

本发明中前期运行方式为连续曝气，反应器内溶解氧控制在0.1-0.3mg/L，不控制pH。经过约60天的稳定运行，反应器总氮去除率开始下降，TN_rem/NO^- ₃-N_pro低至2.0以下，表明氨氮被氧化生成亚硝态氮以后，大部分亚硝态氮被NOB氧化成硝态氮，而不是经厌氧氨氧化反应生成大量氮气排出反应器。至此，NOB逐渐富集，出水硝态氮升高，城市污水一体化自养脱氮反应器稳定性破坏。

改变运行条件后反应器运行效果如图4。

在第118天，将反应器运行方式由连续曝气改为曝停时间为7/21分钟的间歇曝气，溶解氧控制在0.4-0.7mg/L，既保证足够多的氨氮被氧化成亚硝态氮，又防止溶解氧浓度过高使NOB过多增长。通过利用缺氧搅拌引起的NOB活性恢复滞后现象，循环抑制NOB的活性，以达到NOB逐渐被淘洗的目的。经过约20天后，TN_rem/NO^- ₃-N_pro逐渐开始上升(TN_rem/NO^- ₃-N_pro为负值的情况是由于反应过程中硝态氮生成量少于缺氧搅拌过程中反硝化作用降解掉的硝态氮，使一个周期内的硝态氮最终生成量为负值)，总氮去除率逐渐上升，至第170天左右达到80％，并一直稳定维持，实现了城市污水一体化自养脱氮反应器的恢复。

Claims (2)

1.利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程-厌氧氨氧化的方法，其特征在于：

采用低氧微曝和缺氧搅拌交替运行以抑制NOB的增长；在反应过程中，以低氧微曝时间7min，停曝21min的循环间歇曝气方式运行，直到周期结束，其中停曝时为缺氧搅拌，低氧微曝溶解氧为0.4-0.7mg/L；在运行过程中，计算每周期总氮去除量TN_rem和硝酸盐增长量NO^- ₃-N_pro，以TN_rem/NO^- ₃-N_pro大于4.0或为负值，并稳定维持一周以上，即成功实现城市污水一体化自养脱氮反应器的恢复。

2.根据权利要求1所述的利用低氧微曝和缺氧搅拌恢复城市污水短程-厌氧氨氧化的方法，其特征在于：缺氧搅拌的搅拌速度为40r/min。