CN105621611B

CN105621611B - 一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法

Info

Publication number: CN105621611B
Application number: CN201410585643.7A
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 孙丹凤; 郭志华; 李宝忠
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN105621611A

Abstract

本发明公开了一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，包括：（1）将脱氮活性污泥放入生物反应器；（2）采用间歇进水和逐渐提高进水氨氮浓度的方式进行启动，并投加氨氧化细菌生长促进剂，所述氨氧化细菌生长促进剂包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐为40~100重量份，多胺类物质为5~30重量份，无机酸羟胺为0.05~1.5重量份，Na₂SO₃为10~40重量份；所述金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5~15）:（1~8）:（0.5~5）；（3）当进水氨氮浓度达400~700mg/L时改为连续进水，继续投加生长促进剂，当氨氮去除率大于90%，亚硝化率达80%时开始投加脱氮菌剂。本发明方法可以在短时间内快速启动短程硝化反硝化工艺，具有启动时间短，总氮去除率高的优点。

Description

一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，该方法可以实现含氨废水的短程硝化反硝化脱氮工艺的快速启动。

背景技术

废水生物脱氮作为水污染控制的一个重要研究方向，经历了从成熟的传统生物脱氮到新型生物脱氮过程。新型生物脱氮工艺为低COD（化学耗氧量，表示碳源含量的指标，本申请中COD数值以Cr法测量）高氨氮废水的处理提供了可行的途径。特别是亚硝化生物脱氮技术由于具有降低能耗、节约碳源、减少污泥生产量等优点，受到人们的普遍关注，成为废水生物脱氮领域研究和应用的热点之一。

有文献对单级自养脱氮生物膜SBR工艺的启动进行较详细的研究（方芳等，中国给水排水，2006，22(1):58~61），它的特点是在生物膜SBR反应器中接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥，在温度为(30±2)℃、pH值为7.5～8.5、DO（溶解氧）为0.8～1.0mg/L和HRT（水力停留时间）为24h的条件下，处理中低浓度氨氮（60～120mg/L）废水，亚硝化选择期共历时80d，经过污泥驯化期、亚硝化选择期和污泥适应期三个较为典型的阶段后，亚硝化率达到了77％，脱氮能力为40％。

CN200410017477.7中提出了一种含氨废水短程硝化快速启动方法，它的特点是以好氧活性污泥作为接种物，采用连续操作方式，将温度控制在25℃～28℃，pH值控制在7.2～7.5，溶解氧浓度控制在2.5～3.0mg/L，富集足量的硝化菌；当氨氮去除率达98％且运行稳定时将pH值调到8.0～8.2，温度控制在32℃～35℃之间，溶解氧浓度控制在1.0～1.5mg/L，优选亚硝酸细菌，淘汰硝酸细菌。启动过程中含氨废水的初始浓度为5～6mmol/L，终浓度为30mmol/L，运行39d～46d可实现短程硝化的快速启动。CN200810012685.6公开了一种含氨废水短程硝化的快速启动方法，它的特点是以富集的硝化细菌或者是硝化细菌与污水厂好氧活性污泥的混合物作为接种物。

CN201110315549.6公开了一种短程硝化反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征是定期投加5~15mg/L羟胺。CN201010168453.7公开了一种快速启动缺氧氨氧化生物滤池的方法，其特征是步骤（2）中投加羟胺，诱导接种污泥向缺氧氨氧化生物膜转变。以上发明主要是利用羟胺对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用，促进短程硝化作用，但是对生长缓慢的氨氧化细菌自身生长没有促进作用。

目前尽管短程硝化反硝化工艺已经进入工业化应用阶段，但普遍存在着负荷较小，去除率偏低，运行不稳定，启动时间长等不足，不能有效处理低COD高氨氮浓度的废水。这大大限制了短程硝化反硝化工艺的发展和应用。因此如何快速启动短程硝化反硝化工艺、在较高负荷和氨氮去除率条件下能够保证反应器的长期稳定运行将是含氨废水处理领域研究的重点之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法。该方法可以在短时间内快速启动短程硝化反硝化工艺，具有启动时间短，总氮去除率高的优点，而且能够保证反应器长期稳定运行。

本发明含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，包括如下内容：

（1）将脱氮活性污泥放入生物反应器；

（2）采用间歇进水和逐渐提高进水氨氮浓度的方式进行启动，并投加氨氧化细菌生长促进剂，所述氨氧化细菌生长促进剂包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份，多胺类物质为5~30重量份，优选为10~20重量份，无机酸羟胺为0.05~1.5重量份，优选为0.1~1.0重量份，Na₂SO₃为10~40重量份，优选为20~30重量份；所述金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5~15）:（1~8）:（0.5~5），优选为（8~12）:（2~6）:（1~4）；

（3）当进水氨氮浓度达400~700mg/L时改为连续进水，继续投加生长促进剂，当氨氮去除率大于90%，亚硝化率达80%时开始投加脱氮菌剂。

本发明步骤（1）所述的脱氮活性污泥可以是任何污水处理厂富含硝化细菌和反硝化细菌的活性污泥，按照MLSS（悬浮固体含量）为1.5~2.5g/L来投加。

本发明步骤（2）所述的间歇进水操作方式，进水的氨氮初始浓度为200～300mg/L，温度为20～40℃，pH值控制在8.2～8.5，溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L。间歇进水操作方式可以采取批次换水，在通空气条件下反应，然后停止通气，自然沉降后，排出上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水。当氨氮去除率大于80%时提高进水氨氮浓度，每次氨氮浓度提高的幅度为50~100mg/L。当氨氮浓度达400~700mg/L且亚硝化率大于60%时，改为连续进水操作方式。对于间歇处理工艺，每小时处理废水量指一个运转周期内平均每小时处理废水量。

本发明步骤（2）所述的钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，优选CaCl₂；亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，优选FeCl₂；铜盐为CuSO₄或者CuCl₂，优选CuCl₂。所述的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述的无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种，优选为盐酸羟胺。促进剂中金属盐所提供的金属离子作为氨氧化细菌生长所需要的元素，同时作为酶的组份提高酶的活性，可以快速降解底物，加速酶促反应进程。多胺类物质与金属离子共同作用，可以加快细胞增殖，并能够提高所收获菌体的沉降性和稳定性，延长菌体使用寿命。无机酸羟胺和Na₂SO₃的配合加入，有助于控制体系的溶解氧，不仅可以使羟胺作为底物直接参与氨氧化细菌的代谢过程、缩短酶促反应进程，而且可以作为羟胺氧还酶的激活剂加速细胞生长。此外，由于在厌氧或缺氧条件下羟胺可以抑制亚硝酸盐氧化酶的活性，因此无机酸羟胺和Na₂SO₃的配合加入有助于抑制亚硝酸盐氮进一步转化成硝酸盐氮。

本发明步骤（2）所述的氨氧化细菌生长促进剂，首先按照促进剂中各组分所含重量份进行配置，然后按照需要的浓度进行投加。在间歇进水时每一批次都要投加，投加量按照污水中促进剂浓度0.5~5mg/L进行投加。

本发明步骤（3）所述的连续进水操作方式的水力停留时间设为24~36h，pH值控制在7.8～8.2范围内，温度为20℃～40℃，溶解氧浓度控制在0.2～2.0mg/L。

本发明步骤（3）所述的脱氮菌剂主要是以亚硝氮为氮源脱氮菌剂，按照0.5%~1%的体积比进行投加。脱氮菌剂包括节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3、甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3、沼泽考克氏菌（Kocuria palustris）FSDN-A和科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii）FSDN-C中的一种或几种，六种菌株分别于2010年3月11日和2011年7月14日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号分别为CGMCC No.3657、CGMCC No.3659、CGMCC No.3658、CGMCC No.3660、CGMCC NO.5061和CGMCC NO.5062。本发明优选采用CN201010536004.3所述脱氮菌剂，主要由节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1和水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2组成，节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体体积比为1:1-5，菌体体积比按菌体体积计，菌体体积为培养后菌液在每分钟1万转条件下离心分离5分钟得到的菌体体积。脱氮菌剂中通常含有营养液等添加剂，菌体体积一般占脱氮菌剂总体积的10%～50%，优选为20%～40%。

本发明步骤（3）连续进水时，每隔2~3天投加一次促进剂，投加量按照污水中促进剂浓度1.0~5.0mg/L进行投加。当亚硝化率达80%时，按照每小时处理废水量的0.05%~0.1%投加脱氮菌剂，也可以采用分批投加的方式，具体投加量根据总氮的去除效果确定。当氨氮和总氮去除率均达到90％以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。

本发明方法中，含氨废水短程硝化反硝化可以发生在一切含氨废水生化处理工艺及其变形工艺过程中，如间歇式活性污泥法（SBR）、厌氧-好氧活性污泥法（AO）、厌氧缺氧好氧活性污泥法（A²O）、厌氧两级好氧工艺（AO²）、曝气生物滤池（BAF）等。

本发明以活性污泥作为接种物并投加氨氧化细菌生长促进剂配合脱氮菌剂共同启动短程硝化反硝化。启动时将不同的操作方式与促进剂相结合，通过选择氨氧化细菌生长促进剂的组成物质和配比，在金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺及Na₂SO₃的共同作用，在较低氨氮浓度下以间歇式操作方式促进氨氧化细菌的快速生长，然后以连续操作方式促进亚硝酸细菌的快速适应，从而实现高效的亚硝化过程。最后通过投加适宜的反硝化脱氮菌剂和促进剂的配合作用实现短程硝化反硝化脱氮，系统可以在一个月内完成开工投产，低于现有方法两个月以上的启动开工时间。

本发明的快速启动方法大大降低了短程硝化的启动难度并且明显缩短开工时间，并可保证反应器的长期稳定运行，对废水处理效率高，能够实现氨氮和总氮的高效去除。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。本发明短程硝化反硝化脱氮的快速启动方法如下：

（1）首先在反应器内接种活性污泥，接种后MLSS为1.5~2.5g/L；

（2）以250-300mg/L的含氨废水作为反应器进水，pH控制在8.2-8.5，将温度控制在25-35℃，溶解氧浓度为1.5-4.0mg/L左右，启动短程硝化过程。先间歇进水，每一批次进水的同时补加促进剂，投加量按照污水中促进剂浓度1-2mg/L进行投加。反应24h后停止通气，自然沉降后排出上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水和促进剂。当氨氮去除率大于80%时提高进水的氨氮浓度，每次提高的幅度为50-100mg/L，直至进水氨氮浓度达400-700mg/L，此时亚硝化率大于60%，改为连续式操作；

（3）连续操作方式的水力停留时间为24h，pH值控制在7.8～8.2，溶解氧浓度控制在0.2～2.0mg/L。连续操作时，每隔2~3天投加一次促进剂，每次按照污水中促进剂浓度3.0~4.0mg/L进行投加。当氨氮去除率大于90%以上，亚硝化率达80%开始按照每小时处理废水量的0.05%~0.1%投加脱氮菌剂。运行稳定后氨氮和总氮去除率均达到90％以上，完成短程硝化反硝化的启动过程。

实施例1 氨氧化细菌生长促进剂的制备

本发明氨氧化细菌生长促进剂的制备方法如下：（1）按照以下组成及重量份制备金属盐溶液：金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份，所述的金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，金属盐中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔配置比例为（5~15）:（1~8）:（0.5~5），优选为（8~12）:（2~6）:（1~4）；（2）将10~40重量份，优选为20~30重量份Na₂SO₃加入到金属盐溶液中；（3）使用前将5~30重量份，优选为10~20重量份的多胺类物质和0.05~1.5重量份、优选为0.1~1.0重量份的无机酸羟胺加入到金属盐溶液中。

采用上述方法按照表1促进剂的比例和配方配制四种型号的促进剂，所述促进剂浓度均为0.5g/L。

表1 促进剂的配方及比例

实施例2 脱氮菌剂的制备

（1）将节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2分别接种于牛肉膏蛋白胨固体培养基上在温度为30℃恒温培养箱中进行活化，培养基配方为：牛肉膏：5g/L，蛋白胨：10g/L，NaNO₂：1g/L，加入2.0%的琼脂。

（2）用接菌环刮一环固体菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养液中，在温度25~35℃、150~240rpm好氧条件下震荡培养1~3天至对数生长期，获得液体菌剂种子液；培养基配方为：牛肉膏：5g/L，蛋白胨：10g/L，NaNO₂：1g/L。

（3）将上述节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2种子液按照1:1和1:2两种比例组合分别在具有良好搅拌系统的反应器中进行放大培养，培养液中的亚硝氮浓度为200mg/L~800mg/L，碳氮质量比2：1~10:1；培养条件为温度25℃～35℃；pH6.5～10.0；溶解氧低于1.0mg/L。两种菌的生长速度相近，经对比与分别培养再混合的方式得到的菌剂基本相同。

对经过放大培养获得的液态菌悬液A（种子液混合比例1:1）和B（种子液混合比例1:2）进行收集浓缩，然后加入菌悬液两倍体积的营养液。每升营养液中NO₂ ^- 、Fe^2＋、Mg^2＋、K^＋、Ca^2＋这五种阳离子的摩尔配置比例为2000:5:20:20:15，其中NO₂ ^-的质量浓度为100~1000mg/L，再加入菌悬液体积0.5%~1.0%的保藏剂得到脱氮菌剂A和脱氮菌剂B。

实施例3 不同促进剂和不同菌剂配合后的启动效果

取五个容积相同的反应器1~5号，按照接种后MLSS为2.0g/L分别接种某污水处理厂剩余活性污泥，将某催化剂厂的高含氨废水稀释至250mg/L作为反应器进水，pH控制在8.2；将温度控制在30℃；溶解氧浓度为3.0~3.5mg/L。先间歇进水，进水的同时按照污水中促进剂浓度2mg/L分别向1-4号反应器中补加实施例1的促进剂，反应24h后停止通气，自然沉降后除去上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水，当氨氮去除率达80%时降低原废水的稀释倍数使得进水的氨氮浓度提高，每次提高的幅度为50mg/L；当进水的氨氮浓度达到500mg/L并且亚硝化率达65%时改为连续操作方式，水力停留时间为24h；将pH值控制在7.8，溶解氧浓度为1.5mg/L。当氨氮去除率大于90%时，亚硝化率达到80%，此时按照每小时所处理废水量的0.08%投加实施例2的脱氮菌剂A或者B，系统启动22天时分析具体的效果见表2。

表2 不同促进剂和不同菌剂配合后启动效果

从表2来看，经过22天的启动，1号~4号加入促进剂的反应器内氨氮和总氮去除率均大于95%，完成了短程硝化反硝化的启动，而5号反应器在启动过程中没有加促进剂，第22天时氨氮和总氮去除率均低于90%，没有完成短程硝化反硝化的快速启动过程。

Claims

1.一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，其特征在于包括如下内容：

（1）将脱氮活性污泥放入生物反应器；

（2）采用间歇进水和逐渐提高进水氨氮浓度的方式进行启动，并投加氨氧化细菌生长促进剂，所述氨氧化细菌生长促进剂包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐为40~100重量份，多胺类物质为5~30重量份，无机酸羟胺为0.05~1.5重量份，Na₂SO₃为10~40重量份；所述金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5~15）:（1~8）:（0.5~5）；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氨氧化细菌生长促进剂中金属盐为50~80重量份，多胺类物质为10~20重量份，无机酸羟胺为0.1~1.0重量份，Na₂SO₃为20~30重量份；Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（8~12）:（2~6）:（1~4）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的脱氮活性污泥是污水处理厂富含硝化细菌和反硝化细菌的活性污泥，按照MLSS为1.5~2.5g/L来投加。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述间歇进水操作方式，初始进水氨氮浓度为200～300mg/L，温度为20℃～40℃，pH值为8.2～8.5，溶解氧浓度为1.0～5.0mg/L；间歇进水操作方式采取批次换水，在通空气条件下反应，然后停止通气，自然沉降后，排出上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水；当氨氮去除率大于80%时提高进水氨氮浓度，每次氨氮浓度提高的幅度为50~100mg/L。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂；所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；所述的无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的氨氧化细菌生长促进剂在间歇进水时每一批次都要投加，投加量按照污水中促进剂浓度0.5~5mg/L进行投加。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的连续进水操作方式的水力停留时间设为24~36h，pH为7.8～8.2，温度为20℃～40℃，溶解氧浓度为0.2～2.0mg/L。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的脱氮菌剂包括节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3、甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3、沼泽考克氏菌（Kocuria palustris）FSDN-A和科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii）FSDN-C中的一种或几种，六种菌株分别于2010年3月11日和2011年7月14日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号分别为CGMCC No.3657、CGMCC No.3659、CGMCC No.3658、CGMCC No.3660、CGMCC NO.5061和CGMCCNO.5062；按照0.5%~1%的体积比进行投加。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述脱氮菌剂采用CN201010536004.3所述脱氮菌剂，由节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1和水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2组成，节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体体积比为1:1-5。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）连续进水时，每隔2~3天投加一次氨氧化细菌生长促进剂，投加量按照污水中促进剂浓度1.0~5.0mg/L进行投加；当亚硝化率达80%时，按照每小时处理废水量的0.05%~0.1%投加脱氮菌剂。