CN105645582A

CN105645582A - 一种废水处理系统短程硝化反硝化的快速启动方法

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Publication number: CN105645582A
Application number: CN201410731296.4A
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 郭志华; 孙丹凤; 郭宏山
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: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: CN105645582B

Abstract

本发明公开了一种废水处理系统短程硝化反硝化的快速启动方法，包括：（1）首先在生物反应器内接种废水处理厂好氧活性污泥；（2）先采用间歇进水然后采用连续进水两种操作方式进行系统启动；（3）不同的进水方式投加不同比例的脱氮微生物制剂，所述微生物制剂主要由节杆菌（Arthrobacter？creatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacterium？mizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus？denitrificans)？DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium？phyllosphaerae)？SDN-3组成；间歇进水时投加的菌体体积比为1:2:（8～15）:（8～15），连续进水时投加的菌体体积比为（8～15）:（8～15）:2:1。本发明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、总氮和COD的同时去除。

Description

一种废水处理系统短程硝化反硝化的快速启动方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体地说涉及一种废水处理系统短程硝化反硝化的快速启动方法，该方法可以实现废水处理系统快速启动的同时使废水达标处理。

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，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废水厂好氧活性污泥的混合物作为接种物；虽然实现了短程硝化的快速启动，但没有考虑总氮去除问题。

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，并且有些正在运行的工艺并没有考虑总氮去除问题。这大大限制了短程硝化反硝化工艺的发展和应用。CN201210130659.X公开了一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，它的特点是以富集的硝化细菌和以亚硝氮为氮源的反硝化细菌作为接种物，该方法虽然实现了短程硝化的快速启动，但是因为使用硝化细菌和反硝化细菌，需要两类菌体在不同的培养液中分别培养后再投加。

因此如何经济高效并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，本发明提供一种操作简单、费用较低的废水短程硝化反硝化的快速启动方法。本发明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、总氮和COD的同时去除。

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）首先在生物反应器内接种废水处理厂好氧活性污泥；

（2）先采用间歇进水然后采用连续进水两种操作方式进行系统启动；

（3）不同的进水方式投加不同比例的脱氮微生物制剂，所述的脱氮微生物制剂主要由节杆菌（Arthrobactercreatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacteriummizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3和甲基杆菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3组成；四种菌株分别于2010年3月11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CGMCCNo.3657、CGMCCNo.3659、CGMCCNo.3658、CGMCCNo.3660；间歇进水时投加的菌体体积比为1:2:（8～15）:（8～15），连续进水时投加的菌体体积比为（8～15）:（8～15）:2:1。（菌体体积指培养后在每分钟1万转条件下离心分离5分钟后的得到的菌体体积）。

本发明步骤（1）所述接种的好氧活性污泥接种量为生物反应器有效容积的10%～50%。接种活性污泥后采取12～24h闷曝处理，闷曝过程中控制溶解氧浓度（DO）在3.0～5.0mg/L，对活性污泥进行淘洗。

本发明步骤（2）所述的间歇进水操作方式，进水的初始氨氮浓度为100～200mg/L，COD浓度为300～600mg/L；控制处理温度为20℃～40℃，pH值为7.8～8.2，溶解氧浓度为1.0～5.0mg/L，碳氮质量比为2:1～4:1。当出水中的悬浮物浓度低于100mg/L时投加步骤（3）所述的脱氮微生物制剂，并逐步提高进水氨氮浓度，至氨氮浓度达400～700mg/L，并且在12h内氨氮去除率达60%以上时改为连续进水操作方式。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90%时提高进水氨氮浓度，每次氨氮浓度提高的幅度为50～100mg/L。间歇进水操作方式也可以采取在不排水的情况下批次补加一定量的铵盐方式，当氨氮去除率大于90%时提高铵盐的补加量，每次补入的铵盐增加幅度以氨氮计为50～100mg/L。

本发明步骤（2）所述的连续进水操作方式的水力停留时间设为14～24h，控制pH值在8.2～8.5，温度为20℃～40℃，溶解氧浓度为0.2～4.0mg/L，碳氮质量比为3:1～10:1。在投加步骤（3）所述的脱氮微生物制剂并保持脱氮率70%以上的条件下，逐渐提高废水氨氮浓度或者逐渐降低高含氨废水的稀释倍数，直至进水氨氮浓度达500～1000mg/L，系统内总氮去除率达80%以上优选为90％以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。

本发明步骤（3）所述的脱氮微生物制剂主要由节杆菌（Arthrobactercreatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacteriummizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3和甲基杆菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3组成；所涉及的菌株及其培养方法具体如CN102465103、CN102465104、CN102465105和CN102465106所述。本发明中，首先对四种菌株进行单独培养，分别获得种子液后再按比例混合共同放大培养。放大培养后的菌悬液需要补充营养液等添加剂进行保存，营养液体积为菌悬液体积的2～20倍。

本发明步骤（3）所述的脱氮微生物制剂可以采取分批投加的方式也可以采取一次性投加方式，优选一次性投加，总投加量按照所处理废水体积的1%～10%进行投加。具体投加量根据废水中含氮污染物的去除效果确定。

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。

本发明在活性污泥处理系统中投加脱氮微生物制剂完成短程硝化反硝化的启动过程，启动时将间歇式操作方式和连续式操作方式相结合，在较低氨氮浓度下以间歇式操作方式并投加以降解氨氮为主的微生物促进与活性污泥的快速结合，通过采用逐渐提高氨氮浓度的方式提高微生物对废水的适应能力，然后以连续操作方式并投加以降解亚硝氮为主的微生物实现废水的脱氮处理。本发明与现有技术相比，由于异氧硝化菌比自养硝化容易培养，所以可以缩短菌体对废水的适应期，进一步缩短开工时间。

本发明废水处理短程硝化反硝化快速启动方法是通过不同的进水方式和投加不同比例的生物制剂实现的，由于异氧硝化菌的生长速度快、对废水的适应性强，开工时间可以比投加自养硝化细菌要短，其中的反硝化菌容易培养，也大大减轻了劳动强度。这种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、总氮和COD的同时去除。

具体实施方式

本发明提出了一种废水处理系统短程硝化反硝化工艺的快速启动方法。该方法启动时间短，氨氮负荷高，氨氮、总氮和COD去除率均大于95%，而且能够保证反应器长期稳定运行。

本发明提出的含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法如下：

（1）首先在生物反应器内接种废水处理厂好氧活性污泥，启动短程硝化反硝化脱氮过程；

（2）先采用间歇操作方式，以150mg/L左右的含氨废水作为进水，逐渐提高进水氨氮浓度，此时控制pH为7.8～8.2，溶解氧浓度为1.0～5.0mg/L，温度为20℃～35℃，碳氮质量比为2:1～4:1；

（3）在间歇操作过程中，当废水中悬浮物浓度低于100mg/L时投加脱氮微生物制剂（菌剂中FDN-1、FDN-2、DN-3和SDN-3四种菌株的体积比为1：2：8～15：8～15），投加量为所处理废水体积的1%～10%；

（4）当进水氨氮浓度达400～700mg/L时改为连续操作方式，同时投加脱氮微生物制剂（菌剂中FDN-1、FDN-2、DN-3和SDN-3四种菌株的体积比为8～15:8～15:2:1），投加量为所处理废水体积的1%-10%。控制连续操作方式的水力停留时间为14～20h，pH值为8.2～8.5，溶解氧浓度为0.2～4.0mg/L，碳氮质量比为3:1～10:1；

（5）逐渐提高废水氨氮浓度或者逐渐降低高含氨废水的稀释倍数，直至进水氨氮浓度达500～1000mg/L；

（6）当系统内总氮去除率达90%以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。

实施例1脱氮微生物制剂的制备

1、单个菌株的培养：分别按照CN102465103、CN102465104、CN102465105和CN102465106所述的方法对FDN-1、FDN-2、DN-3和SDN-3四种菌株进行单独培养至对数生长期，获得单个菌株的种子液。

2、脱氮微生物制剂的制备：将上述节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3四种菌株的种子液分别按照1：2：8～15：8～15和8～15:8～15:2:1两种体积比混合，在具有良好搅拌系统的反应器中分别进行放大培养，培养液中氨氮浓度为200～800mg/L，碳氮质量比2:1～4:1，温度为25℃～35℃，pH值为6.5～10.0，溶解氧浓度低于3.0mg/L，获得液态菌悬液Ⅰ和液态菌悬液Ⅱ。

对经过放大培养获得的液态菌悬液Ⅰ和Ⅱ进行收集、浓缩，然后加入菌悬液五倍体积的营养液。每升营养液中NH₄ ⁺-N、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，再加入菌悬液体积2.5%的保藏剂后分装到500mL的塑料瓶中，置-70℃条件下保存备用。

实施例2

以自配氨氮浓度为300mg/L、COD浓度为800mg/L的废水作为试验用水进行反应器的短程硝化反硝化启动试验，启动过程中将pH控制在7.9、温度控制在20℃、溶解氧浓度为1.5～3.0mg/L，碳氮质量比4:1。首先按照所处理废水体积的20%接种活性污泥进行适应性驯化。先间歇运行，反应24h后停止通气，自然沉降后排出上清液，留下活性污泥，然后往反应器中补入新的含氨废水。当氨氮去除率大于90%时提高进水的氨氮浓度，每次提高的幅度为100mg/L，运行3天后，上清液中悬浮物浓度为80mg/L时按照体积比5%投加实施例1中制备的菌悬液Ⅰ。6天后进水的氨氮浓度达到700mg/L，在12h氨氮去除率达65%，此时改为连续式操作，同时按照体积比5%投加实施例1中制备的菌悬液Ⅱ，控制水力停留时间为14h，pH值8.3，溶解氧浓度为0.5～2.0mg/L，碳氮质量比5:1。当氨氮去除率大于90%时，继续提高进水氨氮浓度，每次提高的幅度为100mg/L，当进水氨氮浓度为600mg/L时，氨氮、总氮和COD去除率均达到95％以上，此时结束系统的快速启动，共需时间18天。

比较例1

将某催化剂厂的高含氨废水稀释至250mg/L作为反应器进水，实施短程硝化反硝化的快速启动。启动过程中pH控制在7.8、将温度控制在30℃、溶解氧浓度为3.0～5.0mg/L，碳氮质量比为3:1。首先按照所处理废水体积的40%接种活性污泥进行适应性驯化。

（1）只采用间歇进水操作方式，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，当氨氮去除率大于90%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；运行3天后，上清液中悬浮物浓度为100mg/L时按照体积比4%投加实施例1中的菌悬液Ⅰ和Ⅱ，运行65天后，进水氨氮浓度才提高到600mg/L，而且氨氮去除率只有80%、总氮去除率只有70%。

（2）只采用连续进水操作方式，按照体积比4%投加实施例1中的菌悬液Ⅰ和Ⅱ，控制水力停留时间为17.5h，pH值8.5，溶解氧浓度为1.0～2.5mg/L，碳氮质量比3:1。当氨氮去除率大于90%时，逐渐降低含氨废水的稀释倍数，使得氨氮浓度每次提高的幅度为50mg/L；直至原废水经过稀释后其中的氨氮浓度为600mg/L时，此时结束系统的快速启动，共需时间85天，而且氨氮去除率只有75%、总氮去除率只有60%。

（3）先采用间歇进水操作方式，其他条件同（1），6天后进水的氨氮浓度达到700mg/L，在12h氨氮去除率达60%，此时改为连续式操作，其他条件同（2），直至原废水经过稀释后其中的氨氮浓度为600mg/L时，氨氮、总氮和COD去除率均达到95％以上，此时结束系统的快速启动，共需时间25天。

不同的启动效果见表1。

表1投加微生物制剂相同进水方式不同的启动效果

由表1可见，单独采用间歇进水和单独采用连续进水方式，都不能实现快速启动，只有采取先间歇再连续进水相结合的方式才能实现快速启动。

比较例2

与比较例1一样，将某催化剂厂的高含氨废水稀释至250mg/L作为反应器进水，实施短程硝化反硝化的快速启动。其他条件同比较例1。采取先间歇再连续进水相结合的方式进行操作，不同的是每一种方式的进水阶段投加的菌剂有所改变，具体结果见表2。

表2投加微生物制剂不同进水方式相同的启动效果

由表2可见，尽管采取了间歇和连续进水组合方式，如果只投加一种比例的菌剂也不能达到快速启动效果，只有采取间歇进水时投加Ⅰ号制剂、连续进水时投加Ⅱ号制剂的情况下，启动时间为25天，才能实现快速启动。

Claims

1.一种废水处理系统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）首先在生物反应器内接种废水处理厂好氧活性污泥；

（3）不同的进水方式投加不同比例的脱氮微生物制剂，所述的脱氮微生物制剂主要由节杆菌（Arthrobactercreatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacteriummizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3和甲基杆菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3组成，间歇进水时投加的菌体体积比为1:2:（8～15）:（8～15），连续进水时投加的菌体体积比为（8～15）:（8～15）:2:1；四种菌株分别于2010年3月11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CGMCCNo.3657、CGMCCNo.3659、CGMCCNo.3658、CGMCCNo.3660。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的好氧活性污泥接种量为生物反应器有效容积的10%～50%。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）接种活性污泥后采取12～24h闷曝处理，闷曝过程中控制溶解氧浓度在3.0～5.0mg/L，对活性污泥进行淘洗。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的间歇进水操作方式，进水的初始氨氮浓度为100～200mg/L，COD浓度为300～600mg/L；控制处理温度为20℃～40℃，pH值为7.8～8.2，溶解氧浓度为1.0～5.0mg/L，碳氮质量比为2:1～4:1。

5.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于：间歇进水操作时，当出水中的悬浮物浓度低于100mg/L时投加步骤（3）所述的脱氮微生物制剂，并逐步提高进水氨氮浓度，至氨氮浓度达400～700mg/L，并且在12h内氨氮去除率达60%以上时改为连续进水操作方式。

6.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于：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90%时提高进水氨氮浓度，每次氨氮浓度提高的幅度为50～100mg/L。

7.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于：间歇进水操作方式采取在不排水的情况下批次补加一定量的铵盐方式，当氨氮去除率大于90%时提高铵盐的补加量，每次补入的铵盐增加幅度以氨氮计为50～100mg/L。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的连续进水操作方式的水力停留时间设为14～24h，控制pH值在8.2～8.5，温度为20～40℃，溶解氧浓度为0.2～4.0mg/L，碳氮质量比为3:1～10:1。

9.按照权利要求1或8所述的方法，其特征在于：连续进水操作时，在投加步骤（3）所述的脱氮微生物制剂并保持脱氮率70%以上的条件下，逐渐提高废水氨氮浓度或者逐渐降低高含氨废水的稀释倍数，直至进水氨氮浓度达500～1000mg/L，系统内总氮去除率达80%以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的四种菌株首先进行单独培养，分别获得种子液后再按比例混合共同放大培养；放大培养后的菌悬液需要补充营养液进行保存，营养液体积为菌悬液体积的2～20倍。

11.按照权利要求1或10所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的脱氮微生物制剂采取分批投加的方式或者采取一次性投加方式，总投加量按照所处理废水体积的1%～10%进行投加。