CN108117156A

CN108117156A - 一种全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行的方法

Info

Publication number: CN108117156A
Application number: CN201611072915.9A
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 孙丹凤; 郭志华; 赵胜楠; 陈明翔
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: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-06-05
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: CN108117156B

Abstract

本发明涉及一种全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行的方法，当系统出水总氮浓度大于40mg/L且以NO_x ^‑‑N为主要成份时，采用投加脱氮污泥和微生物生长促进剂C的方式实现快速恢复平稳运行；所述促进剂C包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐为钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐；当系统出水总氮浓度大于40mg/L且以NH₄ ⁺‑N为主要成份时，采用投加脱氮污泥和微生物生长促进剂D的方式实现快速恢复平稳运行，所述促进剂D包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。本发明根据全程自养脱氮系统受冲击状况，采用投加脱氮污泥并使用促进剂协同作用，从而实现受冲击系统快速恢复平稳运行。

Description

一种全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行的方法。

背景技术

20世纪90年代以来发现的厌氧氨氧化现象为高浓度含氨废水的生物脱氮处理提供了新思路。荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂、奥地利Strass污水处理厂、Salzburg污水处理厂、瑞士Glarnerland污水处理厂以及美国Washington DC污水处理厂等都已经工程化实施该项厌氧氨氧化技术，国内2009年通辽梅花集团采用荷兰帕克公司的技术建成世界上最大的厌氧氨氧化反应器。我国针对酿酒生产废水、味精生产废水和酵母生产废水等建造了多个应用实例，这些工业应用的实例均是在两个反应器内实现全程自养脱氮。

将短程硝化与厌氧氨氧化结合在一个反应器内的全程自养脱氮工艺CANON（completely autotrophic nitrogen removal over nitrite）正逐渐成为生物脱氮领域的研究热点。全程自养脱氮工艺的功能微生物好氧氨氧化细菌（也叫亚硝化细菌AOB）与厌氧氨氧化细菌（Anammox）均属于自养菌，CANON工艺就是在同一个反应器中AOB位于填料或者污泥絮体外层，在好氧条件下以NH₄ ⁺-N为电子供体，O₂为电子受体，将氨氮转化为亚硝酸盐氮，Anammox则位于填料或者污泥絮体内层，在厌氧条件下以NO₂ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N转变为N₂的生物过程。CANON工艺与传统的硝化反硝化工艺相比，可节省供氧费用50%，而且不需要外加有机碳源，节约无机碳源，可以大幅度降低污水脱氮的基建投资和运行成本，同时厌氧氨氧化过程也可以使剩余污泥产生量降至最低，从而节省大量的污泥处置费用，是一种高效节能脱氮工艺的理想选择。

CANON反应器内的亚硝化过程难以实现有效控制，同时厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，因此难以维持较高生物浓度，即使经过数月的运行建立了厌氧氨氧化功能，仍然由于厌氧氨氧化菌对环境条件的敏感而难以维持反应器的稳定运行，在工业应用过程中，同样因为厌氧氨氧化菌群对实际污水的适应性差而难以维持长久稳定运行。中国专利CN201310208280.0 公开了一种高效稳定的短程硝化-厌氧氨氧化生物脱氮方法，其特征在于亚硝化菌采用生物膜固定化、厌氧氨氧化菌采用包埋技术固定化，通过生物膜-包埋强化耦合技术实现从氨氮到氮气的高效、稳定的生物降解转化。该发明只适合用于上流式膨胀床反应器，虽然通过优化控制亚硝化和厌氧氨氧化协同耦合反应条件，达到高效、稳定的氨氮降解效率，但大规模推广应用仍然受到限制。

发明内容

针对现有全程自养脱氮工艺运行不稳定、总氮去除效果差等问题，本发明提供了一种全程自养脱氮工艺的快速恢复平稳运行的方法。本发明根据全程自养脱氮系统受冲击状况，采用投加脱氮污泥并使用促进剂协同作用，从而实现受冲击系统快速恢复平稳运行。

本发明全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行方法，包括如下内容：当系统出水总氮浓度大于40mg/L且以NO_x ^--N为主要成份时，采用投加脱氮污泥和微生物生长促进剂C的方式实现快速恢复平稳运行；所述微生物生长促进剂C包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐为钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐；当系统出水总氮浓度大于40mg/L且以NH₄ ⁺-N为主要成份时，采用投加脱氮污泥和微生物生长促进剂D的方式实现快速恢复平稳运行，所述微生物生长促进剂D包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

本发明中，所述脱氮污泥为本领域常规使用脱氮活性污泥，正常工况下，其总氮去除率大于50%，投加量按照投加后MLSS增加500-1000mg/L进行投加。

本发明中，所述微生物生长促进剂C中，以重量份计，金属盐为40-100份，优选为50-80份，多胺类物质为5-30份，优选为10-20份，无机酸羟胺为0.05-1.5份，优选为0.1-1.0份，Na₂SO₃为10-40份，优选为20-30份。所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述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。

本发明中，所述微生物生长促进剂D中，以重量份计，金属盐为40-100份，优选为50-80份，多胺类物质为5-30份，优选为10-20份，有机酸羟胺为0.05-1.5份，优选为0.1-1.0份，Na₂SO₃为10-40份，优选为20-30份。所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

本发明中，所述微生物生长促进剂C和D中，金属盐可以是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（1-4）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中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）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（2-6）:（1-4）。钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂。

本发明中，所述微生物生长促进剂C和D按照培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L进行投加使用，每天投加一次，直到总氮浓度低于15mg/L停止投加。

本发明中，所述脱氮污泥优选投加全程自养脱氮絮状污泥，其总氮去除率大于90%。全程自养脱氮絮状污泥采用如下方法制备：（1）首先在膜生物反应器内接种活性污泥进行脱氮微生物的富集培养，当氨氮和COD去除率达到80%以上时，进入下一阶段培养；（2）降低溶解氧浓度至小于1.0mg/L，向膜生物反应器内投加微生物生长促进剂C富集培养厌氧氨氧化优势菌，当亚硝氮去除率大于90%时，进入下一阶段培养；（3）提高溶解氧浓度为0.1-4.0mg/L，向膜生物反应器内投加微生物生长促进剂D富集培养亚硝化优势菌，当总氮去除率大于90%时，结束培养。

本发明制备方法中，膜生物反应器为本领域常规使用的膜生物反应器（MBR）。接种的活性污泥为污水处理场好氧池和厌氧池的混合污泥，接种的污泥浓度（MLSS）为5000-8000mg/L。步骤（1）采用批次换排水的方式，培养液氨氮浓度为100-300mg/L，COD浓度300-500mg/L，当污泥浓度持续稳定在3000mg/L左右，且氨氮和COD去除率均达到80%以上时，结束培养。培养过程中溶解氧浓度为1.0-5.0mg/L。

本发明制备方法中，步骤（2）在溶解氧浓度小于1.0，优选小于0.5mg/L的条件下富集培养厌氧氨氧化菌，培养液中氨氮和亚硝氮的浓度比为2-3，培养液中不含有COD。采用逐渐提高总氮浓度（以氨氮和亚硝氮浓度总和计）的方式，初始总氮浓度为50-100mg/L，当亚硝氮去除率大于90%时，提高培养液中的总氮浓度，每次提高的幅度为25-100mg/L，培养液最终总氮浓度为400-500mg/L。可以采用批次换排水或者连续补料培养，最好采用批次换排水的方式，每次换水的同时投加微生物生长促进剂C，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L。

本发明制备方法中，步骤（3）在溶解氧浓度0.1-4.0mg/L、优选0.2-2.0mg/L的条件下富集培养亚硝化优势菌群。采用逐渐提高氨氮浓度的方式，初始氨氮浓度为50-100mg/L，当总氮去除率大于90%时，提高培养液中的氨氮浓度，每次提高的幅度为25-100mg/L，培养液最终氨氮浓度为400-500mg/L。可以采用批次换排水或者连续补料培养，最好采用批次换排水的方式，每次换水的同时投加微生物生长促进剂D，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L。当培养液终浓度为400-500mg/L时，连续一周总氮去除率在相同时间内均大于90%时，制备得到全程自养脱氮絮状污泥。

本发明制备方法中，控制培养温度为25-35℃，pH为6-9。

本发明根据全程自养脱氮系统受冲击状况，采用投加脱氮污泥并使用促进剂协同作用的方式，实现了受冲击系统快速恢复平稳运行。本发明脱氮效果好，可以在短时间内使受冲击的系统达到快速修复的目的，使装置在不停工的情况下实现平稳运行。

本发明根据活性污泥絮体由内到外对溶解氧的需求特性，选择先富集厌氧氨氧化菌，然后再富集亚硝化优势菌的培养顺序，并配合生长促进剂的使用，可以使异养菌和丝状菌作为膜结构的骨架，中间生长厌氧氨氧化菌，最外层生长亚硝化菌，最终形成由外到内的短程硝化厌氧氨氧化的絮状污泥结构，可用于全程自养脱氮工艺受冲击后快速恢复，具有性能稳定，脱氮效果好等特点。

具体实施方式

本发明提出了一种全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行方法。该方法采用投加脱氮污泥并使用微生物生长促进剂协同作用的方式来实现，可以显著改善反应器的脱氮效果，使受冲击后的系统能达到快速恢复目的，实现装置的平稳运行。

本发明采用GB7478-87《水质-铵的测定-蒸镏和滴定法》测定氨氮浓度；采用GB7493-87《水质-亚硝酸盐氮的测定-分光光度法》测定亚硝酸盐氮浓度；采用GB7480-87《水质-硝酸盐氮的测定-酚二磺酸分光光度法》测定硝酸盐氮浓度；其中出水中的总氮为硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮的总和。采用GB11914-89《水质-化学需氧量的测定-重铬酸盐法》测定COD。

本发明实施例所使用微生物生长促进剂C的制备按照CN201410585124.0、CN201410585422.X和CN201410585421.5所述的方法。所使用微生物生长促进剂D的制备按照CN201410585483.6、CN201410585481.7和CN201410585655.X所述的方法。采用上述方法按照表1比例和配方配制促进剂，所述生长促进剂浓度均为0.5g/L。

表1 促进剂的配方及比例

本发明实施例所使用全程自养脱氮絮状污泥的培养方法如下：

（1）首先在膜生物反应器内按照MLSS为5000mg/L接种城市污水处理场处理废水的好氧池和厌氧池的混合污泥，进行脱氮微生物的富集培养。采用批次换排水的方式，培养液氨氮浓度为200mg/L，COD浓度500mg/L，培养过程中溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L。当污泥浓度持续稳定在3000mg/L左右，并且氨氮和COD去除率均达到80%以上时，进入下一阶段培养。

（2）降低溶解氧浓度至小于1.0mg/L的条件下富集培养厌氧氨氧化菌，培养液中氨氮和亚硝氮的浓度比为2-3，培养液中不含有COD。采用逐渐提高总氮浓度（氨氮和亚硝氮浓度总和）的方式，初始总氮浓度为50mg/L，当亚硝氮去除率大于90%时，提高培养液中的总氮浓度，每次提高的幅度为50mg/L，培养液最终总氮浓度为400mg/L。采用批次换排水的方式，每次换水的同时按照培养体系中促进剂浓度为15mg/L投加使用微生物生长促进剂C1，当亚硝氮去除率大于90%时，进入下一阶段培养。

（3）控制溶解氧浓度为0.2-4.0mg/L的条件下富集培养亚硝化优势菌群。培养液初始氨氮浓度为50mg/L，当总氮去除率大于90%时，提高培养液中的氨氮浓度，每次提高的幅度为50mg/L，培养液最终氨氮浓度为400mg/L。采用批次换排水的方式，每次换水的同时按培养体系中促进剂浓度为15mg/L投加使用微生物生长促进剂D1。当培养液终浓度为400mg/L时，连续一周总氮去除率在相同时间内均大于90%时，认为全程自养脱氮絮状污泥培养成熟，结束培养。整个培养过程控制温度为30℃，pH为7-8。

实施例1

处理某炼油废水的全程自养脱氮工艺成功启动后，运行过程中由于溶解氧没有控制好，系统出现了冲击，处理后出水总氮浓度高达45mg/L，其中氨氮浓度达42mg/L。按照投加后MLSS增加1000mg/L投加培养好的全程自养脱氮絮状污泥，同时每天按照培养体系中促进剂浓度为10mg/L投加微生物生长促进剂D1，5天后出水总氮浓度低于15mg/L，系统恢复到正常状态。

实施例2

处理某炼油废水的全程自养脱氮工艺成功启动后，运行过程中由于温度没有控制好，系统出现了冲击，处理后出水总氮浓度高达40mg/L，其中硝态氮浓度达38mg/L。按照投加后MLSS增加800mg/L投加培养好的全程自养脱氮絮状污泥，同时每天按照培养体系中促进剂浓度为20mg/L投加使用微生物生长促进剂C1，7天后出水总氮浓度低于15mg/L，系统恢复到正常状态。

实施例3

处理某炼油废水的全程自养脱氮工艺成功启动后，运行过程中由于溶解氧没有控制好，系统出现了冲击，处理后出水总氮浓度高达35mg/L，其中氨氮浓度达32mg/L。按照投加后MLSS增加600mg/L投加培养好的全程自养脱氮絮状污泥，同时每天按照培养体系中促进剂浓度为10mg/L投加微生物生长促进剂D2，4天后出水总氮浓度低于15mg/L，系统恢复到正常状态。

实施例4

处理某炼油废水的全程自养脱氮工艺成功启动后，运行过程中由于温度没有控制好，系统出现了冲击，处理后出水总氮浓度高达45mg/L，其中硝态氮浓度达40mg/L。按照投加后MLSS增加1000mg/L投加培养好的全程自养脱氮絮状污泥，同时每天按照培养体系中促进剂浓度为15mg/L投加使用微生物生长促进剂C2，7天后出水总氮浓度低于15mg/L，系统恢复到正常状态。

实施例5

处理同实施例1相同的废水，所不同的是按照投加后MLSS增加1000mg/L投加全程自养脱氮絮状污泥培养前使用城市污水处理场处理废水的好氧池和厌氧池的混合污泥，其总氮去除率为60%。5天后出水总氮浓度为25mg/L，15天后出水总氮浓度低于15mg/L。

比较例1

处理同实施例1相同的废水，所不同的是系统恢复过程中没有使用微生物生长促进剂D1，5天后出水总氮浓度仍高达30mg/L，其中氨氮浓度达28mg/L。

比较例2

处理同实施例1相同的废水，所不同的是系统恢复过程中没有投加絮状污泥，只是单独投加使用微生物生长促进剂D1，5天后出水总氮浓度仍高达35mg/L，其中氨氮浓度达32mg/L。

比较例3

处理同实施例2相同的废水，所不同的是系统恢复过程中没有使用微生物生长促进剂C1，7天后出水总氮浓度仍高达30mg/L，其中氨氮浓度达28mg/L。

比较例4

处理同实施例2相同的废水，所不同的是系统恢复过程中没有投加絮状污泥，只是单独投加使用微生物生长促进剂C1，7天后出水总氮浓度仍高达35mg/L，其中氨氮浓度达32mg/L。

通过上述实施例和比较例可知，本发明方法是通过投加具有一定总氮去除效果的脱氮活性污泥和微生物生长促进剂协同作用实现的。特别是通过投加专门培养的总氮去除率大于90%的全程自养脱氮絮状污泥，效果更佳。

Claims

1.一种全程自养脱氮工艺快速恢复平稳运行的方法，其特征在于包括如下内容：当系统出水总氮浓度大于40mg/L且以NO_x ^--N为主要成份时，采用投加脱氮污泥和微生物生长促进剂C的方式实现快速恢复平稳运行；所述微生物生长促进剂C包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐为钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐；当系统出水总氮浓度大于40mg/L且以NH₄ ⁺-N为主要成份时，采用投加脱氮污泥和微生物生长促进剂D的方式实现快速恢复平稳运行，所述微生物生长促进剂D包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脱氮污泥为总氮的去除率大于50%的活性污泥，投加量按照投加后MLSS增加500-1000mg/L进行投加。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂C中，以重量份计，金属盐为40-100份，多胺类物质为5-30份，无机酸羟胺为0.05-1.5份，Na₂SO₃为10-40份。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；所述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。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂D中，以重量份计，金属盐为40-100份，多胺类物质为5-30份，有机酸羟胺为0.05-1.5份，Na₂SO₃为10-40份。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

7.根据权利要求1、3或5所述的方法，其特征在于：所述促进剂中，金属盐是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中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）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5）。

8.根据权利要求1、3、5或7所述的方法，其特征在于：所述钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂C和D按照培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L进行投加使用，每天投加一次，直到总氮浓度低于15mg/L停止投加。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脱氮污泥采用全程自养脱氮絮状污泥，采用如下方法制备：（1）首先在膜生物反应器内接种活性污泥进行脱氮微生物的富集培养，当氨氮和COD去除率达到80%以上时，进入下一阶段培养；（2）降低溶解氧浓度至小于1.0mg/L，向膜生物反应器内投加微生物生长促进剂C富集培养厌氧氨氧化优势菌，当亚硝氮去除率大于90%时，进入下一阶段培养；（3）提高溶解氧浓度为0.1-4.0mg/L，向膜生物反应器内投加微生物生长促进剂D富集培养亚硝化优势菌，当总氮去除率大于90%时，结束培养。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：接种的活性污泥为污水处理场好氧池和厌氧池的混合污泥，接种的污泥浓度为5000-8000mg/L。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：步骤（1）采用批次换排水的方式，培养液氨氮浓度为100-300mg/L，COD浓度300-500mg/L，溶解氧浓度为1.0-5.0mg/L；当污泥浓度持续稳定在3000mg/L左右，且氨氮和COD去除率均达到80%以上时，结束培养。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：步骤（2）在溶解氧浓度小于1.0的条件下富集培养厌氧氨氧化菌，培养液中氨氮和亚硝氮的浓度比为2-3，培养液中不含有COD；采用逐渐提高总氮浓度的方式，初始总氮浓度为50-100mg/L，当亚硝氮去除率大于90%时，提高培养液中的总氮浓度，每次提高的幅度为25-100mg/L，培养液最终总氮浓度为400-500mg/L。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：步骤（2）采用批次换排水或者连续补料培养，每次换水的同时投加微生物生长促进剂C，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：步骤（3）在溶解氧浓度0.1-4.0mg/L条件下富集培养亚硝化优势菌群；采用逐渐提高氨氮浓度的方式，初始氨氮浓度为50-100mg/L，当总氮去除率大于90%时，提高培养液中的氨氮浓度，每次提高的幅度为25-100mg/L，培养液最终氨氮浓度为400-500mg/L。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：步骤（3）采用批次换排水或者连续补料培养，每次换水的同时投加微生物生长促进剂D，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L。