CN108178294A - 一种同步串联启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法 - Google Patents

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Abstract

一种同步串联快速启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法属于城市污水处理领域。首先将火山岩填料与活性污泥混合后接种至两个反应器，在高氨氮高碱度的条件下浸泡；随后将运行方式改为连续式进出水，并联运行；先向其中一个反应器接种厌氧氨氧化污泥并降低碱度，实现厌氧氨氧化菌的富集；改为串联运行，即接另一滤柱预过滤，成功启动自养脱氮后，改变进水方向，实现另一滤柱自养脱氮的启动。改为并联运行，并降低氨氮浓度和HRT，最终成功启动两滤柱的低基质厌氧氨氧化工艺。本发明解决了厌氧氨氧化工艺仅能处理高氨氮污水、启动缓慢的难题，提供了可以同步快速启动低基质厌氧氨氧化工艺，为厌氧氨氧化工艺能够应用于低氨氮废水处理提供了方法。

Description

一种同步串联启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法
技术领域
本发明属于城市污水处理与再生领域。具体涉及低基质厌氧氨氧化工艺的快速启动方法。
背景技术
进入21世纪以来，随着我国城镇化建设的快速推进，人口、资源和经济活动不断向城镇集中，由此造成水资源利用和污水排放的高度集中，水资源匮乏，水污染加剧已逐渐成为制约我国社会经济发展的重要因素。水利部公布的《2016年中国水资源公报》中指出，我国水质污染的主要项目包括总磷、化学需氧量和氨氮，富营养湖泊的比例为78.6％。环保部公布的《2015年中国环境状况公报》中指出，全国废污水排放总量735.3亿吨，化学需氧量排放总量2223.5万吨，氨氮排放总量229.9万吨。水体中的氨氮不仅是主要污染物，而且是引起湖泊富营养化的主要元凶。传统的硝化反硝化脱氮工艺不仅消耗大量的曝气，而且还需要投加大量碳源，不符合可持续污水处理的理念。因此，基于厌氧氨氧化理论的自养脱氮工艺应运而生，首先好氧氨氧化菌在好氧条件下将氨氮转化为亚氮，随后厌氧氨氧化菌将剩余的氨氮和产生的亚氮反应，生成氮气和少量的硝氮，与传统的硝化反硝化工艺相比，具有节省60％以上的曝气，无需外加碳源，污泥产量低和脱氮效率高等优点，因此，基于厌氧氨氧化途径的自养脱氮工艺对于废水处理有着非常重要的意义和广阔的应用前景。
然而由于厌氧氨氧化菌生长速率较慢，易受溶解氧抑制等原因，使得自养脱氮工艺的启动时间长，并且国内外有关厌氧氨氧化工艺研究和应用的处理对象主要是污泥消化上清液和垃圾渗滤液等高温高氨氮废水，而对于常温低氨氮的城市污水处理的应用还较少。因此，厌氧氨氧化工艺的快速启动以及如何使厌氧氨氧化工艺在低氨氮条件下稳定高效地运行，不仅对自养脱氮工艺的进一步应用具有非常重要地意义，而且对可持续污水处理理念的发展也具有非常积极的推动作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低基质厌氧氨氧化工艺的同步串联启动方法。
本发明技术方案的实现如下：
本发明所提供的一种同步串联启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法，是在常温条件下，以人工配水模拟实际进水，试验装置如图1所示，滤柱采用上向流的进水方式，从底部进水，由蠕动泵控制进水流量，出水由滤柱上部出水口流出。实验中主要通过调节进水氨氮浓度和碱度等来实现低基质厌氧氨氧化的快速启动，具体步骤如下：
(1)首先设置两个滤柱，分别编号为①和②；将火山岩填料与城市污水处理厂稳定运行的硝化反硝化活性污泥混合后接种至两个反应器，占滤柱有效体积的70～75％；加入氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为1500～1800mg·L-1的配水，采用双通道蠕动泵同时向两个反应器供水，待水位上升至反应器有效体积的85％～95％时停止进水，浸泡22～24h后将水排出，再次进水；以此循环2～3d，每天换水；
(2)运行方式改为连续进出水，在氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为1500～1800mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.8～8.2，HRT为4～6h的条件下运行6～8d；
(3)取50-100mL浓度为8-12g/L的厌氧氨氧化颗粒污泥，在超声波频率为20～25KHz，pH为10～11的条件下破碎15～25min，破碎后污泥随进水接种到①号滤柱，之后在保持氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.8～8.2，HRT为4～6h的条件不变，先将碱度降至1200～1400mg·L-1，运行3～4d，再进一步将碱度降至800～1200mg·L-1，pH也随之降至7.4～7.8，运行4～5d，使污泥逐渐离开高碱度环境；
(4)将进水方式改为串联运行，即首先从②号滤柱进水，②号滤柱出水再进入①号滤柱，对①号滤柱进水进行预过滤，在氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为800～1200mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.4～7.8，HRT为4～6h的条件下运行8～12d，当总氮去除负荷达到0.2kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为①号滤柱自养脱氮启动成功；
(5)同样取50-100mL浓度为8-12g/L的厌氧氨氧化颗粒污泥，在超声波频率为20～25KHz，pH为10～11的条件下破碎15～25min，将进水方向改为从①号滤柱进水，①号滤柱出水进入②号滤柱，同时将破碎后的厌氧氨氧化颗粒污泥接种至②号滤柱；在氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为800～1200mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.4～7.8，HRT为4～6h的条件下运行8～12d，当总氮去除负荷达到0.2kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为②号滤柱自养脱氮启动成功；
(6)将两个反应器改为并联运行，并将进水氨氮浓度降低至40～60mg·L-1，亚氮浓度也降至40～60mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.4～7.8，HRT缩短为2～4h，运行4～6d，当①号和②号滤柱的总氮去除负荷均达到0.5kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为两个滤柱的低基质厌氧氨氧化工艺启动成功。
附图说明
图1是本发明中低基质厌氧氨氧化滤柱串联运行原理图主要包括反应池、进出水泵、DO和pH等监测仪器。并联运行原理即为采用双通道蠕动泵同时向两个反应器进水，各自从出水口出水。
(1)水箱；(2)蠕动泵；(3)火山岩填料；(4)进出水口；(5)生物膜取样口；(6)布水器；(7)pH监测仪；(8)溶解氧监测仪；(9)出水；(10)底座
图2是本发明中①号滤柱的低基质厌氧氨氧化启动阶段运行效果图，其中氨氮去除率(％)＝(进水氨氮-出水氨氮)*100/进水氨氮，亚氮去除率(％)＝(进水亚氮-出水亚氮)*100/进水亚氮，总氮去除率(％)＝(进水总氮-出水总氮)*100/进水总氮，总氮去除负荷(kg·m-3·d-1)＝(进水总氮-出水总氮)*24/(HRT*1000)。
图3是本发明中②号滤柱的低基质厌氧氨氧化启动阶段运行效果图，其中氨氮去除率(％)＝(进水氨氮-出水氨氮)*100/进水氨氮，亚氮去除率(％)＝(进水亚氮-出水亚氮)*100/进水亚氮，总氮去除率(％)＝(进水总氮-出水总氮)*100/进水总氮，总氮去除负荷(kg·m-3·d-1)＝(进水总氮-出水总氮)*24/(HRT*1000)。
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。
具体实施方式
本发明所采用的反应器为生物滤柱，并采用火山岩作为微生物附着生长的填料。滤柱的有效体积为2L，为保证泥水充分反应，进水方式为底部进水，由蠕动泵抽吸进水，出水则由滤柱上部溢流出水。本实验以人工配水模拟实际废水。
本发明中同步串联启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法，其思路为：将火山岩填料与城市污水处理厂稳定运行的硝化反硝化活性污泥混合后接种至两个反应器，首先在厌氧、高氨氮、高碱度的条件下浸泡2～3d，以人工配水为基质，保证每天换水，使污泥快速附着于填料上。将运行方式改为连续进出水，维持厌氧和高氨氮高碱度的条件，使污泥活性快速恢复。之后，向①号反应器中接种破碎后的厌氧氨氧化颗粒污泥，破碎后的颗粒污泥释放出厌氧氨氧化功能酶及AHLs等多种厌氧氨氧化群感物质，有利于诱导厌氧氨氧化菌的增殖。并将碱度逐渐降至800～1200mg·L-1，为厌氧氨氧化菌创造合适的碱度环境，抑制好氧氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB的活性，同时接种的厌氧氨氧化细菌所分泌的EPS等会导致群感效应的发生，在厌氧条件下诱导其向厌氧氨氧化菌转化，从而实现厌氧氨氧化菌的初步富集。运行一段时间后，将进水方式改为串联运行，即首先从②号滤柱进水，②号滤柱出水再进入①号滤柱，通过该步骤对①号滤柱进水进行预过滤，目的是去除水中的溶解氧。在①号滤柱的自养脱氮启动后，将进水方向改为从①号滤柱进水，同时向②号滤柱中接种破碎后的厌氧氨氧化污泥，其他条件保持不变，通过群感效应的作用及①号滤柱对溶解氧的预过滤去除作用，会使②号滤柱能够实现厌氧氨氧化菌的快速富集，从而成功启动。之后，将运行方式改为并联运行，并降低氨氮浓度，等比例缩短HRT，一段时间后即可实现两滤柱的低基质厌氧氨氧化工艺的启动。
具体处理如下：
设置两个有效体积为2L的滤柱，分别编号为①和②。将火山岩填料与城市污水处理厂稳定运行的硝化反硝化活性污泥混合后接种至两个反应器。配水氨氮浓度为100mg·L-1，亚氮浓度为100mg·L-1，碱度浓度为1600mg·L-1，待水位上升至反应器有效体积的85％～95％时，停止进水，浸泡24h后将水排出，再次进水。以此循环2d，每天换水，见图2、3阶段I。之后，在配水氨氮浓度为100mg·L-1，亚氮浓度为100mg·L-1，碱度浓度为1600mg·L-1，温度为24℃，pH为8.0，HRT为5h的条件下，运行7d，见图2、3阶段II。取50-100mL浓度为8-12g/L的厌氧氨氧化颗粒污泥，在超声波频率为20KHz，pH为10的条件下破碎20min。将破碎后的污泥随进水接种到①号滤柱，之后保持氨氮浓度为100mg·L-1，亚氮浓度为100mg·L-1，温度为24℃，pH为8.0，HRT为5h的条件不变，先将碱度降至1300mg·L-1，运行3d，再将碱度降至1000mg·L-1，pH也随之降低为7.6，运行4d，对厌氧氨氧化菌进行富集，见图2、3阶段Ⅲ；
将进水方式改为串联运行，即首先从②号滤柱进水，②号滤柱出水再进入①号滤柱，对①号滤柱进水进行预过滤，在氨氮浓度为100mg·L-1，亚氮浓度为100mg·L-1，碱度为1000mg·L-1，温度为24℃，pH为7.6，HRT为5h的条件下运行10d，当总氮去除负荷达到0.2kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为①号滤柱自养脱氮启动成功，见图2阶段Ⅳ；将进水方向改为从①号滤柱进水，同时向②号滤柱接种破碎后的厌氧氨氧化颗粒污泥，在氨氮浓度为100mg·L-1，亚氮浓度为100mg·L-1，碱度为1000mg·L-1，温度为24℃，pH为7.6，HRT为5h的条件下运行10d，当总氮去除负荷达到0.2kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为②号滤柱自养脱氮启动成功，见图3阶段Ⅴ。将进水氨氮浓度降低至50mg·L-1，亚氮也浓度降至50mg·L-1，温度为24℃，pH为7.6，HRT缩短为3h，运行15d，当两个滤柱的总氮去除负荷分均达到0.5kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为其低基质厌氧氨氧化工艺启动成功，共历时42d，完成低基质厌氧氨氧化的同步串联快速启动，继续稳定运行一周，总氮去除负荷可达0.65kg·m-3·d-1以上，见图2、3阶段Ⅵ。因此，本方法是一种行之有效的快速同步启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法。

Claims (1)

1.一种同步串联启动低基质厌氧氨氧化工艺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先设置两个滤柱，分别编号为①和②；将火山岩填料与城市污水处理厂稳定运行的硝化反硝化活性污泥混合后接种至两个反应器，占滤柱有效体积的70～75％；加入氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为1500～1800mg·L-1的配水，采用双通道蠕动泵同时向两个反应器供水，待水位上升至反应器有效体积的85％～95％时停止进水，浸泡22～24h后将水排出，再次进水；以此循环2～3d，每天换水；
(2)运行方式改为连续进出水，在氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为1500～1800mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.8～8.2，HRT为4～6h的条件下运行6～8d；
(3)取50-100mL浓度为8-12 g/L的厌氧氨氧化颗粒污泥，在超声波频率为20～25KHz，pH为10～11的条件下破碎15～25min，破碎后污泥随进水接种到①号滤柱，之后在保持氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.8～8.2，HRT为4～6h的条件不变，先将碱度降至1200～1400 mg·L-1，运行3～4d，再进一步将碱度降至800～1200mg·L-1，pH也随之降至7.4～7.8，运行4～5d，使污泥逐渐离开高碱度环境；
(4)将进水方式改为串联运行，即首先从②号滤柱进水，②号滤柱出水再进入①号滤柱，对①号滤柱进水进行预过滤，在氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为800～1200mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.4～7.8，HRT为4～6h的条件下运行8～12d，当总氮去除负荷达到0.2 kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为①号滤柱自养脱氮启动成功；
(5)同样取50-100mL浓度为8-12 g/L的厌氧氨氧化颗粒污泥，在超声波频率为20～25KHz，pH为10～11的条件下破碎15～25min，将进水方向改为从①号滤柱进水，①号滤柱出水进入②号滤柱，同时将破碎后的厌氧氨氧化颗粒污泥接种至②号滤柱；在氨氮浓度为80～120mg·L-1，亚氮浓度为80～120mg·L-1，碱度浓度为800～1200mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.4～7.8，HRT为4～6h的条件下运行8～12d，当总氮去除负荷达到0.2 kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为②号滤柱自养脱氮启动成功；
(6)将两个反应器改为并联运行，并将进水氨氮浓度降低至40～60mg·L-1，亚氮浓度也降至40～60mg·L-1，温度为23～27℃，pH为7.4～7.8，HRT缩短为2～4h，运行4～6d，当①号和②号滤柱的总氮去除负荷均达到0.5 kg·m-3·d-1以上，氨氮和亚氮同时得到去除时，认为两个滤柱的低基质厌氧氨氧化工艺启动成功。
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