CN108640265B

CN108640265B - 一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置和方法

Info

Publication number: CN108640265B
Application number: CN201810524768.7A
Authority: CN
Inventors: 李捷; 徐浩; 罗凡
Original assignee: Guangzhou Municipal Engineering Design & Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Municipal Engineering Design & Research Institute Co Ltd
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2024-01-23
Anticipated expiration: 2038-05-28
Also published as: CN108640265A

Abstract

本发明公开了一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置和方法。这种装置包括SBR反应器；SBR反应器内设有曝气装置、DO传感器、搅拌装置和pH传感器；SBR反应器通过管道分别与进水泵和出水泵相连接；SBR反应器的底部设有排泥管。同时公开了一种使用该装置进行常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，包括以下步骤：1)接种；2)进水；3)曝气；4)静置出水；5)重复处理；6)pH冲击。本发明能更好地促进AOB的生长，抑制硝化反应，并可以有效降低反应装置的能耗，缩短短程硝化启动周期等，可实现对低氨氮含量的生活污水的短程硝化的快速启动。

Description

一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置和方法

技术领域

本发明涉及一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置和方法。

背景技术

由于城市生活污水水量大，C/N比低，常规活性污泥处理工艺(A/O、氧化沟、A2/O工艺)有着曝气能耗高，处理周期长、产泥量大以及占用大量用地面积等缺点。针对传统脱氮工艺存在的固有缺点以及当前节能降耗的要求，发展出了一系列新型脱氮工艺污水脱氮的新型工艺研究，主要集中在短程硝化-反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化工艺。短程硝化反硝化生物脱氮工艺具有节省曝气能耗、缩短反应时间、节省反硝化碳源、减少污泥生成量、减少反应器有效容积和节约基建费用等优点，而短程硝化-厌氧氨氧化工艺具有无需外加碳源，适于处理低C/N比的废水、水力停留时间短、反应器容积小、曝气能耗低、工艺污泥产量少，可以大大降低污泥处理系统的能耗。而如何快速实现短程硝化则成为新工艺深度脱氮的前提。

短程硝化技术，又称为亚硝酸型生物脱氮技术，是将硝化过程控制在NO₂—N阶段而终止，省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节。当前针对城市生活污水短程硝化的快速启动，主要采用SBR工艺，通过控制溶解氧、温度、pH等不同边界条件来控制。曾薇等在两段SBR工艺中控制温度在30～32℃范围内，运行30d实现了短程硝化(曾薇,彭永臻,王淑莹,等.两段SBR去除有机物及短程硝化反硝化[J].环境科学,2002,23(2):50-54.)；吴昌永等采用SBR工艺处理生活污水，温度为(28±0.5)℃，曝气量为0.3m³/h时，驯化67d使亚硝酸盐积累率稳定在80％以上(吴昌永,陈志强,彭永臻.实时控制下短程生物脱氮的实现及其稳定性研究[J].中国给水排水,2006,22(19):39-43.)；彭永臻等采用SBR工艺处理NH₄ ⁺-N为44.0～65.0mg/L的生活污水，在pH为7.9～8.0，温度25℃，运行145d后，系统亚硝态氮积累率达到90％以上。

CN105481087A公开了一种城市污水短程硝化快速启动的方法，该方法通过接种污泥浓度维持在4000～5000mg/L，控制温度始终保持在30-35℃。溶解氧浓度在0.5-0.6mg/L，通过对不同NH₄ ⁺-N浓度分别采用0.5mol/L的氢氧化钠或者0.5mol/L盐酸溶液调节pH的方式实现NO₂ ^--N的积累。该方法对于不同反应运行方式的控制模式缺乏具体的运行控制，而且对于城市污水短程硝化运行周期的控制也未进行描述，而且，对于较大规模的城市生活污水而言，曝气量作为短程硝化实现的重要因素也缺乏系统的运行参数。同时，通过对于城市生活污水短程硝化的研究，氢氧化钠或者盐酸溶液调节pH的方式由于pH变化幅度较大并不利于AOB的生长以及NO₂ ^--N的积累。

CN103951057A公开了一种常温下低C/N比污水连续流短程硝化启动方法，该方法通过将AAO反应器分为好氧段1、好氧段2和好氧段3，反应器内接种后污泥浓度为2.5-3g/L，在水温23-25℃，氨氮质量浓度为80-92mg/L条件下，控制水力停留时间为8.0-8.3h，好氧区溶解氧浓度为2-3mg/L，先以连续流低污泥龄快速淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB)，筛选氨氧化菌(AOB)，而后在好氧区内投加聚丙烯柱状悬浮填料，恢复长污泥龄，实现亚硝化率稳定在80％以上，完成连续流短程硝化启动。该方法采用连续流方式启动短程硝化，存在运行周期较长而且含氮废水浓度较高，不适用于低氨氮城市生活污水，而且操作流程相对较为复杂，不利于实际生产。

CN104556356A公开了一种快速启动短程硝化反应器的方法，该方法采用上流式气升反应器，工作温度为30-37℃，通过对硝化反应器接种后，首先进行过量曝气(持续时间7～30d)，施以曝气冲击，再施以包括基质浓度冲击和水力停留时间冲击的联合负荷冲击(持续时间3～15d)，最后在维持合适的基质浓度和水力停留时间下，提高无机碳源浓度，以富集氨氧化菌，加快亚硝酸盐的积累，水力停留时间为10～30h，初始氨氮浓度100～500mg/L，进水pH值8～9.5，该方法采用上流式气升反应器，对于进水氨氮浓度高于常规城市生活污水，而且pH以及温度要求较高，不利于方法的普及以及实际投产。

因此，针对常规城市生活污水面临的温度低，进水基质浓度低，处理量大，温度低升温能耗高以及氨氧化菌培养驯化慢的现状，如何快速稳定实现低C/N比废水短程硝化是解决短程硝化反硝化以及短程硝化-ANAMMOX等工艺应用于城市生活污水的关键。

当前采用SBR工艺实现短程生物脱氮技术主要采用“进水→搅拌→曝气→沉淀→出水”的运行模式，由于AOB极易受到溶解氧(DO)的影响极易造成亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，因此，对于工艺运行过程中曝气量、曝气运行时间的精确调控显得尤为重要。

发明内容

本发明针对常规SBR短程硝化工艺，提出了更为精确优化易操作的运行方法，进而提供一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置和方法，解决了目前低C/N城市生活污水短程硝化工艺(尤其是低氨氮废水的短程硝化)中存在氨氧化菌(AOB)增殖效率慢、亚硝酸盐积累效率低、短程硝化启动周期长等问题。

本发明所述的低C/N比是指城市生活污水中有机物中碳的总含量与氮的总含量的比。

本发明所述的低碳氮比城市生活污水是指城市生活污水的C/N在3～5。

本发明所采取的技术方案是：

一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置，包括SBR反应器；SBR反应器内设有曝气装置、DO传感器、搅拌装置和pH传感器；SBR反应器通过管道分别与进水泵和出水泵相连接；SBR反应器的底部设有排泥管。

装置中，曝气装置通过管道与气体流量计和压缩空气装置相连接。

装置中，DO传感器与DO测定仪相连接。

装置中，pH传感器与pH值测定仪相连接。

装置中，进水泵通过管道与原水箱相连接。

装置中，SBR反应器的侧壁设有若干个取样口。

一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，是使用上述的这种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置进行处理，包括以下步骤：

1)接种：将富含硝化细菌的接种污泥加入到SBR反应器中；

2)进水：将待处理的低碳氮比城市生活污水导入SBR反应器中，使反应器内污泥的浓度MLSS为2500mg/L～3500mg/L；

3)曝气：启动SBR反应器中的曝气装置，使反应器中溶解氧的浓度不低于2mg/L；

4)静置出水：停止曝气，静置，使反应器内的泥水混合液自然沉淀，排出上清液；

5)重复处理：重复10次～20次步骤2)～步骤4)；

6)pH冲击：向SBR反应器中再导入待处理的低碳氮比城市生活污水，并调节反应器中的曝气量为1.5L_气/(L_水·h)～2.0L_气/(L_水·h)，DO低于0.5mg/L，pH为8～9；控制进水时间为0.2h～0.5h，曝气时间为3h～6h，静置时间为0.5h～1h，出水时间为0.2h～0.5h，进行运行；连续运行反应器8～12个周期。

待处理的低碳氮比城市生活污水参数如下：NH⁴⁺-N＝25mg/L～30mg/L；CODr＝100mg/L～150mg/L；BOD₅＝110mg/L～145mg/L。

步骤3)中，曝气时间为8h～12h。

步骤6)中，调节pH所用的试剂为碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的至少一种。

本发明的有益效果是：

本发明能更好地促进AOB的生长，抑制硝化反应，并可以有效降低反应装置的能耗，缩短短程硝化启动周期等，可实现对低氨氮含量的生活污水的短程硝化的快速启动。

具体如下：

1)本发明确立了较为完整的低C/N比城市生活污水短程硝化的快速实现方法，包括如何进行氨氧化菌(AOB)的增殖，以及实现亚硝酸盐最大化积累的控制条件，通过pH调节方式有效地解决了SBR工艺在短程硝化过程中出现的菌种增殖慢、氨氮转化效率低等问题，为工程实际运行奠定了基础；

2)本发明创造性的提出了pH冲击负荷与过曝气联合快速启动短程硝化的模式，实现了接种活性污泥中氨氧化菌(AOB)的快速淘洗，有效地解决了城市污水常规工艺短程硝化启动运行慢的问题；

3)针对传统工艺采用DO控制曝气运行周期的模式，本发明通过大量实验研究，精确地将曝气量作为单独的控制因素进行优化，针对连续曝气中亚硝酸盐极易发生硝化反应的问题做到精确的过程控制，可以有效控制曝气运行周期，降低反应装置运行能耗；

4)本发明提供了采用SBR工艺，对于常温低C/N比的城市生活污水的短程硝化快速实现的各个控制因素包括曝气量、pH、连续曝气运行时间等具体参数设置，结合ANAMMOX和反硝化技术对去除氨氮具有创新性意义；

5)本发明采用全程自动控制模块进行操作，控制简单宜行，对于工程化应用具有重要的参考价值。

附图说明

图1是本发明的装置示意图；

图2是本发明装置运行第一阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃ ^—N浓度变化情况图；

图3是本发明装置运行第二阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图；

图4是本发明装置运行第三阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图；

图5是本发明装置运行第四阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图。

具体实施方式

附图1是本发明的装置示意图。图1中，1-SBR反应器；2-曝气装置；3-DO测定仪；4-DO传感器；5-搅拌装置；6-pH值测定仪；7-pH值传感器；8-排泥管；9-取样口；10-压缩空气装置；11-气体流量计；12-进水泵；13-出水泵。以下结合图1对本发明的装置作进一步的说明。

一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置，包括SBR反应器(1)；SBR反应器(1)内设有曝气装置(2)、DO传感器(4)、搅拌装置(5)和pH传感器(7)；SBR反应器(1)通过管道分别与进水泵(12)和出水泵(13)相连接；SBR反应器(1)的底部设有排泥管(8)。

进一步的，装置中，曝气装置(2)通过管道与气体流量计(11)和压缩空气装置(10)相连接。

进一步的，装置中，DO传感器(4)与DO测定仪(3)相连接。

进一步的，装置中，pH传感器(7)与pH值测定仪(6)相连接。

进一步的，装置中，进水泵(12)通过管道与原水箱相连接；原水箱装有待处理的低碳氮比城市生活污水。

进一步的，装置中，SBR反应器(1)的侧壁设有若干个取样口(9)。

1)接种：将富含硝化细菌的接种污泥加入到SBR反应器中；

5)重复处理：重复10次～20次步骤2)～步骤4)；

6)pH冲击：向SBR反应器中再导入待处理的低碳氮比城市生活污水，并调节反应器中的曝气量为1.5L_气/(L_水·h)～2.0L_气/(L_水·h)，DO低于0.5mg/L，pH为8～9；控制进水时间为0.2h～0.5h，曝气时间为3h～6h，静置(沉淀)时间为0.5h～1h，出水时间为0.2h～0.5h，进行运行；连续运行反应器8～12个周期。

进一步的，待处理的低碳氮比城市生活污水参数如下：NH₄ ⁺-N＝25mg/L～30mg/L；CODr＝100mg/L～150mg/L；BOD₅＝110mg/L～145mg/L。

优选的，步骤3)中，曝气时间为8h～12h；进一步优选的，步骤3)中，曝气时间为10h。

优选的，步骤4)中，静置出水的时间为2h～3h；进一步优选的，步骤4)中，静置出水的时间为2h。

优选的，步骤6)中，调节pH所用的试剂为碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的至少一种；进一步优选的，步骤6)中，调节pH所用的试剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾中的至少一种；再进一步优选的，步骤6)中，调节pH所用的试剂为碳酸氢钠。

优选的，步骤6)中，调节pH为8.5。

优选的，步骤6)中，连续运行反应器10个周期。

进一步的，步骤6)中，连续运行反应器的过程中，曝气量和曝气时间可根据反应器中亚硝态氮的累积量逐步调整。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。

实施例：

下面结合图1作进一步的说明。一种低C/N比城市生活污水短程硝化快速启动的方法和装置包括：原水箱，与原水箱相连的进水泵，进水泵通过时控装置由进水管连接SBR生化反应器，池体内部设置有搅拌和曝气设施，曝气和搅拌设施通过时控装置控制，池体底部设有排泥管。

一种常温低C/N比城市生活污水短程硝化快速启动方法包括以下步骤：

1)接种：将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR生化反应器中，接种污泥可为城市污水厂二沉池回流污泥；接种污泥取自某城市污水处理厂二沉池回流污泥，其中富含硝化细菌。

2)进水：将待处理污水导入SBR反应器中，使反应器内污泥的浓度MLSS为2500～3500mg/L；原污水水质为NH₄ ⁺-N＝25～30mg/L、COD_r＝100～150mg/L、BOD₅＝110～145mg/L；

3)曝气：启动SBR反应器中的曝气设施，使反应器一直处于好氧环境，其中溶解氧浓度不低于2.0mg/L，曝气量控制为2.0L_气/(L_水·h)，曝气时间为10.0h；加快反应器中异养菌和厌氧菌的淘洗。

4)静置出水：停止曝气，反应器静置状态，使其内泥水混合液自然沉淀、实现固液分离，排出上清液，静置出水时间为2.0h；

5)重复10～20次步骤2)～步骤4)；

6)pH冲击：经步骤5)后，向反应器中导入待处理污水，同时降低曝气量，并采用碳酸氢钠药剂调整混合液的pH，曝气量控制在1.5L_气/(L_水·h)～2.0L_气/(L_水·h)、DO低于0.5mg/L、pH为8.5；此时，SBR反应器运行周期流程为：进水0.2～0.5h、曝气3.0～6.0h、静置(沉淀)0.5h～1.0h，出水0.2～0.5h，运行完成后往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转如此连续运行10个周期。

上述SBR反应器在运行第0天～第15天时(第一阶段)，经过曝气和pH负荷冲击以后，通过投加碳酸氢钠的方式调整pH＝8.5左右，控制SBR反应器运行工况为：进水0.2～0.5h、曝气6.0h、静置(沉淀)0.5h～1h，出水0.2～0.5h，运行7d。在这一调整期阶段，由于厌氧菌和NOB受过曝和pH冲击负荷的影响，此时反应器内AOB处于优势，但此时AOB由于菌种数量低，处于活性调整适应阶段，NO₂ ^--N积累率较低，实验结果表明，此时进水NH₄ ⁺-N去除效率较慢，低氧曝气下历时6h，可以实现NH₄ ⁺-N去除率达93.0％。此时，此阶段反应器内主要发生全程硝化反应。本发明装置运行第一阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图可见附图2。

上述SBR反应器在运行第16天～第20天时(第二阶段)，随着AOB菌种的不断增殖，在控制边界条件适宜AOB生长的条件下，随着反应器内硝化菌密度和分布的变化，NH₄ ⁺-N完全去除所需的曝气时间减少至5h。控制SBR反应器运行工况为：进水0.2～0.5h、曝气+搅拌5.0h、静置(沉淀)0.5h～1h，出水0.2～0.5h，运行5d(氨氮去除率可达到97％)，AOB相较于NOB，所占比例开始逐渐增大，因此在这一阶段，NO₂ ^--N积累率逐渐升高，最高达到47.9％。本发明装置运行第二阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图可见附图3。

上述SBR反应器在运行第21天～第25天时(第三阶段)，控制SBR反应器运行工况为：进水0.2～0.5h、曝气+搅拌4.0h、静置(沉淀)0.5h～1h，出水0.2～0.5h，运行5d。进一步缩短曝气时间至4h，增大AOB所占的比例，连续运行5天后，氨氮去除率接近100％，NO₂ ^--N积累率达到95％，实现NH₄ ⁺-N氧化率高、NO₂ ^--N累积率高的短程硝化过程。本发明装置运行第三阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图可见附图4。

上述SBR反应器在运行第26天～第30天时(第四阶段)，随着AOB菌种的进一步增长，SBR反应器处理低C/N比城市生活污水短程硝化的实现时间进一步缩短，进一步调整SBR反应器运行工况为：进水0.2～0.5h、曝气+搅拌3.0h、静置(沉淀)0.5h～1h，出水0.2～0.5h，此时，NO₂ ^--N积累率达到99％，至此，实现了低C/N比城市生活污水短程硝化最优化控制。实现了NH₄ ⁺-N氧化率高、NO₂ ^--N累积率高的短程硝化过程。本发明装置运行第四阶段NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N、NO₃—N浓度变化情况图可见附图5。

按照上述具体实施步骤，整套SBR短程硝化处理系统经过1个月的培养后，成功实现NO₂ ^--N的高效积累，NO₂ ^--N积累率达到99％。整套SBR短程硝化处理系统运行周期最短可控制在4h。

上述实施例仅为本发明的具体实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims

1.一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于，使用常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动装置进行处理，包括以下步骤：

1)接种：将富含硝化细菌的接种污泥加入到SBR反应器中；

2)进水：将待处理的低碳氮比城市生活污水导入SBR反应器中，使反应器内污泥的浓度MLSS为2500mg/L～3500mg/L；所述待处理的低碳氮比城市生活污水参数如下：

NH₄ ⁺-N＝25mg/L～30mg/L；COD_r＝100mg/L～150mg/L；BOD₅＝110mg/L～145mg/L；

5)重复处理：重复10次～20次步骤2)～步骤4)；

6)pH冲击：向SBR反应器中再导入待处理的低碳氮比城市生活污水，并调节反应器中的曝气量为1.5L_气/(L_水·h)～2.0L_气/(L_水·h)，DO低于0.5mg/L，pH为8～9；控制进水时间为0.2h～0.5h，曝气时间为3h～6h，静置时间为0.5h～1h，出水时间为0.2h～0.5h，进行运行；连续运行反应器8～12个周期；

所述装置包括SBR反应器；SBR反应器内设有曝气装置、DO传感器、搅拌装置和pH传感器；SBR反应器通过管道分别与进水泵和出水泵相连接；SBR反应器的底部设有排泥管。

2.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：曝气装置通过管道与气体流量计和压缩空气装置相连接。

3.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：DO传感器与DO测定仪相连接。

4.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：pH传感器与pH值测定仪相连接。

5.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：进水泵通过管道与原水箱相连接。

6.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：SBR反应器的侧壁设有若干个取样口。

7.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：步骤3)中，曝气时间为8h～12h。

8.根据权利要求1所述的一种常温低碳氮比城市生活污水短程硝化快速启动方法，其特征在于：步骤6)中，调节pH所用的试剂为碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的至少一种。