CN108675448B - 长期缺氧饥饿和再活化实现活性污泥短程硝化的方法 - Google Patents

长期缺氧饥饿和再活化实现活性污泥短程硝化的方法 Download PDF

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Abstract

长期缺氧饥饿和再活化实现活性污泥短程硝化的方法，属于污水生物处理技术领域。该方法通过活性污泥硝化菌群在饥饿条件下和活性恢复期的不同生理特性，采用低基质缺氧饥饿处理的方式，使得衰减速率较低的氨氧化菌(AOB)相比亚硝酸盐氧化菌(NOB)更好地维持活性。并且在后续活性恢复期，活性恢复速率较快的AOB相比NOB更快地恢复活性，从而实现短程硝化。该方式能够通过更加节省能耗的方式实现短程硝化，是一种为新型脱氮工艺提供稳定的亚硝酸盐基质的短程硝化实现方式。

Description

长期缺氧饥饿和再活化实现活性污泥短程硝化的方法
技术领域
本发明涉及一种低能耗、经济有效的实现活性污泥短程硝化的方法，适用于采用活性污泥法的中、小型城镇和城市生活污水处理厂，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
活性污泥法是目前应用最广泛的污水处理方法，具有经济、处理效果好等优点。传统的脱氮方法诸如硝化反硝化等，常面临碳源不足、能耗较高的问题。所以短程硝化反硝化、短程硝化厌氧氨氧化一体化等新型低能耗高效的污水脱氮技术应运而生。实现短程硝化，一方面可以通过控制低溶解氧等方式将硝化过程控制在从氨氮至亚硝的阶段，降低了曝气能耗，另一方面仅需要将亚硝酸盐反硝化，或者通过厌氧氨氧化菌的作用将氨氮与亚硝酸盐反应直接产生氮气，减少了有机碳的需求，进一步解决了传统脱氮方法碳源不足、能耗较高的问题。
而从微观上看，在饥饿条件下，氨氧化菌(AOB)的活性衰减速率低于亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的活性衰减速率，因此经过长期的饥饿条件处理后， NOB活性将低于AOB的活性。而且根据文献报道，AOB的活性恢复速率大于NOB的活性恢复速率。所以，在再活化之后，AOB的活性和NOB活性差异会进一步增大。由莫诺方程可知AOB对溶解氧的亲和力比NOB对溶解氧的亲和力要强，即溶解氧受限制时，AOB的耐受性比NOB强。另外，AOB的污泥龄比NOB的污泥短。
发明内容
本发明基于以上活性污泥硝化菌群中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的不同生理特性，对活性污泥采用长期缺氧饥饿处理，使得活性衰减速率较低的AOB较好的保持活性，从而与活性衰减速率较高的NOB之间的活性差异加大。然后在活性恢复阶段从低负荷运行过渡至正常负荷运行，并辅以低溶解氧及较低污泥龄的活性恢复策略，达到低能耗、经济有效地实现稳定的短程硝化的目的，解决了实际城市污水生物处理中碳源不足、能耗较高的问题。
长期饥饿处理和再活化实现活性污泥短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：低负荷运行阶段，时间为15-20d。接种硝化活性污泥至SBR反应器，使得污泥浓度维持至3-4g·L-1。使系统进水负荷小于1kg COD·kg-1 MLSS·d-1，反应器每天运行1个周期，运行方式为15min进水、50min厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、17-19h闲置。其中，每个低氧曝气阶段控制溶解氧低于0.6mg·L-1。
第二步：饥饿处理阶段，时间为20-35d。对生化池内污泥施行缺氧闲置处理，反应器进水、出水、曝气系统全部处于关闭状态。同时通过给反应器内添加亚硝酸钠保持系统内亚硝酸盐浓度为5-20mg·L-1。每隔7d从系统内取出一定量混合污泥进行活性测试批次实验，分别测定氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性，当亚硝酸盐氧化菌活性小于氨氧化菌活性，即当2倍比亚硝氧化速率SNOR 小于比氨氧化速率SAOR，则完成饥饿处理。
第三步：活性恢复阶段，时间为14-30d。饥饿处理完成以后，恢复对SBR 反应器内的活性污泥的正常进水及溶解氧供给：第1-14d为低负荷运行，使系统进水负荷小于1kgCOD·kg-1MLSS·d-1，每天运行1个周期，每周期包括：15min 进水、50min厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、17-19 h闲置。第15-30d为正常负荷运行，使系统进水负荷大于1kg COD·kg-1 MLSS·d-1，每天运行3个周期，每周期包括：15min进水、50min厌氧搅拌、 180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、1-3h闲置。其中，每个低氧曝气阶段溶解氧控制低于0.6mg·L-1。间隔2-3d测定系统污泥浓度，待系统污泥浓度恢复至大于2g·L-1后再开始排泥，控制系统污泥龄为15-20d。
本发明与现有的实现短程硝化的方法相比，具有以下优点：
(一)利用长期缺氧饥饿处理的方式来增大AOB与NOB活性差异，依据的是AOB与NOB两者在饥饿条件下的生理差异，以及两者在贫营养条件下不同的衰减速率。因此，长期饥饿处理对活性污泥硝化菌群有显著的选择性，能够保证NOB大量衰减死亡时最大程度地维持AOB的活性。
(二)本方法利用低负荷过渡至正常负荷运行的活性恢复方式，依据AOB 与NOB活性恢复速率差异，在恢复AOB活性的同时，将NOB有效地抑制并淘洗出系统，从而实现稳定而高效的短程硝化。
(三)本方法实现短程硝化的成本很低，处理方式简单，不需要额外的配套措施，对污水处理厂继续执行污水处理任务影响较小。
(四)本方法实现短程硝化以后能够比较稳定维持，并且能有效减少污泥产量，有助于减轻实际污水处理厂污泥处理处置压力。
附图说明
图1为本发明在SBR中实施的装置示意图；
图2系统长期污染物去除能力的变化情况；
图3a为长期缺氧饥饿处理前后，比氨氧化速率(SAOR)和比亚硝化速率 (SNOR)的变化；
图3b为活性恢复阶段，AOB和NOB比氧利用速率的变化。
图1中:1-SBR反应器；2-污水水箱；3-进水阀；4-进水泵；5-空气泵；6- 空气阀；7-气体流量计；8-曝气头；9-搅拌器；10-DO、pH探测仪；11-出水阀； 12-出水管；13-控制线路；14-PLC；15-通讯总线；16-控制电脑。
具体实施方式
下面结合附图和实例详细说明本发明：
第一步：低负荷运行阶段，时间为15-20d。接种硝化活性污泥至SBR反应器，使得污泥浓度维持至3-4g/L。打开进水阀3、进水泵4、空气泵5、空气阀6、搅拌器9、DO、pH探测仪10和控制电脑16，并在控制电脑16设置运行方式为：15min进水、50min厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、 10min排水、17-19h闲置。曝气阶段通过-DO、pH探测仪实时反馈数据由控制电脑16控制溶解氧为0.1-0.6mg/L，温度为室温。
第二步：饥饿处理阶段，时间为20-35d。关闭进水阀3、空气阀6、搅拌器9，并在控制电脑16设置停止运行，对SBR反应器内污泥施行缺氧闲置处理，使反应器处于仅有低浓度亚硝酸盐供给的缺氧闲置状态。保持系统内亚硝酸盐浓度为5-20mg/L，每隔7d从系统内取出一定量混合污泥进行活性测试批次实验，分别测定氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性当亚硝酸盐氧化菌活性小于氨氧化菌活性，即当2倍比亚硝氧化速率SNOR小于比氨氧化速率SAOR(即：2SNOR ＜SAOR)时，即完成饥饿处理。
第三步：活性恢复阶段，时间为14-30d。饥饿处理完成以后，恢复对SBR 反应器内的活性污泥的正常进水及溶解氧供给。打开进水阀3、进水泵4、空气泵5、空气阀6、搅拌器9、DO、pH探测仪10和控制电脑16，并在控制电脑 16设置运行方式为：进水、缺氧搅拌、低氧曝气、沉淀、排水、闲置。曝气阶段通过-DO、pH探测仪实时反馈数据由控制电脑16控制溶解氧为0.1-0.6mg/L，温度为室温。第1-14d为低负荷运行，使系统进水负荷小于1kg COD·kg-1MLSS·d-1，每天运行1个周期，每周期包括：5min进水、50min厌氧搅拌、180-300 min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、17-19h闲置。其中，每个曝气阶段溶解氧控制低于0.6mg·L-1。第15-30d为正常负荷运行，使系统进水负荷大于1 kg COD·kg-1MLSS·d-1，每天运行3个周期，每周期包括：5min进水、50min 厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、1-3h闲置。其中，每个曝气阶段溶解氧控制低于0.6mg·L-1。活性恢复阶段的8-30d内，需保证系统有机负荷大于1kg COD·kg-1MLSS·d-1，使得活性污泥脱氮性能较快恢复。间隔2-3d测定系统污泥浓度，待系统污泥浓度恢复至大于2g·L-1后再开始排泥，控制系统污泥龄为15-20d。
实例一
低负荷运行前，以北京某高校旁住宅区实际生活污水为处理对象(水质如下：NH4 +-N浓度为50-80mg/L，COD为156-290mg/L，NO2 --N≤0.5mg/L， NO3 --N≤0.5mg/L)，进水负荷为2.3±0.5kg COD·kg-1MLSS·d-1，接种硝化活性污泥至在有效容积为10L的SBR反应器中，污泥浓度维持在3-4g/L。曝气阶段控制溶解氧为0.1-0.6mg/L，排水比为50％，温度为室温。反应器每天运行3个周期，每个周期包括：15min进水，50min厌氧搅拌，240min低氧曝气(0.1＜DO＜0.6mg/L)，45min沉淀，10min排水及120min闲置。在低负荷运行前，污泥具有良好的脱氮性能，COD及NH4 +-N的去除率分别在85％及95％以上。
第一步系统低负荷运行。系统进水负荷降低为0.06kg COD·kg-1 MLSS·d-1，反应器每天运行1个周期，每周期运行方式为：15min进水，50min 厌氧搅拌，240min低氧曝气(0.1＜DO＜0.6mg/L)，45min沉淀，10min排水及18h闲置。
第二步长期缺氧饥饿处理。对SBR反应器内污泥施行缺氧闲置处理，使反应器进出水和曝气装置处于关闭状态，仅有低浓度亚硝酸钠添加于反应器内，并且使系统保持亚硝酸盐浓度为5-20mg/L的缺氧闲置状态。每隔7d从系统内取出100mL混合污泥进行活性测试批次实验，分别测定氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性，32d后NOB活性显著低于AOB活性(2SNOR＜SAOR)，此时完成饥饿处理。
第三步：系统活性恢复。第1-14d系统低负荷运行，进水负荷为0.07kg COD·kg- 1MLSS·d-1，每天运行一个周期，每周期包括：15min进水，50min厌氧搅拌，240min低氧曝气(0.1＜DO＜0.6mg/L)、45min沉淀，10min排水及 18h闲置。第15-67d为正常负荷运行，进水负荷为0.18kg COD·kg-1MLSS·d-1，每天运行3个周期，每周期包括：15min进水，50min厌氧搅拌，240min低氧曝气(0.1＜DO＜0.6mg/L)、45min沉淀，10min排水及90min闲置。系统在10d内恢复至正常水平，COD及NH4 +-N的去除率分别在85％及90％以上(后期NH4 +-N的去除率因为温度骤降10℃而降低)。而亚硝积累率在30d时，从恢复期开始的30％增高至90％，并且在后期温度波动平均亚硝积累率为97.85％，表示短程硝化在低温条件下也能稳定维持。

Claims (1)

1.长期缺氧饥饿和再活化实现活性污泥短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：低负荷运行阶段，时间为15-20d；接种硝化活性污泥至SBR反应器，使得污泥浓度维持至3-4g·L-1；使系统进水负荷小于1kg COD·kg-1MLSS·d-1，反应器每天运行1个周期，运行方式为15min进水、50min厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、17-19h闲置；其中，每个低氧曝气阶段控制溶解氧低于0.6mg·L-1；
第二步：饥饿处理阶段，时间为20-35d；对生化池内污泥施行缺氧闲置处理，反应器进水、出水、曝气系统全部处于关闭状态；同时通过给反应器内添加亚硝酸钠保持系统内亚硝酸盐浓度为5-20mg·L-1；每隔7d从系统内取出混合污泥进行活性测试批次实验，分别测定氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性，当亚硝酸盐氧化菌活性小于氨氧化菌活性，即当2倍比亚硝氧化速率SNOR小于比氨氧化速率SAOR，则完成饥饿处理；
第三步：活性恢复阶段，时间为14-30d；饥饿处理完成以后，恢复对SBR反应器内的活性污泥的正常进水及溶解氧供给：第1-14d为低负荷运行，使系统进水负荷小于1kg COD·kg- 1MLSS·d-1，每天运行1个周期，每周期包括：15min进水、50min厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、17-19h闲置；其中，每个曝气阶段溶解氧控制低于0.6mg·L-1；第15-30d为正常负荷运行，使系统进水负荷大于1kg COD·kg-1MLSS·d-1，每天运行3个周期，每周期包括：15min进水、50min厌氧搅拌、180-300min低氧曝气、45min沉淀、10min排水、1-3h闲置；其中，每个低氧曝气阶段溶解氧控制低于0.6mg·L-1；间隔2-3d测定系统污泥浓度，待系统污泥浓度恢复至大于2g·L-1后再开始排泥，控制系统污泥龄为15-20d。
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