CN109110920B - 一种匹配厌氧氨氧化的sbr部分亚硝化工艺 - Google Patents

一种匹配厌氧氨氧化的sbr部分亚硝化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺，包括以下步骤，S1，污泥驯化预处理：首先将接种污泥静沉24h，上层会有大量的漂浮物，去除后加入一定量的试验用水，再闷曝48h，目的主要是要利用微生物自身的内源呼吸作用来去除污泥中残存的有机物，最后静置24h；经过静置后发现污泥的颜色变为棕褐色，测得SV值为32%，污泥浓度MLSS为3800mg/L，这表明经过闷曝与静置处理的污泥活性已经有所恢复，符合接种要求。本发明稳定运行阶段，NH4 +‑N去除率和NO2 ‑‑N累积率分别达到90%和80%以上。

Description

一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺
技术领域
本发明涉及SBR部分亚硝化技术领域，尤其涉及一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺。
背景技术
厌氧氨氧化反应所需要的进水有严格的限制，其水中NH4 +-N/NO2 --N的比值要稳定的维持在1:1.32左右，如果人为地加入亚硝酸盐，不仅会增加运行成本，而且由于其具有生物毒性，还会造成二次污染。这就要求需要一个可以提供稳定出水的前置反应阶段，使得该阶段的出水中NH4 +-N/NO2-N的比值维持在1:1～1:1.32之间，这就有了部分亚硝化(PartialNitritation,PN)工艺。
本发明利用SBR反应器进行部分亚硝化工艺的试验研究，试验首先在间歇曝气的条件下启动反应器，随后研究温度、DO浓度、pH值、曝气频率等对反应的影响情况，并确定最佳工艺参数。试验通过监测NH4 +-N的去除率和NO2 --N的积累率来判断反应的运行状况，并作出相应的调整。同时还研究了在有机物存在的情况下反应的运行状况，最后对整个部分亚硝化工艺的实现做了细致的研究，为下一阶段的ANAMMOX反应创造条件。
为此，本发明提出一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺，包括以下步骤，
S1，污泥驯化预处理：首先将接种污泥静沉24h，上层会有大量的漂浮物，去除后加入一定量的试验用水，再闷曝48h，目的主要是要利用微生物自身的内源呼吸作用来去除污泥中残存的有机物，最后静置24h；经过静置后发现污泥的颜色变为棕褐色，测得SV值为32％，污泥浓度MLSS为3800mg/L，这表明经过闷曝与静置处理的污泥活性已经有所恢复，符合接种要求；
S2，SBR亚硝化在间歇曝气情况下的启动：控制SBR反应器进水浓度在60～80mg/L范围内，温度控制在28±1℃之间，pH＝7.5～8.0，曝气量控制在0.2～0.3L·min-1，保证反应器内的DO浓度在0.9-1.1mg/L，间歇曝气的频率控制为曝气30min、停曝30min，每周期曝气与停曝的次数均为4次；停曝时通过反应器内的搅拌装置维持污泥的悬浮状态，SBR反应器的单个周期运行时间为8h，每个周期的运行方式为进水瞬时-曝气4h-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h，每天运行3个周期，整个装置运行过程中维持污泥浓度在3000～3500mg/L之间；每天定时检测进水NH4 +-N浓度，出水NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度，以便考察NH4 +-N去除率与NO2 --N积累率的沿程变化规律，并结合显微镜来观察系统中微生物的生物相情况，用以判断亚硝化菌的积累状况；
S3，提高氨氮负荷的条件下SBR亚硝化工艺的稳定运行：SBR反应器启动成功后，接下来提高进水氨氮浓度的情况下，亚硝化反应的稳定运行；具体的操作条件如下：控制温度在28～30℃之间、pH值7.5～8.0之间，反应设为每周期8h，每天运行3个周期，每个周期的运行程序为进水瞬时-曝气4h-曝气30min-停曝30min-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h。曝气阶段的曝气量保持在0.3～0.4L/min，停曝时采用搅拌装置的持续搅拌作用使活性污泥保持在悬浮状态；将进水NH4 +-N浓度以100mg/L为起点，以50mg/L为梯度逐步递增，直至300mg/L时停止，每个阶梯浓度稳定运行5d后，进入下一个浓度的试验；每天取样检测相关水质指标，包括进出水NH4 +-N，出水NO2 --N、NO3 --N浓度，考察其运行效果。
优选的，所述S1中，接种污泥取自污水处理厂二沉池的回流污泥，取回后的污泥呈现深褐色，以絮状物为主，较为蓬松，经镜检发现其中含有大量的丝状细菌。
优选的，所述S2中，在启动阶段的前5d内，氨氮的去除率较低，均在50％以下，从第6d开始，氨氮的去除率开始不断提高。
优选的，所述S2中，SBR反应器启动第10d，氨氮去除率维持在60％以上，NO2-N出水浓度提高到30.6mg/L，NO3-N的出水浓度降低至10.6mg/L，积累率也提高到了74％以上，且其后几天NO2-N浓度以及积累率均在稳步提升。
优选的，所述S3中，当进水NH4 +-N的浓度提高到100mg/L时，在开始的5d内，出水氨氮的浓度很高，均在30mg/L之上，去除率比较低，运行到第5d时也只有66％；从第6d开始有比较大幅度的提高，到第10d时，去除率已经可以达到90％，出水氨氮浓度也降到了10mg/L以下。
优选的，在进水氨氮浓度由100mg/L逐步提高到250mg/L的过程中，对于NO2 --N的积累来说并未受到较大的影响，其累计效果总是基本维持在一恒定值，具体结果是：当进水氨氮浓度为100mg/L时，运行前16d中NO2 --N积累率始终在75％～89％之间，出水NO2 --N浓度可达78mg/L；随后继续运行8d，NO2 --N积累率达到90％以上，最高可达95％，出水NO2 --N浓度已经可以稳定在90mg/L以上；当进水氨氮浓度为150mg/L时，除运行第一天NO2 --N积累率较低为77％外，连续运行24d其积累率均在83％以上，在最后6d已经可以达到90％以上，出水NO2 --N浓度已经达到131.4mg/L；当氨氮进水浓度继续提高到200mg/L时，NO2 --N积累率则呈现出更加稳定的态势，整个运行的20d内，积累率始终维持在90％左右的高水平，最高已经达到95.3％，对应的出水NO2 --N浓度为138.6mg/L；最后将氨氮进水浓度提高到250mg/L，虽然在此阶段氨氮的去除率不甚理想，但NO2 --N积累率依然保持在了较高的水平，平均积累率可达93.8％，出水NO2 --N的浓度也可达到161.6mg/L。
本发明提出的，在低氧低负荷的条件下，采用间歇曝气的方式，以人工模拟配水为试验用水，控制进水浓度在60～80mg/L范围内，温度控制在(28±1)℃之间，pH＝7.5～8.0，曝气量控制在0.2～0.3L/min，DO浓度在1.0mg/L左右，经过40d的调试运行，成功启动了SBR亚硝化反应器。稳定运行阶段，NH4 +-N去除率和NO2 --N累积率分别达到90％和80％以上；
控制温度28～30℃之间、pH值7.5～8.0，每个周期的运行程序为进水瞬时-曝气4h(曝气30min/停曝30min)-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h。以进水NH4 +-N浓度100mg/L为起点，以50mg/L为梯度逐步递增，考察亚硝化反应器在不同负荷条件下的运行状态。当进水氨氮的浓度在200mg/L以下时，亚硝化反应可以获得理想的NH4 +-N去除率和NO2 --N积累率；但当进水氨氮浓度超过250mg/L时，氨氮去除率大幅下降，但NO2 --N积累率还可维持在一个较高的水平上。
附图说明
图1为本发明SBR亚硝化反应器启动期间氨氮变化曲线；
图2为本发明SBR亚硝化反应器启动期间亚硝酸盐氮、硝酸盐氮变化曲线；
图3为本发明提高氨氮负荷期间NH4 +-N去除效果变化曲线；
图4为本发明提高氨氮负荷期间NO2 --N积累效果变化曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
参照图1-3，本发明提出的一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺，包括以下步骤，
S1，污泥驯化预处理：首先将接种污泥静沉24h，上层会有大量的漂浮物，去除后加入一定量的试验用水，再闷曝48h，目的主要是要利用微生物自身的内源呼吸作用来去除污泥中残存的有机物，最后静置24h；经过静置后发现污泥的颜色变为棕褐色，测得SV值为32％，污泥浓度MLSS为3800mg/L，这表明经过闷曝与静置处理的污泥活性已经有所恢复，符合接种要求；试验用水的成分如下表所示：
Figure GDA0001822550760000061
S2，SBR亚硝化在间歇曝气情况下的启动：控制SBR反应器进水浓度在60～80mg/L范围内，温度控制在28±1℃之间，pH＝7.5～8.0，曝气量控制在0.2～0.3L·min-1，保证反应器内的DO浓度在0.9-1.1mg/L，间歇曝气的频率控制为曝气30min、停曝30min，每周期曝气与停曝的次数均为4次；停曝时通过反应器内的搅拌装置维持污泥的悬浮状态，SBR反应器的单个周期运行时间为8h，每个周期的运行方式为进水瞬时-曝气4h-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h，每天运行3个周期，整个装置运行过程中维持污泥浓度在3000～3500mg/L之间；每天定时检测进水NH4 +-N浓度，出水NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度，以便考察NH4 +-N去除率与NO2 --N积累率的沿程变化规律，并结合显微镜来观察系统中微生物的生物相情况，用以判断亚硝化菌的积累状况；具体实验数据详见附图1；
从图1中可以看到，在启动阶段的前5d内，氨氮的去除率较低，均在50％以下，从第6d开始，氨氮的去除率开始不断提高。分析其可能的原因是由于系统内的活性污泥从开始时的连续曝气过渡到间歇曝气，由于微生物需要一定的时间适应环境条件的变化，导致启动阶段初期去除率波动较大。5d过后，微生物逐渐适应了新的环境条件，开始生长繁殖，伴随着去除率也稳步提高。反应进行到30d时，氨氮的去除率已经可以稳定在80％以上。至第40d是，已经可以达到95％以上，最高为97.02％。
由图2可以看到，SBR亚硝化反应器内开始阶段的出水NO2 --N的浓度较低，均在10mg/L以下，出水NO3 --N浓度在15mg/L左右，NO2 --N积累率仅有35％左右。但随着反应时间的延长，NO2 --N积累率有了跨越式的提高，至第5d时，已经能够稳定在60％以上，这说明在间歇曝气的条件下启动亚硝化反应器的确可以快速实现亚硝化过程。反应进行到第10d时，积累率已经可以突破70％，第30d接近90％，最后至第40d已经可以达到95％，证明在间歇曝气条件下SBR反应器的亚硝化过程启动成功。
结合两张图来看，SBR亚硝化反应器启动第10d，氨氮去除率维持在60％以上，NO2 --N出水浓度提高到30.6mg/L，NO3 --N的出水浓度降低至10.6mg/L，积累率也提高到了74％以上，且其后几天NO2 --N浓度以及积累率均在稳步提升。这说明了在反应器内，种群已经逐步由前期比较占优势的硝化菌群逐步转变为亚硝化菌群。这一点并不难理解，亚硝化菌群更适宜在溶解氧较低的环境中生存，间歇曝气的条件更有利于创造反应器内的低DO环境，因此亚硝化菌群会逐步占据优势，最终成为反应器内的优势菌种。
S3，提高氨氮负荷的条件下SBR亚硝化工艺的稳定运行：SBR反应器启动成功后，接下来提高进水氨氮浓度的情况下，亚硝化反应的稳定运行；具体的操作条件如下：控制温度在28～30℃之间、pH值7.5～8.0之间，反应设为每周期8h，每天运行3个周期，每个周期的运行程序为进水瞬时-曝气4h-曝气30min-停曝30min-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h。曝气阶段的曝气量保持在0.3～0.4L/min，停曝时采用搅拌装置的持续搅拌作用使活性污泥保持在悬浮状态；将进水NH4 +-N浓度以100mg/L为起点，以50mg/L为梯度逐步递增，直至300mg/L时停止，每个阶梯浓度稳定运行5d后，进入下一个浓度的试验；每天取样检测相关水质指标，包括进出水NH4 +-N，出水NO2 --N、NO3 --N浓度，考察其运行效果。
由图3可以看出，当进水NH4 +-N的浓度提高到100mg/L时，在开始的5d内，出水氨氮的浓度很高，均在30mg/L之上，去除率比较低，运行到第5d时也只有66％。从第6d开始有比较大幅度的提高，到第10d时，去除率已经可以达到90％，出水氨氮浓度也降到了10mg/L以下。运行至第18d时，去除率已经达到96％，继续运行5d后去除率没有显著的提高，可以认为此阶段已经趋于稳定，开始进行下一个浓度梯度的试验。在进水氨氮浓度提高到150与200mg/L时的情况与浓度为100mg/L时的情况类似，均呈现出短暂的适应期，通常在5d左右，之后通常都能在短时间内去除率恢复到较高的水平，一般均为7d左右，最后在较高去除率水平上逐渐趋于稳定，最高可达97％左右。具体的情况是当氨氮浓度为150mg/L时，经过17d的适应，氨氮去除率从55％提高到91％，由经过7d的连续运行，去除率提高到96％；当氨氮浓度为200mg/L时，经过15d的适应期，氨氮去除率从开始的54％升高到90％，后又经过5d的运行去除率可以达到96％。但当进水氨氮浓度进一步提高到200mg/L时，经过长达30d的调试运行其去除效果依然不甚理想，最终氨氮的去除率也只有73％，出水的浓度已经达到68mg/L，并不能够再进一步有所提高。
由图4可以看出，在进水氨氮浓度由100mg/L逐步提高到250mg/L的过程中，对于NO2 --N的积累来说并未受到较大的影响，其累计效果总是基本维持在一恒定值，具体结果是：当进水氨氮浓度为100mg/L时，运行前16d中NO2 --N积累率始终在75％～89％之间，出水NO2 --N浓度可达78mg/L；随后继续运行8d，NO2 --N积累率达到90％以上，最高可达95％，出水NO2 --N浓度已经可以稳定在90mg/L以上；当进水氨氮浓度为150mg/L时，除运行第一天NO2 --N积累率较低为77％外，连续运行24d其积累率均在83％以上，在最后6d已经可以达到90％以上，出水NO2 --N浓度已经达到131.4mg/L；当氨氮进水浓度继续提高到200mg/L时，NO2 --N积累率则呈现出更加稳定的态势，整个运行的20d内，积累率始终维持在90％左右的高水平，最高已经达到95.3％，对应的出水NO2 --N浓度为138.6mg/L；最后将氨氮进水浓度提高到250mg/L，虽然在此阶段氨氮的去除率不甚理想，但NO2 --N积累率依然保持在了较高的水平，平均积累率可达93.8％，出水NO2 --N的浓度也可达到161.6mg/L。
试验结果表明，当进水氨氮的浓度在200mg/L以下时，亚硝化反应可以获得理想的NH4 +-N去除率和NO2 --N积累率；但当进水氨氮浓度超过250mg/L时，氨氮去除率大幅下降，但NO2 --N积累率还可维持在一个较高的水平上。鉴于SBR亚硝化工艺作为ANAMMOX反应的前置工艺并不需要使氨氮的浓度降低到很低的水平，只需要NH4 +-N/NO2 --N的浓度比值维持在1:1.32左右即可，因此试验的运行效果已经相当理想。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种匹配厌氧氨氧化的SBR部分亚硝化工艺，其特征在于，包括以下步骤，S1，污泥驯化预处理：首先将接种污泥静沉24h，上层会有大量的漂浮物，去除后加入一定量的试验用水，再闷曝48h，目的主要是要利用微生物自身的内源呼吸作用来去除污泥中残存的有机物，最后静置24h；经过静置后发现污泥的颜色变为棕褐色，测得SV值为32％，污泥浓度MLSS为3800mg/L，这表明经过闷曝与静置处理的污泥活性已经有所恢复，符合接种要求；
S2，SBR亚硝化在间歇曝气情况下的启动：控制SBR反应器进水浓度在60～80mg/L范围内，温度控制在28±1℃之间，pH＝7.5～8.0，曝气量控制在0.2～0.3L·min-1，保证反应器内的DO浓度在0.9-1.1mg/L，间歇曝气的频率控制为曝气30min、停曝30min，每周期曝气与停曝的次数均为4次；停曝时通过反应器内的搅拌装置维持污泥的悬浮状态，SBR反应器的单个周期运行时间为8h，每个周期的运行方式为进水瞬时-曝气4h-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h，每天运行3个周期，整个装置运行过程中维持污泥浓度在3000～3500mg/L之间；每天定时检～测进水NH4 +-N浓度，出水NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度，以便考察NH4 +-N去除率与NO2 --N积累率的沿程变化规律，并结合显微镜来观察系统中微生物的生物相情况，用以判断亚硝化菌的积累状况；
S3，提高氨氮负荷的条件下SBR亚硝化工艺的稳定运行：SBR反应器启动成功后，接下来提高进水氨氮浓度的情况下，亚硝化反应的稳定运行；具体的操作条件如下：控制温度在28～30℃之间、pH值7.5～8.0之间，反应设为每周期8h，每天运行3个周期，每个周期的运行程～序为进水瞬时-曝气4h-曝气30min-停曝30min-沉淀2h-排水瞬时-闲置2h；曝气阶段的曝气量保持在0.30.4L/min，停曝时采用搅拌装置的持续搅拌作用使活性污泥保持在悬浮状态；将进水NH4 +-N浓度以100mg/L为起点，以50mg/L为梯度逐步递增，直至300mg/L时停止，每个阶梯浓度稳定运行5d后，进入下一个浓度的试验；每天取样检测相关水质指标，包括进出水NH4 +-N，出水NO2 --N、NO3 --N浓度，考察其运行效果；
所述S1中，接种污泥取自污水处理厂二沉池的回流污泥，取回后的污泥呈现深褐色，以絮状物为主，较为蓬松，经镜检发现其中含有大量的丝状细菌；
所述S2中，在启动阶段的前5d内，氨氮的去除率较低，均在50％以下，从第6d开始，氨氮的去除率开始不断提高；
所述S2中，SBR反应器启动第10d，氨氮去除率维持在60％以上，NO2-N出水浓度提高到30.6mg/L，NO3-N的出水浓度降低至10.6mg/L，积累率也提高到了74％以上，且其后几天NO2-N浓度以及积累率均在稳步提升；
所述S3中，当进水NH4 +-N的浓度提高到100mg/L时，在开始的5d内，出水氨氮的浓度很高，均在30mg/L之上，去除率比较低，运行到第5d时也只有66％；从第6d开始有比较大幅度的提高，到第10d时，去除率已经可以达到90％，出水氨氮浓度也降到了10mg/L以下；
在进水氨氮浓度由100mg/L逐步提高到250mg/L的过程中，对于NO2 --N的积累来说并未受到较大的影响，其累计效果总是基本维持在一恒定值，具体结果是：当进水氨氮浓度为100mg/L时，运行前16d中NO2 --N积累率始终在75％～89％之间，出水NO2 --N浓度可达78mg/L；随后继续运行8d，NO2 --N积累率达到90％以上，最高可达95％，出水NO2 --N浓度已经可以稳定在90mg/L以上；当进水氨氮浓度为150mg/L时，除运行第一天NO2 --N积累率较低为77％外，连续运行24d其积累率均在83％以上，在最后6d已经可以达到90％以上，出水NO2 --N浓度已经达到131.4mg/L；当氨氮进水浓度继续提高到200mg/L时，NO2 --N积累率则呈现出更加稳定的态势，整个运行的20d内，积累率始终维持在90％左右的高水平，最高已经达到95.3％，对应的出水NO2 --N浓度为138.6mg/L；最后将氨氮进水浓度提高到250mg/L，虽然在此阶段氨氮的去除率不甚理想，但NO2 --N积累率依然保持在了较高的水平，平均积累率可达93.8％，出水NO2 --N的浓度也可达到161.6mg/L。
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