CN109607769B

CN109607769B - 一种城市污水spna工艺优化启动方法

Info

Publication number: CN109607769B
Application number: CN201910078986.7A
Authority: CN
Inventors: 苗圆圆; 于德爽
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2039-01-15
Also published as: CN109607769A

Abstract

本发明公开了一种城市污水SPNA工艺优化启动方法，属于污水生物处理技术领域。通过先接种全程硝化污泥启动全程硝化‑反硝化反应器，再投加Anammox颗粒污泥，并控制全程硝化污泥与Anammox污泥质量比为25∶1‑40∶1，在间歇曝气条件下启动城市污水SPNA反应器。先启动全程硝化‑反硝化反应器强化了AOB活性，保证在随后的SPNA系统启动过程中充足的亚硝态氮产量，利于Anammox菌富集；通过间歇曝气和控制絮体污泥龄，实现NOB的抑制和淘洗，利于Anammox菌竞争亚硝态氮；在前置缺氧搅拌阶段，进水中的COD可转化为内碳源，降低COD对Anammox菌的抑制作用，同时也可发生内源反硝化作用进一步提高出水水质，缩短启动时间。本发明具有操作简单，种泥易获得，适用性广，启动时间短，脱氮效果好的优点。

Description

一种城市污水SPNA工艺优化启动方法

技术领域

本发明涉及一种城市污水SPNA工艺优化启动方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

近年来，我国的水体富营养化问题日益严重，这主要是由水体中氮元素等超标造成的。水体富营养化问题将对水产养殖业、农业、旅游业等多种行业产生危害，并可对人体健康产生威胁，因此，实现有效的水体氮素去除至关重要。生物脱氮技术是目前应用最为广泛的污水脱氮技术。然而，传统的硝化-反硝化生物脱氮工艺存在曝气能耗高、剩余污泥产量大、需要外加有机碳源等问题，因此，节能、高效的生物脱氮工艺是现今的研究热点。

厌氧氨氧化(Anammox)菌的发现使污水生物脱氮技术进入到一个崭新的阶段，使低能耗、可持续的污水处理技术成为可能。在缺氧条件下，Anammox菌可将氨氮和亚硝态氮转化为氮气和少量的硝态氮，在此过程中，不消耗有机碳源，也无温室气体N₂O产生。近年来，Anammox工艺及其组合工艺在实践应用方面取得了相当的进展。短程硝化-厌氧氨氧化一体化(SPNA)工艺集亚硝酸化与Anammox于一体，在该工艺中，氨氧化菌(AOB)将约50％的氨氮氧化为亚硝态氮，这部分亚硝态氮与剩余的氨氮发生Anammox反应，生成氮气和少量的硝态氮，完成脱氮反应。相比于传统的硝化-反硝化工艺，SPNA工艺具有节省约60％的曝气量、无需有机碳源、温室气体产量少、减少约90％的剩余污泥产量的优点，有望实现低碳氮比城市污水的低能耗深度脱氮。

SPNA工艺主要应用于高温、高氨氮废水的处理，虽然利用SPNA工艺处理经过除碳预处理的城市污水的可行性已得到了验证，然而，城市污水SPNA工艺的实际应用还有许多难题尚未解决。其中，SPNA工艺的启动是难点之一。到现在为止，成功启动的城市污水SPNA系统一般需要接种大量的Anammox污泥，然而，由于Anammox菌生长速率较慢，大量的Anammox种泥较难获取，这限制了城市污水SPNA工艺的应用。近期文献报道称，在通过接种Anammox污泥启动城市污水SPNA工艺后，Anammox菌活性出现了下降，降低了系统稳定性，这表明在城市污水SPNA工艺运行过程中，可能需要多次投加Anammox污泥以维持系统脱氮效果，增大了实现城市污水SPNA工艺的难度。此外，在城市污水处理系统中，难以有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性，大量长期稳定的短程硝化污泥也较难获取，这进一步增大了城市污水SPNA工艺启动的难度。因此，研发一种适用于大规模应用的城市污水SPNA系统优化启动方法非常重要。

发明内容

针对城市污水SPNA工艺启动中存在的短程硝化和Anammox种泥难获得、启动时间长、脱氮效果差等问题，本发明提出了通过先接种全程硝化污泥提高AOB活性，再接种少量Anammox颗粒污泥，在间歇曝气条件下，启动城市污水SPNA反应器的方法。前期试验结果表明，在间歇曝气条件下，AOB活性与Anammox菌活性具有明显相关性，提高AOB活性利于Anammox菌的生长富集；在间歇曝气条件下启动城市污水SPNA系统，先提高系统中AOB活性，利于提高SPNA系统脱氮性能和缩短启动周期。根据该试验结果，提出城市污水SPNA系统优化启动方法，主要包括以下步骤：

(1)采用序批式反应器，以城市污水为原水，在启动初期接种全程硝化污泥，污泥浓度为3500-5000mg/L。

(2)在缺氧/好氧条件下先启动全程硝化-反硝化反应器，缺氧段主要发生反硝化反应和内碳源储存，控制DO浓度＜0.1mg/L；好氧段主要发生硝化反应，控制好氧段DO浓度＞2.O mg/L。在该运行条件下，主要富集AOB，提高AOB活性。当氨氮去除率＞98％，即认为全程硝化-反硝化反应器启动成功。

(3)上述全程硝化-反硝化反应器启动成功后，向其中投加部分Anammox颗粒污泥，投加量为100-200mg/L，控制全程硝化污泥与Anammox污泥质量比为25∶1-40∶1。

(4)通过设置前置缺氧段，并结合间歇曝气的运行方式启动城市污水SPNA系统。控制缺氧段DO浓度＜0.1mg/L，好氧段DO浓度为0.8-1.5mg/L。通过每天排除125-250mL絮体污泥，回收剩余污泥中的颗粒污泥，控制絮体污泥龄在40-80天。当系统的总氮(TN)去除率达到并稳定在80％以上，即认为系统启动成功。

本发明所提供的城市污水SPNA系统优化启动方法，通过强化系统内AOB活性，提高系统内亚硝态氮产量；利用间歇曝气运行方式抑制NOB活性，使单位周期内NOB生长速率低于AOB，结合控制絮体污泥龄，实现NOB的抑制和淘洗，Anammox菌竞争亚硝态氮的能力和优势逐渐增强。在此条件下，经过多个周期的累积效应，NOB逐渐被抑制和淘洗，Anammox菌逐渐得到富集，脱氮效果逐渐提高。通过设置前置缺氧段，进水中COD可在前置缺氧段转化为内碳源，一方面降低了有机物对Anammox菌的抑制作用；另一方面，在后续反应阶段可发生内源反硝化作用，降低了出水硝态氮浓度，进一步提高了出水水质，利于城市污水SPNA系统的快速启动。

本发明专利具有以下优势：

1)本发明所需要的种泥较易获得，启动中采用的接种污泥为全程硝化污泥和Anammox污泥，全程硝化污泥和Anammox污泥质量比为25∶1-40∶1。全程硝化污泥普遍存在于城市污水处理厂，可大量获取；接种的Anammox污泥占全部种泥比例较低，易满足启动所需要求。

2)本发明要求简单，对水质没有特殊要求，可直接处理实际城市污水，不需要额外添加药品，也无需城市污水除有机物预处理设置，具有较广泛的工程意义。

3)本发明操作简单，在运行过程中只需控制固定的缺、好氧时间和DO浓度，无需复杂的参数控制。

4)本发明出水水质好：在间歇曝气条件下，NOB受到抑制，活性较低，利于Anammox菌的富集和脱氮效果的提高；进水中的COD在前置缺氧段可转化为内碳源，在降低COD对Anammox菌抑制作用的同时，也可发生内源反硝化作用进一步提高出水水质。

综上所述，本发明具有种泥易获取，适用性广，操作简单，启动时间短，脱氮效果好的优点。

附图说明

图1是本发明所用实验装置SPNA系统启动阶段每周期运行方式示意图。

图2是本发明所用的城市污水SPNA系统脱氮效果图。

图3是本发明所用的城市污水SPNA系统中Anammox菌总活性变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

实验采用某小区生活污水作为原水，具体水质如下：NH₄ ⁺-N 39.0-76.4mg-N/L，NO₂ ^--N0.0-0.9mg-N/L，NO₃ ^--N 0.0-0.7mg-N/L，COD 84.2-197.3mg/L。实验接种污泥为取自实际污水处理厂A²/O系统二沉池的全程硝化污泥和小试规模UASB反应器的Anammox颗粒污泥，其中全程硝化污泥与Anammox污泥的质量比为30∶1。以序批式反应器构建城市污水SPNA系统，有效容积为10L。

具体运行操作如下：

1)全程硝化-反硝化反应器启动阶段：接种全程硝化污泥，控制污泥浓度为3500-5000mg/L，以生活污水为进水，启动全程硝化-反硝化反应器。在缺氧/好氧条件下运行反应器，每个运行周期包括4-5min进水，60-80min缺氧搅拌，130-150min曝气，20-25min沉淀和4-5min排水阶段，排水比为40-50％。控制缺氧段DO浓度＜0.1mg/L，好氧段DO浓度＞2.0mg/L。该阶段旨在提高反应器内AOB活性，提高氨氮氧化速率。运行14天后，出水氨氮浓度维持在1.5mg-N/L以下，氨氮去除率＞98％，认为全程硝化-反硝化反应器启动成功。

2)SPNA反应器启动阶段：向全程硝化-反硝化反应器中投加Anammox颗粒污泥，通过设置前置缺氧段，并结合间歇曝气的运行方式启动城市污水SPNA系统。每个运行周期包括4-5min进水，317-322min间歇曝气，20-25min沉淀和4-5min排水阶段。其中，控制缺氧段DO浓度＜0.1mg/L，好氧段DO浓度为0.8-1.5mg/L。每天从反应器中排出125-250mL污泥，并利用湿式筛网法将粒径大于200μm的Anammox颗粒污泥回收至反应器内，控制絮体污泥龄在40-80天。当系统的TN去除率达到并稳定在80％以上，即认为系统启动成功。

城市污水SPNA系统启动阶段每周期运行方式如图1。

启动过程中城市污水SPNA系统脱氮效果如图2。

在启动初期(第1-55天)，平均TN去除率为53.3％。随后，平均TN去除率逐渐升高至85.4％。在第76-114天，SPNA反应器脱氮效果较为稳定，平均TN去除率为81.0％，脱氮效果较好。

启动过程中城市污水SPNA系统中Anammox菌总活性变化情况如图3。

在启动运行过程中，SPNA系统中Anammox菌活性逐渐增加，由0.6升高至2.5mg-N/(h·gVSS)，表明Anammox菌逐渐得到富集。该结果与系统脱氮效果变化一致。

以上结果表明，以生活污水为原水，通过接种全程硝化污泥和Anammox颗粒污泥，控制全程硝化污泥与Anammox污泥质量比为25∶1-40∶1，可在间歇曝气条件下成功启动SPNA反应器，实现较好的脱氮效果和Anammox菌的富集。

以上对本发明所提供的城市污水SPNA工艺优化启动方法进行了详细介绍，并且应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种城市污水SPNA工艺优化启动方法，其特征在于：先接种全程硝化污泥启动全程硝化-反硝化反应器提高AOB活性，再接种Anammox颗粒污泥在间歇曝气条件下启动城市污水SPNA反应器，控制全程硝化污泥与Anammox污泥质量比为25∶1-40∶1，当系统的TN去除率达到并长期稳定在80％以上，即认为系统启动成功，具体包括以下步骤：

（1）先接种全程硝化污泥，污泥浓度为3500-5000mg/L，在缺氧/好氧条件下先启动全程硝化-反硝化反应器，缺氧段主要发生反硝化反应和内碳源储存，控制DO浓度＜0.1mg/L；好氧段主要发生硝化反应，控制DO浓度＞2.0mg/L；在该运行条件下，主要提高AOB活性，当氨氮去除率＞98％，即认为全程硝化-反硝化反应器启动成功；

（2）全程硝化-反硝化反应器启动成功后，向其中投加Anammox污泥，投加量为100-200mg/L，控制全程硝化污泥与Anammox污泥质量比为25∶1-40∶1，启动城市污水SPNA反应器；

（3）通过设置前置缺氧段，并结合间歇曝气的运行方式启动城市污水SPNA反应器，控制缺氧段DO浓度＜0.1mg/L，好氧段DO浓度为0.8-1.5mg/L；每天排除125-250mL絮体污泥，控制絮体污泥龄在40-80天；当系统的TN去除率达到并稳定在80％以上，即认为城市污水SPNA反应器启动成功。