CN109626573B - 通过生物添加强化城市污水spna系统脱氮性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过生物添加强化城市污水SPNA系统脱氮性能的方法，属于污水生物处理技术领域。针对城市污水SPNA工艺存在的Anammox菌难以大量富集、系统脱氮效果差等问题，本发明提出了一种强化城市污水SPNA系统中Anammox菌活性、进而提高系统脱氮性能的方法。该方法主要从两大方面强化Anammox菌活性：一方面，定期向SPNA系统中投加全程硝化污泥，强化AOB活性，增加系统内亚硝态氮生成速率，为Anammox菌提供更多的亚硝态氮基质，促进Anammox菌富集；另一方面，采用间歇曝气结合絮体污泥龄控制，抑制和淘洗NOB，增加Anammox菌的基质竞争优势。本发明可通过生物添加全程硝化污泥提高系统内Anammox菌活性，强化SPNA系统脱氮效果，具有操作简单，适用性广，出水效果好等优点。

Description

通过生物添加强化城市污水SPNA系统脱氮性能的方法
技术领域
本发明涉及通过生物添加强化城市污水SPNA系统脱氮性能的方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着我国的水体富营养化问题日益严重，污水的高效脱氮越来越受到人们的重视。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诸多问题。短程硝化-厌氧氨氧化一体化(SPNA)工艺是一种新型的自养生物脱氮工艺。在该工艺中，氨氧化菌(AOB)将污水中约一半的氨氮氧化为亚硝态氮，在缺氧环境中，厌氧氨氧化(Anammox)菌将这部分亚硝态氮与剩余的氨氮转化为氮气和少量的硝态氮，完成脱氮过程。SPNA工艺只需将部分氨氮氧化，节省了曝气能耗，且主要的脱氮功能菌AOB和Anammox菌均为自养菌，无需有机碳源且污泥产率低，与传统硝化-反硝化生物脱氮工艺相比，SPNA工艺具有可节省约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。
近年来，SPNA工艺越来越受到人们的关注。目前，SPNA技术主要应用于高温、高氨氮废水的处理，其在城市污水处理方面的应用仍存在诸多瓶颈问题亟待解决。其中，Anammox菌难以大量生长富集是主要的难点。一方面，由于Anammox菌生长速率较慢，在基质浓度低、常低温环境的城市污水处理系统中难以大量富集，限制了城市污水SPNA系统脱氮效果的提高。现有的关于SPNA系统处理低氨氮废水的报道中，总氮(TN)去除率一般较低。此外，城市污水处理系统中亚硝酸盐氧化菌(NOB)容易大量富集，并与Anammox菌竞争亚硝态氮，抑制了Anammox菌的生长，进一步限制了城市污水SPNA工艺的应用。在全世界范围内超过50％的处理高氨氮废水的Anammox反应器均存在NOB大量富集、出水中硝态氮累积的问题。对于城市污水SPNA系统，由于缺少高游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)等NOB抑制条件，更难抑制NOB活性。NOB大量富集会导致出水硝态氮升高，造成SPNA系统脱氮效果恶化。此外，亚硝态氮可以很快被NOB利用，Anammox菌由于缺少基质，生长受到抑制，活性下降，进一步导致脱氮效果恶化。因此，强化城市污水SPNA系统的脱氮性能的关键是强化系统中Anammox菌的活性和竞争优势。
发明内容
针对城市污水SPNA系统中存在的基质浓度低、NOB易富集等原因造成的Anammox菌难以大量生长富集、系统脱氮效果差等问题，本发明提出了一种通过生物添加强化城市污水SPNA系统中Anammox菌活性、进而提高系统脱氮性能的方法，主要从两大方面强化Anammox菌活性。一方面，定期向城市污水SPNA系统中投加全程硝化污泥，全程硝化污泥中含有大量的AOB和NOB，定期向系统中投加全程硝化污泥可强化AOB活性，提高系统内亚硝态氮生成速率，为Anammox菌提供更多的亚硝态氮基质，促进Anammox菌富集。另一方面，全程硝化污泥中NOB丰度亦较高，可能会导致SPNA系统内NOB活性增高，与Anammox菌竞争亚硝态氮基质，不利于Anammox菌富集。因此，采用间歇曝气(即循环缺氧/好氧)运行方式抑制城市污水SPNA系统中NOB活性，结合絮体污泥龄的控制，实现NOB的抑制和淘洗。本发明主要包括以下方面：
1)在间歇曝气条件下运行城市污水SPNA反应器，其中间歇曝气模式中缺氧时间为20-25min，控制DO浓度＜0.1mg/L；好氧时间为5-10min，DO浓度为0.4-0.6mg/L。
2)定期向城市污水SPNA系统中投加全程硝化污泥，投加周期为20-40d，投加量为系统内污泥总量的5-10％，其中污泥量以挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)计算。
3)通过湿式筛网法每天从系统内排除絮体污泥200-250mL，控制絮体污泥龄为40-50d。
本发明所提供的强化城市污水SPNA系统脱氮性能的方法，通过生物添加全程硝化污泥强化系统内AOB活性，提高系统内亚硝态氮产量，为Anammox菌提供更多的基质；利用间歇曝气运行方式抑制NOB活性，实现单个反应周期内AOB的生长速率大于NOB，结合控制絮体污泥龄，实现NOB的抑制和淘洗，提高Anammox菌竞争亚硝态氮基质的能力和优势。在这种运行条件下，Anammox菌逐渐得到富集，活性逐渐增加，利于城市污水SPNA系统稳定性和脱氮效果的提高。
本发明专利具有以下优势：
1)本发明所需要添加的活性污泥较易获得：城市污水处理厂一般采用传统硝化-反硝化生物脱氮工艺进行脱氮处理，因此，可在各城市污水处理厂获取大量的全程硝化污泥。
2)本发明控制方法简单：间歇曝气运行方式主要控制合适的缺氧、好氧时间和DO浓度，无需其他控制手段和设备，操作方便。
3)本发明对水质没有特殊要求，不需要额外添加药品，具有较广泛的工程意义。
4)本发明中，通过生物添加全程硝化污泥强化了AOB活性，提高亚硝态氮生成速率，并进一步提高了Anammox菌活性和丰度，利于系统脱氮效果和脱氮速率的提高，可实现稳定高效的城市污水自养脱氮。
综上所述，本发明具有操作简单，适用性广，出水效果好，SPNA系统脱氮速率高的优点。
附图说明
图1是本发明所用的城市污水SPNA系统脱氮效果图。
图2是本发明所用的城市污水SPNA系统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：
实验采用序批式反应器构建SPNA反应器(有效体积为10L)，采用某小区经过除碳预处理的生活污水为原水，具体水质如下：NH4 +-N 36.5-79.5mg-N/L，NO2 --N 0-5.2mg-N/L，NO3 --N 0-5.7mg-N/L，COD 55.6-82.8mg/L。SPNA反应器的污泥浓度为3000-4000mg/L；生物添加污泥为取自城市污水处理厂A2/O系统的全程硝化污泥，污泥浓度为5000-7500mg/L。
具体运行操作如下：
1)在间歇曝气条件下运行SPNA反应器，其中间歇曝气模式中缺氧时间为20-25min，DO浓度＜0.1mg/L；好氧时间为5-10min，DO浓度为0.4-0.6mg/L。
2)定期向城市污水SPNA系统中投加全程硝化污泥，投加周期为20-40d，投加量为系统内污泥总量的5-10％，其中污泥量以MLVSS计算。
3)通过湿式筛网法每天从系统内排除絮体污泥200-250mL，控制絮体污泥龄在40-50d。
生物添加条件下SPNA系统脱氮效果如图1。
在运行前期(1-42天)，未添加全程硝化污泥，系统平均出水TN浓度为51.4mg/L，平均TN去除率为24.7％，SPNA系统脱氮效果较差。这主要与系统内Anammox菌活性较低有关。自第43天起定期向SPNA系统中投加全程硝化污泥，随着反应器的运行，SPNA系统TN去除率逐渐升高，平均TN去除率达到66.1％(132-166天)，脱氮效果明显提高。
生物添加条件下SPNA系统中Anammox菌总活性变化情况如图2。
在实验前期，SPNA系统内Anammox菌活性较低，自第43天开始，定期向系统内添加全程硝化污泥。Anammox菌活性由3.3(第32天)升高至6.9mg-N/(L·h)(第160天)，表明Anammox菌大量富集，活性明显升高。Anammox菌活性变化趋势与脱氮效果变化趋势一致。该结果表明，在间歇曝气条件下，定期向城市污水SPNA系统中投加全程硝化污泥，可有效提高系统内Anammox菌活性和系统脱氮性能，利于SPNA系统的稳定。
以上对本发明所提供的通过生物添加强化城市污水SPNA系统脱氮性能的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)

1.通过生物添加强化城市污水SPNA系统脱氮性能的方法，其特征在于：在间歇曝气条件下，定期向城市污水SPNA系统中投加全程硝化污泥，实现SPNA系统中Anammox菌活性的强化和脱氮效果的提高，其中间歇曝气模式中缺氧时间为20-25min，控制DO浓度＜0.1mg/L；好氧时间为5-10min，DO浓度为0.4-0.6mg/L；全程硝化污泥的投加周期为20-40d，投加量为系统内污泥总量的5-10％，其中污泥量以MLVSS计算，每天从系统内排除絮体污泥200-250mL，控制絮体污泥龄在40-50d。
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