CN109761346A

CN109761346A - 一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法

Info

Publication number: CN109761346A
Application number: CN201910181154.8A
Authority: CN
Inventors: 张健; 陈益明; 张新颖; 李小龙; 李宗仁; 刘文贵
Original assignee: Fujian Academy Of Environmental Sciences (fujian Sewage Disposal Reserve And Management Technology Center)
Current assignee: Fujian Academy Of Environmental Sciences (fujian Sewage Disposal Reserve And Management Technology Center)
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-05-17

Abstract

本发明公开了一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法。在内设循环泵的SBR反应器中加入准备好的短程硝化活性污泥和生物陶粒及多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺。SBR反应器采用间歇方式运行，充水比1：2。一个运行周期包括进水、搅拌与曝气、沉淀及排水四个阶段。启动过程控制分为4个阶段。反应21 d后完成培养过程过程，短程硝化颗粒污泥平均粒径大于等于200μm，最终在SBR反应器内成功培养出短程硝化颗粒污泥（将平均粒径大于或等于200μm的界定为颗粒污泥）。本发明的有益效果是在低有机负荷下快速实现短程硝化污泥颗粒化。

Description

一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法

技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法。

背景技术

现阶段为了持续加大生态环境保护力度，为更好的控制水体中氮素引起的水体富营养化，不断加严水环境质量标准和水污染物排放标准，对于总氮指标有了更加严格的要求。目前传统的脱氮生物处理工艺总氮去除率较低且不稳定，为确保具有相对较好的总氮去除效果，设计工艺流程冗长且能耗及药剂费用较高，难以满足日益严格的环境管理要求，因此研发高效生物脱氮废水治理技术刻不容缓。

传统生物脱氮的硝化过程由氨氧化菌和亚硝酸菌共同完成，将氨氮经过亚硝酸盐最终变为硝酸盐。而短程硝化工艺是将硝化通过短程硝化作用将硝化过程控制在亚硝化反应阶段，即氨氮氧化为亚硝态氮，使得氨氧化菌不断富集占据优势地位，促使亚硝酸盐不断积累，同时阻止硝酸盐的生成。该技术在脱氮过程中更加便捷，省去了硝化阶段中亚硝酸盐向硝酸盐的转化过程。同时在后续的反硝化阶段，硝酸盐转化为亚硝酸的过程也得以省去。相对于传统全程硝化，短程硝化反应历程更短，工艺简捷、效率更高，且能耗低、污泥产率低，是当今污水处理领域的研究热点。

短程硝化工艺尽管相对于传统硝化有着显著的优势，但氨氧化菌属于自养菌，CO₂是其生长的唯一碳源，生长条件缓慢、苛刻，生物量不高、容易流失，使得短程硝化工艺启动时间较长，难以稳定高效运行，且短程硝化絮体污泥氨氮容积负荷率较低。而采用颗粒污泥可实现活性污泥的高效截留，耐冲击能力强，实现短程硝化工艺的高效稳定运行，但是存在的问题是短程硝化工艺一般进水水质碳氮比较低，碳源不足，低有机负荷条件下形成颗粒污泥较为困难、污泥颗粒化时间较长。本发明充分利用生物陶粒质轻、比表面积大、吸附能力强等优点，将生物陶粒应用于培养短程硝化颗粒污泥，提出一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，为该工艺的工程化推广应用提供了有力的技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，解决了现有短程硝化工艺污泥流失严重、运行不稳定的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：准备SBR反应器、生物陶粒和经过初步驯化的短程硝化活性污泥，该活性污泥形态为絮状，呈棕褐色，无明显的颗粒态，污泥平均粒径小于100μm。

步骤2：SBR反应器内设置内循环泵，在竖直方向上形成水力循环，用于增强水流的剪切力，有利于颗粒污泥的形成；同时反应器内设置搅拌装置，水平方向上进行搅拌。

步骤3：在SBR反应器中加入准备好的短程硝化活性污泥，加入后SBR反应器内污泥浓度为6500 mg/L。

步骤4：在SBR反应器中投加生物陶粒，粒径为400～600μm，投加量为SBR反应器有效容积的2%，堆积密度1.1 g/cm³。

生物陶粒具有比重轻、孔隙率高、表面性状好、比表面积大和生物繁殖快等特点，可以快速、大量附着氨氧化菌并利于其繁殖，加速实现污泥颗粒化。

步骤5：按浓度比1:1比例投加多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺，使反应器内多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺浓度均为10 mg/L。

带正电的金属离子与污泥中微生物产生的带负电的胞外聚合物相互吸引、集聚，并通过多价金属离子架桥作用在搅拌过程中逐步形成菌胶团，促使污泥快速高效聚集，加快污泥的颗粒化进程；同时金属离子带正电荷，能够增强污泥微生物间相互作用力，挤压污泥相互之间的空间结构，有利于污泥呈颗粒化。

步骤6：SBR反应器采用间歇方式运行，充水比1：2。一个运行周期包括进水、搅拌与曝气、沉淀及排水四个阶段。启动过程控制分为4个阶段，第1阶段运行10天，每天运行2个周期，反应周期10小时；第2阶段运行5天，每天运行3个周期，反应周期8小时；第3阶段运行3天，每天运行4个周期，反应周期6小时；第4阶段运行3天，每天运行6个周期，反应周期4小时。

进一步，进水pH在7.5~8.5之间。

进一步，反应器内控制恒温，温度维持在27±3℃。

进一步，曝气方式为间歇式曝气，曝气/停止比例为2:1，DO控制在不高于0.5 mg/L。

进一步，进水有机负荷低，碳氮比控制在0.5；

进一步，进水氨氮浓度为100-300 mg/L，第1阶段氨氮浓度100 mg/L；第2阶段氨氮浓度160 mg/L；第3阶段氨氮浓度240 mg/L；第4阶段氨氮浓度300 mg/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：通过投加生物陶粒和多价金属离子、设置内循环泵及条件控制，充分利用带正电的金属离子与污泥中微生物产生的带负电的胞外聚合物相互吸引、集聚，并通过多价金属离子架桥作用在搅拌过程中逐步形成菌胶团，促使污泥快速高效聚集，在低有机负荷条件下加快污泥的颗粒化进程，使得颗粒污泥沉降性能好，且具有高效脱氮效果。

附图说明

图1是本发明反应器中氨氮浓度变化图。

图2是本发明反应器中亚硝酸盐浓度和亚硝酸盐累积率变化图。

图3是本发明反应器中硝酸盐浓度变化图。

图4是本发明反应器中污泥平均粒径变化图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的技术方案按照以下步骤进行：

步骤2：SBR反应器内设置内循环泵，在竖直方向上形成水力循环，用于增强水流对短程硝化污泥的剪切力，有利于颗粒污泥的形成；同时反应器内设置搅拌装置，水平方向上进行搅拌。

步骤4：在SBR反应器中投加生物陶粒，粒径为400～600μm，投加量为SBR反应器有效容积的2%，堆积密度1.1 g/cm³。生物陶粒具有比重轻、孔隙率高、表面性状好、比表面积大和生物繁殖快等特点，可以快速、大量附着氨氧化菌并利于其繁殖，加速实现污泥颗粒化。

步骤5：按浓度比1:1比例投加多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺，使反应器内多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺浓度均为10 mg/L。带正电的金属离子与污泥中微生物产生的带负电的胞外聚合物相互吸引、集聚，并通过多价金属离子架桥作用在搅拌过程中逐步形成菌胶团，促使污泥快速高效聚集，加快污泥的颗粒化进程；同时金属离子带正电荷，能够增强污泥微生物间相互作用力，挤压污泥相互之间的空间结构，有利于污泥呈颗粒化。

步骤6：SBR反应器采用间歇方式运行，充水比1：2。一个运行周期包括进水、搅拌与曝气、沉淀及排水四个阶段。启动过程控制分为4个阶段，第1阶段运行10天，每天运行2个周期，反应周期10小时；第2阶段运行5天，每天运行3个周期，反应周期8小时；第3阶段运行3天，每天运行4个周期，反应周期6小时；第4阶段运行3天，每天运行6个周期，反应周期4小时。控制进水pH在7.5~8.5之间，反应器内温度维持在27±3℃。采用间歇式曝气，曝气/停止比例为2:1，DO控制在不高于0.5 mg/L。进水控制低有机负荷，碳氮比控制在0.5。氨氮浓度为100-300 mg/L，第1阶段氨氮浓度100 mg/L；第2阶段氨氮浓度160 mg/L；第3阶段氨氮浓度240 mg/L；第4阶段氨氮浓度300 mg/L。反应21 d后完成培养过程过程，短程硝化颗粒污泥平均粒径大于等于200μm，最终在SBR反应器内成功培养出短程硝化颗粒污泥（将平均粒径大于或等于200μm的界定为颗粒污泥）。

培养期间，可对进出水的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮及短程硝化污泥平均粒径等进行测定，以掌握短程硝化颗粒污泥培养的进程。

本发明所述的反应器为SBR反应器，但同样适合于其他类型的间歇式生物脱氮反应器。本发明在设置内循环泵的SBR反应器中接种短程硝化活性污泥，投加生物陶粒和多价金属离子，经过21 d的启动运行，成功在低有机荷下实现短程硝化污泥的快速颗粒化，且具有高效脱氮性能。本方法通过设置内循环泵，合理优化内部流态，同时投加生物陶粒和多价金属离子，可以加快短程硝化污泥在低有机负荷条件下的快速颗粒化，污泥沉降性能好，使反应器快速启动成功，且能稳定的达到较高运行负荷。

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的描述。

实施例1：在内设循环泵的SBR反应器中加入准备好的短程硝化活性污泥，加入后SBR反应器内污泥浓度为6500 mg/L。在SBR反应器中投加生物陶粒，粒径为400～600μm，投加量为SBR反应器有效容积的2%，堆积密度1.1 g/cm³。按浓度比1:1比例投加多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺，使反应器内多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺浓度均为10 mg/L。SBR反应器采用间歇方式运行，充水比1：2。一个运行周期包括进水、搅拌与曝气、沉淀及排水四个阶段。启动过程控制分为4个阶段，第1阶段运行10天，每天运行2个周期，反应周期10小时；第2阶段运行5天，每天运行3个周期，反应周期8小时；第3阶段运行3天，每天运行4个周期，反应周期6小时；第4阶段运行3天，每天运行6个周期，反应周期4小时。控制进水pH为8，反应器内温度维持在27±3℃。采用间歇式曝气，曝气/停止比例为2:1，DO控制在0.5 mg/L。进水控制低有机负荷，碳氮比控制在0.5，氨氮浓度为100-300 mg/L，第1阶段氨氮浓度100 mg/L；第2阶段氨氮浓度160 mg/L；第3阶段氨氮浓度240 mg/L；第4阶段氨氮浓度300 mg/L。反应21 d后完成培养过程过程，短程硝化颗粒污泥平均粒径大于等于200μm，最终在SBR反应器内成功培养出短程硝化颗粒污泥（将平均粒径大于或等于200μm的界定为颗粒污泥）。（结果测定如图1-4）

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）准备SBR反应器、生物陶粒和经过初步驯化的短程硝化活性污泥，该活性污泥形态为絮状，呈棕褐色，无明显的颗粒态，污泥平均粒径小于100μm；

（2）SBR反应器内设置内循环泵，在竖直方向上形成水力循环，用于增强水流的剪切力，有利于颗粒污泥的形成；同时反应器内设置搅拌装置，水平方向上进行搅拌；

（3）在SBR反应器中加入准备好的短程硝化活性污泥，加入后SBR反应器内污泥浓度为6500 mg/L；

（4）在SBR反应器中投加生物陶粒，粒径为400～600μm，投加量为SBR反应器有效容积的2%，堆积密度1.1 g/cm³；

（5）按浓度比1:1比例投加多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺，使反应器内多价金属离子Al³⁺、Fe²⁺浓度均为10 mg/L；

（6）SBR反应器采用间歇方式运行，充水比1：2；一个运行周期包括进水、搅拌与曝气、沉淀及排水四个阶段；启动过程控制分为4个阶段，第1阶段运行10天，每天运行2个周期，反应周期10小时；第2阶段运行5天，每天运行3个周期，反应周期8小时；第3阶段运行3天，每天运行4个周期，反应周期6小时；第4阶段运行3天，每天运行6个周期，反应周期4小时。

2.根据权利要求1所述的一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，其特征在于：步骤（6）中进水pH在7.5~8.5之间。

3.根据权利要求1所述的一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，其特征在于：步骤（6）反应器内控制恒温，温度维持在27±3℃。

4.根据权利要求1所述的一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，其特征在于：步骤（6）所述曝气方式为间歇式曝气，曝气/停止比例为2:1，DO控制在不高于0.5 mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，其特征在于：步骤（6）进水有机负荷低，碳氮比控制在0.5。

6.根据权利要求1所述的一种低有机负荷下投加生物陶粒实现短程硝化污泥颗粒化的方法，其特征在于：步骤（6）进水氨氮浓度为100-300 mg/L，第1阶段氨氮浓度100 mg/L；第2阶段氨氮浓度160 mg/L；第3阶段氨氮浓度240 mg/L；第4阶段氨氮浓度300 mg/L。