CN109879428B

CN109879428B - 一种利用延时厌氧/低碳缺氧sbr实现城市污水短程反硝化过程的方法

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Publication number: CN109879428B
Application number: CN201910287753.8A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 范泽里; 杜睿; 王淑莹
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: CN109879428A

Abstract

一种利用延时厌氧/低碳缺氧SBR实现城市污水短程反硝化过程的方法，属于污水生物处理技术领域。围绕现阶段城市污水厌氧氨氧化亚硝酸盐难以稳定获取的瓶颈问题，本方法采用序批式SBR反应器，通过控制城市污水与污水厂二级出水比例、缺氧搅拌时间等运行参数，使反应器在延时厌氧/低碳缺氧的方式下连续运行，实现城市污水提供有机碳源的短程反硝化启动。本方法强化了短程反硝化菌群对城市污水有机碳源的利用效率，能够获得稳定的亚硝盐积累率、实现短程反硝化功能微生物的富集，从而实现短程反硝化系统的建立。本方法利用城市污水获得的亚硝酸盐，是厌氧氨氧化过程的重要底物之一，对后续实现城市生活污水厌氧氨氧化深度脱氮具有重要意义。

Description

一种利用延时厌氧/低碳缺氧SBR实现城市污水短程反硝化过程的方法

技术领域

本发明提出了一种利用延时厌氧/低碳缺氧SBR实现城市污水短程反硝化过程的方法，属于污水生物处理技术领域。适用于低碳氮比城市污水和含有硝酸盐的污水处理厂二级出水，具有亚硝酸盐积累稳定、节省外加碳源、易于灵活调控的特点。

背景技术

厌氧氨氧化脱氮技术是新型节能降耗的污水生物处理关键技术，该技术通过NO₂ ^--N(亚硝态氮)对NH₄ ⁺-N(氨氮)进行氧化而实现自养脱氮，相对于传统脱氮工艺可以节省60％曝气能耗，兼有不需要外加碳源、污泥产量低、不产生温室气体等特点。

目前研究认为短程硝化是厌氧氨氧化反应底物NO₂ ^--N的产生途径，该过程是指在氨氧化菌的作用下将NH₄ ⁺-N转化为NO₂ ^—N。然而，短程硝化在实际城市污水处理中难以实现和稳定维持，导致后续厌氧氨氧化反应过程脱氮效率低，常含有过量硝酸盐。因此，开发能够稳定产生NO₂ ^--N的方法就显得至关重要。

传统城市污水处理面临着达标排放的关键问题，特别针对碳氮比较低的污水，反硝化效果受限，污水厂二级出水中常含有过量硝酸盐，导致总氮去除效果不理想。因此，为满足日益严格的污水处理排放标准，城市污水处理厂二级出水的深度处理是现阶段需解决的重要问题。

短程反硝化工艺是一种稳定获取NO₂ ^--N的新途径，该过程是指将反硝化NO₃ ^--N还原过程控制在NO₂ ^--N阶段，不进行NO₂ ^--N还原为N₂的反应过程。与短程硝化相比，短程反硝化能够在长期运行过程中维持稳定的亚硝酸盐积累效率，而且能够实现硝酸盐的去除，在实际低碳氮比城市污水厌氧氨氧化工程应用方面具有重要潜力和研究价值。但迄今为止，以城市污水中复杂有机碳源为电子供体的短程反硝化工艺尚未实现，其启动和过程调控尚缺乏有效方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种利用延时厌氧/低碳缺氧实现城市污水短程反硝化系统快速启动的方法。利用序批式SBR反应器，通过控制进水中城市污水和污水厂二级出水的比例等运行参数，使反应器在间歇式交替厌氧/低碳缺氧的方式下连续运行，从而实现亚硝酸盐积累和短程反硝化污泥培养，从而启动城市污水短程反硝化过程。

一种利用延时厌氧/低碳缺氧SBR实现城市污水短程反硝化过程的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)接种城市污水处理厂剩余污泥，保持反应内污泥浓度在4000～8000mg/L，进水为城市污水与污水厂二级出水。其中，城市污水提供短程反硝化所需要的有机碳源，污水厂二级出水提供所需要的硝酸盐。接种污泥的反硝化硝酸盐还原活性大于20 mg·gVSS^-1·h^-1。

(2)开启城市污水蓄水池进水泵，将城市污水泵入SBR反应器，其中城市污水中COD浓度为100～350mg/L。

(3)进水完毕后，开启搅拌装置，使SBR处于厌氧搅拌状态，主要用于上周期残硝酸盐还原为亚硝酸盐，并将污水和污泥中含有大分子有机物水解产生小分子有机碳源，搅拌时间为0.5～1.0h。

(4)开启污水处理厂二级出水蓄水池中的进水泵，将二级出水泵入SBR反应器，二级出水中硝酸盐浓度为10～30mg/L，城市污水与二级出水进水体积比为1.0～4.0、使得COD与NO₃ ^--N的质量浓度之比为在1.8～3.0。

(5)开启搅拌装置，SBR反应器进入缺氧搅拌阶段，利用有机碳源将二级出水中NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N。搅拌1.0～3.0h，结束后关闭搅拌器，进入静置沉淀阶段，沉淀0.5～1.5h，排出上清液，排水比为30～70％，进入闲置阶段。当反应器污泥浓度大于6000mg/L时开始排泥，污泥龄大于10天。

(6)运行SBR反应器，若反应器出水硝酸盐还原率低于70％，则提高进水中城市污水与水厂二级出水的体积比，使出水硝酸盐还原率高于或者等于70％；若反应器出水硝酸盐还原率已经高于或者等于70％，则同时考察反应器的亚硝酸盐积累率。若亚硝酸盐积累率小于或者等于50％，则降低城市污水与二级出水的比例，直至亚硝酸盐积累率大于50％。

(7)当反应器的出水亚硝酸盐积累率能够连续稳定达到50％，且维持7天以上，则认为短程反硝化过程实现。然后，保持步骤(5)和(6)中硝酸盐还原率大于70％，亚硝酸盐积累率高于50％的运行方式和进水比例继续运行SBR反应器，强化短程反硝化过程，富集短程反硝化功能微生物。

本发明的技术原理如下：

采用序批式SBR反应器，在厌氧/低碳缺氧的方式下连续运行，并逐步提高COD与NO₃ ^--N的质量浓度之比，充分利用城市污水中的有机碳源使进水中的NO₃ ^--N转化为 NO₂ ^--N。通过合理地延时厌氧/低碳缺氧的搅拌时间，提高短程反硝化过程的转化效率，提高短程反硝化菌的生产效率，并有效防止NO₂ ^--N继续向N₂转化，最终达到较高的亚硝酸盐积累率。

本发明涉具有以下优点：

(1)与短程硝化相比，短程反硝化能够在长期运行过程中维持稳定的亚硝酸盐积累效率，而且能够实现硝酸盐的去除，操作控制简单，亚硝酸盐积累率高。

(2)针对低基质、成分复杂、温度波动较大的城市生活污水，该方法通过调控进水COD 与NO₃ ^--N的质量浓度之比、缺氧搅拌时间，充分利用原水中有机碳源实现短程反硝化，不须调控PH和温度。

(3)强化了短程反硝化菌群对城市污水有机碳源的利用效率，节省外加碳源，能够获得稳定的亚硝盐积累率，实现短程反硝化功能微生物的富集。

附图说明：

图1是利用本方法快速启动短程反硝化的反应器结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

该系统由以下部分组成：由序批式SBR反应器(1)；潜水搅拌器(1.1)；浮球液位计(1.2)；第一电磁排水阀(1.3)；第二电磁排水阀(1.4)；第三电磁排水阀(1.5)；第一排空阀(1.6)；COD浓度传感器(1.7)；硝酸盐浓度传感器(1.8)；氨氮浓度传感器(1.9)；多参数在线监测仪(1.10)；污水厂二级出水蓄水池(2)；第一进水泵(2.1)；第一溢流管 (2.2)；第二排空管(2.3)；城市污水蓄水池(3)；第二进水泵(3.1)；第二溢流管(3.2)；第三放空管(3.3)；出水蓄水池(4)；第三溢流管(4.1)；第四放空管(4.2)；PLC自动控制系统(5)；在线参数控制仪(5.1)；反应器运行控制器(5.2)；排水阀信号接收口(5.3)；在线参数信号接收口(5.4)；潜水搅拌器控制信号接收口(5.5)；进水泵信号接收口(5.6)；计算机(5.7)。

进水从城市污水蓄水池(3)、污水处理厂二级出水蓄水池(2)通过第一进水泵(2.1) 和第二进水泵(3.1)泵入序批式SBR反应器(1)；进水过程中，COD浓度传感器(1.7)和硝酸盐浓度传感器(1.8)以及氨氮浓度传感器(1.9)在线采集对应的化学信号，输入到多参数在线监测仪(1.10)，再通过在线参数信号接收口(5.4)输入(5.1)在线参数控制仪并由(5.7)计算机处理计算，根据计算结果调控第一进水泵(2.1)和第二进水泵(3.1) 的转速；当反应器内的水位达到预设水位时，浮球液位计(1.2)将信号传回(5.2)反应器运行控制器，关闭第一进水泵(2.1)和第二进水泵(3.1)；进水结束后，反应器运行控制器(5.2)通过潜水搅拌器控制信号接收口(5.5)启动潜水搅拌器(1.1)，开始缺氧/厌氧搅拌；搅拌阶段结束后，潜水搅拌器(1.1)停止运行，进行静置沉淀；静置沉淀结束之后，反应器运行控制器(5.2)通过(5.3)排水阀信号接收口打开电磁排水阀(1.3)或(1.4) 或(1.5) 进行排水，将上清液排出至出水蓄水池(4)。当反应器内水位下降到预设水位时，自动关闭排水阀，反应器进入闲置状态，等待开始下一周期。

具体操作过程如下：

城市污水蓄水池中的水取自北京市某污水处理厂的粗格栅出水，其水质如下：COD79mg/L～212mg/L：NH₄ ⁺-N 19mg/L～58mg/L；NO₂ ^--N<0.2mg/L；NO₃ ^--N 0.1mg/L～ 0.67mg/L；

污水处理厂二级出水蓄水池取自该污水处理厂的好氧池末端出水，其水质如下：COD 6.7mg/L～18.4mg/L：NH₄ ⁺-N 0.15mg/L～1.13mg/L；NO₂ ^--N<0.1mg/L；NO₃ ^--N 13.8mg/L～ 35.7mg/L；

(1)接种城市污水处理厂剩余污泥，保持反应内污泥浓度在4000mg/L，进水为城市污水与污水厂二级出水。其中，城市污水提供短程反硝化所需要的有机碳源，污水厂二级出水提供所需要的硝酸盐。接种污泥的反硝化硝酸盐还原活性大于20mg·gVSS^-1·h^-1。

(3)进水完毕后，开启搅拌装置，使SBR处于厌氧搅拌状态，主要用于上周期残硝酸盐还原为亚硝酸盐，并将污水和污泥中含有大分子有机物水解产生小分子有机碳源，搅拌时间为1.0h。

(4)开启污水处理厂二级出水蓄水池中的进水泵，将二级出水泵入SBR反应器，二级出水中硝酸盐浓度为10～30mg/L，城市污水与二级出水进水体积比为2.5、使得COD与NO₃ ^--N的质量浓度之比为在2.4。

(5)开启搅拌装置，SBR反应器进入缺氧搅拌阶段，利用有机碳源将二级出水中NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N。搅拌3.0h，结束后关闭搅拌器，进入静置沉淀阶段，沉淀0.5h，排出上清液，排水比为50％，进入闲置阶段。当反应器污泥浓度大于6000mg/L时开始排泥，污泥龄大于10天。

(6)按照所述步骤(2)(3)(4)的运行方式运行SBR反应器，若反应器出水硝酸盐还原率低于70％，则提高进水中城市污水与水厂二级出水的体积比，使出水硝酸盐还原率高于或者等于70％；若反应器出水硝酸盐还原率已经高于或者等于70％，则同时考察反应器的亚硝酸盐积累率。若亚硝酸盐积累率小于或者等于50％，则降低城市污水与二级出水的比例，直至亚硝酸盐积累率大于50％。

长期试验结果表明：

本方法能够利用城市污水处理厂的剩余污泥，以某城市污水处理厂进水和二级出水为对象，未投加外加碳源，在序批式SBR反应器中成果启动短程反硝化。本法使亚硝酸盐积累率从平均为5％逐步提高到70％，并富集短程反硝化菌。

以上对本发明所提供的一种利用延时厌氧/低碳缺氧实现城市污水短程反硝化系统快速启动的方法进行了详细介绍，本文中应用具体个例对本发明的原理及实施方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之初、处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种利用延时厌氧/低碳缺氧SBR实现城市污水短程反硝化过程的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)接种城市污水处理厂剩余污泥，保持反应器内污泥浓度在4000～8000mg/L，进水为城市污水与污水处理厂二级出水；接种污泥的反硝化硝酸盐还原活性大于20mg·gVSS^-1·h^-1；

(2)开启城市污水蓄水池进水泵，将城市污水泵入SBR反应器，其中城市污水中COD浓度为100～350mg/L；

(3)进水完毕后，开启搅拌装置，使SBR反应器处于厌氧搅拌状态，搅拌时间为0.5～1.0h；

(4)开启污水处理厂二级出水蓄水池中的进水泵，将污水处理厂二级出水泵入SBR反应器，污水处理厂二级出水中硝酸盐浓度为10～30mg/L，城市污水与污水处理厂二级出水进水体积比为1.0～4.0，使得COD与NO₃ ^--N的质量浓度之比为1.8～3.0；

(5)开启搅拌装置，SBR反应器进入缺氧搅拌阶段，利用有机碳源将污水处理厂二级出水NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N；搅拌1.0～3.0h，结束后关闭搅拌装置，进入静置沉淀阶段，沉淀0.5～1.5h，排出上清液，排水比为30～70％，进入闲置阶段；当反应器污泥浓度大于6000mg/L时开始排泥，污泥龄大于10天；

(6)判断反应器出水硝酸盐还原率低于70％，则提高进水中城市污水与污水处理厂二级出水的体积比，使出水硝酸盐还原率高于或者等于70％；若反应器出水硝酸盐还原率已经高于或者等于70％，则同时考察反应器的亚硝酸盐积累率；若亚硝酸盐积累率小于或者等于50％，则降低城市污水与污水处理厂二级出水的体积比，直至亚硝酸盐积累率大于50％；

(7)当SBR反应器的出水亚硝酸盐积累率能够连续稳定达到50％，且维持7天以上，则认为短程反硝化过程实现；然后，保持步骤(5)和(6)中硝酸盐还原率大于70％，亚硝酸盐积累率大于50％的运行方式和进水体积比继续运行SBR反应器。