CN110921820B - 利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法 - Google Patents

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Abstract

利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，属于污水生物处理技术领域，通过苄索氯铵对活性污泥进行一次浸泡处理，会对AOB、NOB都有一定的抑制，但AOB会优先恢复活性，氨氮转化为亚硝态氮之后不再转化为硝态氮，成功地实现短程硝化。方法为：将全程硝化活性污泥接种入序批式生化反应器中，曝气结束后对活性污泥进行苄索氯铵浸泡处理，苄索氯铵浓度为50‑80mg/L，浸泡时间为12‑24h。活性污泥只浸泡处理一次，反应器恢复正常运行，当亚硝积累率(NAR)达90％以上，城市污水常温短程硝化正式启动。本发明利用一种新的抑制剂实现短程硝化，该抑制剂可以快速启动城市污水常温短程硝化。

Description

利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种快速启动城市污水常温短程硝化的方法。本发明适用于低碳氮比的城市污水生物脱氮处理。
背景技术
对于城市污水处理来说，生物法脱氮是其重要的处理方法。传统的生物脱氮方法是一种稳定的脱氮方式，其过程为：(1)好氧硝化作用，氨氧化细菌(AOB)将氨转化为亚硝酸盐；亚硝酸盐氧化细菌(NOB)将亚硝酸盐转化成硝酸盐；(2)反硝化脱氮，脱氮细菌利用有机碳作为电子供体将硝酸盐转化成氮气。然而，传统的生物脱氮工艺其中的硝化作用需要能源密集型曝气；对于我国较低的COD/N的城市污水来说需要投加额外的碳源来确保反硝化过程的完成。为解决传统生物脱氮高运行成本，高能耗的问题，新型脱氮工艺不断涌现出来，如短程硝化-反硝化工艺、短程硝化-厌氧氨氧化工艺，这些新型工艺都大大减少了运行成本和能耗，可以发现实现短程硝化是新型工艺的关键技术，所以短程硝化具有广阔的研究和应用前景，在污水生物处理领域受到越来越广泛的关注。由于污水生化处理反应器均为开放的混合培养系统，AOB和NOB两类菌群形成了较紧密的共生关系，并且亚硝态氮具有较强的还原性，因此如何实现稳定持久的亚硝积累成为国内外学者研究的重点和热点。
有研究报道，实现短程硝化常规的控制策略包括控制低溶解氧(DO)，高温，低污泥龄(SRT)等。例如，低DO条件下，通过限制DO将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段来实现短程硝化；当控制反应器温度在一定范围(30-35℃)时，NOB的活性大幅下降，有利于实现短程硝化；缩短SRT可以淘洗生长速度缓慢的NOB，可以实现短程硝化，等等。上述策略虽能实现短程硝化，但存在启动时间长、稳定性差等缺点。
因此，利用抑制剂(羟胺、游离氨、游离亚硝酸、氯酸盐、硫化物等)快速启动短程硝化成为了人们重点研究的内容。例如，袁志国等人使用游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)作为抑制剂实现短程硝化；徐光景等人通过间歇性添加5mM氯酸钾实现硝化颗粒污泥短程硝化，此外还研究了利用10mg/L羟胺作为抑制剂来实现颗粒污泥短程硝化；Erguder等人通过脉冲的方式投加Na2S在SBR反应器中获得了75％的亚硝积累率；还有研究者使用烯丙基硫脲或叠氮化物作为抑制剂实现短程硝化。但这些抑制剂存在很多弊端，如发现NOB对FA和FNA抑制具有适应性；羟胺价格昂贵(每克羟胺约14元，是本发明所用苄索氯铵价格的7倍)；氯酸盐是一种敏感度很高的炸响剂，如混有一定杂质时，甚至会在日光照射下自爆；叠氮化物是易爆物质且有毒，例如叠氮化钠是一种剧毒的化学药品。综合来讲，这些抑制剂存在NOB容易产生适应性、价格昂贵、存在危险隐患等缺点。本发明利用苄索氯铵作为化学抑制剂，通过浸泡处理活性污泥快速启动城市污水常温短程硝化过程。苄索氯铵是新一代的四价铵的复合物，经美国FDA检验合格，广泛用于日化、医药等领域做防腐杀菌剂，被认为是一种新型安全、高效消毒剂。大多数湿巾中苄索氯铵含量为0.02％，而本发明中苄索氯铵用量不超过湿巾中苄索氯铵含量的1/3。苄索氯铵具有广谱强效、杀菌、杀病毒、无腐蚀性、无毒等众多优点，是一种相对安全的化学抑制剂，可应用于实际污水处理厂城市污水常温短程硝化的启动。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了一种城市污水常温短程硝化快速启动并具有一定稳定性的方法。本发明利用苄索氯铵浸泡活性污泥，最终抑制NOB来快速启动短程硝化。
本发明技术步骤内容如下：
(1)将全程硝化活性污泥接种入生化反应器中，污泥浓度2500-3500mg/L；
(2)生化反应器运行周期包括进水、曝气、排水、闲置四个阶段，在运行的某一周期过程中进行苄索氯铵浸泡处理：在曝气结束时，向反应器内加入苄索氯铵，对活性污泥进行苄索氯铵浸泡处理，然后继续反应器的运行周期，即继续进水、曝气、排水、闲置，当亚硝积累率(NAR)达90％以上，城市污水常温短程硝化正式启动。
在上述步骤(2)正式启动前只进行一次苄索氯铵浸泡处理。
上述步骤(2)进行苄索氯铵浸泡处理的过程，包括如下：
1)首先对活性污泥进行3次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰；
2)然后将配置好的苄索氯铵储备液加入到反应器中，使其达到一定浓度，并浸泡处理一段时间；
3)浸泡结束后，再对活性污泥进行3次清洗处理，以去除残留的苄索氯铵；然后生化反应器每天运行4个周期，以实际生活污水作为进水常温运行，利用曝气泵对反应器进行曝气，在上述条件下运行该反应器，当亚硝积累率(NAR)达90％以上，城市污水常温短程硝化正式启动。
短程硝化稳定运行：城市污水常温短程硝化启动成功后，运行条件维持不变，继续监测该反应器。以考察该方法实现城市污水短程硝化的稳定性。
步骤(1)中生化反应器为序批式生化反应器。
步骤2)中苄索氯铵浓度维持在50-80mg/L，浸泡处理12-24h，浸泡期间需使用搅拌装置保证泥液充分混合接触。
反应器周期运行条件分为：进水5-10min，曝气120-240min，排水1-5min，闲置100-230min。
排水比为50％，反应器运行温度为20-25℃。
实际生活污水水质特征在于氨氮浓度小于70mg N/L，pH为6.0-8.0。
曝气时控制生化反应器内DO浓度为2-7mg/L。
所述的污泥为好氧污泥，为絮体的或颗粒的。
本发明实现城市污水短程硝化的原理：苄索氯铵作为一种广谱类抑菌剂，对细菌有一定的抑制作用。苄索氯铵对活性污泥进行浸泡处理，会对AOB、NOB都有一定的抑制，但AOB会优先恢复活性，氨氮转化为亚硝态氮之后不再转化为硝态氮，成功的实现短程硝化。
本发明一种城市污水快速启动短程硝化方法，与现有方法相比具有以下优势：
1)发明一种新的抑制剂用以实现短程硝化，该抑制剂安全无毒；
2)可以快速启动城市污水常温短程硝化，并具有一定的稳定性；
3)该抑制剂进行原位处理，并且只浸泡处理一次，无需增设其他处理装置，可操作性强。
附图说明
图1是本发明具体案例1反应器启动短程硝化第一周期的性能图；
图2是本发明具体案例1初期全程硝化全周期图；
图3是本发明具体案例1成功启动短程硝化后典型一个全周期图；
图4是本发明具体案例2反应器启动短程硝化的性能图。
具体实施方式：
本发明提供了一种城市污水常温快速启动短程硝化，成功实现了城市污水短程硝化，并具有一定的稳定性。结合实施实例对本发明作进一步证明，但本发明不限于此实例。
实施例1：
本发明实施实例以北京某城市污水处理厂活性污泥为种泥以及北京市某家属区化粪池上清液为进水基质。活性污泥是全程硝化污泥，全程硝化过程如图1所示。
实际生活污水水质为：NH4 +-N为52.45±15.35mg/L，NO2 --N和NO3 --N都在检测限以下，总氮(TN)为56.26±15.14mg/L，COD为210.13±50.67mg/L。
生化反应器内污泥浓度约为3000mg/L；每天运行4个周期，每周期分为进水6min，曝气240min，排水5min，闲置109min四个阶段；以实际生活污水作为进水常温运行，利用曝气泵对反应器进行曝气，DO浓度为5.0±0.5mg/L；pH为7.6±0.2。
在第二个周期曝气结束时，对活性污泥进行苄索氯铵浸泡一次处理。首先将活性污泥进行3次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰。将配置好的苄索氯铵储备液加入到反应器中，使其浓度维持在70mg/L左右，浸泡处理18h，在这期间使用搅拌装置搅拌，保证泥液充分混合接触。
浸泡结束后，再对活性污泥进行3次清洗处理，以去除残留的苄索氯铵。随后生化反应器按之前方式正常运行。短程硝化启动及稳定运行过程中的三氮参数变化如图2所示。
本发明中活性污泥经苄索氯铵浸泡处理一次后，经历7个周期氨氮完全不降解。在21个周期后AOB活性恢复正常，但是NOB活性没有恢复，出水氨氮维持在2mg/L以下，出水亚硝态氮维持在22.98mg/L左右，亚硝积累率达90％以上，并稳定维持了92个周期。实现短程硝化后三氮转化全周期如图3所示。即活性污泥经过一次苄索氯铵浸泡处理后历时28个周期的时间(近6天)成功启动城市污水常温短程硝化，短程硝化效果良好，并可以长时间稳定运行。本发明为快速启动城市污水常温短程硝化提供了一种新方法。
实施例2：
该实施实例以好氧颗粒污泥为种泥，以北京市某家属区化粪池上清液为进水基质。
实际生活污水水质为：NH4 +-N为65.61±15.49mg/L，NO2 --N和NO3 --N都在检测限以下，总氮(TN)为67.27±15.33mg/L，COD为198.46±50.14mg/L。
将好氧颗粒污泥接种到序批式生化反应器，污泥浓度约为2800mg/L。每天运行4个周期，每周期分为进水5min，曝气210min，排水1min，闲置144min四个阶段；以实际生活污水作为进水常温运行，利用曝气泵对反应器进行曝气，DO浓度为6.0±0.8mg/L；pH为7.8±0.2。
好氧颗粒污泥反应器前30个周期是全程硝化阶段。在第30个周期曝气结束时，对好氧颗粒污泥进行一次苄索氯铵浸泡处理。首先将好氧颗粒污泥进行3次清洗处理，以排除反应器中一些杂质的干扰。将配置好的苄索氯铵储备液加入到反应器中，使其浓度维持在65mg/L左右，浸泡处理18h，在这期间使用搅拌装置进行搅拌，保证泥液充分混合接触。
浸泡结束后，再对好氧颗粒污泥进行进行3次清洗处理，以去除残留的苄索氯铵。随后反应器按之前方式正常运行。短程硝化启动及稳定运行过程中的三氮参数变化如图4所示。
本发明中好氧颗粒污泥经苄索氯铵浸泡处理一次后，经历5个周期氨氮完全不降解。在浸泡处理后30个周期AOB活性恢复正常，但是NOB活性没有恢复，出水氨氮维持在2mg/L以下，出水亚硝态氮维持在23.79mg/L左右，亚硝积累率达80％以上，并稳定维持了45个周期。即好氧颗粒污泥经过一次苄索氯铵浸泡处理后历时35个周期的时间(近9天)成功启动城市污水常温短程硝化，短程硝化效果良好，并具有一定的稳定性。

Claims (8)

1.利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤:
（1）将全程硝化活性污泥接种入生化反应器中，污泥浓度2500-3500 mg/L；
（2）生化反应器运行周期包括进水、曝气、排水、闲置四个阶段，在运行的某一周期进行苄索氯铵浸泡处理：在曝气结束时，向生化反应器内加入苄索氯铵，对活性污泥进行苄索氯铵浸泡处理，具体处理过程包括如下步骤：
1）首先对活性污泥进行3次清洗处理，以排除生化反应器中一些杂质的干扰；
2）然后将配置好的苄索氯铵储备液加入到生化反应器中，苄索氯铵浓度维持在50-80mg/L，浸泡处理12-24 h，浸泡期间需使用搅拌装置保证泥液充分混合接触；
3）浸泡结束后，再对活性污泥进行3次清洗处理，以去除残留的苄索氯铵；
在步骤（2）正式启动前只进行一次苄索氯铵浸泡处理；
浸泡处理结束后继续生化反应器的运行周期，即继续进水、曝气、排水、闲置，然后生化反应器每天运行4个周期，以实际生活污水作为进水常温运行，利用曝气泵对生化反应器进行曝气，在上述条件下运行该生化反应器，当亚硝积累率达90%以上，城市污水常温短程硝化正式启动。
2.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，步骤（1）中生化反应器为序批式生化反应器。
3.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，生化反应器周期运行条件分别为：进水5-10 min，曝气120-240 min，排水1-5 min，闲置100-230 min。
4.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，排水比为50%；生化反应器运行温度为20-25 ℃。
5.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，实际生活污水水质的氨氮浓度小于70 mg/L，pH为6.0-8.0。
6.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，曝气时控制生化反应器内DO浓度为2-7 mg/L。
7.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，所述的污泥为好氧污泥，为絮体的或颗粒的。
8.按照权利要求1所述的利用苄索氯铵快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，短程硝化稳定运行：城市污水常温短程硝化启动成功后，运行条件维持不变。
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