CN112661258A - 一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用对乙酰氨基酚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。本方法通过使用两种处理方式：采用对乙酰氨基酚侧流浸泡或者直接投加对乙酰氨基酚对活性污泥进行处理，处理的活性污泥最终通过抑制NOB活性来快速启动短程硝化。该抑制剂可以快速启动城市污水常温短程硝化。

Description

一种利用对乙酰氨基酚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，适用于低碳氮比的城市污水强化生物脱氮，涉及一种快速启动城市污水常温短程硝化的方法。

背景技术

对于城市污水，“全程硝化-反硝化”的传统脱氮方式是一种稳定但耗能较多的方式，且需要额外投加碳源，已经不符合可持续发展的要求。全程硝化-反硝化的流程为：(1)好氧硝化过程：污水中的氨氧化细菌(AOB)将氨氮转变为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐氧化细菌(NOB)将亚硝酸盐转变为硝酸盐；(2)反硝化过程：反硝化细菌以污水中的有机物作为电子供体，硝酸盐为电子受体，使硝态氮转变为氮气。一些新兴脱氮工艺，比如1975年Voets等发现在高氨氮废水硝化过程HNO₂的积累艺，并首次提出了短程硝化-反硝化的概念；1998年荷兰Delft University of Technology将短程硝化和厌氧氨氧化相结合，研发了SHARON-ANAMMOX工艺，并在2002年首次应用于荷兰鹿特丹的Dokhaven污水处理厂。这些新兴脱氮工艺的应用大大降低了污水处理厂的运行成本和温室气体的排放。所以短程硝化是新型脱氮技术的关键，具有重要的研究前景和应用价值，受到了越来越多的关注。但是由于城市污水处理系统是开放的混合菌群培养系统，AOB和NOB两类细菌形成了较强的共生关系，因此如何实现稳定持久的亚硝积累成为了国内外学者研究的重点和热点。

很多学者就如何淘洗NOB或者抑制其活性做了研究，包括：(1)温度：虽然学界对于确切实现短程硝化的温度没有统一的结论，但是适当的提高温度到30-35℃有利于提高AOB的活性而抑制NOB的活性。(2)pH：AOB的生长最适pH值范围为7.9～8.5，而NOB的生长最适pH值范围为7.2～7.6，由于两者的最适宜的pH值范围存在一定的差异，所以可以通过适当提高pH值，创造更有利于AOB生长的环境，增加AOB的生长速率，间接延缓了NOB的生长，从而实现亚硝酸盐的积累。一般来说废水pH值高于8.0时更有利于实现短程硝化。(3)DO：控制DO在0.5-1.0mg/L更有利于实现短程硝化。(4)污泥龄(SRT)：由于AOB的世代周期较NOB的短，因此控制较低的SRT更有利于淘洗NOB。综上方法虽然可以实现短程硝化，但是存在费用高、稳定性差、耗时和启动速度慢等缺点。如何在减少对AOB活性抑制的基础上去抑制NOB活性或者淘洗掉NOB是实现短程硝化的核心，但以上启动短程硝化的方法均存在不同的缺点，所以亟需找到一种新的方法。

根据相关文献报道，利用抑制剂实现短程硝化成为学者研究的重点，常用的抑制剂包括FA、FNA、挥发性脂肪酸、氯化物、硫化物、氧化剂和重金属等。但是这些抑制剂都存在缺点，例如NOB会对FA和FNA产生适应性；氯化物易燃易爆，尤其当混有杂质时极易爆炸，对保存条件要求较高；重金属对AOB也会有一定的毒害，恢复时间较长，此外重金属的去除也会造成成本增加；羟胺价格昂贵(每克约14元，是本发明所用对乙酰氨基酚的31倍)。本发明使用的对乙酰氨基酚为化学抑制剂，通过两种处理方式：侧流浸泡或者直接投加以快速启动城市污水常温短程硝化。对乙酰氨基酚为一种常用的解热镇痛型非处方药，是一种相对安全的化学抑制剂，可应用于污水处理厂城市常温短程硝化的启动。

发明内容

基于以上，本发明提供了一种城市污水常温短程硝化快速启动并且具有一定稳定性的方法。本方法通过使用两种处理方式：采用对乙酰氨基酚侧流浸泡或者直接投加对乙酰氨基酚对活性污泥进行处理，处理的活性污泥最终通过抑制NOB活性来快速启动短程硝化。

(1)将全程硝化的活性污泥接种到生化反应器中，污泥浓度为2500-3500mg/L；

(2)生化反应器运行周期包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个阶段；第一种处理方式为：侧流浸泡；在某个周期曝气结束后向反应器中加入对乙酰氨基酚储备液，浸泡结束后清洗污泥3次，按照原有的进水、曝气、沉淀、排水、闲置运行方式继续运行反应器，当亚硝积累率(NAR)达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动；

或者使用第二种处理方式：直接投加；在每个周期进水后投加对乙酰氨基酚储备液，当NAR达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动。

步骤(1)中的生化反应器为序批式生化反应器。

反应器运行周期安排为：进水1-2min，曝气150-180min，沉淀20-30min，排水1-5min，闲置140-220min。

反应器排水比为50％，运行温度为20-25℃；

进水为模拟生活污水或生活污水，氨氮浓度小于70mg/L，pH为6.0-8.0。

通过曝气装置控制反应器内的DO浓度为2-7mg/L。

上述的污泥为好氧活性污泥。

利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特点在于：侧流浸泡时，正式启动前只对活性污泥进行一次对乙酰氨基酚浸泡处理；

具体过程为：

1)首先清洗3次活性污泥，以排除污泥中杂质的干扰；

2)然后将配制好的对乙酰氨基酚储备液加入到生化反应器中，使其达到一定的浓度，并进行浸泡处理；

3)浸泡结束后清洗活性污泥3次以去除残余的对乙酰氨基酚，反应器每天运行4个周期，以模拟生活污水作为进水，利用曝气装置对反应器进行供氧，在上述条件下运行该反应器，当NAR达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动。

上述步骤2)中对乙酰氨基酚浓度维持在10-20mg/L，浸泡时间维持在24-36h，期间用搅拌装置使对乙酰氨基酚与活性污泥充分接触。

利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特点在于，直接投加时，启动过程中每个周期开始时均直接投加对乙酰氨基酚；

具体过程，包括如下：

1)首先清洗3次活性污泥，以排除污泥中杂质的干扰；

2)然后将配制好的对乙酰氨基酚储备液投加到生化反应器中，使其达到一定的浓度，反应器每天运行4个周期，以模拟生活污水作为进水，利用曝气装置对反应器进行供氧，在上述条件下运行该反应器，当NAR达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动。

上述步骤2)在于对乙酰氨基酚的浓度维持在5.0±1.0mg/L，且正式启动后不再投加对乙酰氨基酚。

通过对乙酰氨基酚对活性污泥进行一次浸泡处理，氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)会同时受到抑制，但AOB会首先恢复活性，氨氮转化为亚硝态氮后不再转化为硝态氮，成功启动短程硝化。

或者使用直接投加的方式，向生化反应器中投加对乙酰氨基酚，使反应器中的浓度为5.0±1.0mg/L，该浓度的对乙酰氨基酚会对NOB产生一个快速的抑制作用，但对AOB几乎没有抑制作用，氨氮转化为亚硝态氮后不再转化为硝态氮，从而快速启动短程硝化。

本发明利用一种新型抑制剂实现常温城市生活污水短程硝化，该抑制剂可以快速启动城市污水常温短程硝化。

本发明使用对乙酰氨基酚，通过两种处理方式：侧流浸泡或者直接投加。以快速启动城市污水常温短程硝化。本发明具有以下优点：

1)生化反应器为序批式反应器，具有操作简单，运行灵活，沉淀排水效果好，无污泥膨胀，适合自动化操作。

2)对乙酰氨基酚价格低廉，约为羟胺的1/31。系统在5天左右可以启动短程硝化，NAR大于90％。

3)第一种处理方式：侧流浸泡。可采用原位处理，只需要浸泡一次，不增加附属构筑物，操作简便。

4)第二种处理方式：直接投加。操作简单方便，不增加附属构筑物，并且不会抑制氨氧化过程。

附图说明

图1是本发明具体案例1和具体案例2反应器所用同一批接种活性污泥的全程硝化性能图；

图2是本发明具体案例1启动短程硝化过程中反应器出水“三氮”浓度变化图；

图3是本发明具体案例1成功启动短程硝化后反应器的一个典型全周期图。

图4是本发明具体案例2启动短程硝化过程中反应器出水“三氮”浓度变化图；

图5是本发明具体案例2成功启动短程硝化后反应器的一个典型全周期图。

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的方法，并具有一定的稳定性。实施案例1为第一种处理方式：侧流浸泡。实施案例2为第二种处理方式：直接投加。结合实施案例对本发明作进一步说明，但本发明不仅限于此案例。

实施案例1—第一种处理方式：侧流浸泡

本发明以模拟生活污水为进水。包括奶粉、蔗糖、淀粉、蛋白胨、酵母提取物、乙酸钠、NH₄Cl、NaHCO₃、KH₂PO₄、K₂HPO₄和微量元素。活性污泥为全程硝化污泥，全程硝化性能如图1所示。

模拟生活污水水质为：NH₄ ⁺-N为55-65mg/L，NO₂ ^--N和NO₃ ^--N都在检测限以下，COD为200-300mg/L。

生化反应器内的污泥浓度为3000mg/L，每天运行4个周期，每个周期包括进水2min，曝气180min，沉淀30min，排水3min，闲置145min五个阶段；模拟生活污水作为进水，利用曝气装置曝气，DO浓度为2-7mg/L，pH为7.5±0.2。

首先将污泥清洗3次，以排除污泥中杂质的干扰。然后对活性污泥使用第一种处理方式：侧流浸泡。将配制的对乙酰氨基酚储备液加入到反应器中，使其浓度为15mg/L，浸泡处理36h，期间使用搅拌装置搅拌，使污泥混合液与对乙酰氨基酚充分接触。

浸泡结束后，清洗3次活性污泥，去除残留的对乙酰氨基酚。然后反应器按照原有的运行方式运行。短程硝化启动和稳定运行过程中的“三氮”浓度变化如图2所示。

本发明中的全程硝化活性污泥经过一次对乙酰氨基酚浸泡处理，前15个周期氨氮浓度由最初的出水10mg/L逐渐降低到小于2mg/L，最后恢复正常。出水亚硝态氮浓度维持在25.2mg/L，NAR达到90％以上，并稳定维持了60个周期。实现短程硝化后的一个典型全周期的“三氮”浓度转化如图3所示。活性污泥经过对乙酰氨基酚一次浸泡处理，经过20个周期(约5天)的时间成功启动了城市污水常温短程硝化，效果良好，并且可以稳定较长时间。本发明为实现城市污水常温短程硝化提供了一种新方法。

实施案例2第二种处理方式：直接投加。

本发明以模拟生活污水为进水。包括奶粉、蔗糖、淀粉、蛋白胨、酵母提取物、乙酸钠、NH₄Cl、NaHCO₃、KH₂PO₄、K₂HPO₄和微量元素。活性污泥为全程硝化污泥，全程硝化性能如图1所示。

模拟生活污水水质为：NH₄ ⁺-N为55-65mg/L，NO₂ ^--N和NO₃ ^--N都在检测限以下，COD为200-300mg/L。

生化反应器内的污泥浓度为3000mg/L，每天运行4个周期，每个周期包括进水2min，曝气180min，沉淀30min，排水3min，闲置145min五个阶段；模拟生活污水作为进水，利用曝气装置曝气，DO浓度为2-7mg/L，pH为7.5±0.2。

首先将污泥清洗3次，以排除污泥中杂质的干扰。对活性污泥采用第二种处理方式：直接投加。在每个周期进水结束后即向反应器中加入配制好的对乙酰氨基酚储备液，使其浓度维持在5.0±1.0mg/L，按照如上运行方式运行。

快速启动短程硝化过程中，氨氧化过程没有受到抑制。短程硝化启动和稳定运行过程中的出水“三氮”浓度变化如图4所示。

本发明通过直接投加对乙酰氨基酚，运行20个周期NAR可以达到90％以上。出水氨氮低于2mg/L，亚硝态氮维持在25mg/L左右，并且稳定维持了60个周期。实现良好的短程硝化后的典型全周期“三氮”浓度转化如图5所示。短程硝化启动速度快，氨氧化过程不受抑制，稳定维持时间长。本发明为实现城市污水常温短程硝化提供了一种新方法。

Claims (8)

1.利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，采用对乙酰氨基酚侧流浸泡或者直接投加对乙酰氨基酚对活性污泥进行处理，处理的活性污泥最终通过抑制NOB活性来快速启动短程硝化。

2.按照权利要求1所述的一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将全程硝化的活性污泥接种到生化反应器中，污泥浓度为2500-3500mg/L；

(2)生化反应器运行周期包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个阶段；第一种处理方式为：侧流浸泡；在某个周期曝气结束后向反应器中加入对乙酰氨基酚储备液，浸泡结束后清洗污泥3次，按照原有的进水、曝气、沉淀、排水、闲置运行方式继续运行反应器，当亚硝积累率(NAR)达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动；

或者使用第二种处理方式：直接投加；在每个周期进水后即投加对乙酰氨基酚储备液，当NAR达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动。

3.按照权利要求2所述的一种利用对乙酰氨基酚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)中的生化反应器为序批式生化反应器。

4.按照权利要求1所述的一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，反应器运行周期安排为：进水1-2min，曝气150-180min，沉淀20-30min，排水1-5min，闲置140-220min。

5.按照权利要求1所述的一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，反应器排水比为50％，运行温度为20-25℃；进水为模拟生活污水或生活污水，氨氮浓度小于70mg/L，pH为6.0-8.0；通过曝气装置控制反应器内的DO浓度为2-7mg/L。

6.按照权利要求1所述的一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，上述污泥为好氧活性污泥。

7.按照权利要求1所述的一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，侧流浸泡时，正式启动前只对活性污泥进行一次对乙酰氨基酚浸泡处理；

具体过程为：

1)首先清洗3次活性污泥，以排除污泥中杂质的干扰；

2)然后将配制好的对乙酰氨基酚储备液加入到生化反应器中，使其达到一定的浓度，并进行浸泡处理；

3)浸泡结束后清洗活性污泥3次以去除残余的对乙酰氨基酚，反应器每天运行4个周期，以模拟生活污水作为进水，利用曝气装置对反应器进行供氧，在上述条件下运行该反应器，当NAR达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动。

上述步骤2)中对乙酰氨基酚浓度维持在10-20mg/L，浸泡时间维持在24-36h，期间用搅拌装置使对乙酰氨基酚与活性污泥充分接触。

8.按照权利要求2所述的一种利用对乙酰氨基酚快速启动城市污水常温短程硝化的方法，其特征在于，直接投加时，启动过程中每个周期进水后均直接投加对乙酰氨基酚；具体过程，包括如下：

1)首先清洗3次活性污泥，以排除污泥中杂质的干扰；

2)然后将配制好的对乙酰氨基酚储备液投加到生化反应器中，使其达到一定的浓度，反应器每天运行4个周期，以模拟生活污水作为进水，利用曝气装置对反应器进行供氧，在上述条件下运行该反应器，当NAR达到90％以上时，城市污水常温短程硝化正式启动；

上述步骤2)在于对乙酰氨基酚的浓度维持在5.0±1.0mg/L，且正式启动后不再投加对乙酰氨基酚。

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