CN113896324B - 以超高no2-积累率实现中试规模低温城市污水短程硝化快速启动并稳定维持的方法 - Google Patents
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Abstract
以超高NO2 ‑积累率实现中试规模低温城市污水短程硝化快速启动并稳定维持的方法，属于城市污水生物处理技术领域。具体步骤包括：(1)以二沉池回流污泥为种泥，进水为城市污水，先在厌氧/好氧的运行模式下通过强化生物除磷的方式实现硝化细菌的淘洗；(2)之后将运行模式改为厌氧/好氧/缺氧并延长好氧运行时间与污泥龄以快速富集氨氧化细菌实现短程硝化的快速启动；(3)结合实时在线的氨氮探头控制剩余氨氮为5‑10mg/L，即可实现短程硝化的长期稳定维持；本发明控制简单，运行便捷不仅可以实现短程硝化的快速启动，还可实现低温环境下短程硝化的长期稳定维持。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种以超高NO2 -积累率实现中试规模低温城市污水短程硝化快速启动并稳定维持的方法，适用于城市污水处理。
背景技术
污水的深度脱氮对于水资源的保护是极其重要的。近年来，以亚硝酸盐为电子受体的新型高效、可持续脱氮工艺在污水处理领域极受关注，例如短程硝化反硝化，短程硝化耦合厌氧氨氧化，短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化，短程反硝化耦合厌氧氨氧化。不难看出亚硝酸盐作为新型脱氮工艺的反应底物或中间媒介，如何稳定的获取亚硝酸盐成为这些工艺发挥其高效脱氮性能的关键。
亚硝酸盐的来源包括：短程硝化，短程反硝化以及异化硝酸盐还原。其中短程硝化(氨氮氨氧化细菌氧化氨氮为亚硝酸盐)作为完全自养的生物过程被人们认为是最理想的亚硝供给途径。以往关于短程硝化的实现主要通过调整运行参数(温度，溶解氧，污泥龄等)或者投加抑制剂(羟胺，FA/FNA)实现对亚硝酸盐氧化菌的选择性淘洗的同时富集氨氧化细菌。但是在规模化应用中以上策略存在诸多问题，如：启动时间长，控制参数的阈值千差万别，而且通常需要多个控制参数联合使得实际操作变得繁琐复杂。因此，需要开发更为方便，快捷，有效的控制策略。
温度对微生物影响主要包括三个方面：生长速率，化学反应平衡以及细胞膜的传质速率。硝化细菌作为自养菌其对温度变化十分敏感，已有的文献表明，当温度低于15℃时，亚硝酸盐氧化菌的生长速率会超过氨氧化细菌，导致在低温条件下很难实现短程硝化的稳定维持，因此，在众多文献中大多推荐短程硝化稳定维持的理想温度应该大于25℃。但是纵观全球年平均气温分布图，能够达到25℃这一温度条件的地区仅在赤道周围的极少数国家，以中国为例随着纬度的升高其所在地区的污水厂的年最低温度逐渐降低，在中国的东北地区，其污水厂年最低温度可达5-6℃，而且每年有长达90-120天不等的低温时间。因此，如果能够克服温度对短程硝化的影响，不仅对短程硝化的组合脱氮工艺(例如：PN/A)在城市污水厂中的工程应用具有里程碑式的意义，而且将极大的扩展其在地理上的应用范围。
发明内容
本发明一种以超高NO2 -积累率实现中试规模低温城市污水短程硝化快速启动并稳定维持的方法，为了解决城市污水短程硝化启动时间长且低温条件下难以实现短程硝化稳定维持的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是首先在厌氧/好氧运行模式条件下通过控制污泥龄，曝气时间等运行条件，实现对硝化细菌的有效淘洗，再通过延长污泥龄与曝气时间即可实现氨氧化细菌的选择性富集。结合厌氧/好氧/缺氧的运行模式与剩余氨氮控制可实现低温条件下短程硝化的长期稳定维持。
反应所需装置包括进水箱(1)，序批式反应器(2)，PLC控制柜(3)，出水箱(4)，显示器(5)；进水箱(1)通过进水泵(2.9)将污水打入序批式反应器(2)中完成进水；曝气泵(2.1)通过转子流量计(2.2)与曝气盘(2.10)连接；出水箱(4)通过电动排水阀(2.8)与序批式反应器(2)连接；检测装置pH探头(2.5)，DO探头(2.6)与水质在线检测仪(2.3)连接；PLC控制柜(3)分别与曝气泵(2.1)、水质在线检测仪(2.3)、氨氮在线探头(2.4)、搅拌器(2.7)、电动排水阀(2.8)、进水泵(2.9)、显示器(5)连接；
具体包括以下步骤：
反应器的启动调试：接种3000-3500mg/L的二沉池剩余污泥于有效容积为6.28m3的圆柱形序批式反应器(2)中。以厌氧/好氧交替的运行模式运行，进水为实际城市污水，进水完成后，厌氧运行时间为0.5-2.5h,好氧运行时间为1-1.5h，在好氧运行阶段通过转子流量计控制其溶解氧浓度为2-8mg/L。好氧运行结束后停止搅拌，之后进入沉淀、排水、闲置阶段，排水比为50％,每天运行4-6个周期，控制反应器的污泥龄为5-10d。当反应器出水氨氮去除率小于15％，出水磷浓度小于0.5mg/L，表明序批式反应器(2)启动调试成功；
序批式反应器(2)调试完成后以厌氧/好氧交替的运行模式运行，进水为实际城市污水，进水完成后，厌氧运行时间为0.5-2.5h,好氧运行时间为1-1.5h，在好氧运行阶段通过转子流量计控制其溶解氧浓度为2-8mg/L。好氧运行结束后停止搅拌，之后进入沉淀、排水、闲置阶段，排水比为50％,每天运行4-6个周期。控制反应器的污泥龄为5-10d，运行3-4个污泥龄后即可完成硝化细菌的淘洗。
阶段二，选择性富集氨氧化细菌，实现短程硝化的稳定维持，具体步骤包括：
将序批式反应器(2)运行模式改为厌氧/好氧/缺氧全自动智能化运行模式，水质在线检测仪(2.3)、氨氮在线探头(2.4)将实时监测信号传输至PLC控制柜(3)，综合分析后控制搅拌器(2.7)、进水泵(2.9)曝气泵(2.1)的启停与电动排水阀(2.8)的开关，其中设定厌氧运行时间为1.5-3h,好氧运行过程中通过转子流量计控制溶解氧浓度为2-8mg/L,运行时间通过在线的氨氮探头(2.4)控制，即当剩余氨氮低于10mg/L并维持2min后停止曝气，缺氧4-10h，每天运行2-4周期，控制序批式反应器(2)污泥龄为25-40d。当好氧末亚硝积累率大于98％，氨氮浓度小于10mg/L，稳定维持7d以上表明成功富集氨氧化细菌，实现短程硝化的启动。
短程硝化启动完成后，进水为城市污水，序批示反应器(2)在厌氧/好氧/缺氧的全自动智能化运行模式下进行，其中设定厌氧运行时间为1.5-3h,好氧运行过程中通过转子流量计控制溶解氧浓度为2-8mg/L,运行时间通过在线的氨氮探头(2.4)控制，即当剩余氨氮低于10mg/L并维持2min后停止曝气，缺氧4-10h，每天运行2-4周期，水质在线检测仪(2.3)、氨氮在线探头(2.4)将实时监测信号传输至PLC控制柜(3)，综合分析后控制搅拌器(2.7)、进水泵(2.9)曝气泵(2.1)的启停与电动排水阀(2.8)的开关，此时序批式反应器(2)不再主动排放剩余污泥。当好氧末氨氮浓度为10±2.5mg/L，亚硝积累率大于98％，且维持30天以上，即实现城市污水短程硝化的长期稳定维持。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图1中，1-进水箱；2-序批式反应器；3-PLC控制柜；4-出水箱；5-显示器；2.1-曝气泵；2.2-转子流量计；2.3-水质在线检测仪；2.4-氨氮在线探头；2.5-pH探头；2.6-DO探头；2.7-搅拌器；2.8-电动排水阀；2.9-进水泵；2.10-曝气盘。
具体实施方式
为了更加详细的说明一种以超高NO2 -积累率实现中试规模低温城市污水短程硝化快速启动并稳定维持的方法，通过具体实施例进一步说明，对于反应器形式(图1)为序批式反应器(SBR)，该系统装置包括进水箱(1)，序批式反应器(2)，PLC控制柜(3)，出水箱(4)，显示器(5)；进水箱(1)通过进水泵(2.9)将污水打入序批式反应器(2)中完成进水；曝气泵(2.1)通过转子流量计(2.2)与曝气盘(2.10)连接；出水箱(4)通过电动排水阀(2.8)与序批式反应器(2)连接；检测装置pH探头(2.5)，DO探头(2.6)与水质在线检测仪(2.3)连接；PLC控制柜(3)分别与曝气泵(2.1)、水质在线检测仪(2.3)、氨氮在线探头(2.4)、搅拌器(2.7)、电动排水阀(2.8)、进水泵(2.9)、显示器(5)连接；其中水质在线检测仪(2.3)、氨氮在线探头(2.4)将实时监测信号传输至PLC控制柜(3)，综合分析后控制搅拌器(2.7)、进水泵(2.9)曝气泵(2.1)的启停与电动排水阀(2.8)的开关；
具体实施例中进水为北京某家属区的化粪池出水，其具体水质指标如下：氨氮浓度(NH4 +-N)为59-82mg/L,亚硝酸盐浓度(NO2 --N)小于1mg/L，硝酸盐浓度(NO3 --N)小于1mg/L,磷酸盐浓度(PO4 3--P)为5.1-7.4mg/L,COD浓度为125-278mg/L，pH值为7.0-7.5，其中COD/TIN为2-3.2，温度5.9-29.8℃。接种污泥来自北京市某污水处理厂二沉池回流污泥，反应器有效容积为6.28m3。
具体运行操作如下：
1)硝化细菌淘洗阶段：反应器接种污泥后，以厌氧好氧交替运行的模式运行，排水比为50％，每天运行6个周期，进水10min,厌氧搅拌时间为50min,好氧运行时间为60min，通过转子流量计控制溶解氧浓度为2-8mg/L,沉淀90min,闲置30min,控制污泥龄为8d。在此阶段出水磷浓度为0.4-1mg/L，COD去除率平均为73％，出水氨氮浓度为55-70mg/L，经过30天运行实现对硝化细菌的完全淘洗。
2)短程硝化启动与稳定维持阶段：在此阶段将反应器运行模式改为全自动智能化控制下的厌氧/好氧/缺氧，厌氧运行时间为90min，好氧运行时间通过氨氮探头控制，即当在好氧运行过程中氨氮浓度小于10mg/L且维持2min时停止曝气但运行时间不超过480min并通过转子流量计控制溶解氧浓度为2-8mg/L,缺氧240min,沉淀30min,闲置120min。此阶段系统不再主动排泥，排水比为50％，每天运行2个周期。反应器在7d内即可实现短程硝化的快速启动，且好氧末亚硝积累率大于98％。当好氧末NH4 +-N＝10±2.5mg/L且亚硝积累率大于98％且维持30天以上，即实现城市污水短程硝化的长期稳定维持。
实验结果表明，本系统在自然环境温度条件下(5.9-29.8℃)运行，实现了长达312d的稳定维持且好氧末亚硝积累率高于98％(其中包括了100多天5.9-13.5℃的低温环境)。
Claims (1)
1.一种以超高 NO2 - 积累率实现中试规模低温城市污水短程硝化快速启动并稳定维持的方法，其特征在于：所用装置包括进水箱（1），序批式反应器（2），PLC 控制柜（3）， 出水箱（4），显示器（5）；进水箱（1）通过进水泵（2.9）将污水打入序批式反应器（2） 中完成进水；曝气泵（2.1）通过转子流量计（2.2）与曝气盘（2.10）连接；出水箱（4） 通过电动排水阀（2.8）与序批式反应器（2）连接；检测装置 pH 探头（2.5），DO 探头（2.6） 与水质在线检测仪（2.3）连接；PLC 控制柜（3）分别与曝气泵（2.1）、水质在线检测仪 （2.3）、氨氮在线探头（2.4）、搅拌器（2.7）、电动排水阀（2.8）、进水泵（2.9）、显示 器（5）连接； 阶段一，淘洗硝化细菌，具体步骤包括： 启动调试：接种 3000-3500mg/L 的二沉池剩余污泥于序批式反应器（2）中；以厌氧/ 好氧交替的运行模式运行，进水为实际城市污水，进水完成后，厌氧运行时间为 0.5-2.5h, 好氧运行时间为 1-1.5h，在好氧运行阶段通过转子流量计控制其溶解氧浓度为 2-8mg/L； 好氧运行结束后停止搅拌，之后进入沉淀、排水、闲置阶段，排水比为50%,每天运行 4-6 个周期，控制反应器的污泥龄为 5-10d；当反应器出水氨氮去除率小于15%，出水磷浓度 小于 0.5mg/L，表明序批式反应器（2）启动调试成功； 序批式反应器（2）调试完成后以厌氧/好氧交替的运行模式运行，进水为实际城市污 水，进水完成后，厌氧运行时间为 0.5-2.5h,好氧运行时间为 1-1.5h，在好氧运行阶段通 过转子流量计控制其溶解氧浓度为 2-8mg/L；好氧运行结束后停止搅拌，之后进入沉淀、 排水、闲置阶段，排水比为 50%,每天运行 4-6 个周期；控制反应器的污泥龄为 5-10d，运 行 3-4 个污泥龄后完成硝化细菌的淘洗； 阶段二，选择性富集氨氧化细菌，实现短程硝化的稳定维持，具体步骤包括： 水质在线检测仪（2.3）、氨氮在线探头（2.4）将实时监测信号传输至 PLC 控制柜（3）， 控制搅拌器（2.7）、进水泵（2.9）曝气泵（2.1）的启停与电动排水阀（2.8）的开关， 其中设定厌氧运行时间为 1.5-3h,好氧运行过程中通过转子流量计控制溶解氧浓度为 2-8mg/L,运行时间通过氨氮在线探头（2.4）控制，即当剩余氨氮低于 10mg/L 并维持 2min后停止曝气，缺氧 4-10h，每天运行 2-4 周期，控制序批式反应器（2）污泥龄为 25-40d；当好氧末亚硝积累率大于 98%，氨氮浓度小于 10mg/L，稳定维持 7d 以上表明成功富集氨氧化细菌，实现短程硝化的启动； 短程硝化启动完成后，进水为城市污水，序批式反应器（2）在厌氧/好氧/缺氧的全 自动智能化运行模式下进行，其中设定厌氧运行时间为 1.5-3h,好氧运行过程中通过转子 流量计控制溶解氧浓度为 2-8mg/L,运行时间通过在线的氨氮在线探头（2.4）控制，即当剩余 氨氮低于 10mg/L 并维持 2 min 后停止曝气，缺氧 4-10h，每天运行 2-4 周期，水质在线检 测仪（2.3）、氨氮在线探头（2.4）将实时监测信号传输至 PLC 控制柜（3），综合分析后 控制搅拌器（2.7）、进水泵（2.9）曝气泵（2.1）的启停与电动排水阀（2.8）的开关， 此时序批式反应器（2）不再主动排放剩余污泥；当好氧末氨氮浓度为 10±2.5mg/L，亚硝 积累率大于 98%，且维持 30 天以上，即实现城市污水短程硝化的长期稳定维持； 接种污泥来自于城市污水处理厂的二沉池回流污泥。
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