CN115432822B - 一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的方法 - Google Patents

一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的方法。利用亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite oxidizing bacteria,NOB)与氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)在面对不利生存条件下的活性恢复差异，采用厌氧/好氧交替饥饿的方式处理全程污泥，使得NOB活性大幅度降低，联合排泥的措施，将系统内的NOB几乎全部淘洗出系统，使AOB在硝化污泥系统中占据主导地位，快速实现了短程硝化。本发明中亚硝积累率稳定保持在90％以上，且存在部分除磷效果。本发明适合于城市生活污水短程硝化的实现，具有经济高效的特点，不仅能为厌氧氨氧化、反硝化提供亚硝态氮，还能达到节能降耗的目的。

Description

一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的 方法
技术领域
本发明涉及一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合间歇排泥快速实现短程硝化的方法，属于污水生物处理领域。
背景技术
当前国内的污水处理厂大部分采用传统的硝化反硝化技术处理生活污水，这种技术手段曝气能耗高且需要额外投加碳源，相比于此，新型厌氧氨氧化脱氮技术以其节约碳源投加且无需曝气的优点受到广泛的关注。但是为厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammoniumoxidation bacteria,AnAOB)提供稳定的亚硝酸盐(NO2 --N)是问题的关键所在。
实际污水处理厂时常面对进水氨氮浓度波动不定的情况，微生物不可避免地遭遇饥饿情况的挑战。有研究发现短期或者长期饥饿之后微生物会在短时间内积累一部分亚硝酸盐，于是通过对污泥进行饥饿处理成为实现短程硝化的新思路。有研究报道，在单一的厌氧条件下对微生物进行饥饿处理，可实现短程硝化，也有对全程污泥进行7天或者14天曝气不进料处理，即有氧饥饿，快速实现了短程硝化，这些研究证明了饥饿实现短程硝化的可行性。
上述饥饿的方法在实现短程硝化的过程中存在一些问题：单一的好氧饥饿措施对氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)的负面效应比较大，AOB在好氧饥饿期间衰变较快，且恢复进料后，亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite oxidizing bacteria,NOB)很容易再次在系统中快速生长，破坏短程硝化的效果。单一的厌氧饥饿过程中污泥容易发酵，发生丝状膨胀，在一定程度上不具有应用前景。因此，如何在减少AOB影响的前提下淘洗NOB或抑制NOB活性，从而快速启动并稳定维持短程硝化亟需一种新的方法手段。
发明内容
本发明目的就是基于以上主流城市污水实现短程硝化中面临的问题和挑战，将厌氧/好氧交替饥饿与排泥措施联合起来实现短程硝化。厌氧/好氧交替饥饿的模式使污泥在经历饥饿后依旧保持着较高的硝化活性，同时联合排泥的措施，抑制并淘洗硝化污泥系统内的NOB，可快速实现短程硝化，促进厌氧氨氧化工艺在污水处理中的推广应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
所应用的装置包括：进水箱(1)、进水蠕动泵(2)、气泵(3)、转子流量计(3-1)、曝气盘(3-2)、序批式反应器(4)、搅拌装置(4-1)、进水口(4-2)、出水口(4-3)、进泥口(4-4)、出水蠕动泵(4-5)、出水箱(4-6)、溶解氧在线监测仪主机(5)、溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)；
生活污水通过进水蠕动泵(2)与序批式反应器的进水口(4-2)相连，序批式反应器(4)通过蠕动泵(4-5)与出水箱(4-6)相连，序批式反应器(4)设有搅拌装置(4-1)、进水口(4-2)、出水口(4-3)，气泵(3)通过转子流量计(3-1)控制曝气量、通过曝气盘(3-2)向序批式反应器内曝气，溶解氧在线监测仪主机(5)与溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)连接，探头浸入序批式反应器液面以下。
应用所述装置的方法，包括以下步骤：
1)实际生活污水全程硝化的启动：
a.将实际污水处理厂的全程硝化污泥加入到序批式反应器(4)内，进泥结束后保证反应器内污泥浓度为3500-4000mg/L；
b.将溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)浸没至序批式反应器(4)液面以下，实时监测和读取反应器内混合液的pH值和溶解氧DO浓度值；
c.进水为实际生活污水，进水COD浓度150-250mg/L，氨氮NH4 +-N浓度35-60mg/L，碳氮比C/N为3-4，进水箱(1)中的生活污水由进水蠕动泵(2)泵入到序批式反应器(4)中；
d.反应器每天运行2-4个周期，包括进水0.1-0.2h，厌氧搅拌1.5-2.0h，好氧曝气3.0-5.0h，闲置1.0-1.5h，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，排水比为50-70％，序批式反应器不主动排泥；
e.当出水中硝态氮浓度高于10mg/L且亚硝积累率低于20％的时候，指示序批式反应器(4)中全程硝化启动成功；
2)厌氧/好氧交替饥饿处理全程硝化污泥启动实际生活污水短程硝化：
a.实际生活污水全程硝化启动成功之后，开始对反应器内污泥进行饥饿处理；
b.将溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)浸没至序批式反应器(4)液面以下，实时监测和读取反应器内混合液的pH和DO值；；
c.序批式反应器(4)进行4-8天的不进料处理，每天运行2-4个周期，包括厌氧饥饿1.5-2.0h，好氧饥饿3.0-5.0h，闲置1.0-1.5h，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，序批式反应器不排泥；
d.厌氧/好氧交替饥饿4-8天后，恢复对序批式反应器(4)的喂食，进水为实际生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，进水箱(1)中的生活污水首先由进水蠕动泵(2)泵入到序批式反应器(4)中；
e.恢复进水后，运行10-15天，当序批式反应器内亚硝积累率稳定超过70％时，指示厌氧/好氧交替饥饿处理全程硝化污泥启动生活污水短程硝化成功；
3)厌氧/好氧交替饥饿联合排泥维持短程硝化的稳定运行：
a.短程硝化启动成功后，序批式反应器(4)依然保持每天2-4个周期，包括进水0.1-0.2h，厌氧搅拌1.5-2.0h，好氧曝气3.0-5.0h，闲置1.0-1.5h，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，排水比为50-70％；
b.进水为实际生活污水，COD浓度150-250mg/L，NH4 +-N浓度35-60mg/L，C/N为3-4，进水箱(1)中的生活污水由进水蠕动泵(2)泵入到序批式反应器(4)中；
c.每天从进泥口(4-4)排泥500-700mL，控制序批式反应器内污泥停留时间为9-13天，当亚硝积累率超过90％，并维持30天以上的稳定效果时，指示厌氧/好氧交替饥饿联合排泥成功实现了短程硝化；
本发明提供的一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的方法，具有以下优势：
1)整套技术方法操作方便，控制简单，短程硝化实现时间短，而且较为稳定；
2)经济投入成本低，无需外加碳源，无需加热费用；
3)本发明在序批式反应器中主动排泥，既能够加速短程硝化的启动，又能够培养聚磷菌，在实现短程硝化作用的同时，实现磷的部分去除。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是序批式反应器短程硝化启动和稳定过程中各项指标随时间的变化图；
图3是厌氧/好氧交替饥饿联合排泥前后各功能菌活性和丰度数量变化图；
图4是厌氧/好氧交替饥饿联合排泥前后各功能菌丰度占比变化图；
图1中，1—进水箱，2—进水蠕动泵，3—气泵，4—序批式硝反应器，5—WTW主机，3-1—转子流量计，3-2—曝气盘，4-1—搅拌装置，4-2—进水口，4-3—出水口，4-4—进泥口，4-5—出水蠕动泵，4-6—出水水箱，5-1—溶解氧监测探头，5-2—pH监测探头。
具体实施方式
结合附图及实施实例详细说明本发明方案。
如图1所示，本发明系统装置包括50L常规进水箱(1)、0-300mL/min进水蠕动泵(2)、30L/min气泵(3)、0-1.0L/min转子流量计(3-1)、微孔曝气盘(3-2)、序批式反应器(4)、搅拌装置(4-1)、进水口(4-2)、出水口(4-3)、进泥口(4-4)、0-300mL/min出水蠕动泵(4-5)、40L出水箱(4-6)、溶解氧在线监测仪主机(5)、溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)。
本装置连接如下所述：实际生活污水通过进水蠕动泵(2)与序批式反应器的进水口(4-2)相连，序批式反应器(4)通过蠕动泵(4-5)与出水箱(4-6)相连，序批式反应器(2)设有搅拌装置(4-1)、进水口(4-2)、出水口(4-3)，气泵(3)通过转子流量计(3-1)控制曝气量、通过曝气盘(3-2)向序批式反应器内曝气，溶解氧在线监测仪主机(5)与溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)连接，探头浸入序批式反应器液面以下。
本发明利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的方法，包括以下步骤：
1)实际生活污水全程硝化的启动：
a.设置上述短程硝化的装置，其中序批式反应器(4)体积为10L，工作体积为9.0L，内径为10cm；
b.将取自污水处理厂全程污泥加入到半短程硝化反应器(4)内，进泥结束后测定反应器内污泥浓度为3120mg/L，溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)浸没到序批式反应器(4)液面以下10cm；
c.进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，每天运行4个周期，每个周期6.0h，包括厌氧搅拌90min、好氧曝气180min、静置72min以及倾析上清液18min；
d.序批式反应器(4)厌氧段控制搅拌装置(4-1)转速为60rpm/min，厌氧搅拌1.5h；好氧段采用限氧连续曝气的方式，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，曝气3.0h；曝气结束后静置72min，之后通过出水蠕动泵(4-5)将上清液排出至出水箱(4-6)中，排水比为65％，不主动排泥；
e.当出水中硝态氮产量高于10mg/L且亚硝积累率低于20％的时候，指示生活污水全程硝化在序批式反应器(4)中启动成功。
2)厌氧/好氧交替饥饿处理全程硝化污泥启动实际生活污水短程硝化：
a.实际生活污水全程硝化启动成功之后，开始对反应器内污泥进行饥饿处理；
b.将溶解氧监测探头(5-1)、pH监测探头(5-2)浸没至序批式反应器(4)液面以下10cm，实时监测和读取反应器内混合液的pH和DO值；；
c.序批式反应器(4)进行4天的不进料处理，每天运行4个周期，包括厌氧饥饿1.5h，好氧饥饿3.0h，闲置1.0h，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，序批式反应器不主动排泥。
d.厌氧/好氧交替饥饿4天后，恢复对序批式反应器(4)的进料，进水为实际生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，进水箱(1)中的生活污水首先由进水蠕动泵(2)泵入到序批式反应器(4)中；
e.恢复进料后，运行11天，当序批式反应器内亚硝酸盐积累率稳定超过70％时，认为厌氧/好氧交替饥饿处理全程硝化污泥启动实际生活污水短程硝化已经成功。
3)厌氧/好氧交替饥饿联合排泥维持短程硝化的稳定运行：
a.短程硝化启动成功后，序批式反应器(4)依然保持每天4个周期，包括进水0.1h，厌氧搅拌1.5h，厌氧段控制搅拌装置(4-1)转速为60rpm/min，好氧曝气3.0h，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，闲置1.0-1.5h，pH值维持在6.5-8.5之间，排水比为65％；
b.进水为实际生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，进水箱(1)中的生活污水首先由进水蠕动泵(2)泵入到序批式反应器(4)中；
c.每天从进泥口(4-4)排泥500mL，控制序批式反应器内污泥停留时间为10天，排出的污泥每相隔20天检测活性且实时定量反应器内微生物丰度；
d.当亚硝积累率超过90％，并维持30天以上的稳定效果时，认为厌氧/好氧交替饥饿联合排泥成功实现了短程硝化。
在整个系统短程硝化启动和运行过程中对各项指标进行监控，具体参见图1～图4。
检测方法：NH4 +-N采用纳式试剂光度法检测，NO2 --N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法检测，硝态氮(NO3 --N)采用麝香草酚法检测，磷酸盐(PO4 3--P)采用钼锑抗分光光度法检测，COD采用快速测定仪检测；悬浮性固体物质(Mixed liquid suspended solids,MLSS)采用滤纸法；pH、DO使用德国WTW的pH仪和溶解氧仪进行检测；活性采用活性呼吸仪进行测定；菌群数量和丰度占比分别通过实时定量基因扩增荧光检测系统和高通量测序进行测定。
由图2、3、4可以看出，在1-14天，接种的全程污泥经过运行调控后，逐渐恢复了硝化活性，出水亚硝态氮逐渐增高，出水氨氮逐渐降低；对比第一天，AOB、NOB的活性和丰度在第10天出现小幅度上升；对污泥实施为期4天的厌氧/好氧交替饥饿措施，恢复进料后的一周内，亚硝态氮稳定在30mg/L左右，亚硝积累率达到90％以上；从图3中可以看出，第50天的NOB丰度和活性下降，AOB丰度和活性上升，这说明经厌氧/好氧交替饥饿联合排泥较快地实现了短程硝化。

Claims (1)

1.一种利用厌氧/好氧交替饥饿联合排泥快速实现短程硝化的方法，所应用的装置包括：进水箱（1）、进水蠕动泵（2）、气泵（3）、转子流量计（3-1）、曝气盘（3-2）、序批式反应器（4）、搅拌装置（4-1）、进水口（4-2）、出水口（4-3）、进泥口（4-4）、出水蠕动泵（4-5）、出水箱（4-6）、溶解氧在线监测仪主机（5）、溶解氧监测探头（5-1）、pH监测探头（5-2）；
生活污水通过进水蠕动泵（2）与序批式反应器的进水口（4-2）相连，序批式反应器（4）通过蠕动泵（4-5）与出水箱（4-6）相连，序批式反应器（4）设有搅拌装置（4-1）、进水口（4-2）、出水口（4-3），气泵（3）通过转子流量计（3-1）控制曝气量、通过曝气盘（3-2）向序批式反应器内曝气，溶解氧在线监测仪主机（5）与溶解氧监测探头（5-1）、pH监测探头（5-2）连接，探头浸入序批式反应器液面以下；
包括如下步骤：
1）生活污水全程硝化的启动：
a. 将污水处理厂的全程硝化污泥加入到序批式反应器（4）内，进泥结束后保证反应器内污泥浓度为3500-4000 mg/L；
b. 将溶解氧监测探头（5-1）、pH监测探头（5-2）浸没至序批式反应器（4）液面以下，实时监测和读取反应器内混合液的pH值和溶解氧DO浓度值；
c. 进水为实际生活污水，进水COD浓度150-250 mg/L，氨氮NH4 +-N浓度35-60 mg/L，碳氮比C/N为3-4，进水箱（1）中的生活污水由进水蠕动泵（2）泵入到序批式反应器（4）中；
d. 反应器每天运行2-4个周期，包括进水0.1-0.2 h，厌氧搅拌1.5-2.0 h，好氧曝气3.0-5.0 h，闲置1.0-1.5 h，控制好氧段DO在1.0-2.0 mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，排水比为50-70 %，序批式反应器不排泥；
e. 当出水中硝态氮浓度高于10 mg/L且亚硝积累率低于20 %的时候，指示序批式反应器（4）中全程硝化启动成功；
2）厌氧/好氧交替饥饿处理全程硝化污泥启动生活污水短程硝化：
a. 实际生活污水全程硝化启动成功之后，开始对反应器内污泥进行饥饿处理；
b. 将溶解氧监测探头（5-1）、pH监测探头（5-2）浸没至序批式反应器（4）液面以下，实时监测和读取反应器内混合液的pH和DO值；
c. 序批式反应器（4）进行4-8天的不进料处理，每天运行2-4个周期，包括厌氧饥饿1.5-2.0 h，好氧饥饿3.0-5.0 h，闲置1.0-1.5 h，控制好氧段DO在1.0-2.0 mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，序批式反应器不排泥；
d. 厌氧/好氧交替饥饿4-8天后，恢复对序批式反应器（4）的进水，进水为实际生活污水，COD浓度150-250 mg/L，NH4 +-N浓度35-60 mg/L，C/N为3-4，进水箱（1）中的生活污水由进水蠕动泵（2）泵入到序批式反应器（4）中；
e. 恢复进水后，运行10-15天，当序批式反应器内亚硝积累率稳定超过70%时，指示厌氧/好氧交替饥饿处理全程硝化污泥启动生活污水短程硝化成功；
3）厌氧/好氧交替饥饿联合排泥维持短程硝化的稳定运行：
a. 短程硝化启动成功后，序批式反应器（4）依然保持每天2-4个周期，包括进水0.1-0.2 h，厌氧搅拌1.5-2.0 h，好氧曝气3.0-5.0 h，闲置1.0-1.5 h，控制好氧段DO在1.0-2.0mg/L，pH值维持在6.5-8.5之间，排水比为50-70 %；
b. 进水为实际生活污水，COD浓度150-250 mg/L，NH4 +-N浓度35-60 mg/L，C/N为3-4，进水箱（1）中的生活污水由进水蠕动泵（2）泵入到序批式反应器（4）中；
c. 每天从进泥口（4-4）排泥500-700 mL，控制序批式反应器内污泥停留时间为9-13天，当亚硝积累率超过 90%，并维持30天以上的稳定效果时，指示厌氧/好氧交替饥饿联合排泥成功实现了短程硝化。
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