一種膜生物反應器短程硝化工藝的快速啟動方法

2023-10-18 02:16:34 4

專利名稱：一種膜生物反應器短程硝化工藝的快速啟動方法
技術領域：
本發明屬於城市汙水處理與資源化領域。具體涉及專用於常溫膜生物反應器(MBR)短程硝化快速啟動的方法。
背景技術：
隨著經濟水平的增長及人類活動的加劇，水體汙染越來越嚴重，其中氮素汙染是一項主要的危害，對自然環境及人類的健康影響極大。自養脫氮工藝是近年來發現的生物脫氮新技術，主要基於短程硝化和厭氧氨氧化的實現，短程硝化是指通過抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的活性將硝化反應停留在亞硝化階段，實現亞氮積累，從而減少了反應步驟及氧氣消耗，而厭氧氨氧化工藝則可以同時去除氨氮和亞氮，並且不消耗有機碳源。自養脫氮工藝將短程硝化與厭氧氨氧化工藝相結合，具有技術上、經濟上、可持續性上的諸多優點，具有很高的開發價值，對於我國水環境汙染治理和恢復具有重要的意義和廣闊的應用前景。由於短程硝化工藝需要為厭氧氨氧化提供適宜比例的進水(亞氮與氨氮比為1.31左右)，因此，短程硝化成為新型脫氮工藝的關鍵步驟。然而，短程硝化工藝中的功能微生物氨氧化細菌(AOB)生長緩慢難以富集，同時其穩定性較差，從而限制了自養脫氮工藝的發展。膜生物反應器(MBR)是近年來逐漸興起的新型反應器，具有出水水質好，汙泥濃度高，處理負荷高，不需二沉池、節省佔地面積等優點。將MBR反應器應用於汙水處理的短程硝化研究，可以解決氨氧化細菌(AOB)難以富集及短程硝化難以長期穩定運行的技術瓶頸，促進自養脫氮工藝的發展。因此，MBR短程硝化 的快速啟動策略是MBR應用於自養脫氮的關鍵技術，將解決短程硝化啟動緩慢、處理負荷低及難以長期穩定運行的難題。

發明內容
本發明提供一種常溫膜生物反應器短程硝化工藝的快速啟動策略。本發明提供的一種膜生物反應器短程硝化工藝的快速啟動方法，是在常溫下，以人工配水為進水，以膜生物反應器為試驗裝置，接種城市汙水處理廠的二沉池回流汙泥，試驗中通過逐漸增大進水氨氮負荷的運行方式實現MBR短程硝化的快速啟動。具體步驟如下:(I)首先接種汙泥於膜生物反應器反應器內:接種汙泥為城市汙水處理廠A2/0 二沉池回流汙泥，接種汙泥濃度為12 13g/L ；(2)在溫度為20 25。。，DO為0.4 0.5mg/L, pH為7.2 7.5，進水氨氮為70 75mg/L，氨氮負荷為0.22、.24 kg m3.Cf1的條件下恢復汙泥活性，當氨氮去除率達到959^100%時，認為汙泥活性得到恢復；(3)通過逐漸增加進水氨氮負荷的方式啟動短程硝化，方法為:採用人工模擬配水，在溫度為20 25°C，pH為7.5 8.0，DO為0.15 0.3mg/L的條件下，水力停留時間為
6.2^7.0h，逐漸增加進水氨氮負荷，在增加進水氨氮負荷的同時增加鹼度濃度，以CaCO3計的鹼度與氨氮的質量濃度比為8 10，進水氨氮負荷達到0.7^0.8kg m_3 cf1，當亞氮積累率達到了 99%以上，並保持穩定運行14天以上時，認為成功啟動了短程硝化；(4)部分短程硝化的啟動方法為:採用人工模擬配水，保持進水氨氮負荷為
0.7 0.8 kg HT3 cf1 不變，在溫度為 20^250C，pH 為 7.5 8.0，DO 為 0.15 0.3mg/L 條件下，增加水力停留時間為7.5 8.0h,當亞氮積累率維持在99% 100%，出水N02--N/NH4+-N達到
1.n.5，並保持穩定運行30天以上時，認為部分短程硝化啟動成功。本發明通過逐漸增加進水氨氮負荷的方法，結合限氧措施，成功啟動短程硝化，亞氮積累率最終達到99%以上，並通過控制水力停留時間實現了部分短程硝化，出水N02_-N/nh4+-n達到1.n.5，能夠為厭氧氨氧化反應器提供適宜比例的進水。該方法易於實施，相比高溫或者高PH下啟動的短程硝化更能夠維持穩定運行。此外，本發明將新型反應器MBR反應器運用在新型脫氮工藝短程硝化的研究上，膜生物反應器有利於汙泥截留，適合長汙泥齡的微生物生長，有望解決自養汙泥生長緩慢，處理負荷低，短程硝化難以長期穩定的難題。


圖1是本發明中MBR反應器運行原理圖，主要包括進出水泵、攪拌器、曝氣池、在線DO、pH監測儀器及內置膜組件等。圖2是本發明中反應器短程硝化快速啟動過程運行效果圖，其中氨氮去除率(％) =(進水氨氮-出水氨氮)*100/進水氨氮,亞氮積累率(％)=亞氮*100/ (亞氮+硝氮),進水氨氮負荷=進水氨氮*進水流量*24/ (反應器體積*1000)。圖3是本發明中反應器部分亞硝化啟動階段運行效果圖，其中亞氮積累率(％)=亞氮*100/ (亞氮+硝氮),氨氮去除率(％)=(進水氨氮-出水氨氮)*100/進水氨氮，進水氨氮負荷=進水氨氮*進水流量*24/ (反應器體積*1000)。
具體實施例方式以下結合具體實施方式
對本發明作進一步描述，但本發明的保護範圍並不局限於此。本發明中所採用的反應器為膜生物反應器(MBR)，反應器有效體積是13L，反應器內置聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜組件。反應器底部安裝曝氣裝置，可以通過調節曝氣量來控制反應器廢水中的DO濃度。內置攪拌器，保證泥水混合均勻，進水泵連接液位控制器，保持液位恆定，出水通過蠕動泵抽吸出水。試驗以人工合成廢水為試驗用水，進水基質主要包括 0.33 0.94g/L 的(NH4)2SO4j0.94 3.36g/L 的 NaHCO3，同時加以 0.068g/L 的 CaCl2'
0.15g/L 的 MgSO4 H20、0.068g/L 的 KH2PO40本發明中快速啟動短程硝化的方法，其思路為:在MBR反應器中，接種以A2/0工藝運行的城市汙水處理廠的二沉池回流汙泥。回流汙泥中含有大量硝化細菌，接種到反應器之後，首先以人工配水為基質，配水中氨氮濃度與水廠濃度相近，連續曝氣使汙泥恢復活性。在汙泥活性恢復之後，通過逐漸增加進水氨氮濃度的方式逐漸增加進水氨氮負荷，從而抑制亞硝酸鹽氧化菌NOB的活性，因為在較高的負荷下，NOB的活性受到抑制，而AOB的活性幾乎不受影響。通過增加進水氨氮負荷，可以實現對NOB的抑制，從而實現亞氮積累，啟動短程硝化。具體處理如下:接種以A2/0工藝運行的某城市汙水處理廠的二沉池回流汙泥於MBR反應器內，接種汙泥濃度MLSS為12.9g/L，MLVSS為10.6g/L，接種量3L，接種後反應器內汙泥濃度為MLSS=3.(T3.5g/L。採用人工合成廢水，以自來水中添加適量的(NH4)2S04、NaHC03、CaCl2,MgSO4 H2O, KH2PO4配置而成，且不含有機碳源。在溫度為20 25。。，pH為7.2 7.5，DO為
0.4^0.5mg/L，水力停留時間為6.2^7.0h的條件下，控制進水氨氮為7(T75 mg/L，氨氮負荷為0.22^0.24 kg m_3 cf1，以CaCO3計的鹼度與氨氮的質量濃度比為8 10。由於接種汙泥為城市汙水處理廠二沉池回流汙泥，汙泥中同時存在氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(N0B)，在汙泥接種初期，AOB比NOB能更快地適應新環境，表現為亞氮的初始積累，積累率達到10%左右。隨著NOB活性的恢復及反應器內有效抑制劑的缺乏，亞氮積累消失，氨氮全部轉化為硝氮，連續運行一周之後，氨氮去除率達到100%，這標誌著汙泥的活性得到恢復，適應期結束。在汙泥活性得到恢復後，通過逐漸增加進水氨氮負荷的方式啟動短程硝化。由於接種汙泥中同時存在AOB和N0B，因此，若要實現短程硝化，需要抑制NOB的活性，通過增加進水氨氮負荷，可以抑制N0B，從而實現NOB的淘洗。這是由於在較高的氨氮負荷下，NOB的活性受到抑制，失去活性的NOB將隨排泥排出反應器，進而實現亞氮的積累。採用人工模擬配水，在溫度為20 25°C，pH為7.5 8.0，DO為0.15 0.3mg/L的條件下，水力停留時間為6.2 7h，保持進水流量為2.lL/h不變,逐漸增加進水氨氮濃度,分別在氨氮濃度為70 75mg/L、95 105mg/L、145 155mg/L、195 205mg/L的氨氮水平下運行一周，對應的進水氨氮負荷分別為 0.2 0.25 kg HT3 (T，0.3 0.35 kg nT3 (T，0.45 0.55 kg nT3 cf1，
0.7^0.8 kg nT3 cf1，在增加進水氨氮濃度的同時增加鹼度濃度，配水中以CaCO3計的鹼度濃度與氨氮濃度的比值為8 10。在第15d進水氨氮負荷達到0.7 0.8 kg m_3 cf1時，亞氮開始積累，第23d亞氮積累率達到50%，標誌著短程硝化開始啟動，亞氮積累率最終維持在99%左右，並保持穩定運行兩周以上，認為成功啟動了短程硝化。由於短程硝化需要為後續厭氧氨氧化反應器提供合適比例的進水，厭氧氨氧化要求進水亞氮與氨氮比值為1.31左右，因此，這就要求短程硝化階段控制氨氮的氧化率為50%飛0%，保證出水N02_-N/NH4+-N符合厭氧氨氧化的進水要求，即實現部分短程硝化。在短程硝化啟動成功後，維持DO為0.15^0.3mg/L不變，溫度為2(T25°C，pH為7.5^8.0，保持進水氨氮負荷為0.7 0.8 kg ^nT3* Cf1，增加水力停留時間為7.5 8.0h，運行30天。隨著水力停留時間的增加，氨氮去除率逐漸上升，並且穩定在53%飛0%之間，平均值為56%。出水N02_-N/NH4+-N在1.n.5之間，平均值為1.28，為後續厭氧氨氧化反應器提供了合適比例的進水，同時亞氮積累率維持在979^99%，並保持穩定運行30天，認為成功啟動了部分短程硝化，如圖3所示。
權利要求
1.一種膜生物反應器短程硝化工藝的快速啟動方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)首先接種汙泥於膜生物反應器反應器內:接種汙泥為城市汙水處理廠A2/0二沉池回流汙泥，接種汙泥濃度為12 13g/L ； (2)在溫度為20 25。。，DO為0.4 0.5mg/L, pH為7.2 7.5，進水氨氮為70 75mg/L，氨氮負荷為0.22、.24 kg ^nT3 ^cT1的條件下恢復汙泥活性，當氨氮去除率達到95% 100%時，認為汙泥活性得到恢復； (3)通過逐漸增加進水氨氮負荷的方式啟動短程硝化，方法為:採用人工模擬配水，在溫度為20 25°C，pH為7.5 8.0，D0為0.15 0.3mg/L的條件下，水力停留時間為6.2 I Oh,逐漸增加進水氨氮負荷，在增加進水氨氮負荷的同時增加鹼度濃度，以CaCO3計的鹼度與氨氮的質量濃度比為8 10，進水氨氮負荷達到0.7 0.8kg.m-3.cf1,當亞氮積累率達到了 99%以上，並保持穩定運行14天以上時，認為成功啟動了短程硝化； (4)部分短程硝化的啟動方法為:採用人工模擬配水，保持進水氨氮負荷為0.7 0.8kg.m—3 Cf1不變，在溫度為20^25°C, pH為7.5 8.0，DO為0.15 0.3mg/L條件下，增加水力停留時間為7.5 8.0h,當亞氮積累率維持在99% 100%，出水N02--N/NH4+-N達到1.1 1.5，並保持穩定運行30天以上時， 認為部分短程硝化啟動成功。
全文摘要
一種膜生物反應器短程硝化工藝的快速啟動方法屬於城市汙水處理與資源化領域。在膜生物反應器(MBR)內啟動短程硝化工藝，其步驟為首先接種城市汙水廠回流汙泥，在供養充足的條件下恢復汙泥活性；其次在限氧條件下，保持進水流量不變，逐漸增加氨氮濃度從而增大進水氨氮負荷，成功啟動短程硝化；最後在相同的運行條件下，調節HRT為6.2~7.5h，成功啟動部分短程硝化。本發明提供了一種在MBR反應器中快速啟動短程硝化的策略，為MBR反應器應用於短程硝化的長期高效穩定運行提供了方法。
文檔編號C02F3/12GK103224285SQ201310084988
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月17日 優先權日2013年3月17日
發明者李冬, 梁瑜海, 張肖靜, 範丹, 張玉龍, 周元正, 張翠丹, 吳青, 蘇慶嶺, 門絢, 楊胤, 何永平, 曾輝平, 張 傑 申請人:北京工業大學