一種常溫低氨氮亞硝化啟動方法
2023-05-16 21:28:26
專利名稱：一種常溫低氨氮亞硝化啟動方法
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、低氨氮水平下的不同屬性硝化汙泥的快速啟動方法。
背景技術：
目前，城市汙水處理廠大多採用傳統工藝，如A2/0、氧化溝、曝氣生物濾池等工藝或其改良工藝。雖能在去除有機物方面獲得不錯效果，但是對於營養元素氮、磷的去除一直效果不佳，尤其是氮素去除，一直是難點中的難點。這些工藝在脫氮上均採用傳統脫氮機理，即將水體中的有機氮、氨氮氧化成亞硝酸鹽氮，再進一步氧化成硝酸鹽氮，再通過異養反硝化作用將其還原成氮氣，整個過程，消耗大量的溶解氧、無機碳源(鹼度)、有機碳源。生活汙水的碳源不足以滿足工藝的消耗，需要外加才能保證處理效果；另外處理效果受到回 流硝化液比例的限制，難以進一步提升。不論從處理效果，還是從處理成本上，傳統脫氮已很難滿足日益嚴格的水質標準。自從1976年厭氧氨氧化(ANAMM0X)被預言，1994年被發現開始，人類發現了第二條脫氮途徑，即自養脫氮途徑。汙水中的有機氮、氨氮被部分氧化成亞硝酸鹽氮，在厭氧自養菌的作用下，生成氮氣，實現脫氮。理論上，該工藝可節約大量曝氣、全部有機碳源和40%無機碳源，是城市汙水脫氮的理想選擇。目前，關於自養脫氮多採用兩級式反應器，即一級部分亞硝化，一級厭氧氨氧化。部分亞硝化，作為厭氧氨氧化的前置單元，肩負為厭氧氨氧化提供合適比例進水的重任，一直是研究熱點。但由於該工藝的核心菌種氨氧化菌(AOB)與亞硝酸鹽氧化菌(NOB)性質相似，習性相近，不易篩分，研究多通過中高溫、高游離氨條件下，實現亞硝化的啟動和穩定。對於生活汙水這種常溫、低氨氮條件下如何實現快速啟動，研究較少，且以採用簡單限氧為主的策略較為單一，適用性較為狹窄，對於初始亞硝化效果較差的汙泥該方法失效。因此，開發一種具有更廣泛、更普遍、更高效的亞硝化汙泥啟動策略尤為重要。
發明內容
本發明的目的在於提供一種針對城市生活汙水，即常溫、低氨氮條件下，結合不同汙泥的性狀，由普通硝化汙泥快速啟動亞硝化的一整套方法。本發明提供一種常溫低氨氮亞硝化啟動方法，其特徵在於在DO=O. 30、. 40mg/L低氧條件下，計算亞硝化率，若汙泥的初始亞硝化率大於30%,在此低氧條件下持續馴化汙泥，亞硝化率即可達到90%以上，即可成功啟動亞硝化；若汙泥的初始亞硝化率不足30%，監測3天後若亞硝化率達到了 30%以上，再過10天以上，亞硝化率即可達到90%以上，啟動成功；若監測3天後亞硝化率達不到30%，採取高-低梯度限氧的方法即在DO=O. 70 0. 80mg/L條件下運行10天，然後再降低溶解氧至0. 30、. 40mg/L，在此低氧條件下持續馴化汙泥，亞硝化率即可達到90%以上，即可成功啟動亞硝化。本發明所提供的亞硝化啟動的方法，是在常溫、低氨氮條件下，以城市汙水厭氧/好氧生物除磷的二級出水(磷和有機物已經得到去除)為基礎用水(COD/N約為1)，結合種泥的硝化性能，通過不同的曝氣策略，控制溶解氧，以序批式生物反應器(SBR)方式來實現城市汙水的亞硝化。具體步驟如下步驟I :反應器搭建反應器採用SBR反應器，反應器裝有曝氣裝置，可以通過調節曝氣量來控制反應器廢水中的溶解氧濃度。反應器設置簡單的自動控制裝置，自動實現進水、反應、沉澱、排水流程。步驟2:接種汙泥接種普通硝化汙泥，置於SBR反應器中，通入二級出水，開始曝氣，並控制溶解氧為lmg/L。此步驟旨在讓接種汙泥適應新環境，每天進行2個周期，進行2天共4個周期。 步驟3 :周期時間的確定控制溶解氧為0. 30、. 40mg/L,每隔30min取樣一次，連續取樣直到氨氮消耗完畢，以此確定SBR反應時間。步驟4 :硝化汙泥性能測定控制溶解氧為0.3(H). 40mg/L策略，監測每日進出水的氨氮、亞氮、硝氮、計算亞硝化率，即出水亞硝酸鹽氮/ (出水亞硝酸鹽氮+出水硝酸鹽氮)。進行3天約6個周期。若亞硝化率出現明顯上升，達到了 30%以上，說明種泥中，N0B/A0B較小，保持此運行策略持續馴化汙泥可使亞硝化率即可達到90%以上，啟動成功；亞硝化率達不到30%，說明種泥中，N0B/A0B較大，需調整啟動策略。步驟5 :高低梯度限氧的曝氣策略當採用直接限氧不能快速實現亞硝化啟動時，說明種泥中N0B/A0B比例較大，僅僅通過簡單限氧很難在短期內實現亞氮積累，而且限氧條件可能讓NOB逐漸適應低氧環境，進而更難於淘汰。AOB與NOB都是好氧自養菌，常溫條件下自身增值較慢。可採取高(D0=0. 70 0. 80mg/L)-低(D0=0. 30 0. 40mg/L)梯度限氧的方法。轉化Ig氨氮可產生0. 146g 的 AOB 和 0. 020g 的 NOB, AOB 的產率為 NOB 產率的 7. 3 倍。在 DO=O. 70 0. 80mg/L較高的溶解氧下，A0B, NOB可以快速增值，但AOB的增值速度要遠高於N0B，也可將適應於低氧的NOB淘汰出系統。當降低溶解氧至0. 30、. 40mg/L時，對溶解氧具有更強親和力的大量AOB優先獲得了溶解氧，NOB由於缺少溶解氧使硝化作用減弱，從而限制了硝酸鹽的產生，出現了亞硝酸鹽的積累現象。高氧10天(約20個周期，AOB世代周期的兩倍)，控制溶解氧0. 70、. 80mg/L,由於AOB和NOB在增殖,不會出現明顯亞氮積累；再控制溶解氧至0. 30、. 40mg/L,開始出現亞氮積累，以亞硝化率90%作為啟動成功標誌。與傳統方法相比，本發明的優勢在於第一，在常溫(15_20°C)低氨氮條件下，即城市汙水廠二級出水水質條件下，通過控制溶解氧及反應周期即實現亞硝化的快速啟動，最快僅需要12天，與以往策略相比，速度有明顯提升；第二，啟動策略考慮到接種汙泥的初始亞硝化性能，並根據性能狀態，提出不同的啟動策略，以加速啟動；第三，利用AOB、NOB兩種細菌的比生長速率不同，通過高氧、限氧的方式，實現了快速啟動亞硝化目的，此策略尤其適合簡單限氧不易啟動的汙泥，最快可以實現15天的亞硝化快速啟動。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。
圖I是本發明中1#反應器運行效果圖，其中A亞硝酸鹽氮為進出水亞硝酸鹽氮濃度差值；A硝酸鹽氮為進出水硝酸鹽氮濃度差值。圖2是本發明中2#反應器運行效果圖，其中A亞硝酸鹽氮為進出水亞硝酸鹽氮濃度差值；A硝酸鹽氮為進出水硝酸鹽氮濃度差值。 圖3是本發明中3#反應器運行效果圖，其中A亞硝酸鹽氮為進出水亞硝酸鹽氮濃度差值；A硝酸鹽氮為進出水硝酸鹽氮濃度差值。圖4是本發明中4#反應器運行效果圖，其中A亞硝酸鹽氮為進出水亞硝酸鹽氮濃度差值；A硝酸鹽氮為進出水硝酸鹽氮濃度差值。
具體實施例方式試驗以某小區生活汙水經厭氧/好氧生物除磷二級處理出水為基礎用水，具體水質如下C0D=50 80mg/L, BOD5 ( 15mg/L, SS ( 30mg/L, NH:_N=55 85mg/L,N02_-N ( 0. 25mg/L, N03__N ( I. 5mg/L, TP ( lmg/L, pH=7. 0 8. 5。具體處理如下實施例I參見圖I1#反應器接種汙泥來自北京市A汙水處理廠硝化汙泥，採用人工配水，接種後直接限氧運行，控制溶解氧濃度為0. 30、. 40mg/L。在1#反應器接種汙泥初始亞硝化率為50%,說明該接種汙泥具有一定的亞硝化性能。可利用AOB與NOB對溶解氧的親和力不同，通過限氧控制，實現初步的亞硝酸鹽氮積累。在1-14周期裡，汙泥處於低氧條件的適應期，沉降效果下降，處理效果並不穩定。隨著在限氧條件下的持續馴化，亞硝化率逐漸升高。在經過7天(14個周期)的馴化後，氨氮基本完全氧化，同時亞硝化率從初始的50%上升至90%，並此後一直穩定維持在90%以上。1#反應器通過人工配水，進水氨氮濃度85. 0±5. Omg/L,在全程限氧的啟動策略下，實現了常溫條件下在7天內亞硝化快速啟動。實施例2參見圖22#反應器接種汙泥來自北京市B汙水處理廠硝化汙泥。在接種汙泥初始性狀的測定試驗中，未發現亞硝酸鹽氮的積累，初始亞硝化率幾乎為0%，為全程硝化汙泥。2#採用與1#相同的配水方案與啟動策略，在限氧(D0=0. 30、. 40mg/L)條件下運行。然而在經過了 30天(58個周期)的培養，未見出水中有亞硝酸鹽氮積累。在周期試驗裡，也未見亞硝酸鹽作為中間產物出現，氨氮被直接氧化成硝酸鹽。氨氮轉化負荷也較低，在0.028 0. 069 kgN/kgMLSS/d範圍內。2#反應器通過人工配水，進水氨氮濃度85. 0±5. Omg/L,在全程限氧的啟動策略下,30天內未能實現亞硝化啟動。實施例3參見圖33#反應器接種汙泥來自北京市B汙水處理廠硝化汙泥。在接種汙泥初始性狀的測定試驗中，未發現亞硝酸鹽氮的積累，初始亞硝化率幾乎為0%，為全程硝化汙泥。
採用北京某小區化糞池水經A/0除磷工藝處理出水作為進水啟動亞硝化，進水中COD為43. 05±12. 35mg/L。在限氧條件(D0=0. 30 0. 40mg/L)下運行30天(32個周期)後出水未出現亞硝酸鹽氮的積累，氨氮全部氧化為硝酸鹽氮。周期試驗中，依然未見亞硝酸鹽的積累。4#反應器通過A/0 二級出水，進水氨氮濃度85. 0±5. Omg/L，在全程限氧的啟動策略下，32個周期內未能實現亞硝化啟動。實施例4參見圖44#反應器接種汙泥與2#相同，來自北京市B汙水處理廠硝化汙泥。在接種汙泥初始性狀的測定試驗中，未發現亞硝酸鹽氮的積累，初始亞硝化率幾乎為0%，為全程硝化汙泥。但採用高-低梯度限氧的啟動策略。在初期的汙泥馴化中，控制溶解氧濃度為0. 70、. 80mg/L。然而在10天(20個周期)的運行中，出水中並沒有出現亞硝酸鹽氮的積累，氨氮全部轉化為硝酸鹽氮。從第21周期開始降低溶解氧濃度至0. 30、. 40mg/L,出水中隨 即出現少量的亞硝酸鹽氮積累。在接下來的周期中，出水中亞硝酸鹽氮的濃度呈遞增趨勢，出水中硝酸鹽氮的濃度則越來越小。運行至第27天(第54周期)，亞硝化率穩定在60%以上，運行至第38天(第77周期)，亞硝化率達到90%以上，標誌著亞硝化啟動的成功。此後3#反應器一直穩定的維持在90%以上的高亞硝化率。溶解氧的降低並未使氨氮轉化負荷下降，3#反應器在110個周期的運行中氨氮轉化負荷一直穩定維持在0. 100 kgN/kgMLSS/d左右。3#反應器接種全程硝化汙泥,通過人工配水,進水氨氮濃度85. 0±5. Omg/L,在高-低梯度限氧的啟動策略下，在第10天出現了初始的亞硝化效果，在38天的運行後實現了常溫條件下亞硝化啟動。本試驗在常溫下通過採用高-低梯度限氧的啟動策略啟動亞硝化反應器，在控制策略上節省了能源，在時間上縮短了啟動周期，在效果上達到了穩定高效的亞硝化率。
權利要求
1.一種常溫低氨氮亞硝化啟動方法，其特徵在於在DO=O. 3(T0.4mg/L低氧條件下，計算亞硝化率，若汙泥的初始亞硝化率大於30%，在此低氧條件下持續馴化汙泥，亞硝化率達到90%以上，成功啟動亞硝化；若汙泥的初始亞硝化率不足30%，監測3天後若亞硝化率達到了 30%以上，再過10天以上，亞硝化率達到90%以上，啟動成功；若監測3天後亞硝化率達不到30%，採取高-低梯度限氧的方法即在DO=O. 70 0. 80mg/L條件下運行10天，然後再降低溶解氧至0. 30、. 40mg/L，在此低氧條件下持續馴化汙泥，亞硝化率達到90%以上，即成功啟動亞硝化。
全文摘要
一種常溫低氨氮亞硝化啟動方法屬於城市汙水處理與資源化領域。研究發現，控制低溶解氧(DO=0.30mg/L)條件，接種具有一定亞硝化效果的汙泥，能在短時間內實現亞硝化的啟動；而接種全程硝化汙泥，配水試驗在30天內未出現亞硝酸鹽的積累，使用A/O除磷工藝處理出水為研究對象的反應器在30天內也未出現亞硝酸鹽的積累，亞硝化啟動失敗。而接種全程硝化汙泥，採用高-低梯度限氧培養的模式，先在DO=0.70~0.80mg/L下馴化汙泥10天，然後再控制低溶解氧(0.30~0.40mg/L)的條件反應器出水即可出現亞硝酸鹽的積累現象。在此溶解氧條件下持續馴化汙泥，可實現在38天達到90%以上的亞硝化率，成功啟動亞硝化。
文檔編號C02F3/12GK102701438SQ201210135980
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者仲航, 劉麗倩, 吳迪, 周利軍, 孫宇, 崔少明, 張功良, 張昭, 張 傑, 曾輝平, 李冬, 李德祥, 楊卓, 王斌, 蘇東霞, 高偉楠 申請人:北京工業大學