一種快速高效短程硝化的啟動方法
2023-05-11 15:09:11
一種快速高效短程硝化的啟動方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速高效短程硝化的啟動方法，該方法為：將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中；將汙水導入SBR反應器使反應器內汙泥的濃度為2500~3500mg/L，控制汙水溫度30±1℃、pH7.9~8.2；啟動反應器的曝氣設施使溶解氧濃度為0.8～1.2mg/L；曝氣時間為1.5~2.5h；停止曝氣，開啟攪拌使泥水混勻，攪拌0.5~1.5h；重複1～5次曝氣和攪拌操作；然後靜置使固液分離；排出上清液即可。本發明以間歇曝氣方式進行短程硝化，相比於傳統的連續曝氣，能更好地促進AOB的生長，抑制硝化反應，並可以有效降低反應裝置的能耗，可實現對低氨氮含量的生活汙水的短程硝化的啟動。
【專利說明】一種快速高效短程硝化的啟動方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於汙水處理領域，涉及一種快速高效短程硝化的啟動方法，特別涉及在低氨氮條件下，短程硝化的實現以及亞硝酸鹽的積累問題的工藝和方法。
【背景技術】
[0002]當前汙水脫氮仍以常規的生物硝化/反硝化為主，雖然相比物理、化學法脫氮具有成本優勢，但仍存在效率低、能耗物耗高、剩餘汙泥量大等缺點。隨著對氮轉化途徑認識的深入，針對傳統脫氮工藝存在的固有缺點而發展出了一系列新型脫氮工藝。如厭氧氨氧化工藝、短程硝化反硝化工藝等。與傳統脫氮工藝相比，厭氧氨氧化工藝和短程硝化反硝化工藝作為當前汙水脫氮處理的前沿技術，由於具有節省曝氣量、節約所需有機碳源、節省能耗、縮短反應時間、大幅降低產生的汙泥量等優勢，為當前汙水脫氮技術提供了一個新的研究方向，特別是對於當前汙水處理追求高效低能耗的形勢下，越來越受到人們的重視。
[0003]短程硝化作為ANANMOX(Anammox Anaerobic Ammoniu Oxidat1n,厭氧氨氧化)和短程硝化反硝化工藝的前提，是利用氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)氮素轉化的差異性，將氨氮氧化控制在no2_-n階段，省去了傳統生物脫氮中由亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再還原成亞硝酸鹽兩個環節，如何實現高效的亞硝酸鹽積累制約著厭氧氨氧化和反硝化工藝的發展。
[0004]當前實現短程硝化的主要工藝方法有=Hellinga等人針對高溫高氨氮廢水提出的SHARON短程硝化工藝，在35°C左右通過將高氨氮廢水在一個完全混合式的反應器中處理，控制水力停留時間(HRT)等於汙泥停留時間(SRT)，實現短程硝化。SHARON短程硝化工藝主要應用於消化汙泥脫水液處理，垃圾滲濾液及養豬廢水等高氨氮廢水處理。韓曉宇等(以FA與FNA為控制因子的短程硝化啟動與維持[J].環境科學，2009，03)採用連續流A/0反應器處理消化汙泥脫水液採用FA (游離氨)與FNA (游離亞硝酸鹽)聯合抑制方式實現穩定的短程硝化，此方法主要針對FA和FNA在高氨氮條件下對短程硝化的影響，具有一定的局限性。聞立龍等(pH值對豬場養殖廢水常溫短程硝化特性的影響[J]。農業機械學報,2011,42 (10))採用進水5 min、曝氣300 min、沉澱40 min、排水10 min、閒置5min,每天運行4個周期的運行模式實現了高氨氮豬場養殖廢水的亞硝化，pH值在7.0~9.5，亞硝酸鹽積累率在75%~80%之間，該研究主要針對高氨氮廢水，並且採用傳統短程硝化工藝採用單向控制流程，短程硝化率低，而且容易出現亞硝酸鹽向硝酸鹽的轉化。
[0005]可見當前針對高氨氮廢水的短程硝化研究較為成熟，對於低氨氮的城市生活汙水的短程硝化而言，由於其基質濃度低，氨氧化菌培養馴化慢等特點較為成熟的短程硝化成果較少，並且大多數都處在實驗研究階段，且出現亞硝酸鹽積累後如何維持其長期穩定存在是短程生物脫氮技術的關鍵；而傳統短程硝化工藝採用單向控制流程，即「進水一攪拌一曝氣一沉澱一出水」的運行方式，其中，對於曝氣時間的控制一般根據PH的變化進行調節，實操性較難，現有的自控技術難以滿足需要；另一方面，AOB極易受到溶解氧(DO)的影響，由於曝氣時間較難控制，容易造成亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽，不利於短程硝化氨氧化菌的生長，穩定實現亞硝化仍存在一定的困難；特別是短程硝化菌種AOB的增殖馴化依舊存在啟動效率低下的問題。
[0006]CN102173536B公開了一種用抑制劑在硝化池中實現的高效短程硝化方法，該方法通過設置調節池、硝化池和沉澱池，通過自養型細菌的作用，液體中氨氮的一部分或者全部被氧化成亞硝態氮；從硝化池流出的泥水混合物在沉澱池中進行沉澱，經固液分離之後，出水進入脫氮池，汙泥經循環泵進入硝化池；在硝化池之前，設置有一調節池，在調節池中裝有氨氮在線測定裝置，進水泵及循環泵的流量。該方法的進水氨氮濃度在500~2000mg/L，不適用於進水氨氮濃度低於50mg/L的低氨氮廢水。並且該方法的水力停留時間等參數需要根據進水氨氮濃度進行調控，缺乏系統的運行參數，操作相對較為複雜，不利於實際生產。CN101638267A公開了一種含氨廢水短程硝化的快速啟動方法，通過採用間歇操作方式，從氨氮初始濃度20(T300mg/L逐步提高至40(T700mg/L，pH=7.8~8.5，連續操作方式的水力停留時間為14~20h，實現了短程硝化的快速啟動；但是，該方法採用氨氮濃度由50mg/L開始逐漸遞增至100mg/L的方式，而現實中含氮廢水的濃度基本是穩定的，該方法實操性較難，且不適用於低氨氮城市生活汙水。
[0007]因此，急需研發一套快速穩定實現低氨廢水短程硝化的處理方法和技術，為城市汙水處理工藝的降耗、減排提供新的思路。
【發明內容】
[0008]為了解決上述存在的問題，本發明採用序批式(SBR)生物反應器，採用間歇曝氣方式，並結合特定的溫度、溶解氧、PH，解決了目前短程硝化工藝(尤其是低氨氮生活汙水的短程硝化)中存在氨氧化菌(AOB)增殖效率慢、亞硝酸鹽積累效率低、短程硝化啟動周期長等問題。
[0009]本發明的目的在於提供一種快速高效短程硝化的啟動方法。
[0010]本發明所採取的技術方案是:
一種快速高效短程硝化的啟動方法，包括以下步驟:
1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中；
2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器使反應器內汙泥的濃度MLSS為250(T3500mg/L，控制汙水溫度為30 ± I。。、pH 7.9~8.2 ；
3)曝氣:啟動SBR反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧濃度為
0.8~1.2mg/L ;曝氣時間為1.5~2.5h ；
4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使SBR反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為0.5~1.5h;
5)重複I~5次步驟3)和步驟4)；
6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離； 7)出水:排出上清液。
[0011]進一步的，步驟I)中，接種汙泥濃度MLSS為4500~5000mg/L。
[0012]進一步的，步驟2)中，所述汙水的化學需氧量COD為15(T200mg/L。
[0013]進一步的，步驟2)中，所述汙水的氨氮濃度為40mg/L以上。
[0014]進一步的，步驟2)中，所述汙水的氨氮濃度為4(T60mg/L。
[0015]進一步的，步驟6)中，所述自然沉澱的時間為0.5tTlh。
[0016]進一步的，在步驟7)完成後往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
[0017]本發明的有益效果是:
I)本發明確立了較為完整的短程硝化實現方法，包括如何進行氨氧化菌的增殖培養，以及實現亞硝酸鹽最大化積累的控制條件，通過掛膜方式有效地解決了 SBR工藝在短程硝化過程中出現的菌種增殖慢、氨氮轉化效率低等問題，為工程實際運行奠定了基礎。
[0018]2)本發明創造性的提出了間歇曝氣方式進行短程硝化，相比於傳統的連續曝氣，對於促進AOB的生長，並且抑制硝化反應的發生作用明顯，並且可以有效降低反應裝置的能耗。
[0019]3)本發明提供了採用SBR (序批式活性汙泥法)工藝，對於低氨氮的城市生活汙水的短程硝化的實現各個控制因素包括溫度、溶解氧、pH,間歇曝氣運行時間等具體參數設置，對於結合ANAMMOX和反硝化技術去除氨氮具有創新性意義。
[0020]4)本發明採用全程自動控制模塊進行操作，控制簡單宜行，對於工程化應用具有重要的參考價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021 ] 圖1為短程硝化啟動期間nh4+-n、no2_-n、no3_-n濃度變化；
圖2為短程硝化啟動期間氨氮去除率和亞硝氮積累率的變化情況；
圖3為短程硝化不同時段nh4+-n、Ν02_-Ν、Ν03_-Ν濃度變化情況及NH4+-N去除率和no2_-n積累率的情況。
【具體實施方式】
[0022]一種快速高效短程硝化的啟動方法，包括以下步驟:
1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中；
2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器使反應器內汙泥的濃度MLSS為250(T3500mg/L，控制汙水溫度為30 ± I。。、pH 7.9~8.2 ；
3)曝氣:啟動SBR反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧濃度為
0.8~1.2mg/L ;曝氣時間為1.5~2.5h ；
4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使SBR反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為0.5~1.5h ；
5)重複I~5次步驟3)和步驟4)；
6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離；
7)出水:排出上清液。
[0023]優選的，步驟I)中，接種汙泥濃度MLSS為4500~5000mg/L。
[0024]優選的，步驟2)中，所述汙水的化學需氧量COD為15(T200mg/L。
[0025]優選的，步驟2)中，所述汙水的氨氮濃度為40mg/L以上。
[0026]更優選的，步驟2)中，所述汙水的氨氮濃度為4(T60mg/L。
[0027]優選的，步驟5)中，重複2次步驟3)和步驟4)；優選的，步驟6)中，所述自然沉澱的時間為0.5tTlh。
[0028]優選的，在步驟7)完成後往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
[0029]以下結合【具體實施方式】對本發明做進一步描述，本發明的保護範圍並不局限於此。
[0030]實施例1:
一、快速高效短程硝化的啟動，包括以下步驟:
1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中，接種汙泥為城市汙水廠二沉池回流汙泥；接種汙泥濃度MLSS為4 800mg/L ;反應器採用間歇操作方式；
2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器內，使上一步的接種汙泥濃度MLSS為3000mg/L，控制汙水溫度為30±l°C、pH 8，其中待處理汙水的化學需氧量COD為170mg/L、氨氮濃度為 50mg/L ；
3)曝氣:啟動反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧DO濃度為lmg/L ;曝氣時間為2h ；
4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為Ih ；
5)重複2次步驟3)和步驟4)；
6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離，其中，自然沉澱的時間為0.5h ；
7)出水:然後排出上清液，往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
[0031]本實施例的啟動階段，SBR反應器運行周期時間約為10.3h(進水0.3h，、曝氣/攪拌交替運行3次每次3h、沉澱0.5h、出水0.5h，一共10.3h)。
[0032]SBR反應器每天運行兩個周期，每個周期10.3h。並試驗發現曝氣/攪拌交替運行2，3，4，5，6次均可以實現快速高效地啟動短程硝化，但曝氣/攪拌交替運行3次時，亞硝酸鹽積累率最聞，整體試驗效果最佳。
[0033]二、菌種調整期
上述SBR反應器在運行第O天~第6天時，由於以接種方式對活性汙泥進行馴化，此時AOB和NOB都處於活性調整適應階段和淘汰階段，在這一調整期階段，出水中NO2--N濃度(1.35mg/L、NOf-N濃度≤21.45 mg/L、ΝΗ:_Ν去除率≤59.50% (如圖1~3所示)；因混合液中殘留有大量的DO，ΝΗ4+-Ν大多被NOB轉化為NO3--N,此時混合液中NOB仍佔據優勢，SBR反應器內主要進行全程硝化反應。
[0034]三、菌種快速增長期
在運行第6天~第17天時，為AOB對數增長期，從啟動的第6d開始，出水中的Ν02_-Ν濃度不斷增加、NO3^-N逐漸減少；NH4+-N去除率開始劇減而後隨時間的推移呈現上升趨勢。表明隨著運行時間的增加，通過對生化反應器運行工況的控制，為AOB的生長創造了有利的生境，使得AOB的增殖速率高於NOB，AOB逐漸成為優勢菌種。當運行至第15d時，出水中Ν03_-Ν與Ν02_-Ν 二者的濃度相同，在此階段Ν02_-Ν積累率呈現直線上升趨勢[no2_-n/(NOf-N+ NOf-N)%]最高達到89.10% (如圖1~圖3所示)。
[0035]四、穩定期在運行第17天~第30天時，為AOB菌種穩定增長期，從第17d開始，反應器中NH4+_N、Ν02_-Ν、Ν03_-Ν三者的濃度趨於穩定。出水中，NH4+-N濃度降至2mg/L左右、去除率達到95%，Ν02_-Ν積累率[N02_-N/(N02_-N+ N03_-N)%]達到90%以上(如圖1~圖3所示)，並呈穩定狀態；至此表明，快速高效的低氨氮廢水的短程硝化已成功實現。
[0036]實施例2:
快速高效短程硝化的啟動，包括以下步驟:
1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中，接種汙泥為城市汙水廠二沉池回流汙泥；接種汙泥濃度MLSS為4800mg/L ;反應器採用間歇操作方式；
2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器內，使上一步的接種汙泥濃度MLSS為3000mg/L，控制汙水溫度為30°C、pH 8.0，其中待處理汙水的化學需氧量COD為150mg/L、氨氮濃度為 40mg/L ；
3)曝氣:啟動反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧DO濃度為lmg/L ;曝氣時間為2h ；
4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為Ih ；
5)重複2次步驟3)和步驟4)；
6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離，其中，自然沉澱的時間為Ih ；
7)出水:然後排出上清液，往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
[0037]實施例3:
快速高效短程硝化的啟動，包括以下步驟:
1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中，接種汙泥為城市汙水廠二沉池回流汙泥；接種汙泥濃度MLSS為5000mg/L ;反應器採用間歇操作方式；
2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器內，使上一步的接種汙泥濃度MLSS為3500mg/L，控制汙水溫度為29°C、pH 7.9，其中待處理汙水的化學需氧量COD為200mg/L、氨氮濃度為 60mg/L ；
3)曝氣:啟動反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧DO濃度為1.2mg/L ;曝氣時間為2.5h ；
4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為1.5h；
5)重複2次步驟3)和步驟4)；
6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離，其中，自然沉澱的時間為0.5h ；
7)出水:然後排出上清液，往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
[0038]實施例4:
快速高效短程硝化的啟動，包括以下步驟:
1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中，接種汙泥為城市汙水廠二沉池回流汙泥；接種汙泥濃度MLSS為5000mg/L ;反應器採用間歇操作方式；
2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器內，使上一步的接種汙泥濃度MLSS為2500mg/L，控制汙水溫度為31 °C、pH 8.2，其中待處理汙水的化學需氧量COD為200mg/L、氨氮濃度為 100mg/L ；
3)曝氣:啟動反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧DO濃度為0.8mg/L ;曝氣時間為1.5h ；
4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為0.5h ；
5)重複4次步驟3)和步驟4)；
6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離，其中，自然沉澱的時間為1.5h;
7)出水:然後排出上清液，往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
[0039] 上述實施例僅為本發明的具體實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；即凡依本
【發明內容】
所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
【權利要求】
1.一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:包括以下步驟: 1)將富含硝化細菌的接種汙泥導入SBR反應器中； 2)進水:將待處理汙水導入SBR反應器使反應器內汙泥的濃度MLSS為250(T3500mg/L，控制汙水溫度為30 ± I。。、pH 7.9~8.2 ； 3)曝氣:啟動SBR反應器中的曝氣設施，使反應器內為好氧環境，其中溶解氧濃度為0.8~1.2mg/L ;曝氣時間為1.5~2.5h ； 4)關閉曝氣設施，同時開啟攪拌設施，使SBR反應器內泥水充分混勻後關閉攪拌設施；攪拌時間為0.5~1.5h ； 5)重複I~5次步驟3)和步驟4)； 6)停止曝氣和攪拌後，靜置反應器，使其內物質自然沉澱，使固液分離； 7)出水:排出上清液。
2.根據權利要求1所述的一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:步驟I)中，接種汙泥濃度MLSS為4500~5000mg/L。
3.根據權利要求1所述的一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:步驟2)中，所述汙水的化學需氧量COD為15(T200mg/L。
4.根據權利要求1所 述的一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:步驟2)中，所述汙水的氨氮濃度為40mg/L以上。
5.根據權利要求4所述的一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:步驟2)中，所述汙水的氨氮濃度為4(T60mg/L。
6.根據權利要求1所述的一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:步驟6)中，所述自然沉澱的時間為0.5tTlh。
7.根據權利要求1所述的一種快速高效短程硝化的啟動方法，其特徵在於:在步驟7)完成後，往反應器中補入新的待處理汙水，進入下一輪的周期運轉。
【文檔編號】C02F3/30GK104129853SQ201410321168
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】隋軍, 李捷, 徐浩, 黨維 申請人:廣州市市政工程設計研究院