一種處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法
2023-10-04 20:35:09 3
一種處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法
【專利摘要】一種處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法：首先接種亞硝化與汙水廠混合汙泥，將城市生活汙水用自來水稀釋一倍，使亞硝化工藝穩定運行；然後不斷提高進水流量增加水力剪切力，調節曝氣量保證一定的總氮損失、氨氧化率和亞硝化率實現絮狀汙泥顆粒化；最後改變進水為城市生活汙水，強化其處理性能。成功實現了連續流方式下處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動。
【專利說明】—種處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於水環境恢復與再生領域、汙水處理廠自養脫氮領域。具體涉及處理常溫、低氨氮城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥啟動的方法。
【背景技術】
[0002]十一五以來，國家加大了對於環境汙染治理的力度，尤其在水環境恢復方面，推行了國家科技重大專項一水體汙染控制與治理，其投入高達112.66億元，而在十二五期間該數字將進一步增加為逾140億元。此舉是為了解決近年來過度排放的氮磷元素導致的水體富營養化問題。據2012年環境狀況公報顯示，全國地表水總體為輕度汙染，湖泊富營養化狀況嚴重，氮磷依舊為主要汙染物。全國氨氮排放總量為253.6萬噸，其中工業源和生活源的排放量達到了 171.1萬噸，佔氨氮排放總量的67.5%。因此，通過城市汙水廠的興建與運行，對工業生活等點源汙染進行處理，去除氮磷等汙染物，是緩解水環境危機的有效途徑。
[0003]現階段針對低碳氮比的城市生活汙水，絕大部分汙水處理廠採用基於硝化反硝化原理的傳統工藝進行生物脫氮，為達到汙水處理一級A排放標準，尤其是針對其中較為嚴格的氮素控制指標，需要外加有機碳源、無機碳源，消耗巨大能源用以硝化液回流以滿足反硝化要求，使得汙水處理成本居高不下；同時，投加的碳源最終變成溫室氣體，對環境造成了二次汙染，這極大的制約了汙水處理行業的發展。
[0004]亞硝化-厭氧氨氧化是近幾年發展起來的新型自養脫氮工藝，自養微生物厭氧氨氧化菌以NH/-N為電子供體，NO2--N為電子受體，將其轉化成N2,具有需氧量低、無需有機碳源和運行費用低等優點。厭氧氨氧化要求進水N02_-N/NH4+-N比為1.32:1，嚴格的進水條件成為限制該工藝發展的技術瓶頸。亞硝化作為其前提與基礎，在實際研究中存在汙泥難以持留及增長、抗衝擊負荷能力差、長期運行容易失穩轉向全程硝化等問題。顆粒汙泥因其突出的沉降性能和結構上的氧傳質特點，通過調節D0、回流比、HRT等條件較易實現穩定的半亞硝化，本研究將好氧顆粒汙泥技術運用於亞硝化工藝，培養具有特殊AOB膜結構的半亞硝化顆粒汙泥，為厭氧氨氧化提供合適比例的進水。實現對於常溫低氨氮的城市生活汙水的高效處理。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種以常溫連續流方式處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法。
[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0007]首先接種成熟亞硝化汙泥與汙水廠活性硝化混合汙泥，人工配水:生活汙水為2:1的水質條件，在控制較低總氮損失以及較高亞硝化率的半亞硝化條件下，通過不斷增加進水流量以提高水力剪切力，逐漸培養為顆粒汙泥，之後進水改為全部的生活汙水強化其處理性能，最終實現其對於生活汙水的處理。[0008]本發明實例中，對於反應器基本狀況進行了具體描述，但本方法並不局限於此參數反應器，一切連續流活性汙泥反應器皆可應用此方法。
[0009]一種處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法，包括如下步驟:
[0010]I)首先反應器搭建，反應器採用好氧升流式汙泥床反應器；反應器接種亞硝化汙泥與汙水廠活性汙泥按質量比為3:1的混合汙泥；
[0011]2)第I階段，汙泥適應連續流反應器且亞硝化工藝穩定運行；具體方法為:將城市生活汙水用自來水稀釋一倍，其中COD濃度為120-140mg/L，人工加入硫酸銨控制進水氨氮質量濃度為60-80mg/L，亞硝酸鹽氮質量濃度為l_2mg/L，鹼度質量濃度以CaCO3計為500-700mg/L，溫度在23-25 °C，pH為7.3-7.7，反應器底部連續曝氣，控制總氮損失在10-20mg/L，氨氮氧化率在60%-65%。若總氮損失連續3天以上大於20mg/L，則提高曝氣量以抑制反硝化菌的增長，每次曝氣量提高幅度為10%-30%，若氨氮氧化率連續3天以上大於65%，增大進水流量以控制半亞硝化反應，每次進水流量提高幅度為10%-20%。此階段溶解氧範圍在0.4-0.65mg/L，水力停留時間為8_9.5h。當氨氮氧化率和亞硝化率連續8d以上分別達到60%和85%以上，認為絮狀汙泥已適應連續流反應器且亞硝化反應穩定運行；
[0012]3)第II階段，亞硝化好氧顆粒汙泥培養階段；具體方法為:進水水質不變，溫度在23-250C，pH為7.3-7.7。當氨氧化率和亞硝化率連續7d以上分別超過60%和80%隨即提高進水流量以提高水力剪切力，每次進水流量提高幅度為20%-30%，同時調節曝氣量使反應器中溶解氧穩定在為0.6-0.85mg/L,氨氮氧化率在60%_65%，總氮損失在10_20mg/L。此階段水力停留時間為3-6.5h。當粒徑超過600 μ m的汙泥體積佔總汙泥體積80%以上時，且連續運行8d以上氨氮氧化率 和亞硝化率分別達到60%和85%以上，認為亞硝化顆粒汙泥形成；
[0013]4)第III階段，馴化亞硝化顆粒汙泥處理城市生活汙水階段；具體方法為:控制進水為城市生活汙水，其水質指標為COD濃度為240-280mg/L氨氮質量濃度為60_80mg/L，亞硝酸鹽氮質量濃度為l_3mg/L，加入NaHCO3補充進水鹼度，鹼度質量濃度以CaCO3計為500-700mg/L，溫度在23-25°C，pH為7.3-7.7，反應器底部連續曝氣，初始溶解氧範圍在0.8-0.85mg/L，水力停留時間為3_4.5h。控制總氮損失在10_20mg/L，氨氮氧化率在60%-65%。若總氮損失連續3天以上大於20mg/L，提高曝氣量以抑制反硝化菌的增長，每次曝氣量提高幅度為10%-30%，若氨氮氧化率連續3天以上大於65%，增大進水流量以控制半亞硝化反應，每次進水流量提高幅度為10%-20%。當氨氧化率和亞硝化率連續8d以上分別超過60%和80%時，認為處理城市生活汙水的好氧亞硝化顆粒汙泥培養成功。
[0014]與現有的亞硝化工藝相比較，本發明具有以下有益效果:
[0015]I)本發明提供了一種可行的顆粒汙泥與亞硝化結合的培養方法；
[0016]2)本發明提供了一種可行的處理生活汙水的亞硝化顆粒汙泥啟動方法；
[0017]3)本發明提供了在常溫低基質條件下，亞硝化顆粒汙泥運行及維護的策略與方法。
[0018]本發明經過亞硝化絮狀汙泥穩定運行一亞硝化顆粒汙泥培養一亞硝化顆粒汙泥處理生活汙水三個階段，通過對進水流量、曝氣量的控制，在實現較高氨氧化率和亞硝化率的基礎上，在較短的時間內實現了好氧亞硝化顆粒汙泥處理城市生活汙水的培養。啟動過程操作簡單，容易控制，以本發明方法啟動反應器，能同時實現穩定的亞硝化工藝，為厭氧氨氧化自養脫氮工藝提供適合比例的進水。
[0019]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。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0020]圖1是本發明採用的好氧升流式汙泥床試驗裝置示意圖，上部為篩網，下部為主體活性汙泥反應區。
[0021]圖2是採用本發明方法的反應器亞硝化顆粒形成前後的顯微鏡照片對比，由上到下分別為反應器中汙泥第I天、第65天和第98天的顯微鏡照片。
[0022]圖3是採用本發明方法的反應器在處理生活汙水階段COD去除率、亞硝化率及總氮損失的變化趨勢圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例
[0024]本發明為一種常溫連續流方式處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法，其思路為:通過亞硝化絮狀汙泥穩定運行一亞硝化顆粒汙泥培養一亞硝化顆粒汙泥處理生活汙水。
[0025]試驗裝置為升流式好氧汙泥床反應器，如圖1所示。試驗裝置由有機玻璃製成，內徑100mm，高1.8m,總容積20L，有效容積12L。反應器上部出水區裝有不定期更換網格大小的篩網，網格大小由汙泥顆粒粒徑決定。濾池壁上每0.5m設有一個取樣口，最上端設有一個出水口。反應器底部進水,底部曝氣,水流方向為上向流。
[0026]反應器內首先接種成熟亞硝化汙泥與汙水廠活性硝化混合汙泥。首先，將城市生活汙水用自來水稀釋一倍，其中COD濃度為120-140mg/L，人工加入硫酸銨控制進水氨氮質量濃度為60-80mg/L，亞硝酸鹽氮質量濃度為l_2mg/L，磷酸鹽質量濃度為l_3mg/L，鹼度質量濃度以CaCO3計為500-700mg/L，溫度在23_25°C，pH為7.3-7.7，反應器底部連續曝氣。用稀釋生活汙水的方法啟動反應器，其中的COD可以抑制厭氧氨氧化菌NOB的生長，防止亞硝化反應向全程硝化反應的轉化。其中的COD將引起進出水的總氮損失，因此將總氮損失控制在10-20mg/L,若總氮損失連續3天以上大於20mg/L,說明反應器內厭氧反硝化菌生長旺盛，故提高曝氣量以抑制反硝化菌的增長，每次曝氣量提高幅度為10%-30%。曝氣量的提高將增加氨氮的氧化率，本研究的目的是半亞硝化，控制氨氮氧化率在60%-65%為厭氧氨氧化提供進水，若氨氮氧化率連續3天以上大於65%，則會破壞出水氨氮與亞氮的比例，因此增大進水流量以控制半亞硝化反應，每次進水流量提高幅度為10%-20%。此階段最初溶解氧為0.4-0.45mg/L,水力停留時間為9.2-9.5h,調節各參數平衡後，總氮損失在10_20mg/L，氨氮氧化率和亞硝化率連續8d以上分別達到60%和85%以上，此階段完成，溶解氧最終在0.6-0.65mg/L，水力停留時間為8-8.5h。此階段為絮狀汙泥，平均粒徑在150-200 μ m，因此反應器頂部選用網孔為200 μ m的篩網。這一階段共歷時14天。
[0027]之後，進水基質不變 ，控制溫度在23_25°C，pH為7.3-7.7。當運行至第14天，水力停留時間為8h，進水流量為2.5L/h，曝氣量為0.4L/min，反應器內溶解氧為0.6mg/L，氨氧化率和亞硝化率已連續8d分別超過60%和80%，顆粒粒徑為200 μ m。因此增加進水流量至3L/h，以提高水力剪切力使顆粒粒徑增長。進水流量增大的同時，曝氣量提高至0.45L/min,反應器中溶解氧穩定在為0.6-0.65mg/L,氨氮氧化率在60%_65%，總氮損失在10_20mg/L。此階段為汙泥粒徑增長期，且淘洗沉降性能差的汙泥是顆粒汙泥形成的必需條件，當反應器運行至第25d時，測得汙泥平均粒徑增長至350 μ m，此時將篩網換成網孔為350 μ m的篩網。如此反覆，當氨氧化率和亞硝化率連續7d以上分別超過60%和80%隨即提高進水流量以提高水力剪切力，每次進水流量提高幅度為20%-30%，同時調節曝氣量使反應器中氨氮氧化率在60%-65%，總氮損失在10-20mg/L。粒徑增大的同時，反應器頂部的篩網網孔也不斷增大。當粒徑超過600 μ m的汙泥體積佔總汙泥體積80%以上時，且連續運行8d以上氨氮氧化率和亞硝化率分別達到60%和85%以上，認為亞硝化顆粒汙泥形成。此階段共歷時84d。
[0028]最後，在顆粒形成的基礎上，改變進水水質，採用城市生活汙水，與前兩階段相較，進水氨氮濃度未發生變化，COD濃度增加至240-280mg/L。第二階段末進水流量為7L/h，曝氣量為lL/min，反應器內溶解氧為0.85mg/L，第三階段改變水質後總氮損失連續3d超過20mg/L，即COD濃度增大引起了反應器中厭氧反硝化菌的增殖，提高曝氣量至1.1-1.3L/min使反應器內溶解氧升至0.85-0.9mg/L,總氮損失降低到20mg/L以下，且氨氧化率和亞硝化率分別介於60%-64%和85%-92%，且連續9天保持穩定，認為處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥啟動成功。此階段共歷時15d。
[0029]本發明中反應器在常溫連續流條件下運行。目前亞硝化顆粒汙泥的培養多為SBR反應器形式，且亞硝化工藝長期運行往往轉變為全程硝化，出水氨氮和亞氮比例不穩定，很難為後續厭氧氨氧化工藝提供進水。因此，在常溫連續流條件下，耦合亞硝化和顆粒汙泥的新型亞硝化顆粒汙泥工藝既解決了亞硝化工藝的不穩定性，又實現了汙泥顆粒化不易流失的效果，且連續流工藝應用於汙水廠可以實現大水量的處理要求。
【權利要求】
1.一種處理城市生活汙水的亞硝化顆粒汙泥的啟動方法；步驟如下: 1)反應器搭建，反應器採用好氧升流式汙泥床反應器，反應器接種亞硝化汙泥與汙水廠活性汙泥按質量比為3:1的混合汙泥； 2)第I階段，汙泥適應連續流反應器且亞硝化工藝穩定運行；具體方法為:將城市生活汙水用自來水稀釋一倍，其中COD濃度為120-140mg/L，人工加入硫酸銨控制進水氨氮質量濃度為60-80mg/L，亞硝酸鹽氮質量濃度為l_2mg/L，鹼度質量濃度以CaCO3計為500-700mg/L，溫度在23-25 °C，pH為7.3-7.7，反應器底部連續曝氣，控制總氮損失在10-20mg/L，氨氮氧化率在60%-65%。若總氮損失連續3天以上大於20mg/L，則提高曝氣量以抑制反硝化菌的增長，每次曝氣量提高幅度為10%-30%，若氨氮氧化率連續3天以上大於65%，增大進水流量以控制半亞硝化反應，每次進水流量提高幅度為10%-20%。此階段溶解氧範圍在0.4-0.65mg/L，水力停留時間為8_9.5h。當氨氮氧化率和亞硝化率連續8d以上分別達到60%和85%以上，認為絮狀汙泥已適應連續流反應器且亞硝化反應穩定運行； 3)第II階段，亞硝化好氧顆粒汙泥培養階段；具體方法為:進水水質不變，溫度在23-250C，pH為7.3-7.7。當氨氧化率和亞硝化率連續7d以上分別超過60%和80%隨即提高進水流量以提高水力剪切力，每次進水流量提高幅度為20%-30%，同時調節曝氣量使反應器中溶解氧穩定在為0.6-0.85mg/L,氨氮氧化率在60%_65%，總氮損失在10_20mg/L。此階段水力停留時間為3-6.5h。當粒徑超過600 μ m的汙泥體積佔總汙泥體積80%以上時，且連續運行8d以上氨氮氧化率和亞硝化率分別達到60%和85%以上，認為亞硝化顆粒汙泥形成； 4)第III階段，馴化亞硝化顆粒汙泥處理城市生活汙水階段；具體方法為:控制進水為城市生活汙水，其水質指標為COD濃度為240-280mg/L氨氮質量濃度為60_80mg/L，亞硝酸鹽氮質量濃度為l_3mg/L，加入NaHCO3補充進水鹼度，鹼度質量濃度以CaCO3計為500-700mg/L，溫度在2 3-25°C，pH為7.3-7.7，反應器底部連續曝氣，初始溶解氧範圍在0.8-0.85mg/L，水力停留時間為3_4.5h。控制總氮損失在10_20mg/L，氨氮氧化率在60%-65%。若總氮損失連續3天以上大於20mg/L，提高曝氣量以抑制反硝化菌的增長，每次曝氣量提高幅度為10%-30%，若氨氮氧化率連續3天以上大於65%，增大進水流量以控制半亞硝化反應，每次進水流量提高幅度為10%-20%。當氨氧化率和亞硝化率連續8d以上分別超過60%和80%時，認為處理 城市生活汙水的好氧亞硝化顆粒汙泥培養成功。
【文檔編號】C02F3/12GK103880170SQ201410109437
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月23日 優先權日:2014年3月23日
【發明者】李冬, 吳青, 蘇慶嶺, 梁瑜海, 曾輝平, 張 傑 申請人:北京工業大學