專利名稱：一種常溫低基質(zhì)厭氧氨氧化工藝的快速啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市生活污水處理與再生領(lǐng)域。具體涉及專用于常溫、低基質(zhì)污水生物膜法厭氧氨氧化(ΑΝΑΜΜ0Χ)工藝快速啟動方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于人為的原因，氮素循環(huán)遭到了破壞，導(dǎo)致了中間產(chǎn)物積累，造成水體的富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重，湖泊“水華”及近海“赤潮”時有發(fā)生，且有愈演愈烈之勢。水體富營養(yǎng)化已經(jīng)危及農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè)，并對飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成巨大威脅。因此，脫氮已經(jīng)成為污水處理中的重要主題。在上個世紀(jì)，人們以硝化和反硝化作用為基礎(chǔ)，構(gòu)建的廢水生物脫氮的技術(shù)體系在廢水脫氮方面起到一定的作用，但存在諸多問題，如流程長，脫氮效率低，基建投資高；供氧量大，運行費用高；反硝化過程往往需要外加碳源；并且存在于除磷工藝存在碳源爭奪等問題。因此，新的生物脫氮理論和技術(shù)應(yīng)運而出，并得到迅速發(fā)展，如同時硝化反硝化技術(shù)、短程硝化反硝化技術(shù)、厭氧氨氧化技術(shù)等。其中以厭氧 氨氧化為基礎(chǔ)建立的SHRAN0N-ANAM0X、CANON、DENAMM0X等工藝最受矚目。厭氧氨氧化(anaerobicammonium oxidation,簡稱 Anammox),是以 NOf-N 為電子受體，CO2為無機(jī)碳源，在厭氧條件下，將NH4+-N氧化成N2的生物過程。ΑΝΑΜΜ0Χ工藝相比較傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝具有節(jié)省50%的曝氣量和100%的碳源等優(yōu)點，所以一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了眾多研究者的廣泛興趣。目前，有關(guān)Anammox工藝的研究和應(yīng)用，主要是針對垃圾滲濾液和污泥消化上清液等高溫高NH4+-N的廢水，而對于常溫條件下低基質(zhì)污水研究尚鮮見報道。因此，Anammox可被視為目前生物脫氮處理中最具潛力的可持續(xù)發(fā)展的生物脫氮工藝。然而，ΑΝΑΜΜ0Χ菌生長速率比較低(最高生長速率為O. 00270，世代周期比較長(Ild)0對于高溫高NH4+-N廢水實驗室規(guī)模反應(yīng)器啟動時間大都在半年以上，世界第一座污泥消化上清液ΑΝΑΜΜ0Χ生物脫氮工程案例啟動時間長達(dá)3. 5年。而在常溫低基質(zhì)下實驗室規(guī)模的厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動時間至少I年以上，因此，啟動時間長是制約ΑΝΑΜΜ0Χ工藝推廣的限制因素，而對于在常溫、低基質(zhì)污水下實現(xiàn)ΑΝΑΜΜ0Χ工藝的啟動將會面臨更大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種在常溫低基質(zhì)條件下，生物膜法厭氧氨氧化工藝快速啟動的方法。本發(fā)明是在常溫條件下，以A/0 二級出水和半亞硝化出水為基礎(chǔ)用水，上向流的生物濾池為試驗裝置，內(nèi)部裝填火山巖活性生物濾料。具體步驟如下步驟一反應(yīng)器搭建反應(yīng)器采用生物濾池，徑深比宜為I: Γ1: 8，裝填粒徑ri5mm的火山巖濾料，不均勻系數(shù)小于I. 2，采用上向流進(jìn)水，，底部設(shè)有曝氣裝置，可由轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量。步驟二 污泥接種
反應(yīng)器接種污水處理廠普通硝化污泥，接種污泥濃度宜為4. (T5. Og/L，接種體積為反應(yīng)器有效容積的90%-110%。為了讓接種污泥充分填充反應(yīng)器，采用間歇式(SBR)交替流運行方式。將接種污泥由底部進(jìn)水口注入反應(yīng)器，并接入二級處理出水或配水，NH/-N濃度在50 75 mgr1, COD小于60 mgL' SS不超過10 mgL' SBR循環(huán)運行時，保證循環(huán)濾速不小于0. 5m/h，采用上向流循環(huán)，同時開啟曝氣，曝氣量控制在1(T30 m3 m_3 h—1 ;當(dāng)硝化負(fù)荷達(dá)到0. 5 kg m_3 Cf1以上，認(rèn)為接種成功，結(jié)束SBR培養(yǎng)，轉(zhuǎn)為連續(xù)流運行。步驟三硝化性能強化根據(jù)SBR反應(yīng)周期內(nèi)的平均氨氮氧化負(fù)荷，計算反應(yīng)器的水力停留時間(HRT)，確定連續(xù)流進(jìn)水流量，控制曝氣量控制在1(T30 m3 m_3 h—1, DO不低于3 mgL—1,進(jìn)行好氧掛膜，當(dāng)硝化率達(dá)到90%以上，硝化負(fù)荷達(dá)到I. Ok g ^nT3 Cf1以上，硝化掛膜成功，進(jìn)入?yún)捬踹\行。步驟四厭氧啟動為防止厭氧導(dǎo)致硝化細(xì)菌大量死亡，本階段采用好氧、厭氧交替運行方式，并最終轉(zhuǎn)入完全厭氧運行。進(jìn)水流量同步驟三，好氧階段氨氮濃度在5(T75 mgL—1，COD小于60mgL'SS不超過10 mgL—1，控制曝氣量20 m3/(m3*h);厭氧階段NH4+_N濃度為28 35 mgL—1，N02_-N濃度為3(T40 mgL'COD小于50 mgL—1，SS不超過10 mgL'起初厭氧時間和好氧時間比為1:1，運行一周后逐步減少好氧時間和降低曝氣量，每次厭氧/好氧比增加廣2，曝氣量減少309^50%，每次調(diào)整后維持5 7d，當(dāng)厭氧/好氧比達(dá)到7時，完全轉(zhuǎn)入?yún)捬踹\行，測算總氮去除率。步驟五厭氧氨氧化菌誘導(dǎo)啟動完全厭氧運行5 7d后，加入不大于起初接種硝化污泥量2%厭氧氨氧化污泥。運行5 7d，當(dāng)總氮去除率相較步驟四有明顯快速提高，是其原來的5倍或總氮去除率達(dá)到20%以上，認(rèn)為ANAMM0X菌接種成功；否則可嘗試再次接種，接種方式及接種量如上所述。步驟六ANAMM0X效果強化接種成功后，保持運行策略，當(dāng)總氮去除率達(dá)到70%以上時，降低HRT，每次降低10%-20%;當(dāng)總氮去除負(fù)荷達(dá)到1.0 kg-m^-d^1以上時，表明厭氧氨氧化工藝已啟動成功。與現(xiàn)有的厭氧氨氧化工藝啟動方法相比較，本發(fā)明具有以下有益效果I)本發(fā)明方法是利用A/0工藝和半亞硝化出水啟動ANAMM0X工藝，省去了加熱動力費用以及配藥費用，并為該工藝以后在實際工程中的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗。2)本發(fā)明方法首次提出厭氧和好氧交替馴化、篩選ANAMM0X的試驗方法，此方法相比較直接進(jìn)行厭氧馴化的方法一方面可以降低啟動初期硝化膜的脫落，避免了大量微生物死亡，造成的出水氨氮大于進(jìn)水的情況；另一方面有利于篩選具有ANAMM0X特性的兼性細(xì)菌。3)通過接種少量ANAMM0X菌誘導(dǎo)進(jìn)行誘導(dǎo)的方法，使得ANAMM0X快速的成為反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌種，這樣可以大大縮短反應(yīng)器啟動的時間。


圖I是本發(fā)明采用的ANAMM0X試驗裝置示意圖I.排氣口 2.排水口 3.取樣口 4.填料層5.進(jìn)水泵6.曝氣裝置
圖2是采用本發(fā)明方法的反應(yīng)器在階段I去除負(fù)荷與NH4+-N、NH；-N去除率隨時間變化3是采用本發(fā)明方法的反應(yīng)器在階段II、111總氮去除率與總氮去除負(fù)荷隨時間變化圖以下結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
具體實施例方式實施例I試驗以某小區(qū)生活污水經(jīng)厭氧/好氧生物除磷二級處理出水為基礎(chǔ)用水，具體水質(zhì)如下C0D=50 80mg/L，BOD5 ( 15mg/L, SS ( 30mg/L, NH4+_N=55 85mg/L，Ν02_-Ν ( 0. 25mg/L, N03__N ( I. 5mg/L, TP ( lmg/L, pH=7. 0 8. 0。A/0出水經(jīng)半亞硝化反應(yīng)器出水水質(zhì)如下C0D〈50mg/L ；B0D5<10mg/L ；SS<10mg/L ;NH4+-N=2(T40mg/L，N(V_N=2(T40mg/L NH4+-N/N02_-N ^ 1:1 ；TN ^ 15mg/L ；TP ( 0. 5mg/L ；pH=7. 0 8. 0。厭氧氨氧化生物濾池處理后出水水質(zhì)如下C0D〈50mg/L ；B0D5<10mg/L ；SS<10mg/L ;NH4+-N〈5mg/L，去除率 85% ；TN ( 15mg/L,去除率 80% ；TP ( 0. 5mg/L ；pH=7. 0 8. 0。以火山巖為填料的傳統(tǒng)生物濾池為試驗裝置，如圖I所示。試驗裝置由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑500mm，高I. 5m,總?cè)莘e216L，有效容積185L。柱內(nèi)裝填級配火山巖填料，裝填高度為I. 2m,裝填粒徑分別為10 12mm、6 8mm、2 4mm,裝填高度分別為O. 5m、0. 5m、0. 2m。濾池壁上每IOOmm設(shè)有一個取樣口，水流方向為上向流，最上端設(shè)有一個出水口。底部安裝曝氣裝置，通過轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量。I)污泥接種階段，反應(yīng)器接種城市污水處理廠曝氣池硝化污泥，接種污泥濃度為4. 5g · L_\污泥體積為200L以A/0出水為原水，采用間歇式SBR交替流運行方式。循環(huán)濾 速為O. 6m/h,曝氣量控制在20m3 · πΓ3 · h ―1左右，DO控制在不低于3mg · L_\當(dāng)剩余ΝΗ:-Ν濃度為進(jìn)水ΝΗ/-Ν濃度的15%時，停止曝氣，沉淀排水。運行15d后，硝化負(fù)荷已達(dá)到O. 75kg · m_3 · cf1,認(rèn)為接種成功,結(jié)束SBR培養(yǎng),轉(zhuǎn)為連續(xù)流運行2)硝化性能強化階段，接入A/0出水連續(xù)流運行，控制處理水中的曝氣量控制在20 m3/ (m3 -h)左右，HRT=2 7h，運行大約20d后，反應(yīng)器硝化率已達(dá)到98%以上，硝化負(fù)荷已達(dá)到I. 5kg · m_3 · cf1，認(rèn)為好氧硝化污泥掛膜已成功。3)厭氧啟動階段，采用好氧、厭氧交替運行方式，HRT控制在5h左右，好氧階段接ΛΑ/0出水，厭氧階段接入半亞硝化出水，起初，控制厭氧時間和好氧時間比為1:1，好氧階段曝氣量控制20 m3 ·πΓ3 -h-1 ;運行7d后減少好氧時間和降低曝氣量，控制厭氧時間和好氧時間比分別為2:1，4:1，6:1，8:1，對應(yīng)的曝氣量分別為10 π^.πΤ δ m 3 · m_3 · h—1，2. 5m3 · m_3 · tT1，I m3 · m_3 · IT1,每次調(diào)整后維持時間為5 7d,之后完全轉(zhuǎn)入?yún)捬踹\行,期間測得厭氧階段總氮去除率在5%左右。4)厭氧氨氧化菌誘導(dǎo)啟動階段，完全厭氧運行7d后，保持HRT不變，接種2L左右，濃度為5g · I/1的ΑΝΑΜΜ0Χ菌。反應(yīng)器立即顯現(xiàn)出ΑΝΑΜΜ0Χ特性，總氮去除率達(dá)到35%，總氮去除負(fù)荷達(dá)到O. 32kg · πΓ1 · cf1，之后一周內(nèi)總氮去除和總氮去除率都穩(wěn)步在提高，此時認(rèn)為ANAMMOX菌誘導(dǎo)接種成功；接種成功后，當(dāng)總氮去除率達(dá)到70%以上時，降低HRT，每次降低20% ;當(dāng)HRT=Ih時，總氮去除負(fù)荷已為I. 09 kg m_3 cf1， 此時說明厭氧氨氧化工藝已啟動成功。
權(quán)利要求
1.一種常溫低基質(zhì)厭氧氨氧化工藝的快速啟動方法，其特征在于 .1)污泥接種階段，反應(yīng)器接種城市污水處理廠曝氣池硝化污泥，接種污泥濃度為.4. (Γ5. Og · L—1，采用間歇式SBR交替流運行方式；控制進(jìn)水NH4+-N濃度在5(T75mg · L—1，COD小于60mg·]^, SS不超過lOmg·!/1,保證循環(huán)濾速不小于O. 5m/h,同時開啟曝氣，曝氣量控制在IOlOm3 · πΓ3 · tT1，DO不低于3π^· Λ當(dāng)剩余ΝΗ4+_Ν濃度為進(jìn)水ΝΗ4+_Ν濃度的10% 20%時，停止曝氣，沉淀排水；當(dāng)硝化負(fù)荷達(dá)到O. 5 kg ·πΓ3 ^cT1以上，認(rèn)為接種成功，結(jié)束SBR培養(yǎng)，轉(zhuǎn)為連續(xù)流運行 .2)硝化性能強化階段，根據(jù)SBR反應(yīng)周期內(nèi)的平均氨氮氧化負(fù)荷，計算反應(yīng)器的水力停留時間HRT，確定連續(xù)流進(jìn)水流量，控制進(jìn)水ΝΗ4+-Ν濃度在5(T75mg· Γ1，COD小于.60mg.L' SS不超過lOmg.L-1,同時開啟曝氣，曝氣量控制在10 30m3 · πΓ3 · IT1, DO不低于Smg-Γ1,當(dāng)硝化率達(dá)到90%以上，硝化負(fù)荷達(dá)到I. Okg ·πΓ3 .Cf1以上，硝化掛膜成功，進(jìn)入?yún)捬踹\行 .3)厭氧啟動階段，采用好氧、厭氧交替運行方式，好氧階段氨氮濃度在COD小于60mg·]^, SS不超過lOmg·!/1,控制曝氣量10 30 m3 · πΓ3 · IT1 ;厭氧階段ΝΗ4+_Ν濃度為.28^35mg*L_1, NOf-N 濃度為 30 40mg·]^, COD 小于 SOmg·!/1, SS 不超過 lOmg·!/1 ;控制厭氧時間和好氧時間比為1:1，運行7天后逐步減少好氧時間和降低曝氣量，每次厭氧時間、好氧時間比增加廣2，曝氣量減少309Γ50%，每次調(diào)整后維持5 7d，當(dāng)厭氧時間、好氧時間比大于7，可完全轉(zhuǎn)入?yún)捬踹\行，測算總氮去除率； .4)厭氧氨氧化菌誘導(dǎo)啟動階段，完全厭氧運行5 7d后，加入接種硝化污泥量2%-5%的厭氧氨氧化菌；控制進(jìn)水NH4+-N濃度為28 35π^· Λ NO2--N濃度為3(Γ40π^· Λ COD小于.50π^· Λ SS不超過lOmg·!/1，運行5 7d，當(dāng)總氮去除率達(dá)增長5倍以上或總氮去除率達(dá)到20%以上，認(rèn)為厭氧氨氧化菌接種成功；否則可嘗試再次接種；接種成功后，保持運行策略，當(dāng)總氮去除率達(dá)到70%以上時，降低HRT，每次降低10%-20% ;當(dāng)總氮去除負(fù)荷達(dá)到I. Okg · m_3 · Cf1以上時，說明厭氧氨氧化工藝已啟動成功。
全文摘要
一種專用于常溫低基質(zhì)下厭氧氨氧化工藝的快速啟動方法，屬于城市生活污水處理與再生領(lǐng)域。其步驟為在以火山巖為濾料的上向流生物濾池中，首先接種具有一定硝化功能的硝化污泥，采用連續(xù)曝氣并控制一定溶解氧濃度的方法，馴化培養(yǎng)硝化生物膜；之后，采用間歇曝氣/厭氧的方式進(jìn)行ANAMMOX菌的篩選和富集；最后在反應(yīng)器進(jìn)入完全進(jìn)入?yún)捬鹾?，投加具有一定量的ANAMMOX菌進(jìn)行快速誘導(dǎo)，縮短啟動時間。在出現(xiàn)厭氧氨氧化特性的基礎(chǔ)上，繼續(xù)降低HRT，提高進(jìn)水負(fù)荷，最終實現(xiàn)ANAMMOX工藝在常溫低基質(zhì)污水下的啟動。本發(fā)明提供了常溫低基質(zhì)厭氧氨氧化工藝的快速啟動方法。
文檔編號C02F3/30GK102718314SQ20121016387
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者吳迪, 周利軍, 孫宇, 崔少明, 張功良, 張 杰, 曾輝平, 李冬, 李德祥, 楊卓, 梁瑜海, 王斌, 蘇東霞, 邱文新, 高偉楠 申請人:北京工業(yè)大學(xué)