一種連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法
【專利摘要】一種連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法：首先接種絮狀亞硝化污泥，使其快速適應連續(xù)流反應器，構(gòu)建以好氧氨氧化菌為主導的微生物系統(tǒng)；然后調(diào)節(jié)一定的斷面上升流速、曝氣量，在保證一定的氨氧化率和亞硝化率基礎(chǔ)上實現(xiàn)絮狀污泥顆?；蛔詈笠揽糠磻鬏^大的高徑比，不斷提高斷面上升流速以提高水流剪切力，使顆粒粒徑快速增長。并調(diào)節(jié)曝氣、水力停留時間，保證氨氧化率和亞硝化率分別在60%和80%以上，實現(xiàn)顆粒粒徑的強化增長。成功實現(xiàn)了連續(xù)流方式好氧半亞硝化顆粒的培養(yǎng)。
【專利說明】一種連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水環(huán)境恢復與再生領(lǐng)域、污水處理廠自養(yǎng)脫氮領(lǐng)域。具體涉及專用于常溫、連續(xù)流方式運行快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]十一五以來，國家加大了對于環(huán)境污染治理的力度，尤其在水環(huán)境恢復方面，推行了國家科技重大專項一水體污染控制與治理，其投入高達112.66億元，而在十二五期間該數(shù)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(yǎng)化問題。據(jù)2012年環(huán)境狀況公報顯示，全國地表水總體為輕度污染，湖泊富營養(yǎng)化狀況嚴重，氮磷依舊為主要污染物。全國氨氮排放總量為253.6萬噸，其中工業(yè)源和生活源的排放量達到了 171.1萬噸，占氨氮排放總量的67.5%。因此，通過城市污水廠的興建與運行，對工業(yè)生活等點源污染進行處理，去除氮磷等污染物，是緩解水環(huán)境危機的有效途徑。
[0003]現(xiàn)階段針對低碳氮比的城市生活污水，絕大部分污水處理廠采用基于硝化反硝化原理的傳統(tǒng)工藝進行生物脫氮，為達到污水處理一級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，使得污水處理成本居 高不下；同時，投加的碳源最終變成溫室氣體，對環(huán)境造成了二次污染，這極大的制約了污水處理行業(yè)的發(fā)展。
[0004]亞硝化-厭氧氨氧化是近幾年發(fā)展起來的新型自養(yǎng)脫氮工藝，自養(yǎng)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(zhuǎn)化成N2,具有需氧量低、無需有機碳源和運行費用低等優(yōu)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(fā)展的技術(shù)瓶頸。亞硝化作為其前提與基礎(chǔ)，在實際研究中存在污泥難以持留及增長、抗沖擊負荷能力差、長期運行容易失穩(wěn)轉(zhuǎn)向全程硝化等問題。顆粒污泥因其突出的沉降性能和結(jié)構(gòu)上的氧傳質(zhì)特點，通過調(diào)節(jié)D0、回流比、HRT等條件較易實現(xiàn)穩(wěn)定的半亞硝化，本研究將好氧顆粒污泥技術(shù)運用于亞硝化工藝，培養(yǎng)具有特殊AOB膜結(jié)構(gòu)的半亞硝化顆粒污泥，實現(xiàn)穩(wěn)定的半亞硝化工藝，從而為厭氧氨氧化提供合適比例的進水。因此，穩(wěn)定的半亞硝化顆粒污泥的研究是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種常溫連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明所提供的一種快速培養(yǎng)半亞硝化顆粒污泥的方法，是在常溫條件下，接種普通絮狀硝化污泥，以模擬實際生活污水的配水為進水，以好氧升流式污泥床反應器為試驗裝置如圖1所示，采用上向流的進水方式，底部設(shè)有曝氣裝置，由轉(zhuǎn)子流量計控制。試驗中主要通過調(diào)節(jié)試驗裝置的水力停留時間和曝氣量，首先在低斷面流速下，逐漸培養(yǎng)為顆粒污泥，之后不斷提高斷面流速，強化培養(yǎng)顆粒污泥，來實現(xiàn)好氧半亞硝化顆粒污的培養(yǎng)。
[0008]本發(fā)明實例中，對于反應器基本狀況進行了具體描述，但本方法并不局限于此參數(shù)反應器，一切連續(xù)流活性污泥反應器皆可應用此方法。
[0009]1.一種連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法。包括如下步驟:
[0010]I)首先反應器搭建，反應器采用好氧升流式污泥床反應器，上部裝有三相分離器裝置，分離氣體，顆粒和水。反應器所接種的污泥為絮狀亞硝化污泥，接種污泥濃度為3-4g/L ；
[0011]2)第I階段，污泥適應連續(xù)流反應器且半亞硝化工藝穩(wěn)定運行。具體方法為:控制進水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700_2200mg/L ;反應器控制條件:溫度在26_29°C，pH為7.7-8.1，反應器底部連續(xù)曝氣，溶解氧范圍在0.15-0.25mg/L，水力停留時間為7.9-8.7h。當氨氮氧化率和亞硝化率連續(xù)15d以上分別達到60%和85%以上，認為絮狀污泥已適應連續(xù)流反應器且半亞硝化反應穩(wěn)定運行；
[0012]3)第II階段，半亞硝化好氧顆粒污泥培養(yǎng)階段。具體方法為:控制進水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700-2200mg/L;反應器控制條件:溫度控制在26-29°C，pH為
7.7-8.1，水力停留時間HRT為5.8-6.0h,斷面上升流速介于0.10-0.llm/h，調(diào)節(jié)曝氣量使反應器中溶解氧為0.2-0.25mg/L。當粒徑超過350 μ m的污泥體積占總污泥體積80%以上時，且連續(xù)運行15d以上氨氮氧化率和亞硝化率分別達到60%和85%以上，認為半亞硝化好氧顆粒污泥初步形成；
[0013]4)第III階段，半亞 硝化顆粒污泥強化增長階段。具體方法為:控制進水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700-2200mg/L。反應器控制條件為:溫度在26-29°C，pH為7.7-8.1，此階段初始斷面上升流速為0.10-0.llm/h。當氨氧化率和亞硝化率連續(xù)7d以上分別超過60%和80%隨即提高斷面上升流速，每次提高幅度為20%-30%，同時調(diào)節(jié)曝氣量使反應器中溶解氧穩(wěn)定在為0.4-0.65mg/L ;當粒徑超過700 μ m的污泥體積占總污泥體積80%以上時，認為好氧半亞硝化顆粒污泥強化培養(yǎng)成功。
[0014]與現(xiàn)有的亞硝化工藝相比較，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]I)本發(fā)明提供了一種可行的顆粒污泥與亞硝化結(jié)合的培養(yǎng)方法；
[0016]2)本發(fā)明確定了以斷面上升流速作為控制參數(shù)的可行的半亞硝化顆粒污泥培養(yǎng)方法方法；
[0017]3)本發(fā)明提供了在常溫低基質(zhì)條件下，亞硝化顆粒污泥運行及維護的策略與方法。
[0018]本發(fā)明通過半亞硝化絮狀污泥穩(wěn)定運行一半亞硝化顆粒污泥培養(yǎng)一半亞硝化顆粒污泥強化增長的方法，通過對水力停留時間、曝氣量和斷面流速的控制，在實現(xiàn)較高氨氧化率和亞硝化率的基礎(chǔ)上，在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)了好氧半亞硝化顆粒污泥的培養(yǎng)。啟動過程操作簡單，容易控制，以本發(fā)明方法啟動反應器，能同時實現(xiàn)穩(wěn)定的半亞硝化工藝，為厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝提供適合比例的進水。
[0019]以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0020]圖1是本發(fā)明采用的好氧升流式污泥床試驗裝置示意圖，上部為三相分離器，下部為主體活性污泥反應區(qū)。
[0021]圖2是采用本發(fā)明方法的反應器半亞硝化穩(wěn)定運行階段氨氧化率、亞硝化率及進水負荷的運行效果變化。
[0022]圖3是采用本發(fā)明方法的反應器在顆粒形成及強化階段的斷面流速及顆粒體積平均粒徑變化。
[0023]圖4是采用本發(fā)明方法的反應器在顆粒形成及強化階段的進水總氮負荷及污泥負荷的變化趨勢圖。
【具體實施方式】
[0024]實施例
[0025]本發(fā)明為一種連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法，其思路為:通過半亞硝化絮狀污泥穩(wěn)定運行一半亞硝化顆粒污泥培養(yǎng)一半亞硝化顆粒污泥強化增長。
[0026]試驗裝置為升流式厭氧 污泥床反應器，如圖1所示。試驗裝置由有機玻璃制成，內(nèi)徑100mm，高2.0m,總?cè)莘e20L，有效容積12L。反應器上部出水區(qū)裝有分離氣、液、固體的三相分離裝置。濾池壁上每IOOmm設(shè)有一個取樣口，最上端設(shè)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。
[0027]反應器內(nèi)首先接種具有一定成熟性絮狀亞硝化污泥。首先，控制進水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700-2200mg/L。溫度在26_29°C，pH為7.7-8.1。反應器底部連續(xù)曝氣，反應器中溶解氧為0.15-0.25mg/L，水力停留時間為7.9-8.7h，快速構(gòu)建以好氧氨氧化菌為主導的微生物系統(tǒng)，使半亞硝化穩(wěn)定運行。這一階段共歷時19天。
[0028]之后，進水基質(zhì)不變，溫度控制在26-29°C，pH為7.7_8.1，水力停留時間HRT為
5.8-6.0h。利用反應器較大的高徑比，調(diào)節(jié)斷面上升流速介于0.10-0.llm/h，反應器中溶解氧為0.2-0.25mg/L，細菌分泌的胞外聚合物不斷將好氧氨氧化菌粘結(jié)成污泥顆粒。當這一階段經(jīng)過25天時，粒徑超過350 μ m的污泥體積占總污泥體積達到80%。即在運行的第44天，顆粒初步形成。
[0029]最后，在顆粒初步形成的基礎(chǔ)上，運行至第56天，氨氧化率和亞硝化率已連續(xù)7天分別在60%、80%以上，且顆粒粒徑穩(wěn)定在380-386 μ m,不再增長。隨即將斷面上升流速由
0.llm/h提高到0.14m/h,水力停留時間由6.0h降低至4.8h。進水負荷增加的同時不斷調(diào)節(jié)曝氣量，反應器中溶解氧穩(wěn)定在0.4-0.65mg/L,使反應器中氨氧化率和亞硝化率分別維持在60%和80%以上。至第76天，反應器穩(wěn)定運行超過10天，顆粒粒徑穩(wěn)定在390 μ m。繼續(xù)增大斷面上升流速至0.16m/h,降低水力停留時間至4.1h,以提高水流剪切力使粒徑進一步增長。同時調(diào)節(jié)曝氣量控制溶解氧在0.4-0.65mg/L,使反應器中氨氧化率和亞硝化率分別維持在60%和80%以上。如此反復，在反應器中氨氧化率和亞硝化率連續(xù)7天以上分別維持在60%和80%以上的前提下，當顆粒粒徑穩(wěn)定無明顯增長時，即提高斷面上升流速，每次提高幅度為20%-30%。降低水力停留時間，每次降低幅度為20%-30%。并調(diào)節(jié)曝氣量使反應器中溶解氧穩(wěn)定在0.4-0.65mg/L以保證氨氧化率和亞硝化率。最終粒徑超過700 μ m的污泥體積占總污泥體積的81.59%，實現(xiàn)了顆粒污泥強化增長的同時半亞硝化工藝穩(wěn)定運行。此階段歷時82天。
[0030]本發(fā)明中反應器在常溫連續(xù)流條件下運行。目前亞硝化顆粒污泥的培養(yǎng)多為SBR反應器形式，不適于污水廠的廣泛應用。且亞硝化工藝長期運行往往轉(zhuǎn)變?yōu)槿滔趸?，污泥流失不穩(wěn)定。反應出水中的氨氮和亞氮比例不穩(wěn)定，很難為后續(xù)厭氧氨氧化工藝提供進水。因此，在常溫連續(xù)流條件下，耦合亞硝化和顆粒污泥的新型半亞硝化顆粒污泥工藝既解決了亞硝化工藝的不穩(wěn)定性，又實現(xiàn)了污泥顆?；灰琢魇У男Ч?，且連續(xù)流工藝應用于污水廠可以實現(xiàn)大水量的處理要 求。
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)流方式快速培養(yǎng)好氧半亞硝化顆粒污泥的方法；包括如下步驟: 1)首先反應器搭建，反應器采用好氧升流式污泥床反應器，上部裝有三相分離器裝置；反應器所接種的污泥為絮狀亞硝化污泥，接種污泥濃度為3-4g/L ； 2)第I階段，污泥適應連續(xù)流反應器且半亞硝化工藝穩(wěn)定運行；具體方法為:控制進水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700_2200mg/L ;反應器控制條件:溫度在26_29°C，pH為7.7-8.1，反應器底部連續(xù)曝氣，溶解氧范圍在0.15-0.25mg/L，水力停留時間為`7.9-8.7h ;當氨氮氧化率和亞硝化率連續(xù)15d以上分別達到60%和85%以上，認為絮狀污泥已適應連續(xù)流反應器且半亞硝化反應穩(wěn)定運行； 3)第II階段，半亞硝化好氧顆粒污泥培養(yǎng)階段；具體方法為:控制進水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700-2200mg/L ;反應器控制條件:溫度控制在26_29°C，pH為7.7-8.1，水力停留時間HRT為5.8-6.8h，斷面上升流速介于0.10-0.llm/h，調(diào)節(jié)曝氣量使反應器中溶解氧為0.2-0.25mg/L ;當粒徑超過350 μ m的污泥體積占總污泥體積80%以上時，且連續(xù)運行15d以上氨氮氧化率和亞硝化率分別達到60%和85%以上，認為半亞硝化好氧顆粒污泥初步形成； 第III階段，半亞硝化顆粒污泥強化增長階段；具體方法為:控制進水氨氮質(zhì)量濃度為`180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為l_3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1700-2200mg/L ;反應器控制條件為:溫度在26_29°C，pH為7.7-8.1，此階段初始斷面上升流速為0.10-0.llm/h ;當氨氧化率和亞硝化率連續(xù)7d以上分別超過60%和80%隨即提高斷面上升流速，每次提高幅度為20%-30%，同時調(diào)節(jié)曝氣量使反應器中溶解氧穩(wěn)定在為0.4-0.65mg/L ;當粒徑超過700 μ m的污泥體積占總污泥體積80%以上時，認為好氧半亞硝化顆粒污泥強化培`養(yǎng)成功。
【文檔編號】C02F3/12GK103663680SQ201310600980
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李冬, 吳青, 梁瑜海, 蘇慶嶺, 曾輝平, 張 杰 申請人:北京工業(yè)大學