本發(fā)明屬于污水生物脫氮領(lǐng)域，具體涉及一種絮狀污泥和顆粒污泥共存的自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)啟動及高效運行方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，水體污染越來越嚴(yán)重，氮素是富營養(yǎng)化的主要污染物，對水體環(huán)境具有影響極大。目前，城市污水處理廠多采用A²/O、氧化溝等脫氮工藝。但是由于傳統(tǒng)脫氮工藝需要外加有機碳源，消耗大量的堿度和能源。

自養(yǎng)脫氮是指通過氨氧化細菌(AOB)將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，厭氧氨氧化菌(AAOB)再將AOB產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮和剩余的氨氮轉(zhuǎn)化成氮氣，實現(xiàn)污水脫氮處理。自Hipper上世紀(jì)九十年代提出單級自養(yǎng)脫氮以來，由于其全程自養(yǎng)，無需外加有機碳源，相對于傳統(tǒng)生物脫氮工藝曝氣量較小，能夠適用于多種反應(yīng)器等優(yōu)點，被認(rèn)為是高效節(jié)能脫氮工藝的理想選擇，具有良好的發(fā)展前景。但是，現(xiàn)階段由于全程自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)的啟動周期較長，菌群結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)穩(wěn)定高效的運行，阻礙了該工藝在實際中的應(yīng)用和發(fā)展。近年來，厭氧氨氧化顆粒污泥因其具有沉降速率快，不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點已成為研究的熱點。由于單純的厭氧氨氧化顆粒污泥難以適應(yīng)好氧環(huán)境，通過加入絮狀污泥可以消耗溶解氧，能夠保護AAOB受到溶解氧的沖擊，同時產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮也AAOB代謝所必需的基質(zhì)。因此通過成熟的短程硝化污泥和厭氧氨氧化污泥不僅能夠?qū)崿F(xiàn)該工藝的快速啟動，同時多樣化的菌群形式也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于不同菌群的快速生長，對于實現(xiàn)自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的快速啟動及其高效穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種絮狀污泥和顆粒污泥共存的自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)啟動及高效運行方法，能夠?qū)崿F(xiàn)全程自養(yǎng)脫氮工藝中絮狀和顆粒污泥的穩(wěn)定共存以及協(xié)同高效脫氮，簡單易行，且對于其他絮狀與顆粒共存的脫氮系統(tǒng)也具有一定的適用性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

1.一種絮狀污泥和顆粒污泥共存的自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)啟動及高效運行方法，采用序批式反應(yīng)器，包括如下步驟：

1)絮狀及顆粒污泥接種比例設(shè)置：

接種污泥來自穩(wěn)定運行的厭氧氨氧化反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥和短程硝化反應(yīng)器內(nèi)的絮狀污泥，絮狀污泥濃度為3-4g/L，其氨氮去除負荷為0.35kgN/m³/d，顆粒污泥濃度為4-5g/L，厭氧氨氧化活性為0.22gN/gMLVSS/d。接種時絮狀污泥和顆粒污泥的質(zhì)量比為2-3；

2)絮狀及顆粒污泥共存系統(tǒng)間歇曝氣變基質(zhì)啟動階段：

進水采用人工配制的模擬廢水，進水pH控制在7.4-8.2，溫度為28-32℃，溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，反應(yīng)周期為12h；系統(tǒng)采用間歇曝氣方式，曝氣段與厭氧段時間的比例為1:2；首先控制進水氨氮質(zhì)量濃度為100mg/L，當(dāng)氨氮轉(zhuǎn)化率達到85％以上時，提高進水氨氮質(zhì)量濃度，每次提高的幅度為20mg/L；當(dāng)進水氨氮質(zhì)量濃度達到200mg/L，氨氮去除率連續(xù)3天達到85％時，間歇曝氣變基質(zhì)階段啟動完成；

3)絮狀及顆粒污泥共存系統(tǒng)變曝氣時間啟動階段：

本階段保持進水氨氮濃度為200mg/L，縮短厭氧段時間，縮減幅度為1-2h，同時按10％-15％的幅度降低曝氣量；每次調(diào)整后，待氨氮轉(zhuǎn)化率和總氮去除率分別恢復(fù)至85％和75％，并穩(wěn)定2-4天，再進行下一次調(diào)整，直到厭氧段時間為0h，反應(yīng)器轉(zhuǎn)為連續(xù)曝氣運行模式，即曝氣時間漸變階段啟動完成；

4)絮狀及顆粒污泥共存系統(tǒng)污泥比例調(diào)控高效運行階段：

進入絮狀及顆粒高效運行階段后，沉淀時間設(shè)置為8-12min，攪拌轉(zhuǎn)速為80-100rpm/min，控制絮狀污泥與顆粒污泥質(zhì)量比在2.02-2.31之間，進水氨氮濃度繼續(xù)保持200mg/L，若出水亞硝態(tài)氮濃度大于20mg/L，且氨氮轉(zhuǎn)化率小于85％時，按10％-20％的幅度減小曝氣量；若出水亞硝態(tài)氮濃度小于20mg/L，但氨氮轉(zhuǎn)化率小于85％時，按10％-20％的幅度增大曝氣量；當(dāng)絮狀與顆粒污泥比例小于2.02時，增加沉淀時間至12-15min，同時將出水水箱中的絮狀污泥回加至反應(yīng)器；當(dāng)絮狀與顆粒污泥比例大于2.31時，縮短沉淀時間至4-8min，同時將攪拌速率增大至110-130rpm/min。當(dāng)氨氮轉(zhuǎn)化率大于90％，總氮去除率大于80％時，反應(yīng)周期縮減1-2h。

本發(fā)明的有益效果是：

①本發(fā)明根據(jù)絮狀及顆粒污泥相互作用規(guī)律，創(chuàng)新性地提出控制絮狀與顆粒污泥比例的方法，即通過污泥比例調(diào)控，使系統(tǒng)中不同形態(tài)的污泥維持在良好的生長狀態(tài)，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。

②本發(fā)明所提出的變曝氣時間的方法能夠有效地使系統(tǒng)中厭氧菌群適應(yīng)工況的變化，保持系統(tǒng)菌群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

③本發(fā)明中所涉及到的曝氣時間減少的同時降低曝氣量的方法有利于AAOB逐步適應(yīng)有氧環(huán)境。

④本發(fā)明提出的啟動及運行方法能高效地促進AOB在顆粒污泥表面的富集生長。在顆粒污泥表面富集的AOB能夠消耗氧氣，保護AAOB免受氧氣沖擊，同時AOB產(chǎn)生的亞硝酸鹽也為AAOB提供了基質(zhì)。

⑤本發(fā)明中所提到的接種污泥的比例是結(jié)合絮狀、顆粒污泥濃度及其處理氨氮的能力所確定，使不同形態(tài)的污泥能夠更快地適應(yīng)單級自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)。

⑥本發(fā)明通過沉淀時間和攪拌速率進行污泥比例的調(diào)控，能較快的達到控制比例的目的。

⑦本發(fā)明接種成熟的短程硝化污泥和厭氧氨氧化污泥，污泥適應(yīng)能力更強，啟動時間更短。

⑧本發(fā)明提供的啟動及高效運行方法與傳統(tǒng)污水生物脫氮工藝相比，不需要額外添加有機碳源，且所需曝氣量更低，大大節(jié)約了運行成本。

⑨本發(fā)明既適用于單級自養(yǎng)脫氮工藝在高氨氮條件下的快速啟動，同時也適用于該工藝在城市污水中的快速啟動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所采用的SBR試驗裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明啟動及高效運行階段進出水NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-質(zhì)量濃度變化曲線圖；

圖3是本發(fā)明啟動及高效運行階段氨氮及總氮去除率變化曲線圖。

圖中：1、進水水箱；2、進水水泵；3、電機；4、水浴層出水口；5、水浴層；6、曝氣盤；7、水浴層進水口；8、攪拌槳；9、出水水泵；10、空氣泵；11、出水水箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。

實施例1，見圖1至圖3：

本發(fā)明提供一種絮狀污泥和顆粒污泥共存的自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)啟動及高效運行方法，反應(yīng)器采用機玻璃制成的圓柱形SBR反應(yīng)器，高40cm，直徑15cm，有效體積為4L，每次出水2L，反應(yīng)器系統(tǒng)包括進水水箱1、進水水泵2、電機3、水浴層出水口4、水浴層5、曝氣盤6、水浴層進水口7、攪拌槳8、出水水泵9、空氣泵10、出水水箱11(附圖1)，采用周期式培養(yǎng)方式，包括如下步驟：

1)絮狀及顆粒污泥接種比例設(shè)置：

接種污泥為實驗室培養(yǎng)成熟的短程硝化絮狀污泥和厭氧氨氧化顆粒污泥，進水氮負荷分別為其氨氮去除負荷為0.35kgN/m³/d，厭氧氨氧化活性為0.22gN/gMLVSS/d，按質(zhì)量比為2將短程硝化絮狀污泥和厭氧氨氧化顆粒污泥進行混合，接種總體積為1.2L；

2)絮狀及顆粒污泥共存系統(tǒng)間歇曝氣變基質(zhì)啟動階段：

進水采用人工配水，由NH₄Cl、NaNO₂與NaHCO₃配制而成，進水氨氮濃度為100mg/L，磷酸鹽濃度為2-4mg/L，pH為7.56-8.07，曝氣采用空氣壓縮機進氣，由轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量，控制反應(yīng)溫度在28-32℃，啟動初期的水力停留時間根據(jù)接種污泥原有的狀態(tài)進行設(shè)定，反應(yīng)周期為12h，分為曝氣階段和厭氧階段，運行時間分別為4h和8h，曝氣量初始設(shè)定為1.1L/min。在接種污泥后啟動的第1天，氨氮轉(zhuǎn)化率只有65％，從第3天起逐步增加，到第5天，氨氮轉(zhuǎn)化率已經(jīng)超過85％。隨后繼續(xù)提高系統(tǒng)進水氨氮濃度。每次調(diào)整后氨氮轉(zhuǎn)化率均有一定程度的下降，下降幅度最大時降低到68％，在此階段氨氮轉(zhuǎn)化率基本均維持在70％以上。系統(tǒng)氨氮轉(zhuǎn)化率重新達到85％以上的時間一般為2-4天，恢復(fù)時間較短，啟動經(jīng)過35天，反應(yīng)器內(nèi)曝氣量調(diào)整到0.8L/min，且氨氮轉(zhuǎn)化率達到90％以上，進入下一階段；

3)絮狀及顆粒污泥共存系統(tǒng)變曝氣時間啟動階段：

穩(wěn)定兩天后，第37天厭氧時間減少到4h，氨氮去除率仍達到88％，在之后的兩天一直保持在85％以上。第39天，將厭氧段時間縮減至2h，調(diào)整一天后，氨氮去除率達到91％。第41天曝氣模式完全轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)曝氣模式。與此同時每次縮減厭氧段時間后適當(dāng)調(diào)低反應(yīng)器曝氣量。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，曝氣量按照10-15％的幅度進行調(diào)整，直到最后曝氣量降到0.6L/min。第45天氨氮轉(zhuǎn)化率仍保持在85％以上，總氮去除率在80％以上，認(rèn)為該階段成功啟動，進入高效運行階段；

4)絮狀及顆粒污泥共存系統(tǒng)污泥比例調(diào)控高效運行階段：

此階段進水氨氮濃度為180-220mg/L，反應(yīng)器曝氣量在0.4-0.6L/min之間，維持絮狀污泥和顆粒污泥的質(zhì)量比在2.02-2.23之間。運行至第46天，氨氮去除率保持在85％以上，將反應(yīng)器運行周期縮短為11h，以維持高效低耗的脫氮目的。調(diào)整后氨氮轉(zhuǎn)化率變化不大，在80％-90％之間。在第48天，系統(tǒng)內(nèi)絮狀污泥量減少，絮狀污泥和顆粒污泥的質(zhì)量比降低1.95，通將沉淀時間延長至13min，攪拌速度設(shè)置為110rpm/min同時將排出的絮狀污泥重新加回到反應(yīng)器內(nèi)。在第52天絮狀污泥和顆粒污泥的質(zhì)量比恢復(fù)到2.02以上。整個高效運行期間，出水氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度均較低，氨氮轉(zhuǎn)化率保持在85％以上，總氮去除率基本保持在75％以上。第53天，反應(yīng)器運行周期縮短至9h，氨氮轉(zhuǎn)化率降低到82％，此時增大溶解氧到0.5mg/L。運行到第55天，氨氮轉(zhuǎn)化率恢復(fù)至90％，總氮去除率為85％。此后每次縮短1h的運行時間。到第74天，反應(yīng)器周期為4h，溶解氧濃度為0.49-0.55mg/L，系統(tǒng)總氮去除負荷穩(wěn)定在2.4-2.7kgN/m³/d之間。

實驗過程中，對反應(yīng)器啟動及高效運行階段進出水NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-質(zhì)量濃度變化進行了跟蹤測試，結(jié)果見附圖2；啟動及高效運行階段氨氮及總氮去除率變化情況見附圖3。

以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：可以對本發(fā)明進行修改或者同等替換，但不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。