專利名稱：一種常溫低氨氮污水全程自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動(dòng)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、低氨氮水平下的生物膜法全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝的快速啟動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)水平的增長(zhǎng)，人類活動(dòng)的加劇，水體污染越來(lái)越嚴(yán)重，其中氮素污染是一項(xiàng)主要的危害，對(duì)自然環(huán)境及人類的健康影響極大。目前，針對(duì)于氮素的去除，城市污水處理廠多采用基于傳統(tǒng)硝化反硝化原理的脫氮工藝，如A2/0、氧化溝等。這些工藝雖然對(duì)于氮素有一定的去除效果，但是在過(guò)程中需要外加有機(jī)碳源，消耗大量的堿度和能源，且基建投資及運(yùn)營(yíng)成本較高。因此，近幾年來(lái)，研究者不斷地尋找新型的脫氮工藝，以期克服傳統(tǒng)脫氮工藝的缺點(diǎn)，達(dá)到高效節(jié)能的目的?；趨捬醢毖趸淼腃ANON(completely autotrophicnitrogen removal over nitrite)工藝早在上世紀(jì)90年代由Siegrist等人在高氨氮負(fù)荷且氧濃度有限的廢水處理系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。之后，Third提出了 CANON工藝中起主導(dǎo)作用的兩種菌，分別是好氧氨氧化菌(AOB)與厭氧氨氧化菌(Anammox)。二者在同一個(gè)反應(yīng)器中，AOB位于填料或污泥絮體的外層，在好氧的條件下，以NH/-N為電子供體，O2為電子受體，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，Anammox菌則位于填料或污泥絮體的內(nèi)層，在厭氧的情況下利用N02_將剩余的NH4+-N轉(zhuǎn)化為N2。CANON等基于ΑΝΑΜΜ0Χ原理的工藝，由于全程自養(yǎng)，因此無(wú)需外加有機(jī)碳源，可節(jié)約大量的曝氣以及無(wú)機(jī)碳源，是高效節(jié)能脫氮工藝的理想選擇。然而目前，CANON工藝仍處于試驗(yàn)研究階段，起初構(gòu)建該工藝時(shí)多采用高溫高氨氮的人工配水或者消化污泥脫水液、垃圾滲濾液等工業(yè)廢水進(jìn)行。眾多研究者的研究結(jié)論表明，CANON反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn)定的厭氧氨氧化反應(yīng)是工藝啟動(dòng)成功乃至穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，然而厭氧氨氧化菌較長(zhǎng)的生長(zhǎng)周期，和較低的生長(zhǎng)速率(μ = 0.002711'倍增時(shí)間為10. 6d)限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用和發(fā)展。因此，針對(duì)城市生活污水溫度低、氨氮濃度低的特點(diǎn)，如何在常溫低氨氮的條件下，通過(guò)控制反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)行條件，從而快速富集厭氧氨氧化菌是縮短CANON啟動(dòng)時(shí)間的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于CANON工藝的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在常溫低氨氮濃度水質(zhì)條件下，縮短厭氧氨氧化菌的富集時(shí)間，快速啟動(dòng)CANON工藝的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所提供的一種快速啟動(dòng)CANON工藝的方法，是在常溫條件下，以模擬實(shí)際生活污水低氨氮濃度的配水為進(jìn)水，以上向流的生物濾池為試驗(yàn)裝置如圖I所示，內(nèi)部裝填火山巖活性生物陶粒濾料，采用上向流的進(jìn)水方式，底部設(shè)有曝氣裝置，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。試驗(yàn)中主要通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)裝置的水力停留時(shí)間和曝氣量，來(lái)實(shí)現(xiàn)CANON工藝的啟動(dòng)。
I)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)器所接種的污泥為市政污水處理廠A2/0池內(nèi)的回流污泥，接種污泥濃度為4-5g/L ；2)在連續(xù)曝氣的條件下，反應(yīng)器好氧硝化啟動(dòng)的具體方法為采用人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0—10mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L，堿度質(zhì)量濃度(以CaO計(jì))為450—700mg/L，溫度為15_23°C，曝氣量為3-10m3/(m3 · h)，pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為8_15h，當(dāng)出水中的Ν03__Ν占TN比例大于50%時(shí)，好氧硝化階段啟動(dòng)成功，以亞硝化菌和硝化菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)成功構(gòu)建。3)通過(guò)間歇曝氣/厭氧的方式，反應(yīng)器厭氧氨氧化啟動(dòng)的具體方法為采用人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L，堿度質(zhì)量濃度(以CaO計(jì))為450—700mg/L。在一天24h內(nèi)，12h連續(xù)曝氣，控制曝氣量為Ι.δΙ.δπινΟιι3·!!)，之后12h停止曝氣，并按照氨氮亞氮=I 1.3的比例配置亞硝酸鹽氮，曝停比為I I。溫度為15-23°C，pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為5-10h，當(dāng)ΛΝ02_-Ν/ΛΝΗ/-Ν及ΛΝ03_-Ν/ΛΝΗ4+-Ν值在I. 2-1. 4和O. 2-0. 3之間，并保持穩(wěn)定運(yùn)行兩周以上時(shí)， 厭氧氨氧化階段啟動(dòng)成功。4)通過(guò)限制性供氧持續(xù)曝氣，反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮(CANON)階段啟動(dòng)的具體方法為采用人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0—10mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L，堿度質(zhì)量濃度(以CaO計(jì))為450—700mg/L，溫度為15-23°C，曝氣量為8. 5-35. Om3/ (m3 · h)，pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為0. 4-5. 8h，當(dāng)系統(tǒng)的氨氮去除率和總氮去除率最高分別達(dá)到90%和75%以上，且Λ Ν03_-Ν/ Δ ΝΗ4+-Ν值在
0.10-0. 25時(shí)，CANON階段成功啟動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)好氧硝化啟動(dòng)一厭氧氨氧化啟動(dòng)一限氧CANON啟動(dòng)的方法，通過(guò)對(duì)水力停留時(shí)間和曝氣量的控制，在實(shí)現(xiàn)硝化效果的基礎(chǔ)上，在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化菌的富集，并且縮短了常溫低氨氮污水CANON反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間。啟動(dòng)過(guò)程操作簡(jiǎn)單，容易控制，以本發(fā)明方法啟動(dòng)反應(yīng)器，反應(yīng)器出水氨氮及總氮去除率分別達(dá)到了 90%和75%以上，氨氮及總氮去除負(fù)荷分別達(dá)到了 I. 50kg/(m3 · d)和I. 00kg/(m3 · d)以上，達(dá)到了較高的脫氮效果。


圖I是本發(fā)明采用的CANON試驗(yàn)裝置示意圖。I.進(jìn)水泵；2.空氣泵；3.火山巖填料；4.取樣口 ；5.取料口圖2是采用本發(fā)明方法的反應(yīng)器在厭氧氨氧化啟動(dòng)階段的去除負(fù)荷與ANO2--N/ΛΝΗ4+-Ν、ΛΝ(ν_Ν/ΛΝΗ4+-Ν 變化。圖3是采用本發(fā)明方法的反應(yīng)器在CANON啟動(dòng)階段氨氮、總氮去除效果與
Δ NO3^-N/ Δ NH4+-N 變化。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)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。本發(fā)明常溫低氨氮污水生物膜法CANON工藝的啟動(dòng)方法，其思路為在火山巖活性陶粒濾料的上向流生物濾池反應(yīng)器中，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)硝化細(xì)菌，構(gòu)建了以亞硝化菌和硝化菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)；之后，采用間歇曝氣/厭氧的方式創(chuàng)造有利于好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌生存的微環(huán)境，快速富集厭氧氨氧化菌；最后在反應(yīng)器達(dá)到穩(wěn)定的厭氧氨氧化效果的基礎(chǔ)上,持續(xù)限氧曝氣，并逐步加大進(jìn)水負(fù)荷，促使好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)CANON工藝在常溫低氨氮下的啟動(dòng)。本發(fā)明反應(yīng)器接種的污泥為城市污水處理廠二沉池回流污泥。由于回流污泥中存在著大量的硝化細(xì)菌，因此有利于進(jìn)一步培養(yǎng)馴化硝化細(xì)菌。在好氧硝化階段，采用連續(xù)曝氣并控制一定溶解氧濃度的方法，含有氨氮的廢水進(jìn)入生物濾池后，微生物會(huì)逐漸在陶粒濾料吸附、生長(zhǎng)，形成生物膜的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境。從反應(yīng)器運(yùn)行來(lái)看，氨氮在這一階段出現(xiàn)了明顯的去除，且硝酸鹽氮在出水中逐漸增多，認(rèn)為當(dāng)出水中的Ν03_-Ν占TN比例大于50%時(shí)，硝化生物膜啟動(dòng)成功，以亞硝化菌和硝化菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)成功構(gòu)建?？刂茥l件為曝氣量為3-10m3/(m3 *h)，pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為 8-15h，堿度為 450-700mg CaO/L。本發(fā)明采用的反應(yīng)器為火山巖活性陶粒濾料的生物濾池，利用生物膜法脫氮，而生物膜本身有具有外部好氧內(nèi)部缺氧/厭氧的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，正適宜于好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌的共存。通過(guò)好氧硝化階段的培養(yǎng)，生物膜已經(jīng)在濾料表面固著良好，因此，在間歇曝氣/厭氧這樣的模式下，夜間進(jìn)水符合厭氧氨氧化反應(yīng)所需的基質(zhì)濃度比例，ΑΝΑΜΜ0Χ菌得到充足的代謝底物和良好的生存環(huán)境而快速生長(zhǎng)繁殖；白天，在不投加亞氮、少量曝氣即低溶解氧的條件下，ΑΝΑΜΜ0Χ菌又可以與AOB共同存在，互惠互利，AOB為ΑΝΑΜΜ0Χ菌提供底物，而ΑΝΑΜΜ0Χ菌消耗亞硝酸鹽又可解除亞硝酸鹽對(duì)AOB生長(zhǎng)代謝的抑制作用。這樣不斷循環(huán)往復(fù)，隨著曝氣量的不斷增大，AOB的增殖速度加快，生物膜越來(lái)越厚，而較厚的生物膜對(duì)于氧氣的消耗作用又使得膜內(nèi)層厭氧氨氧化反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化過(guò)程的成功啟動(dòng)?？刂茥l件為曝氣階段曝氣量大小為I. 8-3. 5m3/(m3*h)，曝停比為I : 1，不論曝氣與否，pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為5-10h，堿度為450_700mg CaO/L。本發(fā)明中反應(yīng)器在常溫低氨氮的條件下運(yùn)行，然而目前CANON工藝多用于處理高溫高氨氮的工業(yè)廢水，運(yùn)行溫度也一般維持在30 35°C之間，當(dāng)溫度為30°C時(shí)最有利于保持CANON系統(tǒng)內(nèi)亞硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)之間的動(dòng)態(tài)平衡以及氨氮的快速去除。因此，在常溫低基質(zhì)濃度的條件下，持續(xù)厭氧的方式顯然需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的厭氧氨氧化反應(yīng)。而間歇曝氣/厭氧的啟動(dòng)方式則對(duì)環(huán)境溫度的依賴性不大，在常溫的條件下這種方法更有利。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的全程自養(yǎng)脫氮，關(guān)鍵在于曝氣量的控制，基于在低DO下，亞硝化菌對(duì)于氧氣的親和力大于硝化菌，既對(duì)氧的利用率較高，增殖較快。因而,在CANON的啟動(dòng)階段，要通過(guò)限氧的控制，既不能使溶解氧過(guò)大抑制厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)繁殖，又不能過(guò)小使AOB活性降低，好氧氨氧化反應(yīng)進(jìn)行不充分，亞氮生成少，進(jìn)而影響到了以亞氮為基質(zhì)的厭氧氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，適宜的曝氣量既能夠?yàn)樯锬ね鈱拥腁OB菌提供良好的生存環(huán)境，又不會(huì)影響內(nèi)層ΑΝΑΜΜ0Χ菌的活性，并且淘汰NOB菌，保證TN的去除效果?？刂茥l件為曝氣量為 8. 5-35. Om3/(m3 · h)，pH 為 7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為 0. 4-5. 8h，堿度為 450 _700mgCaO/Lο具體實(shí)施例接種北京市某市政污水處理廠的二沉池回流污泥于反應(yīng)器中，接種污泥濃度為4. 53g/L，接種總量約為13L。試驗(yàn)用水采用人工配水，以自來(lái)水中添加適量的(NH4)2S04、NaNO2、NaHCO3與KH2PO4配置而成，且不含有機(jī)碳源，厭氧氨氧化啟動(dòng)階段因需要進(jìn)水中投加亞硝酸鹽氮。具體水質(zhì)如下氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L ;亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0—10mg/L ;磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L ;堿度質(zhì)量濃度(以CaO計(jì))為450—700mg/L。反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃柱加工而成的生物濾柱，內(nèi)徑200mm，總高度2000mm，總體積40L，柱內(nèi)裝火山巖活性生物陶粒濾料，裝填高度為1650mm，有效容積18L。采用上向流的進(jìn)水方式，底部設(shè)有曝氣裝置，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量大小。好氧硝化啟動(dòng)階段對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)曝氣，在曝氣量為3. 5-5. 5m3/(m3 *h)，溫度為15-19°C，pH值為7. 6-7. 8，水力停留時(shí)間為IOh的運(yùn)行控制條件下，經(jīng)過(guò)15d，反應(yīng)器內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了明顯的氨氮去除現(xiàn)象，一個(gè)月左右出水中的Ν03_-Ν占TN比例平均為69. 2%，氨氮去除負(fù)荷達(dá)到1.0kg/(m3 · d)以上，可以認(rèn)為硝化階段啟動(dòng)完成，歷時(shí)40d。厭氧氨氧化啟動(dòng)階段系統(tǒng)采用間歇曝氣/厭氧方式運(yùn)行，曝停比為I : I。在一天24h內(nèi)，12h連續(xù)曝氣，曝氣量為2. 9-3. ImV(Hi^h),之后12h停止曝氣，并在此階段按照I I. 3配制(順4)2504、似勵(lì)2，亞氮濃度為120-14511^/1。其他控制條件為？!1值為7.8-8.0，水力停留時(shí)間為 5-10h。又經(jīng)過(guò) 40d 左右，Λ NO2^-N/ Δ ΝΗ4+-Ν 為 I. 2-1. 4，Δ NO3^-N/ Δ ΝΗ4+_Ν為O. 2-0. 3，成功實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化階段的啟動(dòng)。CANON啟動(dòng)階段在持續(xù)限氧曝氣，曝氣量為9. 0-32. 5m3/ (m3 · h)，溫度為19-21°C，pH值為7. 95-8. 10，水力停留時(shí)間為O. 45-2. 15h的運(yùn)行控制條件下，又經(jīng)過(guò)50d，CANON的氨氮及總氮去除效果趨于平穩(wěn)并且隨著水力負(fù)荷的提高而逐步上升，反映CANON過(guò)程的比值八勵(lì)3_4/八順4+4的值為0. 10-0. 25，并且保持穩(wěn)定30d以上，說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)已經(jīng)建立了穩(wěn)定的CANON反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的CANON啟動(dòng)，共歷時(shí)140d。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，CANON工藝的啟動(dòng)時(shí)間一般需要150d-300d，并且多在高溫或者高氨氮條件下進(jìn)行，因此，本方法是一種行之有效的在常溫低氨氮污水條件下快速啟動(dòng)CANON工藝的方法。反應(yīng)器在之后的穩(wěn)定運(yùn)行下，系統(tǒng)的氨氮去除率和總氮去除率最高分別達(dá)到90%和75%以上，平均總氮去除負(fù)荷達(dá)到了 I. 75kg/ (m3 · d),最高達(dá)到2. 41kg/ (m3 · d)。權(quán)利要求
1. 一種常溫低氨氮污水全程自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動(dòng)方法，采用上向流的火山巖活性生物陶粒濾料生物濾池反應(yīng)器，其特征在于包括如下步驟 1)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)器所接種的污泥為市政污水處理廠A2/0池內(nèi)的回流污泥，接種污泥濃度為4-5g/L ； 2)在連續(xù)曝氣的條件下，反應(yīng)器好氧硝化啟動(dòng)的具體方法為采用人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0—10mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaO計(jì)為450—700mg/L，溫度為15_23°C，曝氣量為3-10m3/(m3*h)，pH為7. 5-8·5，水力停留時(shí)間為8-15h，當(dāng)出水中的N03_-N占TN比例大于50%時(shí)，好氧硝化階段啟動(dòng)成功，以亞硝化菌和硝化菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)成功構(gòu)建； 3)通過(guò)間歇曝氣/厭氧的方式，反應(yīng)器厭氧氨氧化啟動(dòng)的具體方法為采用人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaO計(jì)為450—700mg/L ;在一天24h內(nèi)，12h連續(xù)曝氣，控制曝氣量為I. 8_3. 5m3/(!^ !^，之后口匕停止曝氣^卩曝停比為I;并按照氨氮亞氮=I I. 3的比例配置亞硝酸鹽氮；溫度為15-23°C, pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為5-10h,當(dāng)Δ NO2^-N/ Δ NH4+-N及Λ Ν03_-Ν/ Δ ΜΙΑΝ值分別在I. 2-1. 4和O. 2-0. 3之間，并保持穩(wěn)定運(yùn)行兩周以上時(shí)，厭氧氨氧化階段啟動(dòng)成功； 4)通過(guò)限制性供氧持續(xù)曝氣，反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮階段啟動(dòng)的具體方法為采用人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為80—120mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0—10mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5—10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaO計(jì)為450—700mg/L，溫度為15_23°C，曝氣量為8. 5-35. Om3/(m3 · h)，pH為7. 5-8. 5，水力停留時(shí)間為O. 4-5. 8h，當(dāng)系統(tǒng)的氨氮去除率和總氮去除率最高分別達(dá)到90%和75%以上，且Λ NO3--N/Λ NH4+-N值在O. 10-0. 25時(shí)，反應(yīng)器全程自養(yǎng)脫氮階段成功啟動(dòng)。
全文摘要
一種常溫低氨氮污水全程自養(yǎng)脫氮工藝的快速啟動(dòng)方法屬于城市污水處理與資源化領(lǐng)域。在一個(gè)生物濾池反應(yīng)器內(nèi)啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝，其步驟為首先接種部分硝化污泥，并在供氧充足的條件下，進(jìn)行好氧硝化啟動(dòng)，構(gòu)建以亞硝化菌和硝化菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)；然后通過(guò)間歇曝氣/厭氧，抑制硝化菌的生長(zhǎng)，富集厭氧氨氧化菌；最后連續(xù)曝氣，通過(guò)限制性供氧，控制氨氮氧化至亞硝酸階段，優(yōu)化亞硝化菌與厭氧氨氧化菌共存的微環(huán)境，成功地啟動(dòng)了CANON工藝。本發(fā)明解決了長(zhǎng)期以來(lái)厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)富集較慢的難題，并且啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單易行，降低了單級(jí)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)啟動(dòng)的難度，為常溫低氨氮模擬廢水CANON工藝的啟動(dòng)提供了方法。
文檔編號(hào)C02F101/16GK102642924SQ20121012626
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者孫宇, 崔少明, 張 杰, 曾輝平, 李冬, 楊卓, 梁瑜海, 暢曉燕, 蔡言安 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)