一種全程自養(yǎng)脫氮工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法
【專利摘要】一種全程自養(yǎng)脫氮工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法屬于城市污水處理與資源化領(lǐng)域。在一個序批式反應器內(nèi)啟動全程自養(yǎng)脫氮（CANON）工藝，其步驟為：首先接種部分CANON生物濾柱反沖洗污泥，并在限制供氧的條件下，進行CANON顆粒污泥的培養(yǎng)；曝氣不僅可以提供需要的溶解氧，還提供形成顆粒所必需的水力剪切力。本發(fā)明解決了長期以來CANON工藝在生物濾柱上實現(xiàn)運行時存在的容易堵塞等多種問題，并且能在較快的時間內(nèi)啟動方式，為CANON工藝應用于中高濃度氨氮模擬廢水方面提供新的思路。
【專利說明】一種全程自養(yǎng)脫氮工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于城市生活污水處理與再生領(lǐng)域。具體涉及專用于中高氨氮水平下全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人為排放污水量急劇增加，水體污染現(xiàn)象越來越嚴重，氮素污染是其中主要的危害，使水體富營養(yǎng)化進而對人類造成嚴重危害。目前，針對于污水中氮素的去除，城市污水處理廠多采用傳統(tǒng)硝化反硝化的脫氮工藝，如厭氧-缺氧-好氧的A2/O工藝等。但基于傳統(tǒng)硝化反硝化工藝存在諸多弊端，例如需要外加大量有機碳源，產(chǎn)生大量污泥和溫室氣體造成二次污染，消耗大量的堿度和能源，基建成本較高，并且越來越難以達到日益苛刻的城市污水排放標準。
[0003]基于上述問題，上世紀九十年代發(fā)展起來的CANON(completely autotrophicnitrogen removal over nitrite)工藝，以其獨特的脫氮方式成為科學家研究的熱點。CANON工藝是亞硝化和厭氧氨氧化的耦合，進行亞硝化反應的亞硝化菌(AOB)和進行厭氧氨氧化的厭氧氨氧化菌(Anammox)單級反應器內(nèi)可以通過耦合作用達到直接去除氨氮的目的，在氧氣存在的條件下，AOB以氨氮為電子供體，O2為電子受體，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，Anammox菌是一種厭氧自養(yǎng)菌,在厭氧的情況下利用NOf將剩余的NH4+_N直接轉(zhuǎn)化為N2，同時生成少量硝酸鹽氮。由于CANON工藝中的兩種菌都是自養(yǎng)細菌，所以無需外加有機碳源，產(chǎn)生少量污泥和N2，不會造成二次污染。而氨氮只需要部分氧化為亞硝酸鹽氮，不存在全程硝化以及反硝化過程，因此也可以節(jié)約大量的曝氣以及無機碳源。理論上總氮去除率可以達到80%以上，是高效節(jié)能脫氮工藝的理想選擇。目前，CANON工藝生物濾柱技術(shù)發(fā)展較為成熟，但是填料的存在不可避免的會出現(xiàn)堵塞的問題，從而大大降低處理效果，甚至導致整個系統(tǒng)崩潰。
[0004]因此，針對生物濾柱易堵塞的問題，如何解決這個問題使該工藝能夠長期穩(wěn)定運行，對于CANON工藝的進一步應用具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種在中高氨氮濃度水質(zhì)條件下快速培養(yǎng)富集全程自養(yǎng)脫氮顆粒污泥的方法。為達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種全程自養(yǎng)脫氮工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法，采用SBR反應器，周期運行，其特征在于:包括如下步驟:
[0007]I)首先接種污泥于反應器內(nèi):反應器所接種的污泥為CANON生物濾柱反沖洗出的絮狀污泥，污泥粒徑100_150nm，接種污泥濃度為2_3g/L ；
[0008]2)在連續(xù)曝氣的條件下，反應器快速啟動的具體方法為:第I階段:進水，采用人工模擬配水，控制進水氨氮質(zhì)量濃度為250-340mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0_8mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1400_2000mg/L，pH為7.5-8.3 ;第II階段:反應，溫度為28-32°C，曝氣提供上升流速和溶解氧，溶解氧DO為0.15-0.45mg/L，初始上升流速為93.59cm/h,當總氮去除率達到60%以上穩(wěn)定3_4天時在下一周期以25-35cm/h提高上升流速，直到280.77cm/h ;初始水力停留時間HRT為22h，當總氮去除率達到65%-75%且穩(wěn)定5-8天，在下一周期降低HRT3-7h，最終HRT為12h ?’第III階段:沉淀:控制初始沉降時間15min,當泥位到排水口以下5cm處時,在下一周期沉降時間降低
3-6min,最終沉降時間為5min ;第IV階段:排水，換水比50% ;第V階段:閑置:閑置時間
2-10h,閑置后循環(huán)進行下一周期；
[0009]啟動成功的標志:當混合液的顆粒粒徑大于300nm，并且總氮去除大于60%，亞硝酸氮積累小于8mg/L時，認為自養(yǎng)脫氮顆粒污泥培養(yǎng)啟動成功。
[0010]具體原理如下:
[0011]I)首先接種污泥于反應器內(nèi):正在穩(wěn)定運行的自養(yǎng)脫氮生物濾柱由于生物量的積累，會出現(xiàn)堵塞，此時一般會通過反沖洗的方式解決，沖洗出的污泥接種到SBR反應器內(nèi)采用序批式培養(yǎng)的方式培養(yǎng)，接種污泥濃度2_3g/L。
[0012]2)在連續(xù)曝氣的條件下，反應器快速啟動的具體方法為:連續(xù)曝氣條件下，上升流速由93.59cm/h逐步上升到280.77cm/h，配水的氨氮質(zhì)量濃度為250_340mg/L，提供適宜的堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1400-2000mg/L，溫度控制采用水浴加熱，水力停留時間HRT根據(jù)氨氮去除效果確定，當氨氮去除率大于70%穩(wěn)定5-8天，降低HRT3-7h。啟動成功的標志:由于是培養(yǎng)顆粒污泥，所以去除效果和顆粒粒徑是不可少的兩個衡量指標，參考國內(nèi)外文獻明確顆粒形成的標志一般是平均粒徑大于300nm，相對于CANON工藝來說，總氮去除率大于60%，亞硝酸氮積累小于8mg/L，認為自養(yǎng)脫氮顆粒污泥培養(yǎng)啟動成功。
[0013]本發(fā)明通過培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法，克服了生物濾柱本身存在的缺陷，按照本發(fā)明的方法，經(jīng)過60余天的培養(yǎng)，成功培養(yǎng)出CANON顆粒污泥，為該工藝的應用提供了新思路。當混合液的顆粒粒徑大于300nm，并且總氮去除大于60%，亞硝酸氮積累小于8mg/L時，認為自養(yǎng)脫氮顆粒污泥培養(yǎng)啟動成功。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]I)確立了以濾柱反沖洗污泥作為種泥啟動顆粒污泥培養(yǎng)的可能性；
[0016]2)確立了較為完整的CANON顆粒污泥培養(yǎng)模式，有效的解決了生物濾柱存在的弊端。為工程實踐奠定了基礎(chǔ)；
[0017]3)確定了以曝氣量作為衡量水力剪切力的控制指標，簡單易行，便于操作。
[0018]4)確定了培養(yǎng)過程中各種水質(zhì)指標的控制范圍，為工程實踐奠定了基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0019]圖1是本發(fā)明采用的CANON試驗裝置示意圖。
[0020]1.進水泵；2.空氣泵；3.火山巖填料；4.取樣口 ；5.取料口
[0021]圖2是采用本發(fā)明方法的反應器氨氮去除率、總氮去除率與水力停留時間變化。
[0022]圖3是采用本發(fā)明方法的反應器氨氮去除負荷、總氮去除負荷與游離氨差值之間的關(guān)系。
[0023]圖4是采用本發(fā)明方法的反應器進出水氨氮和曝氣之間的變化關(guān)系。
[0024]圖5是采用本發(fā)明方法的反應器進出水總氮和曝氣之間的變化關(guān)系。[0025]圖6是采用本發(fā)明方法的反應器粒徑與上升流速之間的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0026]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。
[0027]本發(fā)明解決中高氨氮污水CANON工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法，其思路為:在序批式反應器中，首先接種CANON濾柱反應器中反沖洗出的污泥，采用連續(xù)曝氣并控制一定溶解氧濃度的方法，創(chuàng)造適于AOB和Anammox兩種細菌都適宜生存的環(huán)境,構(gòu)建了以AOB和Anammox為主導的微生物系統(tǒng),通過曝氣的大小控制上升流速,從而提供相應的水力剪切力，最終實現(xiàn)CANON工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動。
[0028]本發(fā)明反應器接種的污泥為CANON濾柱反應器中反沖洗出的污泥。由于本身就是CANON工藝，菌群做到了純化，有利于降低試驗周期，并且能提高試驗成功的可能性。在培養(yǎng)顆粒污泥階段，由于AOB是好氧菌而Anammox是厭氧菌，所以要控制一定的溶解氧范圍使得既不抑制Anammox的活性，又使得AOB活性盡可能達到最佳，本發(fā)明采用連續(xù)曝氣并控制一定溶解氧濃度的方法。開始時溶解氧要足夠低，也就是體現(xiàn)在曝氣要足夠小。確保Anammox在反應器內(nèi)富集并且適應，當漸漸有顆粒形成時，AOB會在顆粒的外層而Anammox會聚集在內(nèi)層，從而形成外部好氧內(nèi)部厭氧的環(huán)境，使得抗沖擊能力得到顯著提高。此后可以縮短提高溶解氧的周期，使顆?？焖偕L。從反應器運行來看，采用人工模擬配水，控制進水氨氮質(zhì)量濃度為250-340mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0_8mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1400-2000mg/L，pH為7.8-8.3，溫度為28-32°C，上升流速93.59-280.77cm/h，控制沉淀時間4_15min，水力停留時間為12_22h。
[0029]各個標準對于顆粒形成的標準不一樣，本發(fā)明認為顆粒形成既要有較大的粒徑又要有相對好的處理效果，顆粒污泥平均粒徑達到380nm，總氮去除率達到60%，達到較好的去除效果。
[0030]具體實施例:
[0031]接種CANON生物濾柱反沖洗污泥，接種污泥濃度為2.89g/L,接種總量約為3L，污泥初始粒徑100-150nm。試驗用水采用人工配水，以自來水中添加適量的(NH4)2S04、NaHCO3和KH2PO4配置而成，。
[0032]反應器采用有機玻璃柱加工而成，內(nèi)徑7mm，總高度1000mm，總體積3.8L，有效容積3.4L。底部設(shè)有曝氣裝置，由轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量大小。
[0033]具體運行如下:進水:氨氮質(zhì)量濃度為250_340mg/L ;磷酸鹽質(zhì)量濃度為5_10mg/L ;堿度質(zhì)量濃度(以CaCO3計)為1400-2000mg/L。
[0034]反應:對反應器進行連續(xù)曝氣，經(jīng)過初始幾天的適應，初始上升流速93.59cm/h,當總氮去除率達到60%以上穩(wěn)定3-4天時在下一周期以25-35cm/h提高上升流速，直到280.77cm/h,開始控制溶解氧0.2mg/L,保證溶解氧不高于0.45mg/L。反應器有恒溫水浴裝置，設(shè)置恒溫水浴水溫為31 °C，初始pH值為控制在8.0-8.3，水力停留時間為由22h逐步降低，以氨氮氧化率為衡量指標，當氨氮氧化70%以上且穩(wěn)定5-8天以上時在下一周期降低HRT3-7h，最終 HRT 為 12h。
[0035]沉淀:開始時沉淀時間15min，以泥位在出水口為標準，當下降到出水口以下5cm時在下一周期降低沉淀時間5min,最后降低到5min。
[0036]出水:本發(fā)明換水比50%。
[0037]靜置:反應器排水完畢靜置2-10h，閑置后循環(huán)進行下一周期。
[0038]以亞氮積累率小于8mg/L，并且硝氮生成量與總氮損失之比小于0.125為衡量曝氣量是否 合適的標準，在運行控制條件下，反應器有明顯的氨氮去除現(xiàn)象，總氮去除率達到70%,氨氮去除負荷達到0.53kg/ (m3.d)以上,顆粒粒徑增長到380nm,歷時68d。
【權(quán)利要求】
1.一種全程自養(yǎng)脫氮工藝顆粒污泥培養(yǎng)的快速啟動方法，采用SBR反應器，周期運行，其特征在于:包括如下步驟: 1)首先接種污泥于反應器內(nèi):反應器所接種的污泥為CANON生物濾柱反沖洗出的絮狀污泥，污泥粒徑100_150nm，接種污泥濃度為2_3g/L ； 2)在連續(xù)曝氣的條件下，反應器快速啟動的具體方法為:第I階段:進水，采用人工模擬配水，控制進水氨氮質(zhì)量濃度為250-340mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為0_8mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1400_2000mg/L，pH為7.5-8.3 ;第II階段:反應，溫度為28-32°C，曝氣提供上升流速和溶解氧，溶解氧DO為0.15-0.45mg/L，初始上升流速為93.59cm/h,當總氮去除率達到60%以上穩(wěn)定3_4天時在下一周期以25_35cm/h提高上升流速，直到280.77cm/h ;初始水力停留時間HRT為22h，當總氮去除率達到65%-75%且穩(wěn)定5-8天，在下一周期降低HRT3-7h，最終HRT為12h ;第III階段:沉淀:控制初始沉降時間15min,當泥位到排水口以下5cm處時,在下一周期沉降時間降低3_6min,最終沉降時間為5min ?’第IV階段:排水，換水比50% ?’第V階段:閑置:閑置時間2_10h，閑置后循環(huán)進行下一周期； 啟動成功的標志:當混合液的顆粒粒徑大于300nm，并且總氮去除大于60%，亞硝酸氮積累小于8mg/L時，認為自 養(yǎng)脫氮顆粒污泥培養(yǎng)啟動成功。
【文檔編號】C02F3/34GK103539263SQ201310503508
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】李冬, 蘇慶嶺, 吳青, 梁瑜海, 張肖靜, 楊胤, 張翠丹, 范丹, 張玉龍, 周元正, 門絢, 何永平, 曾輝平, 張 杰 申請人:北京工業(yè)大學