一种常温处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养方法
【专利摘要】一种常温处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养方法属于水环境恢复与再生领域、污水处理厂自养脱氮领域。本发明首先接种污水厂硝化污泥，利用高氨氮、高pH形成较高的游离氨，淘汰NOB菌，纯化AOB菌，使亚硝化工艺稳定运行；然后进水改用城市生活污水，并人工加入氨态氮，不断增加气体上升流速增加气体剪切力，逐步缩短沉淀时间，并调节曝气量保证一定的总氮损失、氨氧化率和亚硝化率实现絮状污泥颗粒化；最后改变进水为城市生活污水，强化其处理性能。成功实现了常温条件下处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的培养。
【专利说明】一种常温处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水环境恢复与再生领域、污水处理厂自养脱氮领域。具体涉及处理常温、低氨氮城市生活污水的亚硝化颗粒污泥启动的方法。
【背景技术】
[0002]十一五以来，国家加大了对于环境污染治理的力度，尤其在水环境恢复方面，推行了国家科技重大专项一水体污染控制与治理，其投入高达112.66亿元，而在十二五期间该数字将进一步增加为逾140亿元。此举是为了解决近年来过度排放的氮磷元素导致的水体富营养化问题。据2012年环境状况公报显示，全国地表水总体为轻度污染，湖泊富营养化状况严重，氮磷依旧为主要污染物。全国氨氮排放总量为253.6万吨，其中工业源和生活源的排放量达到了 171.1万吨，占氨氮排放总量的67.5%。因此，通过城市污水厂的兴建与运行，对工业生活等点源污染进行处理，去除氮磷等污染物，是缓解水环境危机的有效途径。
[0003]现阶段针对低碳氮比的城市生活污水，绝大部分污水处理厂采用基于硝化反硝化原理的传统工艺进行生物脱氮，为达到污水处理一级A排放标准，尤其是针对其中较为严格的氮素控制指标，需要外加有机碳源、无机碳源，消耗巨大能源用以硝化液回流以满足反硝化要求，使得污水处理成本居高不下；同时，投加的碳源最终变成温室气体，对环境造成了二次污染，这极大的制约了污水处理行业的发展。
[0004]亚硝化-厌氧氨氧化是近几年发展起来的新型自养脱氮工艺，自养微生物厌氧氨氧化菌以NH/-N为电子供体，NO2--N为电子受体，将其转化成N2,具有需氧量低、无需有机碳源和运行费用低等优点。厌氧氨氧化要求进水N02_-N/NH4+-N比为1.32:1，严格的进水条件成为限制该工艺发展的技术瓶颈。亚硝化作为其前提与基础，在实际研究中存在污泥难以持留及增长、抗冲击负荷能力差、长期运行容易失稳转向全程硝化等问题。颗粒污泥因其突出的沉降性能和结构上的氧传质特点，通过调节D0、回流比、HRT等条件较易实现稳定的半亚硝化，本研究将好氧颗粒污泥技术运用于亚硝化工艺，培养具有特殊AOB膜结构的半亚硝化颗粒污泥，为厌氧氨氧化提供合适比例的进水。实现对于常温低氨氮的城市生活污水的高效处理。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种常温条件SBR方式处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的培养方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]首先接种污水厂活性硝化污泥，人工配水:在较高游离氨条件下淘汰NOB菌，纯化好氧氨氧化菌，建立亚硝化工艺稳定运行。然后在生活污水中加入氨氮，继续保持较高的游离氨，在控制较低总氮损失以及较高亚硝化率的半亚硝化条件下，不断增大气体上升流速和逐步缩短沉淀时间，逐渐培养为颗粒污泥，之后进水改为生活污水强化其处理性能，最终实现其对于生活污水的处理。
[0008]本发明实例中，对于反应器基本状况进行了具体描述，但本方法并不局限于此参数反应器，一切SBR反应器皆可应用此方法。
[0009]一种常温处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养方法。包括如下步骤:
[0010]I)反应器搭建，反应器采用柱状SBR反应器，底部曝气，上部附加搅拌装置，反应一个周期包括进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段。反应器接种污水厂活性硝化污泥；
[0011]2)第I阶段，快速驯化污泥，淘洗亚硝酸盐氮氧化菌NOB ;具体方法为:采用人工配水,进水总氮只有氨态氮,进水氨氮质量浓度为400-420mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为2800-3000mg/L，pH为7.7-7.9，溶解氧范围在0.3-0.5mg/L，反应时间控制12_14h。当亚硝化率连续10个周期以上达到90%以上，认为污水厂硝化污泥中NOB菌已被淘洗，亚硝化反应稳定运行；
[0012]3)第II阶段，亚硝化好氧颗粒污泥培养阶段；具体方法为:进水为生活污水，其水质指标为COD浓度为240-280mg/L，人工加入硫酸铵控制进水氨氮质量浓度为200_240mg/L，加入NaHCO3补充进水碱度，碱度质量浓度以CaCO3计为1400_1600mg/L，pH为7.7-7.9。初始曝气气体上升气速介于4-8cm/min，氨氧化率在60%_65%，反应时间为6_8h，控制总氮损失在30-50mg/L。当亚硝化率连续7个周期以上超过85%随即在下一周期提高气体上升流速，提高幅度10%-20%。以氨氧化率在60%-65%所需的时间为反应时间，当氨氧化率连续3个周期以上高于65%随即在下一周期缩短反应时间，每次缩短幅度为10%-15%。沉降时间由沉降界面位置决定，当泥位界面位置在排水口以上5%-8%反应柱高度时排泥，当泥位界面位置在排水口以下10%-12%反应柱高度时降低沉降时间，每次降低幅度15-25%，直到沉降时间低于5min。当粒径超过500 μ m的污泥体积占总污泥体积80%以上，且连续运行7个周期以上亚硝化率达到85%以上，认为亚硝化颗粒污泥培养成功；
[0013]4)第III阶段，驯化亚硝化颗粒污泥处理城市生活污水阶段；具体方法为:控制进水为城市生活污水，其水质指标为COD浓度为240-280mg/L,氨氮质量浓度为60_95mg/L,碱度质量浓度以CaCO3计为400-500mg/L，pH为7.3-7.7，反应器底部连续曝气，曝气量控制在
0.6-0.9L/min,溶解氧范围在0.5-0.7mg/L,反应时间为2.5_4h控制氨氧化率在60%_65%。当亚硝化率连续8个周期以上超过80%时，认为处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养成功。
[0014]与现有的亚硝化工艺相比较，本发明具有以下有益效果:
[0015]I)本发明提供了一种可行的颗粒污泥与亚硝化结合的培养方法；
[0016]2)本发明提供了一种可行的处理生活污水的亚硝化颗粒污泥培养方法；
[0017]3)本发明提供了在常温低基质条件下，亚硝化颗粒污泥运行及维护的策略与方法。
[0018]本发明经过亚硝化稳定运行一亚硝化颗粒污泥培养一亚硝化颗粒污泥处理生活污水三个阶段，通过对气体上升流速、沉淀时间的控制，在实现较高亚硝化率的基础上，在较短的时间内实现了好氧亚硝化颗粒污泥处理城市生活污水的培养。启动过程操作简单，容易控制，以本发明方法启动反应器，能同时实现稳定的亚硝化工艺，为厌氧氨氧化自养脱氮工艺提供适合比例的进水。
[0019]以下结合【具体实施方式】对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
【专利附图】
【附图说明】:
[0020]图1是本发明采用的SBR试验装置示意图，A为反应器进水，B为反应器排水口，C为搅拌装置，D为曝气装置。
[0021] 图2是采用本发明方法的反应器在形成颗粒期间气体上升流速、沉淀时间及颗粒的平均粒径变化趋势。
[0022]图3是采用本发明方法的反应器在进水为生活污水条件下的进出水总氮、COD的浓度变化以及亚硝化率。
【具体实施方式】
[0023]本发明为一种常温SBR方式处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的培养方法，其思路为:通过亚硝化稳定运行一亚硝化颗粒污泥培养一亚硝化颗粒污泥处理生活污水。
[0024]试验装置为SBR反应器。试验装置由有机玻璃制成，内径100mm，高1.0m，总容积
7.85L，有效容积7L，反应器柱体每IOOmm设有一个取样口，底部安装有微孔曝气装置，上部装有机械搅拌机，控制搅拌转速IOOrpm.min-1。
[0025]反应器内首先接种污水厂活性硝化污泥。首先，纯化菌群，进水总氮中只有氨态氮，氨氮质量浓度为400-420mg/L，碱度质量浓度以CaC03计为2800-3000mg/L，pH为7.7-7.9，采用空气压缩机进气，曝气量为0.6L/min,溶解氧范围在0.45mg/L,反应时间控制14h，不控制温度。在高氨氮浓度、高pH条件下形成较高游离氨，利用较高的游离氨抑制好氧亚硝酸盐氮氧化菌Ν0Β,纯化好氧氨氧化菌,使亚硝化工艺稳定运行。经过18个周期的培养，亚硝化率已连续8个周期达到90%，硝态氮的生成量不超过5mg/L。
[0026]之后，进水基质改变，在生活污水中加入硫酸铵，其水质指标为COD浓度为240-280mg/L，氨氮质量浓度为200-240mg/L，加入NaHCO3补充进水碱度，碱度质量浓度以CaCO3计为1400-1600mg/L，pH为7.7-7.9。初始曝气量为0.4L/min,气体上升气速5.1cm/min,氨氧化率在60%,反应时间为6_8h,当运行至第26个周期，总氮损失一直在30_50mg/L，亚硝化率已连续8个周期超过85%，随即在第27个周期提高曝气量至0.45L/min,此时气体上升流速增至5.7cm/min，曝气增加引起的曝气剪切力增加可以使污泥形成表面光滑的颗粒，曝气的增加使氨氮氧化速率加快，故缩短反应时间为7.5h以保证半亚硝化的进行。此后反应器总氮损失在30-50mg/L，亚硝化率连续7个周期以上超过85%随即在下一周期提高气体上升流速，提高幅度10%-20%，并以氨氧化率在60%-65%所需的时间为反应时间，当氨氧化率连续3个周期以上高于65%随即在下一周期缩短反应时间，每次缩短幅度为10%-15%。此阶段为污泥粒径增长期，淘洗沉降性能差的污泥是颗粒污泥形成的必要条件，通过逐步缩短沉淀时间选择性排出沉降性差的絮状污泥，最初沉淀时间为20min，当泥位界面位置在排水口以上5%-8%反应柱高度时排泥，当泥位界面位置在排水口以下10%-12%反应柱高度时降低沉降时间，每次降低幅度15-25%，直到沉降时间低于5min。当粒径超过500 μ m的污泥体积占总污泥体积80%以上时，且连续运行7个周期以上亚硝化率达到85%以上，认为亚硝化颗粒污泥培养成功.此阶段共历时73个周期。[0027]最后，在颗粒形成的基础上，改变进水水质，采用城市生活污水，COD浓度240-280mg/L,氨氮质量浓度为60_95mg/L，pH为7.3-7.7，反应器底部连续曝气，曝气量控制在0.6-0.9L/min，溶解氧范围在0.5-0.7mg/L，反应时间为2.5_4h。每天运行两个周期但只取一个周期的进出水样，连续9天保持稳定，认为常温处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养成功。此阶 段共历时15d。
【权利要求】
1.一种常温处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养方法，其特征在于步 骤为: . 1)反应器搭建，反应器采用柱状SBR反应器，底部曝气，上部附加搅拌装置，反应一个周期包括进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段；反应器接种污水厂活性硝化污泥； .2)第I阶段，快速驯化污泥，淘洗亚硝酸盐氮氧化菌NOB;具体方法为:采用人工配水,进水总氮只有氨态氮,进水氨氮质量浓度为400-420mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为.2800-3000mg/L, pH为7.7-7.9，溶解氧范围在0.3-0.5mg/L,反应时间控制12_14h ;当亚硝化率连续10个周期以上达到90%以上，认为污水厂硝化污泥中NOB菌已被淘洗，亚硝化反应稳定运行； .3)第II阶段，亚硝化好氧颗粒污泥培养阶段；具体方法为:进水为生活污水，其水质指标为COD浓度为240-280mg/L，人工加入硫酸铵控制进水氨氮质量浓度为200-240mg/L，加入NaHCO3补充进水碱度，碱度质量浓度以CaCO3计为1400-1600mg/L，pH为7.7-7.9 ;初始曝气气体上升气速介于4-8cm/min，氨氧化率在60%_65%，反应时间为6_8h，控制总氮损失在30-50mg/L ;当亚硝化率连续7个周期以上超过85%随即在下一周期提高气体上升流速，提高幅度10%-20% ；以氨氧化率在60%-65%所需的时间为反应时间，当氨氧化率连续3个周期以上高于65%随即在下一周期缩短反应时间，每次缩短幅度为10%-15% ;沉降时间由沉降界面位置决定，当泥位界面位置在排水口以上5%-8%反应柱高度时排泥，当泥位界面位置在排水口以下10%-12%反应柱高度时降低沉降时间，每次降低幅度15-25%，直到沉降时间低于5min ;当粒径超过500 μ m的污泥体积占总污泥体积80%以上，且连续运行7个周期以上亚硝化率达到85%以上，认为亚硝化颗粒污泥培养成功；4)第III阶段， 驯化亚硝化颗粒污泥处理城市生活污水阶段；具体方法为；控制进水 城市生活污水，其水质指标为COD浓度为240-280mg/L，氨氮质量浓度为60_95mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为400-500mg/L，pH为7.3-7.7，反应器底部连续曝气，曝气量控制在.0.6-0.9L/min，溶解 氧范围在0.5-0.7mg/L,反应时间为2.5_4h，控制氨氧化率在60%_65% ；当亚硝化率连续8个周期以上超过80%时，认为处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥培养成功。
【文档编号】C02F3/12GK103922466SQ201410124578
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月29日 优先权日:2014年3月29日
【发明者】李冬, 吴青, 苏庆岭, 梁瑜海, 曾辉平, 张 杰 申请人:北京工业大学