一种含盐污水生物脱氮启动及N2O释放控制方法与流程

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种含盐污水生物脱氮启动及N₂O释放控制方法。

背景技术：

我国水体富营养化日益严重，而过量排放到水体的营养元素(尤其是氮)是造成水体富营养化的重要原因。因此，污水生物处理过程中脱氮对于减缓水体富营养化极为重要。

随着淡水资源的紧缺，沿海城市普遍将利用海水资源、开展海水代用作为节约淡水资源、缓解水资源供求矛盾的有效途径。部分食品加工行业，如：海产品、奶制品加工、肉类加工等排放的废水含有高浓度无机盐。很多工业如：金属精炼、石化、造纸、印染等排放的废水含有大量盐份(大于35g NaCl/L)。此类海水冲厕废水、含盐食品加工废水及工业废水排放到城市污水管网中将会导致城市污水含盐量的增加。

盐度的增加会造成污水处理系统处理效率低下和干扰正常的生物新陈代谢功能，同时也会造成生物去脱除的氮以强温室气体N₂O的形式释放到大气中，造成二次污染。因此解决含盐废水脱氮及控制N₂O的释放尤为重要。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种含盐污水生物脱氮启动及N₂O释放控制方法，通过污泥在含盐污水的驯化条件下，并通过控制工艺运行条件来达到脱氮及N₂O释放的控制，达到稳定高效的脱氮效果并将温室气体的释放量控制在较低程度。

本发明提供的一种含盐污水生物脱氮启动及N₂O释放控制方法，通过适盐驯化，达到短程硝化反硝化。

具体包括以下步骤：

(1)采用SBR反应器，接种污泥进行培养，设置反应器运行参数，至反应器运行稳定，脱氮效率大于95％；

(2)从步骤(1)稳定脱氮系统中接种污泥到另外的SBR反应器,加入盐进行驯化，运行至少45天，利用驯化后的脱氮系统进行含盐污水生物脱氮处理。

进一步的，步骤(1)中反应器运行参数具体为：温度控制为22±2℃；每天3个周期，每个周期480分钟包括：10分钟进水、150分钟好氧反应、90分钟缺氧反应、10分钟后曝气反应、90分钟沉降、10分钟排水及120分钟闲置。

进一步的，步骤(1)中SBR反应器实验条件具体为：实验装置有效容积为5.5L，上部空间容积为0.5L；硝化阶段曝气速率为：0.8m³/h、MLVSS:5000mg/L，反硝化阶段投加4.5mL体积浓度为20％的甲醇溶液作为反硝化所需碳源；达到脱氮效率大于95％。系统的运行通过设定时间继电器闭合断开时间进行自动控制。具体控制包括：进水泵、曝气泵、搅拌电机连接时间继电器进行开启-关闭控制；投加碳源及排水通过电磁阀的开启-关闭进行调控，电磁阀的开启-关闭通过连接时间继电器进行控制。

进一步的，步骤(2)中，所述另外的SBR反应器盐度为7.5—10.0g NaCl/L进行驯化。

优选的，步骤(2)中，所述另外的反应器分别采用盐度为7.5gNaCl/L或10.0g NaCl/L进行驯化。

进一步的，步骤(2)中加盐驯化第四天第十一个周期，调整反应周期为：2.5h好氧阶段、1.5h缺氧阶段，之后都按照此设置运行。

进一步的，步骤(2)中加盐驯化第24天将曝气速率调低至0.6m³/h，之后都按照此设置运行。

本发明中全程硝化反硝化的硝化功能细菌主要为氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)。外界盐的投加对NOB活性的抑制远大于对AOB活性的抑制，从而导致亚硝酸盐(NO₂^-)的累积。长期含盐驯化将脱氮系统中NOB逐渐淘汰掉，从而导致稳定的短程硝化反硝化的形成。加盐驯化第24天后降低曝气量会降低脱氮系统中溶解氧(DO)浓度，而AOB比NOB结合氧的能力更强。因此降低曝气量有助于抑制NOB的活性，从而有利于短程硝化反硝化。另外盐度突然冲击显著抑制N₂O还原酶活性，从而导致N₂O转化率的突然上升；而长期含盐驯化使N₂O还原酶活性有一定程度恢复，从而使N₂O转化率有所降低，为N₂O减量化提供有益帮助。

与现有技术相比，本发明中通过适盐驯化，调整工艺运行时间及曝气量使在盐度条件下达到短程硝化反硝化，并实现N₂O释放量的减量。

附图说明

图1为含盐驯化系统硝化及反硝化效率；

图2为含盐污水脱氮启动时亚硝酸盐的累积过程。

具体实施方式

实施例1

一种含盐污水生物脱氮启动及N₂O释放控制方法，包括以下步骤：

1、未加盐驯化的母体脱氮系统实验条件：

该实验的目的是为下一步含盐驯化提供正常运行脱氮系统，并与含盐驯化脱氮系统进行对比。

接种的驯化污泥取自上海某污水处理厂回流污泥。实验用水采用人工合成污水，组分包括(1L)：0.27g NH₄Cl(70mg N)、0.238mL CH₃OH(300mg COD)、0.91g KH₂PO₄、0.10g MgSO₄·7H₂O、0.01g CaCl₂、0.83g NaHCO₃、0.3mL营养元素浓缩液。

通过投加NH₄Cl和CH₃OH调节污水NH₄⁺-N及COD浓度，投加KH₂PO₄、MgSO₄·7H₂O、CaCl₂提供微生物生长所需的P、K、Mg和Ca等元素。因硝化过程中消耗碱度，投加NaHCO₃调节碱度。投加配制的营养液以提供微生物所需的各种微量元素。营养液详细配方见表1。

表1营养元素浓缩液组成

设置SBR1反应器的最佳工艺条件为：每天3个周期，每个周期(480分钟)包括：10分钟进水、150分钟好氧反应、90分钟缺氧反应、10分钟后曝气反应、90分钟沉降、10分钟排水及120分钟闲置。硝化阶段曝气速率为：0.8m³/h、MLVSS:5000mg/L左右，反硝化阶段投加4.5mL甲醇溶液(体积比20％)作为反硝化所需碳源。实验装置有效容积为5.5L，上部空间容积为0.5L。达到较高的脱氮效果(脱氮效率大于95％)。系统的运行通过设定时间继电器闭合断开时间进行自动控制。具体控制包括：进水泵、曝气泵、搅拌电机连接时间继电器进行开启-关闭控制；投加碳源及排水通过电磁阀的开启-关闭进行调控，电磁阀的开启-关闭通过连接时间继电器进行控制。

2、加盐驯化条件：

从步骤(1)稳定脱氮系统SBR1接种污泥到SBR3和SBR4。当SBR3和SBR4反应器达到高效、稳定的脱氮效率(大于95％)后，开始在进水中投加盐(NaCl)。SBR3和SBR4反应器进水投加的盐度分别为7.5和10g NaCl/L，进水水质条件除盐度外，其他条件同未加盐驯化的母体反应器。初始工艺条件同母体反应器。由于两个反应器的充水比都为0.5，因此加盐后的第一个周期SBR3和SBR4的混合后盐度分别约为3.75和5g NaCl/L。由于反应器进水盐度保持不变，随着运行周期数增多，反应器内混合液盐度逐渐上升，并接近目标驯化盐度(7.5和10g NaCl/L)。经过六个周期(两天)的运行，SBR3和SBR4反应器混合液盐度约为7.5和10g NaCl/L。

SBR3和SBR4反应器进行加盐驯化过程中硝化、反硝化效率及NO₂^--N累积率随运行时间发生变化，如图1所示。投加盐的SBR3和SBR4(盐度分别为7.5和10g NaCl/L)脱氮系统，加盐驯化的第一天(第2个周期)硝化阶段NH₄⁺-N去除率分别为92.0％和85.0％，反硝化阶段NO_x^--N(NO₂^--N和NO₃^--N)去除率分别为77.8％和93.5％(图1)。硝化阶段NH₄⁺-N去除率的不同是由于随着盐度的增大，抑制作用增强。而反硝化阶段NO_x^--N去除率随着盐度的升高而增大，这是由于10g NaCl/L的盐度导致硝化末NO₂^--N累积率相对7.5gNaCl/L盐度系统较高(分别为11.2％和1.5％)(图2)，而NO₂^--N的还原速率高于NO₃^--N，因此，SBR4的反硝化效率较高。

加盐驯化的第三天(第8个周期)，SBR3和SBR4硝化阶段NH₄⁺-N去除率分别为99.0％和94.0％，反硝化阶段NO_x^--N去除率分别为73.1％和68.4％(图1)。由此可见，随着微生物的对盐度的适应，硝化效率逐渐变好，而反硝化效率仍未好转。此时SBR4反硝化效率明显变差，原因可能是此时10g NaCl硝化末NO₂^--N累积率较高(图2)。

加盐驯化的第四天(第11个周期)，为了使脱氮完全，将反应周期从2h好氧阶段、1h缺氧阶段延长至2.5h好氧阶段、1.5h缺氧阶段。测得硝化及反硝化效率都大于99.0％。加盐驯化后，SBR4的NO₂^--N累积率从第12天的9.3％迅速增加至第23天的78.8％，而SBR3的累积率始终低于5.0％。

为了使SBR3和SBR4反应器都实现稳定的短程硝化效果，第24天将曝气速率从0.8m³/h调低至0.6m³/h，此时硝化、反硝化效率并未受影响(图1)。第24天至第35天SBR3的NO₂^--N累积率迅速上升至85.0％以上，而SBR4的NO₂^--N累积率逐步上升至90.0％。第36天SBR3由于出现故障，其NO₂^--N累积率下降。之后随着系统的恢复，NO₂^--N累积率继续稳步上升。45天以后SBR3和SBR4的NO₂^--N累积率分别稳定在85.0％和90.0％左右。SBR3和SBR4反应器的N₂O转化率经过45天运行后与刚开始盐度冲击时分别下降了30.9％和28.0％。

对比例1

通过相同的实验条件，使用SBR1中未经含盐驯化的污泥开展7.5和10g NaCl/L盐度突然冲击实验。对比前适盐驯化实验及盐度冲击实验，脱氮效率及N₂O转化率如表2所示。得出如下结论：(1)盐度突然冲击显著降低脱氮效率及提高温室气体N₂O转化率；(2)与盐度冲击相比通过该盐度水平的长期驯化会显著提高脱氮效率及降低N₂O转化率，为N₂O减量化提供有益帮助。

表2适盐和盐度冲击条件下脱氮效率及N₂O产生量