专利名称：一种实现城市生活污水短程脱氮的方法
技术领域：
本发明涉及一种脱氮的方法，具体涉及一种城市生活污水短程脱氮的方法。
背景技术：
目前，随着城市化进程的加快，污水处理要求也随之不断升高，我国各污水厂都将脱氮除磷问题放在了首位。现有的传统生物脱氮理论和工艺存在着基建投资费用高、动力消耗大、需要外加药剂等不容忽视的缺点。由此便引发对新型脱氮理论与工艺的探索，其中以短程脱氮最具代表性和实用性。该工艺通过改变工艺条件来控制硝化过程在亚硝酸盐一步停止，能够节省供氧量约25%，降低能耗；同时节省反硝化所需碳源达40%，在碳氮比一定的情况下能够提高脱氮效率。在硝化过程中，涉及到两个关键步骤，即氨氮在氨氧化菌(AOB)作用下转化为亚硝酸盐氮(Ν02_-Ν)，以及亚硝酸盐氮(Ν02_-Ν)在亚硝酸氧化菌(NOB)作用下转化为硝酸盐氮(N03_-N)。短程脱氮就是指硝化过程在生成亚硝酸盐氮(Ν02_-Ν) —步就停止，随后直接进入反硝化过程。因此，如何控制硝化反应进程就成为了短程脱氮的关键性问题。根据该过程中涉及到的两种重要微生物(Α0Β和NOB)的特性可知，可以改变反应过程中的温度、pH、 水力停留时间等条件，来实现对微生物活性的控制，进而使得AOB成为优势种群，最终达到短程脱氮的目的。目前，较为成熟的方法就是通过较高的温度(35°C )来实现，但是它大大增加了工艺的运行费用，与短程脱氮节约能源的初衷相悖。而通过控制PH、水力停留时间等方法启动的短程脱氮工艺，运行难以维持稳定，不宜应用于实际问题中。因此，如何能够实现常温下短程脱氮工艺的迅速启动和稳定运行便成了亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决常温下短程脱氮工艺的迅速启动和稳定运行的问题，而提供的一种可以在常温条件下，快速稳定的启动，且能稳定运行短程脱氮工艺的方法。本发明的原理是根据微生物对溶解氧(DO)的利用程度判断硝化过程中两步硝化反应的进行状况，通过控制曝气时间达到控制溶解氧的浓度的目的，最终控制硝化进程，找到需要培养优势微生物的最佳曝气时间，并控制该曝气时间长期运行，最终实现对反应器内优势微生物的筛选。本发明按以下步骤进行实现城市生活污水短程脱氮工艺一、制备AOB为优势种群的活性污泥(1)、确定曝气阶段亚硝化反应时间①接种污泥阶段在常温条件下，将取自污水处理厂二沉池污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min,用溶解氧仪检测溶解氧变化速率，对溶解氧变化速率曲线求导，得到溶解氧变化速率最大值即为亚硝化反应时间；
(2)、通过控制曝气时间筛选出AOB优势种群的活性污泥①接种污泥阶段在常温条件下，序批式生物反应器中接种与步骤一(1)①相同的污水处理厂二沉池污泥；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为步骤一(1)得出的亚硝化反应时间，曝气量0. 06L/min;④搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠， 并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与污水处理厂二沉池污泥的质量比为0.8 1.6 10;⑤沉淀阶段沉淀60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器；⑦重复步骤一( ②至步骤一⑵⑥，至Ν02_-Ν积累率达到88% 士5%，且维持稳定为止，得到AOB为优势种群的活性污泥；二、利用步骤一制备的AOB为优势种群的活性污泥进行城市生活污水脱氮①接种污泥阶段在常温条件下，将AOB为优势种群的活性污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min ；④ 搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠，并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与AOB为优势种群的活性污泥的质量比为0.8 1.6 10;⑤沉淀阶段沉淀 60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器，即完成生活污水短程脱氮。本发明利用溶解氧对微生物的影响，通过控制时间控制溶解氧的浓度，使硝化过程只停留在利用AOB将氨氮转化为Ν02_-Ν过程，不发生Ν02_-Ν转化为Ν03_-Ν的过程，长期处于这种状态，成功筛选AOB优势种群的活性污泥；因为长期限时曝气时间也会在一定程度上影响AOB的生物活性，所以步骤二恢复曝气时间360min，由于长期筛选过程，导致NOB极少甚至消失，因此曝气阶段的氨氮主要是在AOB作用下转化为Ν02_-Ν，只有极少量Ν02_-Ν转化为Ν03_-Ν，所以搅拌阶段的反硝化过程主要是Ν02_-Ν转变为N2,实现短程脱氮；步骤一的 (2)所述的NO2--N积累率=NO2--N浓度/ (NO2--N浓度+Ν03_-Ν浓度)；对步骤二沉淀后的上清液的检测可知此时COD的去除率大于85%，氨氮去除率大于97%。本发明的优点一、本发明在常温条件下，通过控制溶解氧筛选出AOB优势种群的活性污泥，利用溶解氧的浓度对微生物的影响，采用AOB优势种群的活性污泥处理生活污水，成功实现启动短程脱氮，降低能源消耗、节省投资成本；二、通过本发明筛选的AOB优势种群的活性污泥能够保证短程脱氮工艺长期稳定的运行。
图1是曝气阶段溶解氧变化速率曲线；图2是对曝气阶段溶解氧变化速率曲线求导得到的曲线；图3是步骤一的(2)反应器运行期间NO2--N积累率变化曲线；图4是步骤一的⑵曝气结束时出水NO2--N浓度变化曲线；图5是步骤一的⑵曝气结束时出水NO3--N 浓度变化曲线；图6是步骤二反应器运行期间NO2--N积累率变化曲线；图7是步骤二曝气结束时出水NO2--N浓度变化曲线；图8是步骤二曝气结束时出水NO3--N浓度变化曲线。
具体实施方式
具体实施方式
一本发明按以下步骤进行实现城市生活污水短程脱氮工艺一、制备AOB为优势种群的活性污泥(1)、确定曝气阶段亚硝化反应时间①接种污泥阶段在常温条件下，将取自污水处理厂二沉池污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min,用溶解氧仪检测溶解氧变化速率，对溶解氧变化速率曲线求导，得到溶解氧变化速率最大值即为亚硝化反应时间；(2)、通过控制曝气时间培养AOB为优势种群的活性污泥①接种污泥阶段在常温条件下，序批式生物反应器中接种与步骤一(1)①相同的污水处理厂二沉池污泥；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为步骤一(1)得出的亚硝化反应时间，曝气量0. 06L/min ；④搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠， 并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与污水处理厂二沉池污泥的质量比为0.8 1.6 10;⑤沉淀阶段沉淀60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器；⑦重复步骤一( ②至步骤一⑵⑥，至Ν02_-Ν积累率达到88% 士5%，且维持稳定为止，得到AOB为优势种群的活性污泥；二、利用步骤一制备的AOB为优势种群的活性污泥进行城市生活污水脱氮①接种污泥阶段在常温条件下，将AOB为优势种群的活性污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min ；④ 搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠，并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与AOB为优势种群的活性污泥的质量比为0.8 1.6 10;⑤沉淀阶段沉淀 60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器，即完成生活污水短程脱氮。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一(2)④中乙酸钠与污水处理厂二沉池污泥的质量比为1.2 10。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一(1)②中序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一(2)②中序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二④中乙酸钠与AOB为优势种群的活性污泥的质量比为1.2 10。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二②中序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一和二中所述的序批式生物反应器的有效体积为5L。
具体实施方式
八具体操作如下
一、制备AOB为优势种群的活性污泥(1)、确定曝气阶段亚硝化反应时间①接种污泥阶段在常温条件下，将取自污水处理厂二沉池污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min, 用溶解氧仪检测溶解氧变化速率，对溶解氧变化速率曲线求导，得到溶解氧变化速率最大值即为亚硝化反应时间；所述的序批式生物反应器的有效体积为5L ；(2)、通过控制曝气时间培养AOB为优势种群的活性污泥①接种污泥阶段在常温条件下，序批式生物反应器中接种与步骤一(1)①相同的污水处理厂二沉池污泥；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L ；③曝气阶段曝气时间为225min，曝气量0. 06L/min;④搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠，并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与污水处理厂二沉池污泥的质量比为1.2 10 ；⑤沉淀阶段 沉淀60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器；⑦重复步骤一⑵②至步骤一⑵⑥，至Ν02_-Ν积累率达到88% 士5%，且维持稳定为止，得到AOB为优势种群的活性污泥；所述的序批式生物反应器的有效体积为5L ；二、利用步骤一制备的AOB为优势种群的活性污泥进行城市生活污水脱氮①接种污泥阶段在常温条件下，将AOB为优势种群的活性污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min ； ④搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠，并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与AOB为优势种群的活性污泥的质量比为1.2 10;⑤沉淀阶段沉淀 60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器，即完成生活污水短程脱氮；所述的序批式生物反应器的有效体积为 5L。步骤一的(1)中利用溶解氧仪监测曝气阶段序批式生物反应器内溶解氧浓度变化，其检测结果如图1所示，为了找到筛选AOB为优势种群的活性污泥的最佳曝气时间，对图1溶解氧变化曲线求导得到图2，根据图2得到变化率最大值时是225min。根据步骤一的(1)所提供的筛选AOB为优势种群活性污泥的最佳曝气时间 225min，进行步骤一的0)，运行第14天，根据图3中的Ν02__Ν积累率曲线所示，Ν02__Ν积累率达到88%以上，但不能确定NO2--N积累率能否维持稳定，并且从图4出水NO2--N浓度变化曲线可以得知出水的NO2--N含量很低；运行第21天，根据图3中的NO2--N积累率曲线所示，在14 21天Ν02_-Ν积累率保持在88% 士5%，维持稳定，通过图4中Ν02__Ν出水浓度变化曲线和图5中Ν03_-Ν出水浓度变化曲线，可知Ν02_-Ν的出水浓度远大于Ν03_-Ν的出水浓度，且NO2--N的出水浓度保持上升的趋势，至此AOB优势种群的活性污泥筛选成功。步骤二是采用步骤一筛选的到的AOB为优势种群的活性污泥，因为长期限时曝气也会在一定程度上影响AOB的生物活性，因此回复曝气时间360min，通过图6中的Ν02__Ν 积累率曲线所示，在恢复曝气时间后NO2--N积累率仍然维持在较高的水平，从运行第16 40天积累率变化曲线可知Ν02_-Ν积累率保持在91% 士2% ；从图7中Ν02_-Ν出水浓度变化曲线可以得知，恢复曝气时间后NO2--N出水浓度逐渐上升，运行第15天时出水中Ν02_-Ν 浓度含量达到最高为39. 6mg/L,从运行第16 40天Ν02__Ν出水浓度变化曲线可知Ν02__Ν 出水浓度保持在16mg/L士 lmg/L ；从图8中Ν03__Ν出水浓度变化曲线可知，恢复曝气时间后 NO3--N出水浓度呈上升趋势，运行第18天时出水中NO3--N浓度含量达到最高为1. 3mg/L, 但Ν03_-Ν出水浓度远小于Ν02_-Ν出水浓度；根据图7和图8可知，曝气阶段的氨氮主要是在AOB作用下转化为Ν02_-Ν，只有极少量Ν02_-Ν转化为Ν03_-Ν，所以搅拌阶段的反硝化过程主要是Ν02_-Ν转变为队，从运行第16天起Ν02_-Ν积累率保持稳定和Ν02_-Ν出水浓度保持稳定，且Ν02_-Ν出水浓度远大于Ν03_-Ν出水浓度，所以运行第18天后，短程脱氮工艺能够维持稳定运行，即本发明的短程脱氮工艺能够实现长期维持稳定运行；通过对运行第18天的沉淀后的上清液的检测可知此时COD的去除率大于85%，氨氮去除率大于97%。
权利要求
1.一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，其特征在于实现城市生活污水短程脱氮的方法是按以下步骤完成的一、制备AOB为优势种群的活性污泥(1)、确定曝气阶段亚硝化反应时间①接种污泥阶段在常温条件下，将取自污水处理厂二沉池污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min，用溶解氧仪检测溶解氧变化速率，对溶解氧变化速率曲线求导，得到溶解氧变化速率最大值即为亚硝化反应时间；(2)、通过控制曝气时间筛选出AOB优势种群的活性污泥①接种污泥阶段在常温条件下，序批式生物反应器中接种与步骤一(1)①相同的污水处理厂二沉池污泥；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为步骤一(1)得出的亚硝化反应时间，曝气量0. 06L/min ；④搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠，并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与污水处理厂二沉池污泥的质量比为 0.8 1.6 10;⑤沉淀阶段沉淀60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段 启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器；⑦重复步骤一( ②至步骤一 ⑵⑥，至NO2--N积累率达到88% 士5%，且维持稳定为止，得到AOB为优势种群的活性污泥；二、利用步骤一制备的AOB为优势种群的活性污泥进行城市生活污水脱氮①接种污泥阶段在常温条件下，将AOB为优势种群的活性污泥接种到序批式生物反应器中；②进水阶段将生活污水注满序批式生物反应器，序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2000 3000mg/L ；③曝气阶段曝气时间为360min，曝气量0. 06L/min ；④搅拌阶段向序批式生物反应器中加入乙酸钠，并开始搅拌，搅拌总时间为120min，其中加入的乙酸钠与AOB为优势种群的活性污泥的质量比为0.8 1.6 10;⑤沉淀阶段沉淀 60min，至处理后的生活污水与污泥分离；⑥排水阶段启动排水泵将沉淀后的上清液全部排出批式生物反应器，即完成生活污水短程脱氮。
2.根据权利要求1所述的一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，其特征在于步骤一 (2)④中乙酸钠与污水处理厂二沉池污泥的质量比为1.2 10。
3.根据权利要求1所述的一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，其特征在于步骤二 ④中乙酸钠与AOB为优势种群的活性污泥的质量比为1.2 10。
4.根据权利要求1所述的一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，其特征在于步骤一 ⑴②中序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，其特征在于步骤一 ⑵②中序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L。
6.根据权利要求1所述的一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，其特征在于步骤二 ②中序批式生物反应器内的混合液污泥浓度为2500mg/L士50mg/L。
全文摘要
一种实现城市生活污水短程脱氮的方法，本发明涉及一种脱氮的方法，具体涉及一种城市生活污水短程脱氮的方法。本发明的目的是为了解决现有技术无法满足短程脱氮工艺的迅速启动和稳定运行的问题，而提供的一种可以在常温条件下，快速稳定的启动，且能稳定运行短程脱氮工艺的方法。本发明按以下操作步骤进行一、制备AOB为优势种群的活性污泥；二、利用步骤一制备的污泥实现城市生活污水短程脱氮。本发明的优点一、在常温条件下，成功筛选出AOB优势种群的活性污泥；二、利用AOB优势种群的活性污泥启动短程脱氮，达到降低能源消耗、节省投资成本的目的；三、本发明筛选的AOB优势种群的活性污泥能够保证短程硝化长期稳定的运行。
文档编号C02F11/02GK102173505SQ201110065969
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者万春黎, 万芳, 李观元, 杜茂安, 杨雪 申请人:哈尔滨工业大学