专利名称：一种常温低氨氮亚硝化启动方法
技术领域：
本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及专用于常温、低氨氮水平下的不同属性硝化污泥的快速启动方法。
背景技术：
目前，城市污水处理厂大多采用传统工艺，如A2/0、氧化沟、曝气生物滤池等工艺或其改良工艺。虽能在去除有机物方面获得不错效果，但是对于营养元素氮、磷的去除一直效果不佳，尤其是氮素去除，一直是难点中的难点。这些工艺在脱氮上均采用传统脱氮机理，即将水体中的有机氮、氨氮氧化成亚硝酸盐氮，再进一步氧化成硝酸盐氮，再通过异养反硝化作用将其还原成氮气，整个过程，消耗大量的溶解氧、无机碳源(碱度)、有机碳源。生活污水的碳源不足以满足工艺的消耗，需要外加才能保证处理效果；另外处理效果受到回 流硝化液比例的限制，难以进一步提升。不论从处理效果，还是从处理成本上，传统脱氮已很难满足日益严格的水质标准。自从1976年厌氧氨氧化(ANAMM0X)被预言，1994年被发现开始，人类发现了第二条脱氮途径，即自养脱氮途径。污水中的有机氮、氨氮被部分氧化成亚硝酸盐氮，在厌氧自养菌的作用下，生成氮气，实现脱氮。理论上，该工艺可节约大量曝气、全部有机碳源和40%无机碳源，是城市污水脱氮的理想选择。目前，关于自养脱氮多采用两级式反应器，即一级部分亚硝化，一级厌氧氨氧化。部分亚硝化，作为厌氧氨氧化的前置单元，肩负为厌氧氨氧化提供合适比例进水的重任，一直是研究热点。但由于该工艺的核心菌种氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)性质相似，习性相近，不易筛分，研究多通过中高温、高游离氨条件下，实现亚硝化的启动和稳定。对于生活污水这种常温、低氨氮条件下如何实现快速启动，研究较少，且以采用简单限氧为主的策略较为单一，适用性较为狭窄，对于初始亚硝化效果较差的污泥该方法失效。因此，开发一种具有更广泛、更普遍、更高效的亚硝化污泥启动策略尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对城市生活污水，即常温、低氨氮条件下，结合不同污泥的性状，由普通硝化污泥快速启动亚硝化的一整套方法。本发明提供一种常温低氨氮亚硝化启动方法，其特征在于在DO=O. 30、. 40mg/L低氧条件下，计算亚硝化率，若污泥的初始亚硝化率大于30%,在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率即可达到90%以上，即可成功启动亚硝化；若污泥的初始亚硝化率不足30%，监测3天后若亚硝化率达到了 30%以上，再过10天以上，亚硝化率即可达到90%以上，启动成功；若监测3天后亚硝化率达不到30%，采取高-低梯度限氧的方法即在DO=O. 70 0. 80mg/L条件下运行10天，然后再降低溶解氧至0. 30、. 40mg/L，在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率即可达到90%以上，即可成功启动亚硝化。本发明所提供的亚硝化启动的方法，是在常温、低氨氮条件下，以城市污水厌氧/好氧生物除磷的二级出水(磷和有机物已经得到去除)为基础用水(COD/N约为1)，结合种泥的硝化性能，通过不同的曝气策略，控制溶解氧，以序批式生物反应器(SBR)方式来实现城市污水的亚硝化。具体步骤如下步骤I :反应器搭建反应器采用SBR反应器，反应器装有曝气装置，可以通过调节曝气量来控制反应器废水中的溶解氧浓度。反应器设置简单的自动控制装置，自动实现进水、反应、沉淀、排水流程。步骤2:接种污泥接种普通硝化污泥，置于SBR反应器中，通入二级出水，开始曝气，并控制溶解氧为lmg/L。此步骤旨在让接种污泥适应新环境，每天进行2个周期，进行2天共4个周期。 步骤3 :周期时间的确定控制溶解氧为0. 30、. 40mg/L,每隔30min取样一次，连续取样直到氨氮消耗完毕，以此确定SBR反应时间。步骤4 :硝化污泥性能测定控制溶解氧为0.3(H). 40mg/L策略，监测每日进出水的氨氮、亚氮、硝氮、计算亚硝化率，即出水亚硝酸盐氮/ (出水亚硝酸盐氮+出水硝酸盐氮)。进行3天约6个周期。若亚硝化率出现明显上升，达到了 30%以上，说明种泥中，N0B/A0B较小，保持此运行策略持续驯化污泥可使亚硝化率即可达到90%以上，启动成功；亚硝化率达不到30%，说明种泥中，N0B/A0B较大，需调整启动策略。步骤5 :高低梯度限氧的曝气策略当采用直接限氧不能快速实现亚硝化启动时，说明种泥中N0B/A0B比例较大，仅仅通过简单限氧很难在短期内实现亚氮积累，而且限氧条件可能让NOB逐渐适应低氧环境，进而更难于淘汰。AOB与NOB都是好氧自养菌，常温条件下自身增值较慢。可采取高(D0=0. 70 0. 80mg/L)-低(D0=0. 30 0. 40mg/L)梯度限氧的方法。转化Ig氨氮可产生0. 146g 的 AOB 和 0. 020g 的 NOB, AOB 的产率为 NOB 产率的 7. 3 倍。在 DO=O. 70 0. 80mg/L较高的溶解氧下，A0B, NOB可以快速增值，但AOB的增值速度要远高于N0B，也可将适应于低氧的NOB淘汰出系统。当降低溶解氧至0. 30、. 40mg/L时，对溶解氧具有更强亲和力的大量AOB优先获得了溶解氧，NOB由于缺少溶解氧使硝化作用减弱，从而限制了硝酸盐的产生，出现了亚硝酸盐的积累现象。高氧10天(约20个周期，AOB世代周期的两倍)，控制溶解氧0. 70、. 80mg/L,由于AOB和NOB在增殖,不会出现明显亚氮积累；再控制溶解氧至0. 30、. 40mg/L,开始出现亚氮积累，以亚硝化率90%作为启动成功标志。与传统方法相比，本发明的优势在于第一，在常温(15_20°C)低氨氮条件下，即城市污水厂二级出水水质条件下，通过控制溶解氧及反应周期即实现亚硝化的快速启动，最快仅需要12天，与以往策略相比，速度有明显提升；第二，启动策略考虑到接种污泥的初始亚硝化性能，并根据性能状态，提出不同的启动策略，以加速启动；第三，利用AOB、NOB两种细菌的比生长速率不同，通过高氧、限氧的方式，实现了快速启动亚硝化目的，此策略尤其适合简单限氧不易启动的污泥，最快可以实现15天的亚硝化快速启动。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。
图I是本发明中1#反应器运行效果图，其中A亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；A硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。图2是本发明中2#反应器运行效果图，其中A亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；A硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。 图3是本发明中3#反应器运行效果图，其中A亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；A硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。图4是本发明中4#反应器运行效果图，其中A亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；A硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。
具体实施例方式试验以某小区生活污水经厌氧/好氧生物除磷二级处理出水为基础用水，具体水质如下C0D=50 80mg/L, BOD5 ( 15mg/L, SS ( 30mg/L, NH:_N=55 85mg/L,N02_-N ( 0. 25mg/L, N03__N ( I. 5mg/L, TP ( lmg/L, pH=7. 0 8. 5。具体处理如下实施例I参见图I1#反应器接种污泥来自北京市A污水处理厂硝化污泥，采用人工配水，接种后直接限氧运行，控制溶解氧浓度为0. 30、. 40mg/L。在1#反应器接种污泥初始亚硝化率为50%,说明该接种污泥具有一定的亚硝化性能。可利用AOB与NOB对溶解氧的亲和力不同，通过限氧控制，实现初步的亚硝酸盐氮积累。在1-14周期里，污泥处于低氧条件的适应期，沉降效果下降，处理效果并不稳定。随着在限氧条件下的持续驯化，亚硝化率逐渐升高。在经过7天(14个周期)的驯化后，氨氮基本完全氧化，同时亚硝化率从初始的50%上升至90%，并此后一直稳定维持在90%以上。1#反应器通过人工配水，进水氨氮浓度85. 0±5. Omg/L,在全程限氧的启动策略下，实现了常温条件下在7天内亚硝化快速启动。实施例2参见图22#反应器接种污泥来自北京市B污水处理厂硝化污泥。在接种污泥初始性状的测定试验中，未发现亚硝酸盐氮的积累，初始亚硝化率几乎为0%，为全程硝化污泥。2#采用与1#相同的配水方案与启动策略，在限氧(D0=0. 30、. 40mg/L)条件下运行。然而在经过了 30天(58个周期)的培养，未见出水中有亚硝酸盐氮积累。在周期试验里，也未见亚硝酸盐作为中间产物出现，氨氮被直接氧化成硝酸盐。氨氮转化负荷也较低，在0.028 0. 069 kgN/kgMLSS/d范围内。2#反应器通过人工配水，进水氨氮浓度85. 0±5. Omg/L,在全程限氧的启动策略下,30天内未能实现亚硝化启动。实施例3参见图33#反应器接种污泥来自北京市B污水处理厂硝化污泥。在接种污泥初始性状的测定试验中，未发现亚硝酸盐氮的积累，初始亚硝化率几乎为0%，为全程硝化污泥。
采用北京某小区化粪池水经A/0除磷工艺处理出水作为进水启动亚硝化，进水中COD为43. 05±12. 35mg/L。在限氧条件(D0=0. 30 0. 40mg/L)下运行30天(32个周期)后出水未出现亚硝酸盐氮的积累，氨氮全部氧化为硝酸盐氮。周期试验中，依然未见亚硝酸盐的积累。4#反应器通过A/0 二级出水，进水氨氮浓度85. 0±5. Omg/L，在全程限氧的启动策略下，32个周期内未能实现亚硝化启动。实施例4参见图44#反应器接种污泥与2#相同，来自北京市B污水处理厂硝化污泥。在接种污泥初始性状的测定试验中，未发现亚硝酸盐氮的积累，初始亚硝化率几乎为0%，为全程硝化污泥。但采用高-低梯度限氧的启动策略。在初期的污泥驯化中，控制溶解氧浓度为0. 70、. 80mg/L。然而在10天(20个周期)的运行中，出水中并没有出现亚硝酸盐氮的积累，氨氮全部转化为硝酸盐氮。从第21周期开始降低溶解氧浓度至0. 30、. 40mg/L,出水中随 即出现少量的亚硝酸盐氮积累。在接下来的周期中，出水中亚硝酸盐氮的浓度呈递增趋势，出水中硝酸盐氮的浓度则越来越小。运行至第27天(第54周期)，亚硝化率稳定在60%以上，运行至第38天(第77周期)，亚硝化率达到90%以上，标志着亚硝化启动的成功。此后3#反应器一直稳定的维持在90%以上的高亚硝化率。溶解氧的降低并未使氨氮转化负荷下降，3#反应器在110个周期的运行中氨氮转化负荷一直稳定维持在0. 100 kgN/kgMLSS/d左右。3#反应器接种全程硝化污泥,通过人工配水,进水氨氮浓度85. 0±5. Omg/L,在高-低梯度限氧的启动策略下，在第10天出现了初始的亚硝化效果，在38天的运行后实现了常温条件下亚硝化启动。本试验在常温下通过采用高-低梯度限氧的启动策略启动亚硝化反应器，在控制策略上节省了能源，在时间上缩短了启动周期，在效果上达到了稳定高效的亚硝化率。
权利要求
1.一种常温低氨氮亚硝化启动方法，其特征在于在DO=O. 3(T0.4mg/L低氧条件下，计算亚硝化率，若污泥的初始亚硝化率大于30%，在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率达到90%以上，成功启动亚硝化；若污泥的初始亚硝化率不足30%，监测3天后若亚硝化率达到了 30%以上，再过10天以上，亚硝化率达到90%以上，启动成功；若监测3天后亚硝化率达不到30%，采取高-低梯度限氧的方法即在DO=O. 70 0. 80mg/L条件下运行10天，然后再降低溶解氧至0. 30、. 40mg/L，在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率达到90%以上，即成功启动亚硝化。
全文摘要
一种常温低氨氮亚硝化启动方法属于城市污水处理与资源化领域。研究发现，控制低溶解氧(DO=0.30mg/L)条件，接种具有一定亚硝化效果的污泥，能在短时间内实现亚硝化的启动；而接种全程硝化污泥，配水试验在30天内未出现亚硝酸盐的积累，使用A/O除磷工艺处理出水为研究对象的反应器在30天内也未出现亚硝酸盐的积累，亚硝化启动失败。而接种全程硝化污泥，采用高-低梯度限氧培养的模式，先在DO=0.70~0.80mg/L下驯化污泥10天，然后再控制低溶解氧(0.30~0.40mg/L)的条件反应器出水即可出现亚硝酸盐的积累现象。在此溶解氧条件下持续驯化污泥，可实现在38天达到90%以上的亚硝化率，成功启动亚硝化。
文档编号C02F3/12GK102701438SQ201210135980
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者仲航, 刘丽倩, 吴迪, 周利军, 孙宇, 崔少明, 张功良, 张昭, 张 杰, 曾辉平, 李冬, 李德祥, 杨卓, 王斌, 苏东霞, 高伟楠 申请人:北京工业大学