专利名称：一种实现短程硝化颗粒污泥快速培养的方法
一种实现短程硝化颗粒污泥快速培养的方法技术领域
本发明属于城市生活污水处理与再生领域，具体涉及一种具有短程硝化性能的好氧颗粒污泥快速培养方法。
背景技术：
随着科技的日新月异，以水污染为代表的环境问题日益突出，废水中氨氮去除问题引起了广大学者的关注。污水处理技术发展到今天已经出现了很多处理方法，其中生物脱氮技术成为该领域的研究热点。
短程脱氮相对于全程脱氮，硝化阶段可节约25%的曝气量，反硝化阶段可减少40%的有机碳源，并且短程硝化反硝化生物脱氮工艺具有碱度消耗少、反应时间短和污泥产率低等特点，被认为是一种可持续的污水脱氮新技术，近年来短程脱氮得到了广泛关注。短程脱氮得以实现和稳定维持的关键，是将硝化过程终止于NO2--N阶段，即短程硝化，实现短程硝化的控制策略对于短程硝化脱氮工艺广泛应用于工程实践具有重要意义。
20世纪90年代，好氧颗粒污泥技术作为一种崭新的污水生物处理技术首次出现，好氧颗粒化被认为是一个由絮体污泥到紧凑颗粒的渐进变化过程。与絮状活性污泥相比，颗粒污泥具有沉降性能突出、污泥密度大、物理强度高、生物量多和有机负荷承受力较强等优点。但是厌氧颗粒污泥技术启动时间较长，
运行温度较高，处理低负荷污水的时候不够稳定以及在氮磷去除方面的效率较低，这就促进了人们对好氧颗粒污泥技术的研究，并取得了一系列的研究成果，推动了好氧颗粒污泥生物脱氮技术的发展。硝化颗粒污泥是大量硝化细菌聚集生长形成的颗粒状微生物聚集体，具有规则的外形、密实 的结构，和优良的沉淀性能，氨氮去除率高，可用于处理高浓度氨氮废水。
短程硝化生物脱氮技术与好氧颗粒污泥工艺相结合是获得稳定短程硝化的新途径。由氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)还有其他一些异养菌构成的亚硝化颗粒污泥具有一定的稳定性并能适应一些多变的环境条件。发明内容
本发明目的在于提供一种能够实现短程硝化颗粒污泥快速培养的方法。
在20 30°C温度下，排水比例为50 65%，以城市污水处理厂剩余污泥为系统的接种污泥，以沉淀时间作为选择压，采用逐渐缩短沉淀时间的方法，利用人工模拟生活污水，培养好氧颗粒污泥；使用固定曝气时间和曝气量的方式运行序批式反应器(SBR)，实现短程硝化，最终培养出具有短程硝化性能的好氧颗粒污泥。
一种实现短程硝化颗粒污泥快速培养的方法，其特征是:在20 30°C温度下，排水比例为50 65%，以城市污水处理厂剩余污泥为系统的接种污泥，运行序批式反应器，以下简称反应器；
I)初期培养阶段，采用模拟生活污水启动反应器，控制COD浓度为350 450mg/L, NH4+-N 浓度为 80 100mg/L，接种污泥 MLSS 为 3500 4500mg/L, SVI 为 80 90mL/g ；系统每天运行3个周期,每个周期7.5 8h,包括进水3 6min,好氧曝气7.2 7.5h,沉淀时间设为12 16min，排水3 6min，剩余时间为闲置时间，其中曝气量为0.9 1.2L/h ;此阶段，当系统内的污泥平均粒径是接种污泥平均粒径的1.5倍以上，并且污泥的SVI值连续超过4个周期处于下降趋势，认为系统发生了颗粒化过程，进入颗粒形成阶段；
2)颗粒形成阶段，反应器的进水仍为模拟生活污水，控制COD浓度为350 450mg/L, NH4+-N 浓度为 80 100mg/L，接种污泥 MLSS 为 3500 4500mg/L，SVI 为 80 90mL/g ;系统每天运行3个周期,每个周期7.5 8h,包括进水3 6min,好氧曝气7.2 7.5h，沉淀时间缩短为3 8min，排水3 6min，剩余时间为闲置时间，其中曝气量为0.9 1.2L/h ;此阶段，当系统内污泥平均粒径是接种污泥平均粒径的4.5倍以上，且污泥的SVI值连续超过4个周期呈下降趋势，则认为系统进入颗粒成熟阶段；
3)颗粒成熟阶段，反应器的进水仍为模拟生活污水，控制COD浓度为350 450mg/L, NH4+-N 浓度为 80 100mg/L，接种污泥 MLSS 为 3500 4500mg/L，SVI 为 80 90mL/g ;系统每天运行3个周期,每个周期7.5 8h,包括进水3 6min,好氧曝气7.2 7.5h，沉淀时间缩短为1.5 3min，排水3 6min，剩余时间为闲置时间，其中曝气量为0.9 1.2L/h ;此阶段，当出水NH4+-N值小于lmg/L，且NAR值大于80%，认为反应器中形成了稳定的短程硝化；与此同时，当系统内污泥平均粒径是接种污泥平均粒径的7倍以上，且污泥的SVI值连续超过4个周期处于下降趋势或保持不变，MLSS值连续超过4个周期呈上升趋势，认为短程硝化颗粒污泥培养成熟。
本发明具有以下有益效果:
I)本发明通过初期培养、颗粒形成、颗粒成熟三个阶段，在20d内成功实现了普通絮体污泥的颗粒化，平均粒径增加4.5倍以上。从接种到好氧颗粒污泥成熟不超过80d，平均粒径增加7倍以上，NH4+-N去除率接近100%，COD去除率超过90%，NAR值超过80%。
2)本发明通过逐渐缩短沉淀时间作为系统的选择压，有助于保留沉降性能好的污泥和淘洗沉降性较差的絮体污泥，促使污泥聚集便于颗粒化，加快颗粒化速度。为了应对较短的沉淀时间，污泥中无机质含量逐渐增加，微生物会选择性积累一些金属离子增加自身密度，从而改善污泥的密实度和沉降性能。
3)本发明采用固 定曝气时间和曝气量的方式运行序批式反应器(SBR)，由于曝气时间及曝气量不变，而反应器中的污泥在不断淘洗，造成硝化细菌数量的不足，从而导致硝化反应的不完全，其效果相当于NH/-N未完全氧化而提前结束曝气，从而形成NO2--N的积累。长期的硝化不完全使得NOB菌的活性受到抑制，同时颗粒污泥的颗粒形态有利于实现AOB菌的附着与富集，AOB逐渐成为硝化细菌中的优势菌，从而在反应器中形成了稳定的短程硝化。
图1是本发明实验过程中污泥特性变化曲线图，试验末期，污泥MLSS达到6440mg/L，SVI为21mL/g，沉降性能得到明显改善。
图2是本发明实验过程中硝化特性变化曲线图，从第66d开始出水NH/-N浓度低于0.5mg/L, NH4+-N去除率接近100%，NAR值稳步上升，末期达到83%。
图3(a)是采用本发明方法培养的短程硝化颗粒污泥的外观扫描电镜图。
图3(b)是采用本发明方法培养的短程硝化颗粒污泥的内部扫描电镜图。
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。
具体实施方式
实施例1:
采用SBR反应器，高50cm，直径23.5cm,有效容积为21L，由有机玻璃制成，在反应器壁上的垂直方向设置一排间距为IOcm的取样口，底部设有排泥管，排水比为60%。以橡胶微孔曝气盘作为曝气器，采用鼓风曝气，转子流量计控制曝气量，使其恒定在lL/h。由温度控制仪控制反应器内的温度，保持在25 28°C。SBR反应器的运行通过时间程序控制器实现对反应过程的自动控制，每天运行3个周期，每个周期为8h。进水为人工模拟生活污水，以乙酸钠为有机碳源，相应COD浓度为400mg/L，NH4+-N浓度为80mg/L。接种污泥的MLSS为 4030mg/L, SVI 为 89mL/g，平均粒径为 106.56 μ m。
初期培养阶段，每个周期包括5min进水,7.5h好氧曝气，15min沉淀,5min排水和5min闲置时间。初期，接种污泥MLSS较高且曝气时间及曝气量充足使得NH4+_N几乎被全部氧化，出水浓度均低于2m·g/L。运行至第6d，亚硝酸盐积累率(NAR)增加到20%，由于大量沉降性能差的污泥被系统淘洗出去，使污泥MLSS值降低，但是SVI值一直处于下降趋势，污泥的平均粒径为216.52 μ m，则系统进入了颗粒形成阶段。
颗粒形成阶段，从第7d开始,每个周期包括5min进水,7.5h好氧曝气,3min沉淀，5min排水和17min闲置时间。运行至第20d，由于部分污泥被淘洗出去，系统内AOB菌数量减少，以至于出水NH/-N浓度略有增加，但低于5mg/L，同时系统NAR值上升至30%以上，由于反应器中的絮体污泥大量存在，致使污泥沉降性并没有显著改善，虽然污泥SVI值持续降低，但仍维持在70mL/g以上，污泥颜色已经由黄褐色变为浅黄色，且有细砂状的颗粒污泥出现，平均粒径达到480.74 μ m，则系统进入了成熟阶段。
颗粒成熟阶段,从第21d开始，每个周期包括5min进水,7.5h好氧曝气,2min沉淀，5min排水和ISmin闲置时间。较短的沉淀时间致使沉降性差的污泥随出水流出，MLSS呈下降趋势。在第47d，MLSS下降至1020mg/L，由于曝气时间及曝气量保持不变，以至于出水NH4+-N浓度达到17.38mg/L。随着培养时间的增加，MLSS不断增加，出水NH4+_N浓度不断下降。在第66d，MLSS达到3000mg/L左右，出水NH4+_N重新低于2mg/L。此后进一步降低，至第80d，出水NH/-N低于0.5mg/L,NH4+-N去除率接近100%，此时NAR值已经接近80%，反应器内污泥平均粒径为856.56 μ m，则短程硝化颗粒污泥培养成熟，实验末期NAR值达到83%，系统内形成了稳定的短程硝化。
SOd内短程硝化颗粒污泥培养成熟，系统内的污染物质得到有效去除，COD去除率达到94%，NO3^-N去除率达到83%，NH4+-N去除率接近100%。
权利要求
1.一种实现短程硝化颗粒污泥快速培养的方法，其特征是:在20 30°C温度下，排水比例为50 65%，以城市污水处理厂剩余污泥为系统的接种污泥，运行序批式反应器，以下简称反应器； 1)初期培养阶段，采用模拟生活污水启动反应器，控制COD浓度为350 450mg/L，NH4+-N 浓度为 80 100mg/L，接种污泥 MLSS 为 3500 4500mg/L, SVI 为 80 90mL/g ;系统每天运行3个周期,每个周期7.5 8h,包括进水3 6min,好氧曝气7.2 7.5h,沉淀时间设为12 16min，排水3 6min，剩余时间为闲置时间，其中曝气量为0.9 1.2L/h ；此阶段，当系统内的污泥平均粒径是接种污泥平均粒径的1.5倍以上，并且污泥的SVI值连续超过4个周期处于下降趋势，认为系统发生了颗粒化过程，进入颗粒形成阶段； 2)颗粒形成阶段，反应器的进水仍为模拟生活污水，控制COD浓度为350 450mg/L，NH4+-N 浓度为 80 100mg/L，接种污泥 MLSS 为 3500 4500mg/L, SVI 为 80 90mL/g ;系统每天运行3个周期,每个周期7.5 8h,包括进水3 6min,好氧曝气7.2 7.5h,沉淀时间缩短为3 8min，排水3 6min，剩余时间为闲置时间，其中曝气量为0.9 1.2L/h ；此阶段，当系统内污泥平均粒径是接种污泥平均粒径的4.5倍以上，且污泥的SVI值连续超过4个周期呈下降趋势，则认为系统进入颗粒成熟阶段； 3)颗粒成熟阶段，反应器的进水仍为模拟生活污水，控制COD浓度为350 450mg/L，NH4+-N 浓度为 80 100mg/L，接种污泥 MLSS 为 3500 4500mg/L, SVI 为 80 90mL/g ;系统每天运行3个周期,每个周期7.5 8h,包括进水3 6min,好氧曝气7.2 7.5h,沉淀时间缩短为1.5 3min，排水3 6min，剩余时间为闲置时间，其中曝气量为0.9 1.2L/h;此阶段，当出水NH/-N值小于lmg/L，且NAR值大于80%，认为反应器中形成了稳定的短程硝化；与此同时，当系统内污泥平均粒径是接种污泥平均粒径的7倍以上，且污泥的SVI值连续超过4个周期处于下降趋势或保持不变，MLSS值连续超过4个周期呈上升趋势，认为短程硝化颗粒污泥培养 成熟。
全文摘要
本发明属于城市生活污水处理与再生领域，具体涉及一种具有短程硝化性能的好氧颗粒污泥快速培养方法。本发明通过逐渐缩短沉淀时间的方法，使用固定曝气时间和曝气量的方式运行序批式反应器(SBR)，快速培养短程硝化颗粒污泥。经过期培养、颗粒形成、颗粒成熟三个阶段，在20d内成功实现了普通絮体污泥的颗粒化，80d内亚硝酸盐积累率(NAR)达到80%，平均粒径大于800μm，NH4+-N去除率接近100%，COD去除率为94%。
文档编号C02F3/02GK103145233SQ201310075348
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月9日 优先权日2013年3月9日
发明者李军, 刘国洋, 王昌稳, 孟维举, 卞伟, 郑照明, 郑林雪, 刘彬 申请人:北京工业大学