一种快速短程硝化启动方法及其应用与流程

本发明涉及污水生物处理的技术领域，特别涉及一种快速短程硝化启动方法及其应用。

背景技术：

垃圾焚烧发电作为处理生活垃圾的一种方式，其焚烧垃圾前需对垃圾进行堆酵处理以沥出水分、提高热值。堆酵过程中会产生大量垃圾沥滤液，其水质复杂、有机物、氨氮含量高，进入水体后，容易造成水体富营养化。由于新产生的垃圾沥滤液具有高有机负荷的特点，一般先通过厌氧生物处理，处理后的垃圾沥滤液氨氮含量高，而碳氮比低。因此，寻求一种经济高效的脱氮工艺处理垃圾沥滤液成为水污染控制领域研究的重点内容。

传统生物脱氮技术主要包含两个步骤：硝化和反硝化。首先，在好氧条件下，废水中的氨氮被氨氧化细菌(aob)氧化为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐被亚硝酸氧化细菌(nob)氧化为硝酸盐，之后在厌氧的条件下，反硝化菌利用有机物将生成的硝酸盐还原为亚硝酸盐，最后亚硝酸盐转化生成为氮气。传统生物脱氮技术需要足够的曝气量及添加大量有机碳源，为解决传统生物脱氮工艺普遍存在的高能耗、高运行费用等问题，近些年涌现了一批以短程硝化为核心的新型生物脱氮工艺，如短程硝化反硝化工艺、短程硝化-厌氧氨氧化工艺。

短程硝化是通过控制条件将nh4⁺-n氧化为no2^--n，并避免其进一步转化为no3^--n。后续通过反硝化与传统生物脱氮技术相比可以减少25％的曝气量和40％的碳源投加，且污泥产量降低，硝化过程降低35％，反硝化过程降低55％。由于短程硝化具有诸多优点，在污水处理领域受到越来越多的关注。

但是，由于垃圾沥滤液具有氨氮含量高，碳氮比低的特点，目前还没有一种能在垃圾沥滤液中成功快速启动短程硝化的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于垃圾沥滤液的快速短程硝化启动方法，以实现垃圾沥滤液的短程硝化快速启动。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案，包括以下步骤：

步骤1、将硝化污泥接种到序批式生物反应器中；

步骤2、将垃圾沥滤液的氨氮浓度稀释为250±5mg/l，并导入序批式生物反应器中，将垃圾沥滤液与硝化污泥搅拌混合；

步骤3、对垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物进行曝气处理，控制所述序批式生物反应器内的溶解氧浓度为0.6～0.8mg/l，曝气处理后依次进行沉淀和排水处理；

步骤4、重复步骤2-3，运行周期5次；

步骤5、将垃圾沥滤液的氨氮浓度稀释为750±20mg/l，调节所述序批式生物反应器的溶解氧浓度为0.25～0.45mg/l，接着进行曝气处理，然后依次进行沉淀和排水处理；

步骤6、重复步骤5，运行周期10-30次；

步骤7、在步骤6中，所述垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物的亚硝酸盐积累率大于80％，短程硝化成功启动。

其中，步骤2和步骤5中，利用自来水对垃圾沥滤液进行稀释以满足垃圾沥滤液的氨氮浓度的需求，一般垃圾沥滤液的氨氮浓度大于800mg/l。

需要说明的是，步骤3中，排水处理具体为排出的水为序批式生物反应器中反应后的水，排出反应器中反应后的水，才能进行步骤2导入新的氨氮浓度稀释为250±5mg/l的垃圾沥滤液，进而重复步骤2-3的操作；步骤5中，排水处理具体为排出的水为序批式生物反应器中反应后的水，排出反应器中反应后的水，才能进行步骤5导入新的氨氮浓度稀释为750±20mg/l的垃圾沥滤液，进而重复步骤5的操作。

优选地，步骤3中，所述曝气时间为11h，所述沉淀时间为40min，所述排水时间为20min。

其中，垃圾沥滤液导入序批式生物反应器的时间为1h。

优选地，步骤3中，排水比为50％。

优选地，步骤5中，所述曝气时间为11h，所述沉淀时间为40min，所述排水时间为20min。

优选地，步骤5中，排水比为50％。

优选地，步骤2和步骤5中，所述垃圾沥滤液稀释前的cod为703～1624mg/l。

优选地，步骤2和步骤5中，所述垃圾沥滤液稀释前的bod5为253～506mg/l。

优选地，步骤2和步骤5中，所述垃圾沥滤液稀释前的nh4⁺-n浓度为1136mg/l。

需要说明的是，所述垃圾沥滤液为步骤2和步骤5稀释前的垃圾沥滤液。

优选地，步骤1还包括对所述消化污泥进行淘洗，淘洗以除去消化污泥的氨氮、亚硝态氮和硝态氮杂质。

优选地，所述淘洗具体为使用水对所述消化污泥进行淘洗。

本发明还提供了快速短程硝化启动方法在垃圾沥滤液脱氨的应用。

需要说明的是，垃圾沥滤液导入sbr的时间为60min，垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物的曝气时间为660min，垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物的沉淀时间为40min，垃圾沥滤液的排水时间为20min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开了一种适用于垃圾沥滤液的序批式生物反应器(sbr)短程硝化快速启动方法。初期控制垃圾沥滤液以其较低氨氮浓度启动，使硝化污泥适应垃圾沥滤液的水质，之后逐步提高垃圾沥滤液的进水的氨氮浓度以提高sbr系统(sbr系统含有垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物)内游离氨(fa)浓度以抑制亚硝酸盐氧化菌(nob)的活性并配合低溶解氧(do)运行策略。从启动到实现亚硝酸盐高积累率，sbr系统的溶解氧(do)在初期控制在0.6～0.8mg/l，随后限制在0.25～0.45mg/l，经5-15天运行，sbr系统的亚硝酸盐积累率达到91.4％，成功实现垃圾沥滤液在sbr系统的短程硝化快速启动。本发明在真实垃圾沥滤液的水质条件下，通过控制溶解氧浓度和逐步提高氨氮浓度快速实现短程硝化的启动。其过程曝气量少，大大节省运行费用。

本发明的启动前期的sbr系统的do为0.6～0.8mg/l，处于一个降低水平，但sbr系统内nob仍具有一定的数量和活性，故初期sbr系统仍处于全程硝化阶段，但随着时间的推移，sbr系统的do的进一步降低和垃圾沥滤液的进水氨氮浓度的提高所带来垃圾沥滤液的fa浓度的增大，aob对do的亲和能力(do半饱和常数为0.3mg/l)大于nob(do半饱和常数为1.1mg/l)，且对fa的耐受浓度(10～150mg/l)高于nob(0.1～1mg/l)，因此nob受到抑制，aob的增值速度远高于nob，逐渐将nob淘汰出sbr系统。因此，通过控制do在0.6～0.8mg/l到do在0.25～0.45mg/l的曝气策略和逐步提高垃圾沥滤液的进水氨氮浓度的控制策略实现了垃圾沥滤液在sbr中短程硝化的启动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的sbr中氨氮去除负荷图，其中，进水为垃圾沥滤液进水氨氮浓度，出水为反应器出水氨氮浓度，arr为氨氮去除速率曲线；

图2为本发明实施例1的sbr中亚硝酸盐积累示意图，其中，进水为垃圾沥滤液亚硝酸盐浓度和硝酸盐浓度，出水为反应器出水的亚硝酸盐浓度和硝酸盐浓度，nar为亚硝酸盐积累率曲线。

其中，sbr为序批式生物反应器。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种适用于垃圾沥滤液的快速短程硝化启动方法，方便了对垃圾沥滤液的快速启动短程硝化，实现垃圾沥滤液脱氨处理。

以下实施例所用的垃圾沥滤液来源为：以某地垃圾焚烧厂产生的垃圾沥滤液为基础用水，具体水质如下：cod＝703～1624mg/l，bod5＝253～506mg/l，nh4⁺-n＝1136mg/l，no2^--n＝0.6mg/l，no3^--n＝23mg/l，碱度为6373mgcaco3/l，ph＝7.97；硝化污泥为全程硝化污泥，来源于污水处理的好氧池。

实施例1

本发明实施例提供了一种快速短程硝化启动方法，包括以下步骤：

步骤0、反应器采用序批式生物反应器(sbr)，sbr设有曝气和搅拌装置，通过调节气泵和流量计控制sbr内的溶解氧，外部具有保温层，可进行水浴保温；sbr内设有ph和溶解氧探头；sbr外接有简单自控装置，自动控制搅拌、曝气时间和自动实现进出水；

步骤1、在28±1℃下，将硝化污泥接种sbr中，硝化污泥的接种浓度为5500mg/l；

步骤2、将垃圾沥滤液导入sbr中，将垃圾沥滤液与硝化污泥混合，得到垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物，其中，垃圾沥滤液的氨氮浓度为250±5mg/l，垃圾沥滤液导入时间为1h；

步骤3、对垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物进行曝气处理，垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物的溶解氧浓度为0.6～0.8mg/l，曝气处理后依次进行沉淀和排水处理，其中，进水(曝气)时间1h，曝气时间为10h，沉淀时间为40min，排水时间为20min；

步骤4、重复步骤2-3，运行周期5次，一个周期时间为12h，总共为2.5天；

步骤5、将垃圾沥滤液导入sbr进行曝气处理，调节垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物的溶解氧浓度为0.25～0.45mg/l，曝气处理后依次进行沉淀和排水处理，其中，进水(曝气)时间1h，曝气时间为10h，沉淀时间为40min，排水时间为20min，垃圾沥滤液的氨氮浓度为750±20mg/l；

步骤6、重复步骤5，运行周期30次，一个周期为12h；

步骤7、在步骤6中，垃圾沥滤液与硝化污泥的混合物的亚硝酸盐积累率达到91.4％，，氨氮去除速率达到652mg/(l·d)，短程硝化成功启动。

在sbr中投入适量全程硝化污泥，通入经稀释后的垃圾沥滤液，控制反应器排水比为50％，周期为12h。开始以较低的氨氮浓度(250±5mg/l)启动反应器，使污泥适应水质，后逐步提高进水氨氮浓度至750±20mg/l，使系统具有较高游离氨(fa)浓度，对反应器中亚硝酸盐氧化菌(nob)进行抑制。15d启动过程前2.5d系统溶解氧(do)浓度控制在0.6～0.8mg/l，随后控制在0.25～0.45mg/l。在此条件下持续驯化污泥，计算亚硝酸盐积累率和氨氮去除速率，亚硝酸盐积累率达到91.4％，氨氮去除速率达到652mg/(l·d)，即成功启动短程硝化。

亚硝酸盐积累率按照下述公式1计算确定：

其中，nar—亚硝酸盐积累率；

ρ(no2-)eff—出水亚硝酸盐浓度，单位为mg/l；

ρ(no3-)efff—出水硝酸盐浓度，单位为mg/l；

氨氮去除速率按照下述公式2计算确定：

其中，arr—氨氮去除速率，单位为mg/(l·d)；

ρ(nh4+)inf—进水氨氮浓度，单位为mg/l；

ρ(nh4+)leff—上一周期出水氨氮浓度，单位为mg/l；

ρ(nh4⁺)eff—出水氨氮浓度，单位为mg/l；

q—排水比，此处为50％；

e—反应周期，单位为d，此处为0.5。

结果如图1和图2所示，图1为本实施例sbr中启动阶段的氨氮去除效果图，图2为sbr内亚硝酸盐和硝酸盐浓度变化及亚硝酸盐积累率变化趋势图，本发明的短程硝化启动前期控制溶解氧(do)浓度为0.6～0.8mg/l，使硝化污泥适应垃圾沥滤液的水质并保持一定的氨氧化效果。从第2.5天开始降低do浓度至0.25～0.45mg/l，并逐步提高垃圾沥滤液的氨氮浓度至750±20mg/l，增大sbr导入垃圾沥滤液的游离氨(fa)浓度，以抑制亚硝酸氧化细菌生长，富集氨氮被氨氧化细菌的数量，使硝化污泥从全程硝化转向短程硝化。由图2可知，随着启动时间的推移，氨氮去除速率逐步提高，最高至652mg/(l·d)。由图2可知，启动前3天，垃圾沥滤液导出的硝酸盐浓度高，而亚硝酸盐浓度基本为零，说明污泥仍处于全程硝化阶段，后随着垃圾沥滤液导入的氨氮浓度的提高及sbr中do浓度的降低，sbr中亚硝酸盐开始出现积累，sbr中硝酸盐浓度逐渐下降，12.5天(25个周期)后，sbr中亚硝酸盐积累率达到80％以上，最高达91.4％，标志着垃圾沥滤液sbr短程硝化实现成功启动。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。