一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的方法与流程

技术领域：

本发明涉及污水生物处理领域，提供一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的装置和方法，可以启动和维持污泥微膨胀长期耦合短程硝化的状态，提高总氮和cod的去除效率，节约曝气量和能耗，为各实际污水处理厂提供一种节能降耗的短程硝化污泥微膨胀启动方案。

背景技术：
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活性污泥法是目前世界上应用最广泛的污水处理技术，污泥膨胀却一直是活性污泥法污水处理厂运行中的常见问题，严重时会使污水处理系统崩溃。活性污泥膨胀问题大多数是由于丝状微生物过度增殖引起的，其特点是发生频率高，产生的危害大。但彭永臻院士在国内外首次提出“污泥微膨胀节能理论和方法”，既其由单一的低溶解氧条件引发的膨胀程度较轻，不会造成污泥流失，污泥容积指数(svi)维持在150-250ml/g范围内的一种现象，因其能改善出水水质和节约能耗而受到广泛关注。丝状菌作为污泥絮体的骨架，各种胶体粒子和菌胶团细菌等微生物能附着在上面，是活性污泥絮体的重要组成部分。同时由于丝状菌具有较长的菌丝和较大比表面积，能够在低溶解氧条件下优势生长，降解低浓度底物；且菌丝之间相互交错缠绕形成网状结构，在污泥沉降的过程中起到过滤的作用，吸附和截留水中细小颗粒物和游离细菌，改善出水水质并达到了节省曝气量的目的。

氨氧化菌(aob)的氧饱和常数为0.2-0.4mg/l，亚硝酸盐氧化菌(nob)的氧饱和常数为1.2-1.5mg/l，因此在低溶解氧条件下，aob比nob更能适应低溶解氧的环境，nob逐步被淘洗。低溶解氧条件有利于抑制nob的活性，富集氨氧化细菌，促进亚硝酸盐的积累，同时低溶解氧条件有利于短程硝化的实现和稳定维持，其与全程硝化相比可以节约能耗、曝气量、碳源等。目前国内外在污泥微膨胀和短程硝化两方面的研究已经取得了一定的成果，但是在低碳氮比生活污水条件下，利用丝状菌生长、生理特性，通过调控丝状菌菌群、数量启动短程硝化污泥微膨胀来治理污泥膨胀的研究还较少，尤其缺少结合丝状菌生理特性和短程硝化的条件精确调控短程硝化污泥微膨胀状态，从而达到改善出水水质和节约能耗的目的。

因此，开发一种在低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的方法是十分有必要的，可以结合丝状菌生长生理特性和短程硝化过程的控制条件来调控污水处理工艺的运行条件和参数，达到启动和维持污泥微膨胀长期耦合短程硝化的状态，从而实现节约能耗和改善出水水质的目的。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的装置和方法，可以启动和维持污泥微膨胀长期耦合短程硝化的状态，提高污染物去除效率，改善出水水质，节约曝气量和能耗，为实际污水处理厂提供一种改善出水水质和节约能耗的方法。

一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的方法，其特征在于：1.一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的装置，该装置结构如下：

sbr反应器，包括进水系统、排水系统、搅拌系统、曝气系统、温控系统、do和ph监测系统。sbr反应器容积为10l，有效容积为8l，反应器外侧装有溢流阀(5)、排泥阀(6)、进水阀(3)以及出水阀(4)。进水系统通过进水箱(1)、蠕动泵(2)、进水管与sbr反应器顶部的进水阀(3)连通；在sbr反应器底部1/2处设有排水系统，通过排水管与出水箱(15)连通；搅拌系统包括电动搅拌桨(7)；反应器底部装有一曝气圆盘(9)，曝气圆盘连接气体转子流量计(14)，气体转子流量计连接空气压缩机(8)，控制曝气量；温控装置通过加热棒(13)调节反应装置温度，通过温度探头进行监测；在sbr反应器顶端有一溢流阀(5)，防止溢流；在sbr反应器底端有一排泥阀(6)，用于排泥；用手持数字多参数计wtw(10)连接的do探头(12)和ph探头(11)分别监测do和ph的变化。

2.本发明提供一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的方法：

步骤1接种污泥：在sbr反应器中接种北京某高校短程硝化中试污泥。

步骤2驯化阶段：sbr反应器中污泥浓度维持在2500～3500mg/l。打开进水阀，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器中；打开温控装置使温度维持在25±1℃；利用空气压缩机将使气体流经玻璃转子流量计后通过反应器底部的曝气盘进入到反应器中，调节转子流量计将do浓度控制在2.5mg/l；打开搅拌器，使泥水混合物充分搅拌。一个反应周期结束后静置30～50分钟后，打开出水阀，通过出水管将水排出，排水比为50％。换污水进入下一周期，如此反复7天后种泥活性恢复，svi为60～80ml/g，进入下一阶段。

步骤3启动短程硝化污泥微膨胀方法，分为两个阶段：

第一阶段：

这一阶段每天运行4个周期，单周期运行方式：进水5min，好氧搅拌150～210min，沉淀30min，排水10min，闲置。打开进水阀，采用短时进水模式，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器内，打开搅拌器使泥水充分混合，利用温控装置将温度控制在25±1℃，ph值控制在7.0～7.8，srt控制在25～30天，污泥负荷范围为0.1～0.3kg/(kg.d)。好氧阶段打开空气压缩机，调节转子流量计将do浓度控制在0.5±0.1mg/l，此阶段用wtw连续监测系统内的do和ph值，根据do-ph曲线在氨谷点即为溶解氧突然上升时关闭空气压缩机；静置沉淀后打开出水阀通过出水管将水排出，排水比为50％。每周期曝气结束后检测出水亚硝积累率是否达到85％以上；若亚硝积累率达到85％以上且稳定运行7天以上，说明短程硝化启动成功，进入下一阶段；

第二阶段：

这一阶段每天运行4个周期，采用间歇曝气的运行方式，单周期运行方式：进水5min，缺氧搅拌：好氧搅拌＝30:60min(交替运行3次)，沉淀40min，排水10min，闲置35min。打开进水阀，采用短时进水模式，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器内，打开搅拌器使泥水充分混合，利用温控装置将温度控制在25±1℃，ph值控制在7.0～7.8，srt控制在25～30天，污泥负荷范围为0.1～0.3kg/(kg.d)。好氧阶段打开空气压缩机，调节转子流量计将do浓度控制在0.5±0.1mg/l。交替缺好氧运行结束后静置沉淀，打开出水阀通过出水管将水排出，排水比为50％。

步骤4：在步骤3的两个阶段运行期间每天测svi和亚硝积累率，在反应器运行62天后系统中svi稳定维持在180～230ml/g之间且亚硝积累率维持在85％以上，说明系统成功启动低碳氮比生活污水条件下短程硝化污泥微膨胀。通过革兰氏纳氏染色镜检及荧光原位杂交技术鉴定本发明污泥微膨胀的优势丝状菌，为type0092丝状菌。

3.本发明优点在于：

(1)本发明通过研究丝状菌的生理特性和短程硝化工艺的控制条件，在低溶解氧条件下成功启动并稳定维持污泥微膨胀和短程硝化的耦合，为今后丝状菌污泥膨胀的治理提供了借鉴。

(2)本发明提供一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的方法，适用于目前污水处理厂处理低碳氮比生活污水(碳源不足)，在特定的溶解氧、温度、ph等运行条件和参数下可快速启动。

(3)本发明提供一种能长期稳定维持污泥微膨胀耦合短程硝化的状态，提高了出水总氮和cod的去除率，改善了出水水质，节约了曝气量和碳源，为各实际污水处理厂提供了一种节能降耗的方案。

附图说明：

图1为sbr反应器结构示意图，如图1所示：1-进水箱；2-蠕动泵；3-进水阀；4-排水阀；5-溢流阀；6-排泥阀；7-搅拌桨；8-空气压缩机；9-曝气盘；10-手持数字多参数计；11-ph探头；12-do探头；13-控温加热棒；14-转子流量计；15-出水箱；

图2为短程硝化污泥微膨胀步骤3不同阶段亚硝酸盐积累率的变化情况；

图3为短程硝化污泥微膨胀步骤3不同阶段svi值的变化情况；

图4为短程硝化污泥微膨胀达稳定状态后革兰氏、纳氏染色图；

图5为短程硝化污泥微膨胀达稳定状态后以type0092为优势丝状菌的fish检测图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细说明：

本发明使用sbr反应器，接种北京某高校短程硝化中试污泥。将该污泥进行7天的驯化以恢复活性：控制sbr反应器中污泥浓度维持在2500～3500mg/l。打开进水阀，采用短时进水模式，进水5min，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器中；打开温控装置使温度维持在25℃左右；利用空气压缩机将使气体流经玻璃转子流量计后通过反应器底部的曝气盘进入到反应器中，调节转子流量计将do浓度控制在2.5mg/l；打开搅拌器，使泥水混合物充分搅拌。一个反应周期结束后静置30～50分钟后，打开出水阀，通过出水管将水排出，排水比为50％。换污水进入下一周期，如此反复7天后种泥活性恢复，svi为60～80ml/g，进入下一阶段。

试验期间采用低碳氮比生活污水作为进水，水质特征如下：

通过曝气使活性污泥恢复到正常水平后，开始第一阶段：每天运行4个周期，单周期运行方式：进水5min，好氧搅拌150～210min，沉淀30min，排水10min，闲置。打开进水阀，采用短时进水模式，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器内，打开搅拌器使泥水充分混合，利用温控装置将温度控制在25±1℃，ph值控制在7.0～7.8，srt控制在30天左右，污泥负荷为0.1～0.3kg/(kg.d)。好氧阶段打开空气压缩机，调节转子流量计将do浓度控制在0.5±0.1mg/l，此阶段用wtw连续监测系统内的do和ph值，根据do-ph曲线在氨谷点，即为溶解氧突然上升时关闭空气压缩机；静置沉淀后打开出水阀通过出水管将水排出，排水比为50％。每周期曝气结束后检测出水亚硝积累率，从第25天起系统亚硝积累率达到85％并能稳定维持，进入第二阶段；

第二阶段每天运行4个周期，采用间歇曝气的运行方式，单周期运行方式：进水5min，缺氧搅拌：好氧搅拌＝30:60min(交替运行3次)，沉淀40min，排水10min，闲置35min。打开进水阀，采用短时进水模式，利用蠕动泵通过进水管将低碳氮比(c/n＝2.5～3.5)生活污水加入到sbr反应器内，打开搅拌器使泥水充分混合，利用温控装置将温度控制在25±1℃；ph值控制在7.0～7.8，srt控制在25～30天，污泥负荷为0.1～0.3kg/(kg.d)。好氧阶段打开空气压缩机，调节转子流量计将do浓度控制在0.5±0.1mg/l。交替缺好氧运行结束后静置沉淀，打开出水阀通过出水管将水排出，排水比为50％。

经过第二阶段后每天测svi和亚硝积累率，亚硝积累率一直在85％以上，从进入第二阶段30天后系统svi达到192.37ml/g并在随后的运行中系统内svi值稳定维持在180～230ml/g，说明在sbr反应器中成功启动并能够稳定维持短程硝化污泥微膨胀，从而提供一种低碳氮比生活污水条件下启动短程硝化污泥微膨胀的装置和方法。如图4所示对svi值稳定维持在180～230ml/g的污泥进行染色镜检，对丝状菌进行荧光原位杂交定性分析，如图5所示系统内引发污泥微膨胀的优势丝状菌为type0092丝状菌。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好地理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。