一种连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法及装置与流程

1.本发明涉及废水生物处理技术领域，具体涉及一种用于处理低浓度氨氮污水的连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法及装置。


背景技术：

2.以亚硝化(又称短程硝化)
‑
反硝化、部分亚硝化
‑
厌氧氨氧化为代表的基于亚硝酸盐途径(nitrite pathway)的新型污水生物脱氮技术在曝气能耗低、有机碳源节省以及剩余污泥产量少等方面表现突出，成为污水生物脱氮领域的研究热点。上述新型生物脱氮技术的共同基础均是高效且稳定的亚硝化反应，即nh
4+
‑
n被好氧氨氧化细菌(aob)氧化为no2‑
‑
n，同时防止产生的no2‑
‑
n被亚硝酸盐氧化细菌(nob)氧化为no3‑
‑
n。尽管，目前报道了诸多亚硝化实现途径或nob抑制策略，包括游离氨(fa)或游离亚硝酸(fna)抑制、低do抑制、周期性缺氧抑制、饥饿抑制、ph优化、低污泥龄控制等；然而，在实际应用中稳定且高效的亚硝化工艺仍难以维持，尤其针对处理低浓度氨氮污水(如城市污水)的连续流工艺。因此开发适于处理浓度氨氮污水的连续流亚硝化工艺极为重要。
3.近年来，基于颗粒污泥的亚硝化工艺表现极为突出。借助颗粒污泥优良的沉降性能、较高的生物量浓度和独特的菌群分层结构，颗粒污泥亚硝化工艺不仅在高温高浓度氨氮污水处理领域表现出优良效能，对于低氨氮污水甚至低温(<15℃)条件下颗粒污泥亚硝化过程也可高效稳定运行。因此，相比于传统絮体污泥亚硝化工艺，颗粒污泥亚硝化工艺在处理低浓度氨氮污水时更具优势和可行性，开发基于颗粒污泥的高效亚硝化工艺对如城市污水的高效低耗脱氮处理具有重要意义。
4.以往有关亚硝化颗粒污泥的培养多是集中于续批式柱形反应器中进行，而在连续流反应器中较少。现行大多数城市污水处理厂均以连续流方式运行，因此发明适用于城市污水处理的连续流亚硝化微颗粒污泥快速培养方法和装置更具推广价值。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种用于处理低浓度氨氮污水的连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法，包括以下步骤：
8.(1)向连续流反应器中接种絮体活性污泥，使活性污泥的浓度mlss达到2500
‑
4000mg/l；在进水氨氮(nh
4+
‑
n)浓度为30
‑
50mg/l、溶解氧(do)浓度为3
‑
6mg/l的条件下运行该连续流反应器，初始水力停留时间(hrt)为5
‑
8h；在保证反应器中氨氮浓度低于3mg/l的前提下，逐步缩短水力停留时间，培养得到具有密实结构、清晰边缘和优良沉降性能的微颗粒污泥；
9.(2)微颗粒污泥培养完成后，提升进水氨氮浓度并调整溶解氧浓度，使得反应器中
氨氮浓度为20
‑
50mg/l，且溶解氧与氨氮浓度之比维持在<0.2，使得微颗粒污泥实现部分亚硝化功能；
10.(3)降低进水氨氮浓度，并调整溶解氧浓度和水力停留时间，维持反应器中氨氮浓度在10
‑
15mg/l，且溶解氧/氨氮浓度之比<0.2，即得到所述连续流部分亚硝化微颗粒污泥。
11.进一步地，步骤(1)中，接种的絮体污泥体积占反应器总体积的20
‑
35％。
12.进一步地，步骤(2)中，步骤(2)中，提升进水氨氮浓度至200mg/l以上，并调控反应器中溶解氧浓度为1
‑
3mg/l。
13.进一步地，步骤(2)中，反应器中溶解氧与氨氮浓度之比维持在0.05
‑
0.15。
14.进一步地，步骤(3)中，将进水氨氮浓度降低至30
‑
50mg/l，将水力停留时间降低至0.8
‑
0.5h且溶解氧维持在1
‑
3mg/l。
15.进一步地，步骤(3)中，反应器中溶解氧/氨氮浓度之比维持在0.05
‑
0.15。
16.第二方面，本发明提供了一种连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养装置，包括原水箱、进水泵、鼓风机、亚硝化反应器、在线监测控制装置、do在线传感器和nh
4+
‑
n在线传感器；所述原水箱用于盛装污水原水，其通过进水泵与亚硝化反应器连接；所述亚硝化反应器内设有导流筒、沉淀区和出水窗口，所述鼓风机通过管路连接到所述导流筒的底部；所述do在线传感器和nh
4+
‑
n在线传感器设置于亚硝化反应器内，所述do在线传感器、nh
4+
‑
n在线传感器、进水泵与鼓风机均与所述在线监测控制装置电连接。
17.进一步地，所述亚硝化反应器的横截面为方形或圆形，高径比在2
‑
10。
18.进一步地，所述亚硝化微颗粒污泥快速培养装置还包括气泡扩散砂头，所述气泡扩散砂头设置在导流筒内侧的底部，所述鼓风机通过管路连接到所述气泡扩散砂头上。
19.进一步地，所述导流筒的横截面积占亚硝化反应器总横截面积的50％。
20.进一步地，所述鼓风机与亚硝化反应器之间设置有气体流量计。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.本发明的连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法，启动时间短，获得的亚硝化处理负荷高；而且受温度影响小，即使在温度低至15℃以下的环境中亦可实现高效稳定的亚硝化处理效能。
附图说明
23.图1是本发明的快速培养装置的结构示意图；
24.图2是培养第1d、第14d和第27d反应器中污泥的状态；
25.图3是培养第1d、第14d和第27d反应器中污泥的粒径分布；
26.图4是反应器运行0
‑
70d的过程中，进出水中氨氮、亚硝态氮的浓度以及亚硝化率变化情况；
27.附图标号说明：1、原水箱；2、进水泵；3、鼓风机；4、气体流量计；5、气泡扩散砂头；6、亚硝化反应器；61、导流筒；62、沉淀区；63、出水窗口；7、在线监测控制装置；8、do在线传感器；9、nh
4+
‑
n在线传感器。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以
更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
31.如背景技术所述，以往有关亚硝化颗粒污泥的培养多是集中于续批式柱形反应器中进行，而在连续流反应器中较少。现行大多数城市污水处理厂均以连续流方式运行，因此发明适用于城市污水处理的连续流亚硝化微颗粒污泥快速培养方法和装置更具推广价值。
32.本发明提供了一种连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养装置，请参见图1，该连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养装置包括原水箱1、进水泵2、鼓风机3、亚硝化反应器、在线监测控制装置7、do在线传感器8和nh
4+
‑
n在线传感器9。
33.原水箱1用于盛装污水原水，其通过进水泵2与亚硝化反应器6连接。所述亚硝化反应器6内用于投加活性污泥，其横截面的形状不限，可为方形、圆形等形状，其高径比优选为2
‑
10。亚硝化反应器6内设有导流筒61、沉淀区62和出水窗口63，其中设置导流筒61利于形成污泥颗粒，导流筒61的横截面积优选地占亚硝化反应器6总横截面积的约50％。
34.鼓风机3通过管路连接到导流筒61的底部，用于控制亚硝化反应器6内的溶解氧浓度。优选地，导流筒61内侧的底部设置有气泡扩散砂头5设置，鼓风机3通过管路连接到气泡扩散砂头5上，从而保证从气泡扩散砂头5中释放的气泡全部从导流筒61内部上升。优选地，鼓风机3与亚硝化反应器6之间设置有气体流量计4。
35.do在线传感器8和nh
4+
‑
n在线传感器9设置于亚硝化反应器6内，且do在线传感器8、nh
4+
‑
n在线传感器9、进水泵2与鼓风机3均与在线监测控制装置7电连接。do在线传感器8和nh
4+
‑
n在线传感器9的数据传输至在线控制装置，该装置根据do浓度和设定的运行程度控制鼓风机3，该装置也可根据nh
4+
‑
n浓度和设定的运行程度控制进水泵2。
36.实施例1
37.本实施例提供了一种连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法，其中：采用的反应器为方形，有效容积为2.5l，高径比2.5，沉淀区过水横截面积为10.5cm2；实施过程中水温控制在25
‑
28℃，ph维持在7.5
‑
8.0。
38.反应器中接种絮体污泥为某城市污水处理厂a2o工艺中好氧池污泥，初始接种污泥浓度mlss为2700mg/l，该絮体污泥平均粒径和中位粒径分别为86μm和77μm，sv30和svi30分别为19％和71ml
·
g
‑1。
39.(1)微颗粒污泥培养阶段：
40.原水nh
4+
‑
n浓度在50mg/l左右，do浓度在4
‑
6mg/l(曝气量在0.3
‑
0.6l
·
min
‑1)。运行初始，反应器进水流量为500mg/h(即hrt为5h)，从第4天开始逐渐提升进水流量，使hrt逐渐缩短至第14d时的2.5h。此时，反应器中污泥颜色由灰褐色转为米白色且大量污泥呈微颗粒形态(图2)，平均粒径和中位粒径分别增长至106μm和91μm(图3)，污泥表现出明显的颗粒化趋势，但此时微颗粒污泥无规则外形且仍有少量絮状污泥存在(图2)。
41.保持hrt为2.5h继续运行，第27d时反应器中基本无絮状污泥存在，所得微颗粒污
泥呈现出清晰、饱满的椭球型和球形(图2)，粒径分布测量结果显示，此时的微颗粒污泥平均粒径为134μm，中位粒径为103μm(图3)。
42.在微颗粒污泥培养阶段(0
‑
27d)，出水中氨氮和亚硝态氮浓度始终保持在0.3mg
·
l
‑1以下(图4)，即氨氮几乎全部转化为硝态氮(全硝化)。
43.(2)微颗粒污泥亚硝化功能实现阶段：
44.从第27d开始反应器hrt维持在2.5h，同时do浓度控制在1
‑
3mg/l；调整进水nh
4+
‑
n浓度从50mg/l提高至约200mg/l，此时反应器中nh
4+
‑
n浓度基本保持在27
‑
50mg/l，同时no2‑
‑
n浓度也升至140mg/l。随后的运行过程中反应器内no3‑
‑
n浓度逐渐下降，第44d时降至1mg/l以下，即微颗粒污泥完成从全硝化向部分亚硝化功能的转变(图4)。
45.第45d时，调节进水nh
4+
‑
n浓度下降至50mg/l，同时hrt降低至0.8
‑
0.5h且do浓度维持在1
‑
3mg/l，保证反应器中nh
4+
‑
n浓度在10
‑
15mg/l且do/nh
4+
‑
n浓度之比在0.1
‑
0.2，反应器中no3‑
‑
n和亚硝化率[no2‑
‑
n/(no2‑
‑
n+no2‑
‑
n)
×
100％]分别始终在1mg/l以下和95％以上(图4)，同时反应器中no2‑
‑
n/nh
4+
‑
n浓度之比平均值维持在1.0
‑
1.3(图4)，从而实现了低浓度nh
4+
‑
n污水的高效稳定的部分亚硝化处理。
[0046]
与以往亚硝化技术相比，本发明的连续流部分亚硝化微颗粒污泥快速培养方法具有以下优点：启动时间短，获得的亚硝化处理负荷高；而且受温度影响小，即使在温度低至15℃以下的环境中亦可实现高效稳定的亚硝化处理效能；可以处理低浓度连续流氨氮污水，例如城市生活污水。
[0047]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。