一种判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法与流程

本发明属于污水处理领域，涉及一种通过对活性污泥呼吸图谱的分析，判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法。

背景技术：

水体富营养化导致了水质恶化，严重影响了人们的生产和生活，氮、磷同为水体生物的重要营养物质，工业废水和生活污水中的氮、磷大量进入水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，大量死亡的水生生物被微生物分解，分解过程中消耗大量的溶解氧，水中的溶解氧浓度急剧下降，从而影响了鱼类等水生生物的生存。

目前，生化法脱氮除磷以及得到普遍使用。其中，氨氮的去除主要是通过硝化菌好氧亚硝化、硝化作用生成亚硝酸根、硝酸根，亚硝酸根、硝酸根通过反硝化菌缺氧反硝化生产氮气，从水中逸出。而磷的去除则是利用除磷菌在厌氧条件下释放磷，再在好氧条件下过度吸磷，通过排泥除磷。脱氮除磷往往在生化池中通过控制条件的不同实现，如何更好的控条件，找到同步脱氮除磷的最适条件，对污泥脱氮除磷效率的提高具有重要意义。由于在回流污泥中存在NO₃^--N将对除磷的效果产生影响，因此，提供一种判断活性污泥中是否存在NO₃^--N并评估污泥除磷性能的方法成为目前本领域亟待解决的技术问题。

NO₃^--N是指硝态氮，是指硝酸盐中所含有的氮元素。水和土壤中的有机物分解生成铵盐，被氧化后变为硝态氮。以硝态氮为主，再加上亚硝(酸盐)态氮、氨态氮和有机态氮总称之为总氮或全(态)氮。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用呼吸图谱判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法，该方法利用好氧条件下获得活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线，在曝气条件相同的情况下，对比洗泥和不洗泥两组活性污泥时的OUR曲线，确定含有NO₃^--N时活性污泥组呼吸图谱OUR-t曲线明显下拉的终止点(峰值)B，以及不同除磷性能与OUR下拉峰值点B值的对应关系，从而准确判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能。

本发明通过呼吸图谱OUR-t曲线，结合污水处理厂运行实际，分析建立了一种更为简单易行的判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

根据本发明实施例提供的一种判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法，该方法包括以下步骤：

1)取污水处理厂活性污泥分成两组，其中一组用缓冲溶液对活性污泥进行多次清洗后，并且充分曝气使活性污泥进入内源呼吸状态；

2)对步骤1)两组活性污泥分别加入反应装置，并进行曝氮气，使其进入缺氧状态，进行搅拌；

3)选定曝气设备的曝气量参数k_La，控制有机物的添加量S，通过计算获得呼吸图谱OUR-t曲线；

4)在相同曝气条件情况下，对比两组活性污泥的呼吸图谱OUR-t曲线，如果呼吸图谱OUR-t曲线在起始点A或Aˊ处迅速下降趋势明显，并达到一个OUR峰值B，则判断该活性污泥中有NO₃^--N存在；

5)在有NO₃^--N存在的活性污泥中，其活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线下拉速度明显变大，并达到一个OUR峰值，且OUR峰值越高时，表明污泥除磷性能越差。

进一步，所述步骤1)中，活性污泥进入内源呼吸状态的具体过程为：

取污水处理厂活性污泥，并用体积比1:3的比例添加自来水稀释，将活性污泥样品通过搅拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀释液的1/2体积，用PBS缓冲溶液洗泥3次，之后添加自来水将活性污泥混合液定容至活性污泥稀释液的原体积，曝气2～3h，活性污泥进入内源呼吸状态。

进一步，所述PBS缓冲溶液为以下组分混合液：

A：KH₂PO₄浓度为1.5～2.5mmol·L^-1；

B：Na₂HPO₄浓度为8～12mmol·L^-1；

C：NaCl浓度为135～140mmol·L^-1；

D：KCl浓度为2.5～3.0mmol·L^-1。

进一步，所述有机物为单一碳源：乙酸钠或葡萄糖，或为混合碳源：生活污水，添加量为150～700mg/L。

进一步，所述步骤3)中，对活性污泥曝氮气使其进入缺氧状态的控制条件为：

DO低于0.3±0.2mg/L，温度控制在20±1℃。

进一步，步骤3)获得呼吸图谱OUR-t曲线过程的温度控制为8～40℃。

进一步，根据污水处理厂不同工况下的活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线，当活性污泥中含有NO₃^--N时，夏季组的活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线达到的OUR峰值点B_夏值明显小于冬季组活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线达到的OUR峰值点B_冬；即当呼吸图谱OUR-t曲线达到的OUR峰值越高时，表明污泥除磷性能越差。

本发明通过分析呼吸图谱OUR-t曲线，利用污泥中是否添加NO₃-N来模拟回流污泥中是否存在NO₃-N，从而监测判断回流污泥中是否有NO₃-N；同时，通过对比夏、冬季呼吸图谱OUR-t曲线，发现污泥除磷性能与呼吸图谱OUR-t曲线的对应关系，从而用于判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能。

作为一种判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法，污水厂活性污泥测试结果表明：本发明的采用呼吸图谱判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法能够准确、高效的判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能，根据呼吸图谱OUR-t曲线是否存在下拉点B来判断回流污泥中是否有NO₃^--N的存在；以及根据下拉点B值的大小，可以判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能。

本发明具有以下优点：

1)本发明找到呼吸图添加NO₃^--N时的OUR曲线开始阶段明显下拉峰值点B，可根据呼吸图谱OUR-t曲线是否存在下拉点B来判断回流污泥中是否有NO₃^--N的存在。

2)本发明找到活性污泥不同除磷性能与OUR下拉峰值点B值的对应关系，从而准确判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能。

3)本发明方法检测方便。步骤简单易行，且测试设备自动化，例如使用西安绿标水环境科技有限公司提供的WBM系列污水处理智慧运行工作站，即可在无人操作的情况下自动化对待测试污泥进行测试。

附图说明

图1(a)、(b)分别为典型不含有NO₃^--N和含有NO₃^--N时呼吸图谱OUR-t曲线。

图2(a)、(b)分别为夏季不含有NO₃^--N和含有NO₃^--N时2h呼吸图谱OUR-t曲线。

图3(a)、(b)分别为夏季不含有NO₃^--N和含有NO₃^--N时3h呼吸图谱OUR-t曲线。

图4(a)、(b)分别为冬季不含有NO₃^--N和含有NO₃^--N时2h呼吸图谱OUR-t曲线。

图5(a)、(b)分别为冬季不含有NO₃^--N和含有NO₃^--N时3h呼吸图谱OUR-t曲线。

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本发明做进一步的说明。

本发明通过对活性污泥呼吸图谱分析来判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能。

本发明判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能，包括以下步骤：

1)取污水处理厂活性污泥，分成两组，其中一组不清洗，另一组进行清洗：用体积比1:3的比例添加自来水稀释，将活性污泥样品通过搅拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀释液的1/2体积，用PBS缓冲溶液洗泥3～5次，之后添加自来水将活性污泥混合液定容至活性污泥稀释液的原体积，然后并且充分曝气2～3h，使活性污泥进入内源呼吸状态；通过洗泥可将原活性污泥污泥中的基质、硝氮、亚硝氮、氨氮、COD等去除。

缓冲溶液为以下组分混合液：

A：KH₂PO₄浓度为1.5～2.5mmol·L^-1；

B：Na₂HPO₄浓度为8～12mmol·L^-1；

C：NaCl浓度为135～140mmol·L^-1；

D：KCl浓度为2.5～3.0mmol·L^-1。

2)对步骤1)的两组活性污泥分别加添加量为150～700mg/L有机物(单一碳源：乙酸钠或葡萄糖，或为混合碳源：生活污水)保证碳源充足；为了实验室模拟含有NO₃^--N的活性污泥，其中未洗泥组进一步添加NO₃^--N(为硝酸钾、硝酸钠等硝酸盐；添加量为18～22mg/L)，分别加入反应装置，并进行曝氮气，使其进入缺氧状态，进行搅拌。

活性污泥曝氮气的缺氧状态控制条件为：

DO低于0.3±0.2mg/L，温度控制在20±1℃。

3)选定WBM450系列曝气设备的曝气量参数k_La，在步骤1)进入内源呼吸状态的污泥中，依据选定的参数k_La，控制有机物(单一碳源：乙酸钠、葡萄糖或者混合碳源：生活污水)的添加量S，并根据污泥的实际除磷特性，调整曝气量参数，获得呼吸图谱OUR-t曲线；获得呼吸图谱OUR-t曲线过程的温度控制为8～40℃；

4)在曝气条件相同的情况下，在步骤3)获得的呼吸图谱OUR-t曲线上，对比两组清洗和不清洗活性污泥的呼吸图谱OUR-t曲线，如果呼吸图谱OUR-t曲线在起始点A和Aˊ处迅速下降趋势明显，并达到一个峰值B，则可根据呼吸图谱OUR-t曲线判断活性污泥中是否有NO₃^--N存在；

根据污水处理厂不同工况下的活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线，当活性污泥中含有NO₃^--N时，夏季组的呼吸图谱OUR-t曲线达到的OUR峰值点B_夏值明显小于冬季组B_冬，即当呼吸图谱OUR-t曲线达到的OUR峰值越高时，表明污泥除磷性能越差。

5)根据两组的OUR曲线，当在有NO₃^--N存在的活性污泥中，其活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线下拉速度明显变大时，并很快达到OUR峰值B，则表明污泥除磷性能差；且呼吸图谱OUR-t曲线明显下拉至峰值点B越高时，表明污泥除磷性能越差。

即采用呼吸图谱判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能时，取污水厂厌氧池污泥两份，一份洗泥，一份不洗泥，经搅拌后，进行曝气得到对应的两组呼吸图谱OUR-t曲线，若呼吸图谱OUR-t曲线存在下拉OUR峰值B，则回流污泥中是否有NO₃^--N的存在；且B值越大活性污泥除磷性能越差。

下面通过具体实施例进一步说明本发明效果。

1)对来源于西安市内某个污水处理厂活性污泥进行取样(取样概况见表1)；

2)选择西安绿标水环境科技有限公司提供的WBM450系列智慧运行工作站作为获得活性污泥呼吸图谱OUR-t曲线的设备；

3)取污水处理厂活性污泥分成两组，其中一组不清洗，另一组进行清洗：用体积比1:3的比例添加自来水稀释，将活性污泥样品通过搅拌、沉淀、去上清液、定容至活性污泥稀释液的1/2体积，用PBS缓冲溶液洗泥3次，之后添加自来水将活性污泥混合液定容至活性污泥稀释液的原体积，曝气2h，活性污泥已进入内源呼吸状态。

缓冲溶液PBS：

A:KH₂PO₄浓度为1.7mmol·L^-1；

B：Na₂HPO₄浓度为10mmol·L^-1；

C：NaCl浓度为137mmol·L^-1；

D：KCl浓度为2.8mmol·L^-1。

4)选定曝气设备的曝气量参数k_La＝5.3h^-1，在步骤3)进入内源呼吸的污泥中，依据选定的参数k_La＝5.3h^-1，控制添加单一碳源乙酸钠的量S＝150mg/L，其中未洗泥组进一步添加NO₃^--N(为硝酸钾；添加量为20mg/L)，在20±0.5℃温度下获得呼吸图谱OUR-t曲线，见附图1(a)、(b)所示；

在获得的呼吸图谱OUR-t曲线上，在曝气条件相同的情况下，对比两组OUR-t曲线，起始点A和Aˊ，其中活性污泥中含有NO₃^--N时的明显下拉的终止点(峰值)为B。

实施例分析：

取该污水处理厂夏、冬季污泥，分别分为无NO₃^--N和和NO₃^--N两组(A_无、A_有和B_无、B_有)的呼吸图谱OUR-t曲线，如图2(a)、(b)、图3(a)、(b)、图4(a)、(b)和图5(a)、(b)所示。通过测定污水处理厂进水、出水TP，进行释磷试验，判断除磷性能，其大小排序为：A＞B。根据污水处理厂不同工况下的呼吸图谱OUR-t曲线，当含有NO₃^--N时，均有明显下拉的终止点(OUR峰值)B出现，夏季组的呼吸图谱OUR-t曲线达到的OUR峰值B_夏明显小于冬季组B_冬，即大小顺序均为：A＜B。也就是说，通过取污水处理厂活性污泥获得呼吸图谱OUR-t曲线，根据OUR-t曲线开始阶段是否有明显下拉的终止点(OUR峰值)B出现，可判断进水中是否含NO₃^--N；根据OUR下拉峰值点B值的大小，可判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能。

综上可见，根据曲线验证方案的可行性，本发明是一种采用呼吸图谱判定回流污泥中有无硝氮和评估污泥除磷性能的方法。

表1污水处理厂概况

表2夏、冬季污水处理厂实施例

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，采用控制NO₃^--N的添加，对比不同工况下的活性污泥除磷性能，从而得到个条件对应的呼吸图谱OUR-t曲线，表2仅仅给出了较佳的实施例，本发明权利要求限定的有机物为单一碳源或混合碳源在数值上与k_La对应关系的数值保护范围均能够满足本发明获得呼吸图谱OUR-t曲线的要求。除此，本发明权利还包括其他环境因素的改变，如温度、pH等。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。