一种快速短程硝化的启动方法

摘要

本发明公开了一种快速高效短程硝化的启动方法，该方法为：将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中；将污水导入SBR反应器使反应器内污泥的浓度为2500~3500mg/L，控制污水温度30±1℃、pH7.9~8.2；启动反应器的曝气设施使溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L；曝气时间为1.5~2.5h；停止曝气，开启搅拌使泥水混匀，搅拌0.5~1.5h；重复1～5次曝气和搅拌操作；然后静置使固液分离；排出上清液即可。本发明以间歇曝气方式进行短程硝化，相比于传统的连续曝气，能更好地促进AOB的生长，抑制硝化反应，并可以有效降低反应装置的能耗，可实现对低氨氮含量的生活污水的短程硝化的启动。

权利要求

1.一种快速短程硝化的启动方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中；

2） 进水：将待处理污水导入SBR反应器使反应器内污泥的浓度MLSS为2500~3500mg/L，控制污水温度为30±1℃、pH 7.9~8.2；

3）曝气：启动SBR反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧浓度为

0.8～1.2mg/L；曝气时间为1.5~2.5h；

4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使SBR反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；

搅拌时间为0.5~1.5h；

5）重复1～5次步骤3）和步骤4）；

6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离；

7）出水：排出上清液；

步骤2）中所述污水的化学需氧量COD为150~200mg/L；

步骤2）中，所述污水的氨氮浓度为40~60mg/L。

2.根据权利要求1所述的一种快速短程硝化的启动方法，其特征在于：步骤1）中，接种污泥浓度MLSS为4500～5000mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种快速短程硝化的启动方法，其特征在于：步骤6）中，所述自然沉淀的时间为0.5h~1h。

4.根据权利要求1所述的一种快速短程硝化的启动方法，其特征在于：在步骤7）完成后，往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

说明书

一种快速短程硝化的启动方法

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理领域，涉及一种快速高效短程硝化的启动方法，特别涉及在低氨氮条件下，短程硝化的实现以及亚硝酸盐的积累问题的工艺和方法。

背景技术

[0002] 当前污水脱氮仍以常规的生物硝化/反硝化为主，虽然相比物理、化学法脱氮具有成本优势，但仍存在效率低、能耗物耗高、剩余污泥量大等缺点。随着对氮转化途径认识的深入，针对传统脱氮工艺存在的固有缺点而发展出了一系列新型脱氮工艺。如厌氧氨氧化工艺、短程硝化反硝化工艺等。与传统脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺和短程硝化反硝化工艺作为当前污水脱氮处理的前沿技术，由于具有节省曝气量、节约所需有机碳源、节省能耗、缩短反应时间、大幅降低产生的污泥量等优势，为当前污水脱氮技术提供了一个新的研究方向，特别是对于当前污水处理追求高效低能耗的形势下，越来越受到人们的重视。

[0003] 短程硝化作为ANANMOX（Anammox Anaerobic Ammoniu Oxidation，厌氧氨氧化）和短程硝化反硝化工艺的前提，是利用氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）氮素转化的-差异性，将氨氮氧化控制在NO2-N阶段，省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节，如何实现高效的亚硝酸盐积累制约着厌氧氨氧化和反硝化工艺的发展。

[0004] 当前实现短程硝化的主要工艺方法有：Hellinga等人针对高温高氨氮废水提出的SHARON短程硝化工艺，在35℃左右通过将高氨氮废水在一个完全混合式的反应器中处理，控制水力停留时间(HRT)等于污泥停留时间(SRT)，实现短程硝化。SHARON短程硝化工艺主要应用于消化污泥脱水液处理，垃圾渗滤液及养猪废水等高氨氮废水处理。韩晓宇等（以FA与FNA为控制因子的短程硝化启动与维持[J]. 环境科学, 2009,03）采用连续流A/O反应器处理消化污泥脱水液采用FA（游离氨）与FNA（游离亚硝酸盐）联合抑制方式实现稳定的短程硝化，此方法主要针对FA和FNA在高氨氮条件下对短程硝化的影响，具有一定的局限性。闫立龙等（pH 值对猪场养殖废水常温短程硝化特性的影响[J]。农业机械学报，2011，42（10））采用进水5 min、曝气300 min、沉淀40 min、排水10 min、闲置5min，每天运行4个周期的运行模式实现了高氨氮猪场养殖废水的亚硝化，pH值在7. 0～9. 5，亚硝酸盐积累率在75%～80%之间，该研究主要针对高氨氮废水，并且采用传统短程硝化工艺采用单向控制流程，短程硝化率低，而且容易出现亚硝酸盐向硝酸盐的转化。

[0005] 可见当前针对高氨氮废水的短程硝化研究较为成熟，对于低氨氮的城市生活污水的短程硝化而言，由于其基质浓度低，氨氧化菌培养驯化慢等特点较为成熟的短程硝化成果较少，并且大多数都处在实验研究阶段，且出现亚硝酸盐积累后如何维持其长期稳定存在是短程生物脱氮技术的关键；而传统短程硝化工艺采用单向控制流程，即“进水→搅拌→曝气→沉淀→出水”的运行方式，其中，对于曝气时间的控制一般根据pH的变化进行调节，实操性较难，现有的自控技术难以满足需要；另一方面，AOB极易受到溶解氧（DO）的影响，由于曝气时间较难控制，容易造成亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，不利于短程硝化氨氧化菌的生长，稳定实现亚硝化仍存在一定的困难；特别是短程硝化菌种AOB的增殖驯化依旧存在启动效率低下的问题。

[0006] CN102173536B公开了一种用抑制剂在硝化池中实现的高效短程硝化方法，该方法通过设置调节池、硝化池和沉淀池，通过自养型细菌的作用，液体中氨氮的一部分或者全部被氧化成亚硝态氮；从硝化池流出的泥水混合物在沉淀池中进行沉淀，经固液分离之后，出水进入脱氮池，污泥经循环泵进入硝化池；在硝化池之前，设置有一调节池，在调节池中装有氨氮在线测定装置，进水泵及循环泵的流量。该方法的进水氨氮浓度在500～2000mg/L，不适用于进水氨氮浓度低于50mg/L 的低氨氮废水。并且该方法的水力停留时间等参数需要根据进水氨氮浓度进行调控，缺乏系统的运行参数，操作相对较为复杂，不利于实际生产。CN101638267A公开了一种含氨废水短程硝化的快速启动方法，通过采用间歇操作方式，从氨氮初始浓度200~300mg/L逐步提高至400~700mg/L，pH=7.8~8.5，连续操作方式的水力停留时间为14~20h，实现了短程硝化的快速启动；但是，该方法采用氨氮浓度由50mg/L开始逐渐递增至100mg/L的方式，而现实中含氮废水的浓度基本是稳定的，该方法实操性较难，且不适用于低氨氮城市生活污水。

[0007] 因此，急需研发一套快速稳定实现低氨废水短程硝化的处理方法和技术，为城市污水处理工艺的降耗、减排提供新的思路。

发明内容

[0008] 为了解决上述存在的问题，本发明采用序批式（SBR）生物反应器，采用间歇曝气方式，并结合特定的温度、溶解氧、pH，解决了目前短程硝化工艺（尤其是低氨氮生活污水的短程硝化）中存在氨氧化菌（AOB）增殖效率慢、亚硝酸盐积累效率低、短程硝化启动周期长等问题。

[0009] 本发明的目的在于提供一种快速高效短程硝化的启动方法。

[0010] 本发明所采取的技术方案是：

[0011] 一种快速高效短程硝化的启动方法，包括以下步骤：

[0012] 1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中；

[0013] 2）进水：将待处理污水导入SBR反应器使反应器内污泥的浓度MLSS为2500~3500mg/L，控制污水温度为30±1℃、pH 7.9~8.2；

[0014] 3）曝气：启动SBR反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L；曝气时间为1.5~2.5h；

[0015] 4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使SBR反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；搅拌时间为0.5~1.5h；

[0016] 5）重复1～5次步骤3）和步骤4）；

[0017] 6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离；

[0018] 7）出水：排出上清液。

[0019] 进一步的，步骤1）中，接种污泥浓度MLSS为4500～5000mg/L。

[0020] 进一步的，步骤2）中，所述污水的化学需氧量COD为150~200mg/L。

[0021] 进一步的，步骤2）中，所述污水的氨氮浓度为40mg/L以上。

[0022] 进一步的，步骤2）中，所述污水的氨氮浓度为40~60mg/L。

[0023] 进一步的，步骤6）中，所述自然沉淀的时间为0.5h~1h。

[0024] 进一步的，在步骤7）完成后往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

[0025] 本发明的有益效果是：

[0026] 1）本发明确立了较为完整的短程硝化实现方法，包括如何进行氨氧化菌的增殖培养，以及实现亚硝酸盐最大化积累的控制条件，通过挂膜方式有效地解决了SBR工艺在短程硝化过程中出现的菌种增殖慢、氨氮转化效率低等问题，为工程实际运行奠定了基础。

[0027] 2）本发明创造性的提出了间歇曝气方式进行短程硝化，相比于传统的连续曝气，对于促进AOB的生长，并且抑制硝化反应的发生作用明显，并且可以有效降低反应装置的能耗。

[0028] 3）本发明提供了采用SBR（序批式活性污泥法）工艺，对于低氨氮的城市生活污水的短程硝化的实现各个控制因素包括温度、溶解氧、pH，间歇曝气运行时间等具体参数设置，对于结合ANAMMOX和反硝化技术去除氨氮具有创新性意义。

[0029] 4）本发明采用全程自动控制模块进行操作，控制简单宜行，对于工程化应用具有重要的参考价值。

附图说明

[0030] 图1为短程硝化启动期间NH4+-N、NO2--N、NO3--N浓度变化；

[0031] 图2为短程硝化启动期间氨氮去除率和亚硝氮积累率的变化情况；

[0032] 图3为短程硝化不同时段NH4+-N、NO2--N、NO3--N浓度变化情况及NH4+-N去除率和-NO2-N积累率的情况。

具体实施方式

[0033] 一种快速高效短程硝化的启动方法，包括以下步骤：

[0034] 1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中；

[0035] 2）进水：将待处理污水导入SBR反应器使反应器内污泥的浓度MLSS为2500~3500mg/L，控制污水温度为30±1℃、pH 7.9~8.2；

[0036] 3）曝气：启动SBR反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L；曝气时间为1.5~2.5h；

[0037] 4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使SBR反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；搅拌时间为0.5~1.5h；

[0038] 5）重复1～5次步骤3）和步骤4）；

[0039] 6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离；

[0040] 7）出水：排出上清液。

[0041] 优选的，步骤1）中，接种污泥浓度MLSS为4500～5000mg/L。

[0042] 优选的，步骤2）中，所述污水的化学需氧量COD为150~200mg/L。

[0043] 优选的，步骤2）中，所述污水的氨氮浓度为40mg/L以上。

[0044] 更优选的，步骤2）中，所述污水的氨氮浓度为40~60mg/L。

[0045] 优选的，步骤5）中，重复2次步骤3）和步骤4）；

[0046] 优选的，步骤6）中，所述自然沉淀的时间为0.5h~1h。

[0047] 优选的，在步骤7）完成后往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

[0048] 以下结合具体实施方式对本发明做进一步描述，本发明的保护范围并不局限于此。

[0049] 实施例1：

[0050] 一、快速高效短程硝化的启动，包括以下步骤：

[0051] 1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中，接种污泥为城市污水厂二沉池回流污泥；接种污泥浓度MLSS为4800mg/L；反应器采用间歇操作方式；

[0052] 2）进水：将待处理污水导入SBR反应器内，使上一步的接种污泥浓度MLSS为3000mg/L，控制污水温度为30±1℃、pH 8，其中待处理污水的化学需氧量COD为170mg/L、氨氮浓度为50mg/L；

[0053] 3）曝气：启动反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧DO浓度为1mg/L；曝气时间为2h；

[0054] 4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；搅拌时间为1h；

[0055] 5）重复2次步骤3）和步骤4）；

[0056] 6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离，其中，自然沉淀的时间为0.5h；

[0057] 7）出水：然后排出上清液，往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

[0058] 本实施例的启动阶段，SBR反应器运行周期时间约为10.3h（进水0.3h，、曝气/搅拌交替运行3次每次3h、沉淀0.5h、出水0.5h，一共10.3h）。

[0059] SBR反应器每天运行两个周期，每个周期10.3h。并试验发现曝气/搅拌交替运行2，3，4，5，6次均可以实现快速高效地启动短程硝化，但曝气/搅拌交替运行3次时，亚硝酸盐积累率最高，整体试验效果最佳。

[0060] 二、菌种调整期

[0061] 上述SBR反应器在运行第0天~第6天时，由于以接种方式对活性污泥进行驯化，-此时AOB和NOB都处于活性调整适应阶段和淘汰阶段，在这一调整期阶段，出水中NO2-N浓- +
度≤1.35mg/L、NO3-N浓度≤21.45 mg/L、NH4-N去除率≤59.50%（如图1～3所示）；因+ -
混合液中残留有大量的DO，NH4-N大多被NOB转化为NO3-N，此时混合液中NOB仍占据优势，SBR反应器内主要进行全程硝化反应。

[0062] 三、菌种快速增长期

[0063] 在运行第6天~第17天时，为AOB对数增长期，从启动的第6d开始，出水中的- - +NO2-N浓度不断增加、NO3-N逐渐减少；NH4-N去除率开始剧减而后随时间的推移呈现上升趋势。表明随着运行时间的增加，通过对生化反应器运行工况的控制，为AOB的生长创造了有利的生境，使得AOB的增殖速率高于NOB，AOB逐渐成为优势菌种。当运行至第15d时，出- - - -
水中NO3-N与NO2-N二者的浓度相同，在此阶段NO2-N积累率呈现直线上升趋势[NO2-N/- -
(NO2-N+ NO3-N)%]最高达到89.10%（如图1～图3所示）。

[0064] 四、稳定期

[0065] 在运行第17天~第30天时，为AOB菌种稳定增长期，从第17d开始，反应器中+ - - +NH4-N、NO2-N、NO3-N三者的浓度趋于稳定。出水中，NH4-N浓度降至2mg/L左右、去除率达- - - -
到95%，NO2-N积累率[NO2-N/(NO2-N+ NO3-N)%]达到 90%以上（如图1～图3所示），并呈稳定状态；至此表明，快速高效的低氨氮废水的短程硝化已成功实现。

[0066] 实施例2：

[0067] 快速高效短程硝化的启动，包括以下步骤：

[0068] 1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中，接种污泥为城市污水厂二沉池回流污泥；接种污泥浓度MLSS为4800mg/L；反应器采用间歇操作方式；

[0069] 2）进水：将待处理污水导入SBR反应器内，使上一步的接种污泥浓度MLSS为3000mg/L，控制污水温度为30℃、pH 8.0，其中待处理污水的化学需氧量COD为150mg/L、氨氮浓度为40mg/L；

[0070] 3）曝气：启动反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧DO浓度为1mg/L；曝气时间为2h；

[0071] 4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；搅拌时间为1h；

[0072] 5）重复2次步骤3）和步骤4）；

[0073] 6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离，其中，自然沉淀的时间为1h；

[0074] 7）出水：然后排出上清液，往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

[0075] 实施例3：

[0076] 快速高效短程硝化的启动，包括以下步骤：

[0077] 1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中，接种污泥为城市污水厂二沉池回流污泥；接种污泥浓度MLSS为5000mg/L；反应器采用间歇操作方式；

[0078] 2）进水：将待处理污水导入SBR反应器内，使上一步的接种污泥浓度MLSS为3500mg/L，控制污水温度为29℃、pH 7.9，其中待处理污水的化学需氧量COD为200mg/L、氨氮浓度为60mg/L；

[0079] 3）曝气：启动反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧DO浓度为1.2mg/L；曝气时间为2.5h；

[0080] 4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；搅拌时间为1.5h；

[0081] 5）重复2次步骤3）和步骤4）；

[0082] 6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离，其中，自然沉淀的时间为0.5h；

[0083] 7）出水：然后排出上清液，往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

[0084] 实施例4：

[0085] 快速高效短程硝化的启动，包括以下步骤：

[0086] 1）将富含硝化细菌的接种污泥导入SBR反应器中，接种污泥为城市污水厂二沉池回流污泥；接种污泥浓度MLSS为5000mg/L；反应器采用间歇操作方式；

[0087] 2）进水：将待处理污水导入SBR反应器内，使上一步的接种污泥浓度MLSS为2500mg/L，控制污水温度为31℃、pH 8.2，其中待处理污水的化学需氧量COD为200mg/L、氨氮浓度为100mg/L；

[0088] 3）曝气：启动反应器中的曝气设施，使反应器内为好氧环境，其中溶解氧DO浓度为0.8mg/L；曝气时间为1.5h；

[0089] 4）关闭曝气设施，同时开启搅拌设施，使反应器内泥水充分混匀后关闭搅拌设施；搅拌时间为0.5h；

[0090] 5）重复4次步骤3）和步骤4）；

[0091] 6）停止曝气和搅拌后，静置反应器，使其内物质自然沉淀，使固液分离，其中，自然沉淀的时间为1.5h；

[0092] 7）出水：然后排出上清液，往反应器中补入新的待处理污水，进入下一轮的周期运转。

[0093] 上述实施例仅为本发明的具体实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。