CN102417238A

CN102417238A - 一种短程硝化反硝化颗粒污泥的培养方法

Info

Publication number: CN102417238A
Application number: CN2011103155496A
Authority: CN
Inventors: 杨凤林; 徐光景; 徐晓晨
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2012-04-18

Abstract

一种短程硝化反硝化颗粒污泥的培养方法，属于水处理技术领域。其特征是通过采用定期投加5～15mg/L羟胺，逐步提高进水COD、氨氮、磷负荷培养好氧颗粒污泥。本发明的效果是羟胺对NOB的选择抑制性，从而富集AOB和反硝化细菌。由于形成颗粒污泥需要较高的水力剪切力(通过曝气的方式完成)，过高的曝气水平会提高水体中的DO，而短程硝化又需要较低的DO，通过间歇性投加羟胺就解决了这一矛盾。而且羟胺是硝化反应的中间产物，添加少量的羟胺不产生二次污染，是一种市场应用前景广阔启动短程硝化反硝化好氧颗粒污泥培养方法。

Description

一种短程硝化反硝化颗粒污泥的培养方法

技术领域

本发明属于废水的新型生物脱氮领域，涉及一种在气提式间歇反应器(ASBR)中投加羟胺抑制硝化作用，培养短程硝化反硝化颗粒污泥方法。

背景技术

随着排放标准的日趋严格，废水中氨氮的脱除日益引起人们的关注。传统生物脱氮工艺包括硝化和反硝化两个阶段，其中硝化阶段分为氨氧化和亚硝酸盐氧化两步，即NH₄ ⁺-N→NO₂ ^--N→NO₃ ^--N；反硝化分为硝酸盐还原和亚硝酸盐还原两步，即NO₃ ^--N→NO₂ ^--N→N₂，而短程硝化反硝化工艺(singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite，SHARON)是由荷兰Delft工业大学于1997年提出的一种新型废水生物脱氮工艺，通过控制高温(30～35℃)实现较高的氨氧化菌(AOB)生长率，再通过控制短污泥龄逐渐地淘汰生长率偏低的亚硝酸盐氧化菌(NOB)，此工艺首先将氨氮氧化到亚硝酸盐，然后直接将亚硝酸盐反硝化生成氮气，整个工艺反应式为：NH₄ ⁺-N→NO₂ ^--N→N₂。与传统的硝酸盐型反硝化相比，亚硝酸盐型反硝化过程具有以下优点：减少25％左右的需氧量，降低了能耗；反硝化阶段可减少40％左右的有机碳源；反应时间缩短，反应器容积可减小30％～40％左右；亚硝酸氮的反硝化比硝酸氮高63％左右；污泥产量降低，硝化过程降低33％～35％，反硝化过程降低55％左右；减少了投碱量；降低了温室气体CO2的排放量。

颗粒污泥是微生物间自发聚集而成的群体结构，也是具有自我平衡能力的微生态***。好氧颗粒污泥技术是在厌氧颗粒污泥技术的基础上发展起来的一种新型污水处理技术，具有较好的应用前景。与普通的活性污泥相比较，好氧颗粒污泥具有沉降性好、污泥密度高、抗冲击负荷强等特点，且该体系中能够同时进行硝化反硝化，并能同时去除碳、氮、磷和重金属等污染物。根据DO的分布差异，好氧颗粒污泥在结构上分为好氧区、缺氧区和厌氧区，不同的区域生长了不同的微生物，硝化细菌主要分布在好氧区域，反硝化菌主要生长在厌氧区域。因此，好氧颗粒污泥能够进行同时硝化反硝化技术。

在以上两种工艺的基础上，学者们开始研究好氧颗粒污泥的短程硝化反硝化反应。目前，短程硝化的调控因素主要有DO、pH、温度、游离氨(FreeAmmonia，FA)和游离亚硝酸(FreeNitrousacid，FNA)、污泥龄和抑制剂等。然而，通常的短程硝化控制因素不适于好氧颗粒污泥***。比如：水力剪切力是维持和培养好氧颗粒污泥的重要参数之一，水力剪切力太低容易引起颗粒解体，但通常通过曝气提供水力剪切力，曝气量过高会急剧地提高水体DO水平，过高的DO不利于短程硝化反硝化反应的进行。根据Monod方程计算，在25℃条件下，AOB和NOB的氧气饱和常数分别为为0.3和1.1mg/L，在低DO氧条件下，AOB生长速率高于NOB，在高DO条件下，AOB的生长速率低于NOB，不利于AOB的富集和NOB的淘汰。此外，FA对NOB的选择抑制性得到了国内外学者的认可，但是其具体机理仍然不清楚。研究表明，FA对NOB的抑制浓度为0.1～1.0mg/L，对AOB的抑制浓度为10～150mg/L。游离氨的浓度跟水体中的氨氮浓度、pH和温度有直接的关系，因此针对高氨氮废水很容易控制水体中的游离氨浓度，然后再结合短污泥龄、高温等手段淘汰NOB而富集AOB，实现***的短程硝化反硝化。但是，目前FA的选择抑制性应用范围较小，主要是用于高氨氮废水如污泥消化液、味精废水、垃圾渗滤液等。

羟胺作为硝化菌的一种抑制剂，生产工艺简单、价格低廉，主要用于工业还原剂。通过添加羟胺，能够快速启动好氧硝化颗粒污泥***的短程硝化反硝化反应。羟胺也是硝化过程的中间产物，添加少量羟胺不会对环境带来二次污染。通过间歇性添加少量羟胺培养短程硝化颗粒污泥优点体现在：温度、pH、DO水平控制要求降低，易于工艺操作；不需要加热，降低了能耗；添加羟胺能快速启动短程硝化反应，节省了工艺启动时间；本方法将短程硝化反硝化的应用范围扩大到低浓度、低C/N比废水处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用羟胺作为硝化菌抑制剂，培养短程硝化反硝化颗粒污泥的方法

本发明的技术方案是在ASBR中培养颗粒污泥，待反应器运行稳定后，间隔2～4天添加一次浓度为5～15mg/L羟胺；处理COD浓度为400～650mg/L，NH₄ ⁺-N为50～150mg/L废水，保持C/N(碳氮元素比)大于4；曝气速率控制在0.02～0.1m³/h水平，使DO维持在5mg/L以上。

本发明的益处是利用羟胺对NOB的选择抑制性，从而富集AOB和反硝化细菌。由于形成颗粒污泥需要较高的水力剪切力(通过曝气的方式完成)，过高的曝气水平会提高水体中的DO，而短程硝化又需要较低的DO，通过间歇性投加羟胺就解决了这一矛盾。而且羟胺是硝化反应的中间产物，添加少量的羟胺不产生二次污染。

附图说明

附图是SBR结构示意图。

图中：1进水箱；2进水泵；3微孔曝气头；4SBR内管；5SBR外管；6电磁阀；7空气压缩泵。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明装置的具体实施例。

实施例：

ASBR反应器由内、外管组合构成，有效容积2.5L，外管直径7.0cm，高80cm，内管直径4.4cm，高70cm。

空气由气泵通过反应器底部中央安装的一个微孔曝气头进入反应器，形成的气流推动反应器内液体和颗粒污泥在内管中向上运动，然后在内外管壁之间向下运动，到反应器底部后再次被气流牵引向上运动，这样混合液可在内、外管壁间循环流动并均匀混合。通过计量泵在反应器底部进水，排水口在反应器底部高40cm处，体积交换率为50％。反应器的进水、曝气、沉降和排水时间均由双时间继电器和液位控制计自动控制。循环时间为4h，其中进水2min，出水1min，颗粒污泥形成阶段沉降时间从50min依颗粒沉降性能，递减到每周期只有2min沉降澄清时间，其余时间全为曝气阶段。反应器的曝气量为0.02～0.10m³/h，相当于表面气体上升流速为0.5～1.8cm/s。反应器在室温(24～30℃)下运行。

培养初期：配制模拟废水COD浓度400mg/L，NH₄ ⁺-N浓度50mg/L，进水pH值由NaHCO₃调节，控制在7.5～8.5范围内。

培养中期：反应器于第14天开始出现粒径较小的颗粒污泥；第60天时反应器污泥颗粒化完成，颗粒结构规则、致密，具有较好的全程同步硝化反硝化功能。

培养成熟期：向ASBR内投加羟胺，浓度为10mg/L时，每2～4天投加一次。添加羟胺之后，ASBR内开始积累亚硝酸盐，其浓度呈递增趋势，与此同时，硝酸盐的浓度不断降低。最终，氨氧化的主要产物为亚硝酸盐。对比试验观察到期间投加羟胺浓度低于5mg/L时，颗粒污泥可迅速恢复全程硝化反硝化，同时TN去除率仅为34％，此外，当C/N低于4时，TN去除率维持在40％左右。短程硝化反硝化颗粒污泥同时具有去除COD和进行硝化反硝化的功能，在模拟废水进水COD和NH₄ ⁺-N浓度分别为400mg/L和100mg/L时，COD、NH₄ ⁺-N和TN平均去除率分别为79％、99.8％和57％。

利用培养成熟期的颗粒污泥处理实际生活废水时，当COD浓度为350mg/，NH₄ ⁺-N浓度为70mg/L时，COD、NH₄ ⁺-N、TN平均去除率分别为78％、98％、55％。

Claims

1.一种短程硝化反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征在于：在ASBR培养颗粒污泥，待颗粒污泥成熟后，间隔2～4天投加一次浓度为5～15mg/L羟胺；培养初期模拟废水指标为COD＝400～650mg/L，NH₄ ⁺-N＝50～150mg/L，保持C/N大于4，曝气速率控制在0.02～0.1m³/h使DO维持在5mg/L以上。