CN103011409B

CN103011409B - 一种利用间歇曝气实现生活污水sbr亚硝化稳定运行的方法

Info

Publication number: CN103011409B
Application number: CN201210511466.9A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 苏东霞; 张功良; 张肖静; 周利军; 周元正; 张玉龙; 梁瑜海; 王斌; 孙宇; 杨卓; 崔少明; 吴青; 苏庆岭; 张翠丹; 门绚; 杨胤; 何永平; 范丹; 曾辉平
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: CN103011409A

Abstract

一种利用间歇曝气实现生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法属于城市污水处理与资源化领域。本发明在20-25℃条件下，接种亚硝化污泥于SBR反应器中，以实际生活污水为研究对象，采用间歇曝气的运行方式，分别研究了低（DO=0.7mg/L）、中（DO=1.5mg/L）、高（DO=3.0mg/L）下亚硝化***的稳定运行情况。采用上述间歇曝气的运行方式，SBR反应器在三个DO水平下均能保持较高的氨氧化率（85%以上）及亚硝化率（95%以上），并且COD去除率达到80%以上，出水COD小于50mg/L，实现了亚硝化稳定运行。本发明解决了长期以来亚硝化在高DO下不能稳定运行的难题，实现了COD和氨氮的同时高效去除，为亚硝化的长期高效稳定运行提供了方法。

Description

一种利用间歇曝气实现生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法

技术领域

本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及专用于常温、不同DO水平下生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法。

背景技术

目前，生物脱氮除磷工艺因其能同时去除污水中有机物、氮磷及其他污染物并且处理成本低而在污水处理厂中得到广泛应用和发展。传统生物脱氮工艺的基本原理是污水在生物脱氮处理过程中，有机态氮先被氨化菌转化成氨氮，然后氨氮在氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的作用下转化为亚硝态氮和硝态氮，硝态氮最后在反硝化菌的反硝化作用下最终被还原为氮气，从而完成整个脱氮的步骤。整个过程消耗大量的溶解氧、无机碳源（碱度）、有机碳源，而生活污水的碳源不足以满足工艺的消耗，需要外加才能保证处理效果。因此传统生物脱氮工艺不仅延长了脱氮反应历程，而且亦造成能源和外加碳源的浪费。

以短程硝化( NH₄ ⁺-NO₂ ^-) 为核心的短程脱氮技术是当前含氮废水处理的研究热点。实现短程硝化，即利用氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）生长动力学的固有差异，通过控制温度、DO、pH、游离氨（FA）、SRT等因素可将硝化过程控制在NO₂ ^-阶段，阻止其进一步氧化，从而形成大量的NO₂ ^-积累。此阶段理论上可比传统技术减少25%的硝化需氧量、40%的碳源及50%的污泥产量。但是，若要保持亚硝化长期稳定运行，运行条件和进水水质均极其苛刻，如低DO，高pH，高温，短SRT。而低DO下，氨氧化速率较低，污泥负荷较低，易导致丝状菌污泥膨胀；短SRT下污泥易流失，且污泥排放量；NOB能逐步适应高FA和低DO环境。

DO浓度是维持亚硝化***稳定运行的关键因素。由于AOB对溶解氧的亲和力（DO半饱和数为1.2-1.4 mg/L）大于NOB（DO半饱和常数为0.2-0.4 mg/L），因此可在低DO下有效实现亚硝酸盐的积累。但DO的质量浓度过低会导致好氧的亚硝化细菌受低氧环境的抑制，DO的质量浓度过高，会导致亚硝化细菌对亚硝酸盐氧化细菌的竞争优势小，NO₂ ^--N累积率低。大多数研究中，利用连续曝气的曝气方式进行常温生活污水SBR亚硝化时，平均DO浓度均在3mg/L以下，才能保证其长期稳定运行。若平均DO大于3mg/L，亚硝酸盐氧化菌的活性会大大恢复，使***趋于崩溃。因此如何保证在高DO高氧化速率下亚硝化***的长期稳定运行有待研究。

综上所述，对于常温低氨氮条件下的生活污水，FA不足1.00mg/L，FNA不足0.01mg/L，基于温度、FA、FNA、低DO抑制策略，现已不能有效实施。因此如何维持常温低氨氮条件下生活污水亚硝化的长期高效且稳定的运行亟待研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对城市生活污水，即常温、低氨氮条件下，利用间歇曝气（曝气停曝时间为30-35min/10-15min）来实现生活污水SBR亚硝化在低、中、高三种起始DO水平下维持稳定运行的方法。

间歇曝气的原理是，在缺氧环境下AOB和NOB的活性受到抑制，氨氧化过程受阻，而一旦恢复曝气，经历长期“饥饿”的AOB可以更多地利用氨产能大量增殖，而NOB不能很快恢复活性。在间歇曝气时，停曝还会使***中出现短暂的厌氧环境，这种低溶解氧的条件也有利于AOB对基质的竞争。经计算，间歇曝气***中AOB 的比增长速率没有受到明显影响，与连续曝气***的0.60d^-1相当。在间歇曝气***中NOB的比增长速率会有一定程度的降低。因此间歇曝气***可以更好地抑制NOB的增长，更加有利于常温高DO下生活污水SBR亚硝化***的稳定运行。

本发明提供一种维持常温低氨氮条件下生活污水亚硝化稳定运行的方法，其特征在于：

SBR亚硝化反应器中，利用间歇曝气的曝气方式，在三种起始DO（0.5-1.0mg/L、1.5-2.0mg/L、2.5-3.0mg/L）水平下，每个DO水平运行20天（40个周期）以上，计算COD去除率即反应去除的COD浓度与反应起始的COD浓度的比值，亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐与积累的亚硝酸盐与硝酸盐之和的比值。若COD去除率均达到80%以上，亚硝化率均达90%以上，说明在以上三种起始DO水平下均能保证亚硝化的稳定运行。

本发明所提供的维持亚硝化稳定运行的方法，是通过间歇曝气的运行策略，在常温、低氨氮条件下，以城市生活污水为研究对象，接种亚硝化率达95%以上的亚硝化污泥，在三种起始DO（0.5-1.0mg/L、1.5-2.0mg/L、2.5-3.0mg/L）水平下，以序批式生物反应器（SBR）方式来实现城市污水亚硝化的稳定运行。具体步骤如下：

步骤1：反应器搭建

反应器采用SBR反应器，反应器装有曝气装置，可以通过调节曝气量来控制反应器废水中的溶解氧浓度。反应器设置简单的自动控制装置，实现自动进水、反应、沉淀、排水流程。

步骤2：接种污泥

接种高氨氮配水启动的亚硝化率达95%以上的亚硝化污泥，置于SBR反应器中，通入城市生活污水，开始曝气。

步骤3：亚硝化污泥适应阶段

控制初始DO为0.5-1.0mg/L及曝气/停曝时间为30-35min/10-15min的间歇曝气策略，监测每日进出水的氨氮、亚氮、硝氮及COD浓度，并计算亚硝化率及COD去除率。每天运行2个周期，运行10天（20个周期）以上。若COD去除率达到80%以上，亚硝化率达到90%以上，便说明高氨氮配水启动的亚硝化污泥已经适应了生活污水的环境，异养菌和自养菌达到了一定的动态平衡。

步骤4：三种DO水平下亚硝化的稳定运行

采用曝气/停曝时间为30-35min/10-15min的间歇曝气策略，分别控制初始DO为0.5-1.0mg/L、1.5-2.0mg/L、2.5-3.0mg/L，每个DO水平运行20天（40个周期）以上。监测每日进出水的氨氮、亚氮、硝氮及COD浓度，计算COD去除率一直都在80%以上，亚硝化率一直在90%以上，此时间歇曝气的运行方式能够维持常温低氨氮生活污水亚硝化的稳定运行。

与传统连续曝气方法相比，本发明的优势在于：

（1）与连续曝气相比，间歇曝气***中AOB 的比增长速率没有受到明显影响，而NOB的比增长速率会有一定程度的降低。因此间歇曝气更加有利于抑制NOB的增长，从而有利于亚硝化***的长期稳定运行。

（2）间歇曝气相比于连续曝气的优势，在高DO下运行时体现得更加明显。而高DO可以解决低DO下污泥活性低，氨氧化速率低以及丝状菌膨胀等一系列的问题。

（3）此外，间歇曝气还有望解决亚硝化工艺对运行条件和进水水质的苛刻要求及运行缺点：

1）运行条件苛刻，高pH，高温，短SRT，低DO；

2）长污泥龄中，NOB能逐步适应高FA和低DO环境；

3）短SRT下污泥易流失，且污泥排放量大。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

附图说明

图1是本发明中反应器适应阶段运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

图2是本发明中反应器第一阶段（起始DO=0.5-1.0mg/L）运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

图3是本发明中反应器第二阶段（起始DO=1.5-2.0mg/L）运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

图4是本发明中反应器反应器第三阶段（起始DO=2.5-3.0mg/L）运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

具体实施方式

试验以某小区生活污水为基础用水，具体水质如下：COD=300-400mg/L，BOD₅=120-150mg/L，SS=76-114 mg/L，TP=5.75- 6.30mg/L，NH₄ ⁺-N=75-90mg/L，NO₂ ^--N≤0.25mg/L，NO₃ ^--N≤1.5mg/L，TP≤1mg/L，pH=7.0-7.8，碱度为550.59-610.78mg/L（以CaCO₃计）。

具体处理如下：

（1）适应期阶段

反应器接种的是由高氨氮配水启动的亚硝化率达95%以上的亚硝化污泥，在常温下处理生活污水，采用间歇曝气的曝气控制策略，曝气/停曝时间为30min/10min。由于启动亚硝化污泥采用的是无COD的高氨氮配水，导致接种污泥中的异养菌数量极低，表现在前几个周期内COD去除率很低。因此种泥需经过一段适应期使异养菌增殖，适应期的起始DO采用0.5-1.0mg/L。当运行10天(20个周期)后，污泥中的异养菌大量增多，COD去除率逐渐升高，第19个周期的COD去除率达到80%以上，出水COD在50mg/L以下，这也标志着适应期结束。适应期阶段的氨氧化率一直维持在80%以上，亚硝化维持在98% 以上。由于DO极低，污泥活性很低，导致氨氮容积负荷和污泥负荷很低，分别在0.15-0.2kgN/m³/d和0.05kgN/kgMLSS/d左右。如图1所示。

（2）第一阶段

适应期结束后，继续保持起始DO为0.5-1.0mg/L的水平运行40个周期，氨氧化率一直维持在80%以上，亚硝化率维持在95% 以上，COD去除率保持在80%以上。说明起始DO水平为0.5-1.0mg/L可以保持SBR亚硝化***的稳定运行。氨氮容积负荷和污泥负荷基本保持在适应期的水平，分别在0.2-0.25kgN/m³/d和0.05kgN/kgMLSS/d左右。如图2所示。

（3）第二阶段

继续提高起始DO至1.0-1.5mg/L，观察亚硝化反应器的运行情况。运行20天（40个周期）后氨氧化率一直维持在80%以上，COD去除率在80%以上，亚硝化维持在95%以上，仍能保证亚硝化***的稳定运行。由于DO的提高，AOB的活性增大，氨氧化速率提高，因此氨氮容积负荷和污泥负荷相比于DO=0.5-1.0mg/L水平时有了一定程度的提高，分别为0.3-0.4kgN/m³/d和0.08kgN/kgMLSS/d左右。如图3所示。

（4）第三阶段

继续提高起始DO至2.5-3.0mg/L，观察亚硝化反应器能否稳定运行。运行20天（40个周期）后氨氧化率一直维持在80%以上，COD去除率在80%以上，亚硝化率维持在90%以上，实现了高DO下生活污水SBR亚硝化的稳定运行。提高DO使得氨氮容积负荷和污泥负荷有了更进一步的提高，分别为0.5-0.65kgN/m³/d和0.15kgN/kgMLSS/d左右。

之后又继续保持2.5-3.0mg/L的DO水平运行了15天，COD去除率一直在80%以上，亚硝化率也一直维持在90%以上，说明亚硝化***确实达到了稳定运行的状态。如图4所示。

本试验利用间歇曝气方式（曝气/停曝时间为30min/10min）运行的常温生活污水SBR亚硝化***在低DO（0.5-1.0mg/L）、中DO（1.5-2.0mg/L）以及高DO（2.5-3.0mg/L）的条件下均可实现稳定运行以及COD和氨氮的同时高效去除。

Claims

1.一种利用间歇曝气实现生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法,其特征在于：

首先接种亚硝化率达95%以上的亚硝化污泥，在间歇曝气的曝气方式下运行10天以上，曝气/停曝时间为30-35min/10-15min，起始DO浓度为0.5-1.0mg/L；计算反应结束时的COD去除率即反应去除的COD浓度与反应起始的COD浓度的比值，并计算亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐与积累的亚硝酸盐与硝酸盐之和的比值；计算得出出水的COD去除率大于80%并且亚硝化率大于90%，此时接种污泥适应了生活污水的运行环境；

继续在间歇曝气的曝气方式下运行20天以上，曝气/停曝时间为30-35min/10-15min，起始DO浓度为0.5-1.0mg/L，出水的COD去除率一直大于80%，亚硝化率一直大于90%；之后进入第二阶段，提高起始DO浓度至1.5-2.0mg/L，以间歇曝气方式运行20天以上，曝气/停曝时间为30-35min/10-15min，出水的COD去除率一直大于80%，亚硝化率一直大于90%；第三阶段，继续提高起始DO浓度至2.5-3.0mg/L的水平，间歇曝气运行20天以上，曝气/停曝时间为30-35min/10-15min，出水的COD去除率一直大于80%，亚硝化率一直大于90%，即成功实现了生活污水SBR亚硝化***在三个DO水平下的稳定运行。