CN113003718A - 一种短程反硝化***的启动方法及应用 - Google Patents

一种短程反硝化***的启动方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种短程反硝化***的启动方法。本发明提供的短程反硝化***的启动方法，首先采用低氮素负荷配合低C：N淘洗杂菌，再在低氮素负荷配合最适C：N富集低负荷下的亚硝酸盐积累菌，最后采用高氮素负荷及其最适C：N富集高负荷下的亚硝酸盐积累菌，能够使反应器具备不同负荷下的亚硝酸盐高效积累能力，为亚硝酸盐积累型短程反硝化工艺高效处理不同浓度硝酸盐废水创造了可能。

Description

一种短程反硝化***的启动方法及应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种短程反硝化***的启动方法及应用。
背景技术
厌氧氨氧化(Anammox)工艺作为一种新型可持续生物脱氮技术，不需要曝气及有机碳，污泥产量少，因而引起了学者们广泛的研究兴趣。其中，NO2 －－N作为Anammox反应的重要底物之一，其稳定获得对于Anammox工艺的研发和应用具有重要意义。
以亚硝酸盐为目标产物的短程反硝化(PD)因其具有的运行效果稳定、高效，简单易控等诸多优势被证明是为Anammox工艺提供NO2 －－N的一种非常具有吸引力及应用前景的方法。但PD的亚硝酸盐积累效能会受到进水水质及运行条件的强烈影响，不同类型废水中的硝酸盐含量差异巨大，PD的亚硝酸盐积累效能不稳定。
以往研究曾在不同氮负荷条件下利用特定碳氮比(C：N)实现了PD过程中亚硝酸盐高效积累，并且有学者指出随着进水硝酸盐浓度的增加，碳源需求有所降低。因此在能够实现亚硝酸盐高效积累的体系中，氮素负荷和C：N似乎存在某种耦联关系，然而这种耦联机制目前并未得到明确揭示，从而无法针对处理实际含不同硝酸盐废水的PD体系提出合理C：N范围。
因此，为了实现不同废水亚硝酸盐的高效积累，有必要建立PD工艺中氮素负荷与C：N之间的响应调节策略，如果开发一种能够适应不同氮素负荷废水的处理方法，对于实现不同类型废水中亚硝酸盐的高效积累具有重要意义。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的废水的氮素负荷会影响短程反硝化***的亚硝酸盐处理效能的缺陷，从而提供一种短程反硝化***的启动方法及应用。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种短程反硝化***的启动方法，包括如下步骤：
S1，在反应器内接种活性污泥，通入硝酸盐浓度为50－80mgN/L的废水，在碳氮比为0.6－0.8条件下运行；
S2，通入硝酸盐浓度为50－80mgN/L的废水，在碳氮比为1.9－2.2条件下运行；
S3，通入硝酸盐浓度为300－500mgN/L的废水，在碳氮比为1.4－1.7条件下运行，完成启动。
可选的，所述步骤S1运行至亚硝酸盐转化率保持在90％以上。
可选的，所述步骤S2运行至亚硝酸盐转化率保持在80％以上。
可选的，所述步骤S3运行至亚硝酸盐转化率保持在80％以上。
可选的，所述污泥为缺氧池活性污泥，反硝化污泥中的至少一种。
可选的，所述反应器采用的运行时序为进水5－15min，搅拌15－30min，沉淀20－40min，排水3－7min。
可选的，排水比为40－60％。
可选的，所述步骤S1－S3中的运行温度为15－25℃，pH为9－10，溶解氧为0.5mg/L以下。
可选的，所述反应器为序批式间歇反应器。
本发明还提供一种上述短程反硝化***的启动方法在废水处理中的应用。
本发明的技术原理是，通过基于半连续式的运行方式，首先采用低氮素负荷配合低C：N淘洗杂菌，再在低氮素负荷配合最适C：N富集低负荷下的亚硝酸盐积累菌，最后采用高氮素负荷及其最适C：N富集高负荷下的亚硝酸盐积累菌，能够使反应器具备不同负荷下的亚硝酸盐高效积累能力，为亚硝酸盐积累型短程反硝化工艺高效处理不同浓度硝酸盐废水创造了可能。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的短程反硝化***的启动方法，首先采用低氮素负荷配合低C：N淘洗杂菌，再在低氮素负荷配合最适C：N富集低负荷下的亚硝酸盐积累菌，最后采用高氮素负荷及其最适C：N富集高负荷下的亚硝酸盐积累菌，能够使反应器具备不同负荷下的亚硝酸盐高效积累能力，为亚硝酸盐积累型短程反硝化工艺高效处理不同浓度硝酸盐废水创造了可能。
本发明提供的短程反硝化***的启动方法，通过对各步骤亚硝酸盐转化率的限定，能够进一步快速积累能够适应不同氮素负荷下的亚硝酸盐高效积累菌种的效果。
本发明提供的短程反硝化***的启动方法，所述反应器采用的运行时序为进水5－15min，搅拌15－30min，沉淀20－40min，排水3－7min。该反应器不设置闲置期，能够进一步提高亚硝酸盐的积累性能，这是因为，经过排水后长时间的闲置期刺激，微生物会代谢产生聚羟基脂肪酸酯(PHA)，导致反硝化更彻底；并且有机碳源缺乏时体系将进行内源反硝化反应，即利用贮存的PHA作为反硝化的电子供体，然而这直接引起亚硝酸盐积累性能进一步降低，即，闲置时间会刺激PHA的合成，从而进一步降低亚硝酸盐积累效果。
本发明提供的短程反硝化***的启动方法，排水比为40－60％。所述步骤S1－S3中的运行温度为15－25℃，pH为9－10，溶解氧为0.5mg/L以下。所述反应器为序批式间歇反应器。其中，排水比保证了反应器废水处理效果，达到更多的处理水量；运行条件保证了短程反硝化反应正常进行所需环境条件，达到短程反硝化菌种快速富集的效果；反应器选择使废水处于充分混合状态，保证亚硝酸盐被更稳定地积累。
本发明提供的短程反硝化***的启动方法在废水处理中的应用，在启动阶段综合连续式运行不间断进水反应的优点，即，使菌群始终处于亚硝酸盐积累“兴奋”状态，以及间歇式运行的优点，即，使菌群在反应器中能够完全混合并与底物充分接触，实现亚硝酸盐积累菌的快速富集，并最大化反应器所能处理的废水量及浓度范围；在保持反应器内物料处于完全混合反应的基础上，避免了闲置时期内源反硝化引起的亚硝积累性能恶化的现象，实现短程反硝化过程的高效、稳定性能；可利用接种的活性污泥实现亚硝酸盐积累工艺的高效运行，并间接有利于剩余污泥的减量及资源化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中采用反应器的结构示意图。
附图标记：
1.乙酸钠进水桶；2硝酸盐进水桶；3.水泵；4.搅拌器；5.时控开关；6.PD－SBR反应器；7.排水阀；8.出水桶。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种废水处理方法，采用如图1所示的装置，包括PD-SBR反应器6，与其连通设置的乙酸钠进水桶1和硝酸盐进水桶2，水泵3，利用其向PD-SBR反应器6中提供乙酸钠和硝酸盐，PD-SBR反应器6中还设置有搅拌器4，该装置还包括若干时控开关5，用于控制进出水、搅拌等反应***的具体运行时间；PD-SBR反应器6侧面还设置有排水阀7与出水桶8连通。
具体步骤如下：取有效体积为7.3L的序批式间歇式PD-SBR反应器(如图1所示)，接种缺氧池活性污泥，混合液悬浮固体浓度为5g·L-1左右，以含硝酸盐、乙酸钠、无机盐和微量元素的模拟废水为进水，在温度为20±5℃，进水pH为9.5±0.5，水力停留时间设定为25-75min，在本实施例中为25min，转速设定为400±10rmp，溶解氧为0.4mg/L，不设置闲置时间的条件下运行反应器，乙酸钠加入量以进水中有机物的COD浓度计，运行时序为进水5min，搅拌15min，沉淀20min，排水3min，无闲置期，排水比为60％的条件下运行。
模拟废水组成如下：NaNO3 50～300mgN·L-1,乙酸钠40～510mg COD·L-1，KH2PO325mg·L-1,CaCl2 300mg·L-1,MgSO4·7H2O 200mg·L-1，微量元素Ⅰ1mL·L-1,微量元素Ⅱ1mL·L-1，溶剂为水。
微量元素Ⅰ组成：EDTA·2Na 6.39g·L-1,FeSO4·7H2O 5g·L-1。
微量元素Ⅱ组成：EDTA·2Na 19.11mg·L-1,H3BO3 0.014mg·L-1,ZnSO4·7H2O0.43mg·L-1,CoCl2·6H2O 0.24mg·L-1,MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1,CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1,NiCl2·6H2O 0.19mg·L-1,NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1。
在低C:N条件淘洗体系内杂菌时，进水硝酸盐浓度为50mgN·L-1左右，乙酸钠浓度为40mgCOD·L-1左右，进水COD和硝酸盐的含量比值恒为0.8左右，长期保持此运行条件至整个启动阶段的第30天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在90％以上，出水硝酸盐浓度在40mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在10mgN·L-1左右，开始进入低负荷条件下的亚硝酸盐高效积累阶段。
该阶段进水硝酸盐浓度保持50mgN·L-1左右，乙酸钠浓度升至为110mgCOD·L-1左右。进水COD和硝酸盐的含量比值恒为2.2左右，长期保持此运行条件至整个启动阶段的第45天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在5mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在40mgN·L-1左右，开始进入高负荷条件下的亚硝酸盐高效积累阶段。
该阶段进水硝酸盐浓度保持300mgN·L-1左右，乙酸钠浓度升至510mgCOD·L-1左右。进水COD和硝酸盐的含量比值恒为1.7左右，长期保持此运行条件至第60天，反应器的亚硝酸盐转化率稳定且保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在10mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在240mgN·L-1以上。说明此时实现了不同负荷条件下PD-SBR反应器亚硝酸盐的高效积累，完成启动。
经过60天的连续运行，亚硝酸盐积累污泥的粒径逐渐增大，平均粒径由第1天的65～75um增加到第60天的95～105um。沉降性能显著提升，SVI30由第1天的73±1.2mL·g-1SS降低到第60天的55±1.2mL·g-1SS。因而，采用本发明提供的根据氮素负荷调节C:N的半连续式启动方式，亚硝酸盐积累污泥的颗粒特性及沉降性能有显著升高。开始进入实际高负荷废水条件下的PD-SBR反应器稳定运行阶段。
该阶段废水硝酸盐浓度保持350mgN·L-1左右，同时利用乙酸钠将进水COD和硝酸盐的含量比值调至1.6左右，保持此运行条件3天，反应器的亚硝酸盐转化率稳定且保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在10mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在280mgN·L-1以上，说明此时PD-SBR反应器获得了实际高负荷废水条件下的亚硝酸盐高效积累。开始进入实际低负荷废水条件下的PD-SBR反应器稳定运行阶段。
该阶段废水硝酸盐浓度保持60mgN·L-1左右，同时利用乙酸钠将进水COD和硝酸盐的含量比值调至2.1左右，保持此运行条件3天，反应器的亚硝酸盐转化率稳定且保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在5mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在48mgN·L-1以上，说明PD-SBR反应器获得了实际低负荷废水条件下的亚硝酸盐高效积累。此时证明该启动方法能够适应不同氮素负荷废水的亚硝酸盐的高效积累。
实施例2
本实施例提供一种废水处理方法，采用与实施例1相同的设备，具体步骤为：
取有效体积为7.3L的序批式间歇式PD-SBR反应器，接种缺氧池活性污泥，混合液悬浮固体浓度为5g·L-1左右，以含硝酸盐、乙酸钠、无机盐和微量元素的模拟废水为进水，在温度为20±5℃，进水pH为9.5±0.5，水力停留时间设定为25-75min，在本实施例中为75min，转速设定为400±10rmp，溶解氧为0.2mg/L，不设置闲置时间的条件下运行反应器，乙酸钠加入量以进水中有机物的COD浓度计，运行时序为进水15min，搅拌30min，沉淀40min，排水7min，无闲置期，排水比为40％的条件下运行。
模拟废水组成如下：NaNO3 80～500mgN·L-1,乙酸钠48～700mg COD·L-1，KH2PO325mg·L-1,CaCl2 300mg·L-1,MgSO4·7H2O 200mg·L-1，微量元素Ⅰ1mL·L-1,微量元素Ⅱ1mL·L-1，溶剂为水。
微量元素Ⅰ组成：EDTA·2Na 6.39g·L-1,FeSO4·7H2O 5g·L-1。
微量元素Ⅱ组成：EDTA·2Na 19.11mg·L-1,H3BO3 0.014mg·L-1,ZnSO4·7H2O0.43mg·L-1,CoCl2·6H2O 0.24mg·L-1,MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1,CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1,NiCl2·6H2O 0.19mg·L-1,NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1。
在低C:N条件淘洗体系内杂菌时，进水硝酸盐浓度为80mgN·L-1左右，乙酸钠浓度为48mgCOD·L-1左右，进水COD和硝酸盐的含量比值恒为0.6左右，长期保持此运行条件至整个启动阶段的第40天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在90％以上，出水硝酸盐浓度在70mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在10mgN·L-1左右，开始进入低负荷条件下的亚硝酸盐高效积累阶段。
该阶段进水硝酸盐浓度保持80mgN·L-1左右，乙酸钠浓度升至为150mgCOD·L-1左右。进水COD和硝酸盐的含量比值恒为1.9左右，长期保持此运行条件至整个启动阶段的第60天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在5mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在65mgN·L-1左右，开始进入高负荷条件下的亚硝酸盐高效积累阶段。
该阶段进水硝酸盐浓度保持500mgN·L-1左右，乙酸钠浓度升至700mgCOD·L-1左右。进水COD和硝酸盐的含量比值恒为1.4左右，长期保持此运行条件至第80天，反应器的亚硝酸盐转化率稳定且保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在10mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在400mgN·L-1以上。说明此时实现了不同负荷条件下PD-SBR反应器亚硝酸盐的高效积累，完成启动。
经过80天的启动，亚硝酸盐积累污泥的粒径逐渐增大，平均粒径由第1天的65～75um增加到第80天的100～110um。沉降性能显著提升，SVI30由第1天的73±1.2mL·g-1SS降低到第80天的60±1.2mL·g-1SS。因而，采用本发明提供的根据氮素负荷调节C:N的半连续式启动方式，亚硝酸盐积累污泥的颗粒特性及沉降性能有显著升高。开始进入实际低负荷废水条件下的PD-SBR反应器稳定运行阶段。
该阶段废水硝酸盐浓度保持70mgN·L-1左右，同时利用乙酸钠将进水COD和硝酸盐的含量比值调至2.0左右，保持此运行条件3天，反应器的亚硝酸盐转化率稳定且保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在5mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在56mgN·L-1以上，说明PD-SBR反应器获得了实际低负荷废水条件下的亚硝酸盐高效积累。开始进入实际高负荷废水条件下的PD-SBR反应器稳定运行阶段。
该阶段废水硝酸盐浓度保持450mgN·L-1左右，同时利用乙酸钠将进水COD和硝酸盐的含量比值调至1.5左右，保持此运行条件3天，反应器的亚硝酸盐转化率稳定且保持在80％以上，出水硝酸盐浓度在10mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在360mgN·L-1以上，说明PD-SBR反应器获得了实际高负荷废水条件下的亚硝酸盐高效积累。此时证明该启动方法能够适应不同氮素负荷废水的亚硝酸盐的高效积累。
对比例1
本对比例提供一种废水处理方法，具体步骤为：
取有效体积为7.3L的序批式间歇式PD-SBR反应器，接种缺氧池活性污泥，混合液悬浮固体浓度为5g·L-1左右，以含硝酸盐、乙酸钠、无机盐和微量元素的模拟废水为进水，在温度为20±5℃，进水pH为9.5±0.5，水力停留时间设定为75min，转速设定为400±10rmp，溶解氧为0.2mg/L，闲置时间为28min条件下运行反应器，乙酸钠加入量以进水中有机物的COD浓度计，运行时序为进水15min，搅拌30min，沉淀40min，排水7min，排水比为40％的条件下运行。
模拟废水组成如下：NaNO3 60mgN·L-1,乙酸钠180mg COD·L-1，KH2PO3 25mg·L-1,CaCl2 300mg·L-1,MgSO4·7H2O 200mg·L-1，微量元素Ⅰ1mL·L-1,微量元素Ⅱ1mL·L-1，溶剂为水。
微量元素Ⅰ组成：EDTA·2Na 6.39g·L-1,FeSO4·7H2O 5g·L-1。
微量元素Ⅱ组成：EDTA·2Na 19.11mg·L-1,H3BO3 0.014mg·L-1,ZnSO4·7H2O0.43mg·L-1,CoCl2·6H2O 0.24mg·L-1,MnCl2·4H2O 0.99mg·L-1,CuSO4·5H2O 0.25mg·L-1,NiCl2·6H2O 0.19mg·L-1,NaMoO4·2H2O 0.22mg·L-1。
在特定C:N条件启动PD-SBR反应器，进水硝酸盐浓度为60mgN·L-1左右，乙酸钠浓度为180mgCOD·L-1左右，进水COD和硝酸盐的含量比值恒为3.0左右，长期保持此运行条件至整个启动阶段的第80天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在70％左右，出水硝酸盐浓度在5mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在40mgN·L-1左右，此时完成PD-SBR反应器的启动。
经过80天的启动，亚硝酸盐积累污泥的粒径增大，平均粒径由第1天的65～75um增加到第80天的90～100um。沉降性能提升，SVI30由第1天的73±1.2mL·g-1SS降低到第80天的65±1.2mL·g-1SS。开始进入实际低负荷废水条件下的PD-SBR反应器稳定运行阶段。
该阶段进水硝酸盐浓度保持70mgN·L-1左右，同时利用乙酸钠将进水COD和硝酸盐的含量比值调至2.0左右，保持此运行条件3天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在70％左右，出水硝酸盐浓度在5mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在45mgN·L-1左右，开始进入实际高负荷废水条件下的PD-SBR反应器稳定运行阶段。
该阶段进水硝酸盐浓度保持450mgN·L-1左右，同时利用乙酸钠将进水COD和硝酸盐的含量比值调至1.5左右，保持此运行条件3天，反应器的亚硝酸盐转化率保持在70％左右，出水硝酸盐浓度在300mgN·L-1左右，并且亚硝酸盐积累量在10mgN·L-1以上。此时实现了不同负荷条件下PD-SBR反应器亚硝酸盐的积累。
从上述实施例和对比例的数据可知，通过采用本发明提供的特定启动方式，能够使反应器具备不同负荷下的亚硝酸盐高效积累能力，使硝酸盐积累型短程反硝化工艺能够高效处理不同浓度硝酸盐废水。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种短程反硝化***的启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，在反应器内接种活性污泥，通入硝酸盐浓度为50－80mgN/L的废水，在碳氮比为0.6－0.8条件下运行；
S2，通入硝酸盐浓度为50－80mgN/L的废水，在碳氮比为1.9－2.2条件下运行；
S3，通入硝酸盐浓度为300－500mgN/L的废水，在碳氮比为1.4－1.7条件下运行，完成启动。
2.根据权利要求1所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述步骤S1运行至亚硝酸盐转化率保持在90％以上。
3.根据权利要求1所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述步骤S2运行至亚硝酸盐转化率保持在80％以上。
4.根据权利要求1所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述步骤S3运行至亚硝酸盐转化率保持在80％以上。
5.根据权利要求1－4任一项所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述污泥为缺氧池活性污泥，反硝化污泥中的至少一种。
6.根据权利要求1－5任一项所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述反应器采用的运行时序为进水5－15min，搅拌15－30min，沉淀20－40min，排水3－7min。
7.根据权利要求6所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，排水比为40－60％。
8.根据权利要求1－7任一项所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述步骤S1－S3中的运行温度为15－25℃，pH为9－10，溶解氧为0.5mg/L以下。
9.根据权利要求8所述的短程反硝化***的启动方法，其特征在于，所述反应器为序批式间歇反应器。
10.一种权利要求1－9任一项所述的短程反硝化***的启动方法在废水处理中的应用。
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