申请日2013.09.22
公开(公告)日2014.12.03
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种常温低C/N污水同时脱氮除COD工艺的快速启动方法属于城市生活污水处理与再生领域。首先接种一定成熟CANON污泥，使其在火山岩滤料上挂膜，快速构建以好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌为主导的微生物系统;然后降低进水基质浓度并调节曝气、水力停留时间，提高氮素去除负荷，实现中氨氮基质条件下CANON工艺高负荷稳定运行;最后进水添加有机碳源，异养反硝化细菌生长，控制温度、游离氨、曝气等条件优化好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌以及反硝化菌共存的微环境，成功启动了SNAD工艺。本发明解决了长期以来生物脱氮需投加大量有机碳源耗资巨大的难题，为常温低C/N模拟废水SNAD工艺的启动提供了方法。
权利要求书
1.一种常温低C/N污水同时脱氮除COD工艺的快速启动方法， 采用上向流的火山岩活性生物陶粒滤料生物滤池反应器，包括如下步 骤：
1)首先接种污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为成熟 CANON污泥，接种污泥浓度为4-5g/L;
2)第Ⅰ阶段，CANON污泥适应反应器并在填料上挂膜;具体方 法为：采用连续流运行方式;人工模拟配水，进水氨氮质量浓度为 370-430mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为 5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为1600-2000mg/L;反应器控制 条件：温度在26-27℃，pH为7.7-8.1，连续限氧曝气，使反应器中溶 解氧在5-6.5mg/L，水力停留时间为5-8h;使之快速适应火山岩活性 生物陶粒滤料生物滤池反应器;当系统的氨氮去除率和总氮去除率连 续15d以上分别达到80%和75%以上，且肉眼可见填料表面有污泥附 着，认为CANON污泥挂膜成功;
3)第Ⅱ阶段，中氨氮进水基质条件下CANON工艺高负荷稳定运 行阶段;具体方法为：采用连续流运行方式;人工模拟配水，进水氨 氮质量浓度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸 盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为800-830mg/L; 反应器控制条件：温度控制在26-27℃，pH为7.7-8.1，降低水力停留 时间HRT为0.9-1.2h，调节曝气量使反应器中溶解氧为6.5-7.5mg/L; 当连续运行15d以上氨氮去除率和总氮去除率分别达到80%和75%以 上，认为CANON工艺在中氨氮基质条件下稳定运行;
4)第III阶段，反应器由CANON工艺向SNAD工艺的转化;具体 方法为：采用连续流运行方式;人工模拟配水，进水氨氮质量浓度为 180-220mg/L，COD浓度为40mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L， 磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为 800-830mg/L;反应器控制条件为：温度在26-28℃，pH为7.5-8.1， 调节曝气量使反应器中溶解氧为6.5-7.5mg/L，水力停留时间为 1.4-1.5h;当连续运行15d以上氨氮、总氮、COD去除率分别达到90%、 75%、70%以上，SNAD工艺成功启动。
说明书
一种常温低C/N污水同时脱氮除COD工艺的快速启动方法
技术领域
本发明属于城市生活污水处理与再生领域。具体涉及专用于常温、中氨 氮水平下的生物膜法同时脱氮除COD(SNAD)工艺的快速启动方法。
背景技术
随着经济水平的增长，人类活动的加剧，水体污染越来越严重，其中氮 素污染是一项主要的危害，对自然环境及人类的健康影响极大。目前，针对 于氮素的去除，城市污水处理厂多采用基于传统硝化反硝化原理的脱氮工艺， 如A2/O、氧化沟等。这些工艺虽然对于氮素有一定的去除效果，但是在过程 中需要外加大量有机碳源，消耗大量的碱度和能源，且基建投资及运营成本 较高。
因此，近几年来，研究者不断地寻找新型的脱氮工艺，以期克服传统脱 氮工艺的缺点，达到高效节能的目的。基于厌氧氨氧化原理的 CANON(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺早在上世纪90 年代由Siegrist等人在高氨氮负荷且氧浓度有限的废水处理系统中发现。但大 多研究只是追求创造理想准佳条件，而忽略了现实中只含有NH4+-N而不含有 COD的污水并不常见。随着CANON工艺中COD的普遍引入产生了SNAD工 艺。SNAD(simultaneous partial nitrification，anammox and denitrification)工艺中 起主导作用的菌包含好氧氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌(Anammox)及反硝 化菌。三者在同一个反应器中，AOB位于填料或污泥絮体的外层，在好氧的 条件下，以NH4+-N为电子供体，O2为电子受体，将氨氮氧化为亚硝酸盐氮， Anammox菌则位于填料或污泥絮体的内层，在厌氧的情况下利用NO2-将剩余 的NH4+-N转化为N2，并产生少量NO3-，然后再利用反硝化细菌从COD中获得 电子供体将COD氧化的同时将NO3-和少部分NO2-还原成氮气，这在理论上能 够突破CANON工艺的89%总氮去除率极限，对于实现更高的污水处理排放指 标意义重大。
SNAD工艺基于CANON工艺原理，可节约大量的曝气以及需要相对很少 的有机碳源，既能解决传统脱氮工艺需大量有机碳源、曝气量高的难题，也 能突破CANON工艺的89%氮素去除率极限，实现更高的污水处理排放指标， 是高效节能脱氮工艺的理想选择。然而目前，SNAD工艺仍处于试验研究阶段， 且起初构建CANON工艺时多采用高温高氨氮的人工配水或者消化污泥脱水 液、垃圾渗滤液等工业废水进行。众多研究者的研究结论表明，CANON反应 器内稳定的厌氧氨氧化反应是工艺启动成功乃至稳定运行的重要保证，然而 厌氧氨氧化菌较长的生长周期，和较低的生长速率(μ=0.0027h-1，倍增时间为 10.6d)限制了其在实际工程中的应用和发展。
因此，针对城市生活污水温度低、有机碳源低的特点，如何在常温低C/N 条件下，通过控制反应器启动过程中的运行条件，从而快速富集厌氧氨氧化 菌是缩短SNAD启动时间的关键点。对于SNAD工艺的进一步研究和应用具 有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在常温低C/N水质条件下，实现同时最大限 度脱氮除COD，缩短厌氧氨氧化菌的富集时间，快速启动SNAD工艺的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所提供的一种快速启动SNAD工艺的方法，是在常温条件下，以模 拟实际生活污水低C/N的配水为进水，以上向流的生物滤池为试验装置如图1 所示，内部装填火山岩活性生物陶粒滤料，采用上向流的进水方式，底部设 有曝气装置，由转子流量计控制。试验中主要通过调节试验装置的水力停留 时间和曝气量，来实现SNAD工艺的启动。
1)首先接种污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为接种成熟CANON 污泥，接种污泥浓度为4-5g/L;
2)第Ⅰ阶段，填料挂膜，CANON污泥适应并稳定运行阶段。具体方法 为：采用连续流运行方式，连续曝气策略;人工模拟配水，进水氨氮质量浓 度为370-430mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为 5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为1600--2000mg/L。控制温度为26-27℃， pH为7.7-8.1，控制曝气量为0.1--4L/min，保证反应器中溶解氧在5-6.5mg/L， 水力停留时间为5-8h。使之快速适应火山岩活性生物陶粒滤料生物滤池反应 器。当系统的氨氮去除率和总氮去除率连续15d以上分别达到80%和75%以 上，且进出水NO3--N质量浓度差/进出水NH4+-N质量浓度差的比值在 0.08-0.13，肉眼可见填料有污泥挂膜且运行稳定时，CANON污泥挂膜阶段成 功;
3)第Ⅱ阶段，中氨氮CANON工艺高负荷稳定运行阶段。具体方法为： 采用连续流运行方式，连续曝气策略;人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓 度为180-220mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为 5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为800-830mg/L。控制温度为26-27℃， pH为7.7-8.1，降低水力停留时间HRT为0.9-1.2h，调节曝气量为2-4L/min， 使反应器中溶解氧在6.5-7.5mg/L。当连续运行15d以上氨氮去除率和总氮去 除率分别达到80%和75%以上，且进出水NO3--N质量浓度差/进出水NH4+-N 质量浓度差的比值在0.08-0.13，CANON工艺在中氨氮进水基质条件下稳定运 行;
4)第III阶段，在连续曝气的条件下，反应器由CANON工艺向SNAD工艺 的转化。具体方法为：采用连续流运行方式，连续曝气策略;人工模拟配水， 控制进水氨氮质量浓度为180-220mg/L，COD浓度为40mg/L，亚硝酸盐氮质 量浓度为1-3mg/L，磷酸盐质量浓度为5-10mg/L，碱度质量浓度以CaCO3计为 800-830mg/L。控制温度为26-28℃，pH为7.5-8.1，控制曝气量为4-5L/min， 使反应器中溶解氧稳定在6.5-7.5mg/L，控制水力停留时间为1.4-1.5h。当连续 运行15d以上氨氮、总氮、COD去除率分别达到90%、75%、70%以上，SNAD 工艺成功启动。
本发明通过高氨氮CANON污泥挂膜——中氨氮CANON稳定运行——低 C/N限氧SNAD启动的方法，通过对水力停留时间和曝气量的控制，在实现较 高氮素去除率的基础上，在较短的时间内实现了CANON工艺高负荷运行，并 且缩短了常温低C/N污水SNAD反应器的启动时间。启动过程操作简单，容易 控制，以本发明方法启动反应器，能同时进行脱氮除COD，氨氮及COD去除 负荷分别达到了3.50kg/(m3·d)和0.5kg/(m3·d)以上，达到了较高的同时脱氮除 COD效果。
