申请日2012.04.29
公开(公告)日2013.10.30
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，首先将接种物放入生物反应器，接种物为富集的硝化细菌，或者是硝化细菌与污水厂好氧活性污泥的混合物;采用间歇进水和连续进水两种操作方式进行系统启动;硝化细菌在间歇进水时投加，反硝化菌剂在连续进水时投加。与现有技术相比，本发明方法具有启动要求不苛刻，启动速度快，可以处理高浓度含氨废水等优点。
权利要求书
1.一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，其特征在于包括如下内容：
(1)首先将接种物放入生物反应器，接种物为富集的硝化细菌，或者是上述硝化细菌与污水处理厂好氧活性污泥的混合物;
(2)先采用间歇进水然后采用连续进水两种操作方式进行系统启动;
(3)硝化细菌在间歇进水时投加，在连续进水时投加以亚硝态氮为氮源的反硝化菌剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述富集的硝化细菌中包括硝酸菌和亚硝酸菌，其中亚硝酸菌占硝化细菌总量的60%以上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：接种物采用硝化细菌，接种量按照MLSS为1.0～1.5g/L来投加;或者接种物采用硝化细菌与好氧活性污泥的混合物，硝化细菌的MLSS为0.5～1.0g/L，活性污泥的接种量为生物反应器有效容积的10%~50%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的间歇进水操作方式，进水的氨氮初始浓度为200～300mg/L，温度为20℃～40℃，pH值控制在7.8～8.2，溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L;逐步提高进水氨氮浓度，至氨氮浓度达400~700 mg/L时改为连续进水操作方式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：间歇进水操作方式采取批次换水，在通空气条件下反应，然后停止通气，自然沉降后，排出上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水;当氨氮去除率大于90%时提高进水氨氮浓度，每次氨氮浓度提高的幅度为50~100mg/L;或者间歇进水操作方式采取在不排水的情况下批次补加铵盐方式，当氨氮去除率大于90%时提高铵盐的补加量，每次补入的铵盐增加幅度以氨氮计为50~100mg/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：连续进水操作方式的水力停留时间为14～24h，pH值控制在8.2～8.5范围内，温度为20℃～40℃，溶解氧浓度控制在0.2～4.0mg/L;在保持脱氮率70%以上的条件下，逐渐提高废水氨氮浓度或者逐渐降低高含氨废水的稀释倍数，直至进水氨氮浓度达800～1200mg/L，此时开始投加反硝化菌剂。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：以亚硝氮为氮源的反硝化菌剂中的微生物主要由节杆菌(Arthrobacter creatinolyticus)FDN-1和水氏黄杆菌(Flavobacterium mizutaii)FDN-2组成;节杆菌FDN-1于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，其保藏号为CGMCC NO.3657;水氏黄杆菌FDN-2于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，其保藏号为CGMCC NO.3659，该微生物菌剂能以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化脱氮。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：反硝化菌剂中节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体体积比为0.2：1~1：5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反硝化菌剂中含有营养液，菌体体积占反硝化菌剂总体积的15%～75%。
10.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：反硝化菌剂在连续进水时投加，当氨氮去除率和亚硝化率均达80%以上时投加。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：反硝化菌剂采用分批投加的方式，按照占每小时处理废水量0.1%~10%的体积比进行投加。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当系统内总氮去除率达80%以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。
说明书
一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法，该方法可以实现含氨废水、特别是高浓度含氨废水的短程硝化反硝化脱氮工艺的快速启动方法。
背景技术
废水生物脱氮作为水污染控制的一个重要研究方向，经历了从成熟的传统生物脱氮到新型生物脱氮过程。新型生物脱氮工艺为低COD(化学耗氧量，表示碳源含量的指标，本申请中COD数值以Cr法测量)高氨氮废水的处理提供了可行的途径。特别是亚硝化生物脱氮技术由于具有降低能耗、节约碳源、减少污泥生产量等优点，受到人们的普遍关注，成为废水生物脱氮领域研究和应用的热点之一。
有文献对单级自养脱氮生物膜SBR工艺的启动进行较详细的研究(方芳等，中国给水排水，2006,22(1):58~61)，它的特点是在生物膜SBR反应器中接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥，在温度为(30±2)℃、pH值为7.5～8.5、DO(溶解氧)为0.8～1.0mg/L和HRT(水力停留时间)为24h的条件下，处理中低浓度氨氮(60～120mg/L)废水，亚硝化选择期共历时80d，经过污泥驯化期、亚硝化选择期和污泥适应期三个较为典型的阶段后，亚硝化率达到了77%，脱氮能力为40%。
CN200410017477.7中提出了一种含氨废水短程硝化快速启动方法，它的特点是以好氧活性污泥作为接种物，采用连续操作方式，将温度控制在25℃～28℃，pH值控制在7.2～7.5，溶解氧浓度控制在2.5～3.0mg/L，富集足量的硝化菌;当氨氮去除率达98%且运行稳定时将pH值调到8.0～8.2，温度控制在32℃～35℃之间，溶解氧浓度控制在1.0～1.5mg/L，优选亚硝酸细菌，淘汰硝酸细菌。启动过程中含氨废水的初始浓度为5～6mmol/L，终浓度为30mmol/L，运行39d～46d可实现短程硝化的快速启动。CN200810012685.6公开了一种含氨废水短程硝化的快速启动方法，它的特点是以富集的硝化细菌或者是硝化细菌与污水厂好氧活性污泥的混合物作为接种物;虽然实现了短程硝化的快速启动，但没有考虑总氮去除问题。
目前尽管短程硝化反硝化工艺已经进入工业化应用阶段，但普遍存在着负荷较小，去除率偏低，运行不稳定，启动时间长等不足，不能有效处理低COD高氨氮浓度的废水，并且有些正在运行的工艺并没有考虑总氮去除问题。这大大限制了短程硝化反硝化工艺的发展和应用。
因此如何快速启动短程硝化反硝化工艺、在较高负荷和氨氮去除率条件下能够保证反应器的长期稳定运行将是含氨废水处理领域研究的重点之一。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种较高浓度含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法。
本发明含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法包括如下内容：
(1)首先将接种物放入生物反应器，接种物为富集的硝化细菌，或者是上述硝化细菌与污水处理厂好氧活性污泥的混合物;
(2)先采用间歇进水然后采用连续进水两种操作方式进行系统启动;
(3)硝化细菌在间歇进水时投加，在连续进水时投加以亚硝态氮为氮源的反硝化菌剂。
本发明方法(1)所述富集的硝化细菌可以采用各种现有方案培养，培养的硝化细菌中包括硝酸菌和亚硝酸菌，其中亚硝酸菌占硝化细菌总量的60%以上;接种物为硝化细菌时接种量按照MLSS(悬浮固体含量)为1.0～1.5g/L来投加;接种物为硝化细菌与好氧活性污泥的混合物时，硝化细菌的MLSS为0.5～1.0g/L，活性污泥的接种量为生物反应器有效容积的10%~50%。富集的硝化细菌可以采用各种现有方案培养，也可以采用市售的菌剂，如可以按照CN201010221166.8获得的亚硝化优势菌群。
本发明方法(2)所述的间歇进水操作方式，进水的氨氮初始浓度为200～300mg/L，温度为20℃～40℃，pH值控制在7.8～8.2，溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L。逐步提高进水氨氮浓度，至氨氮浓度达400~700 mg/L时改为连续进水操作方式。间歇进水操作方式可以采取批次换水，在通空气条件下反应，然后停止通气，自然沉降后，排出上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水。当氨氮去除率大于90%时提高进水氨氮浓度，每次氨氮浓度提高的幅度为50~100mg/L。间歇进水操作方式也可以采取在不排水的情况下批次补加一定量的铵盐方式，同样当氨氮去除率大于90%时提高铵盐的补加量，每次补入的铵盐增加幅度以氨氮计为50~100mg/L。
本发明方法(2)所述的连续进水操作方式的水力停留时间设为14～24h，pH值控制在8.2～8.5范围内，温度为20℃～40℃，溶解氧浓度控制在0.2～4.0mg/L。在保持脱氮率70%以上的条件下，逐渐提高废水氨氮浓度或者逐渐降低高含氨废水的稀释倍数，直至进水氨氮浓度达800～1200mg/L，此时开始投加反硝化菌剂。
本发明方法(3)所述的以亚硝氮为氮源的反硝化菌剂参见CN201010536004.3，其中的微生物主要由Arthrobacter creatinolyticus FDN-1和Flavobacterium mizutaii FDN-2组成;Arthrobacter creatinolyticus FDN-1于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏单位地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号(邮编100101)，其保藏号为CGMCC NO.3657;Flavobacterium mizutaii FDN-2于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏单位地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号(邮编100101)，其保藏号为CGMCC NO.3659，该微生物菌剂能以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化脱氮。反硝化菌剂中节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体体积比为0.2：1~1：5，菌体体积比按菌体体积计，菌体体积为培养后菌液在每分钟1万转条件下离心分离5分钟得到的菌体体积，本申请中菌体的收集浓缩采用该相同的方法。反硝化菌剂中通常含有营养液等添加剂，菌体体积一般占反硝化菌剂总体积的15%～75%，优选为20%～50%。
本发明方法(3)所述的反硝化菌剂在连续进水时投加，是指当氨氮去除率和亚硝化率均达65%以上优选80%以上时投加。可以采用分批投加的方式。一般按照占每小时处理废水量0.1%~10%的体积比进行投加，具体投加量根据总氮的去除效果确定。当系统内总氮去除率达80%以上优选为90%以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。对于间歇处理工艺，每小时处理废水量指一个运转周期内平均每小时处理废水量。
本发明方法中，含氨废水短程硝化反硝化可以发生在一切含氨废水生化处理工艺及其变形工艺过程中，如间歇式活性污泥法(SBR)、厌氧-好氧活性污泥法(AO)、厌氧缺氧好氧活性污泥法(A2O)、厌氧两级好氧工艺(AO2)、曝气生物滤池(BAF)等。
本发明的特点是：首先以硝化细菌或者硝化细菌与活性污泥的混合物作为接种物完成短程硝化过程，然后以反硝化菌剂作为接种物完成反硝化过程。启动时对环境温度要求不苛刻，可以低于25℃，在20℃时仍然可以正常启动。启动时将间歇式操作方式和连续式操作方式相结合，在较低氨氮浓度下以间歇式操作方式开始促进硝化菌体的快速适应，然后以连续操作方式优选亚硝酸菌，淘汰硝酸菌，最后以投加适宜的反硝化菌剂来降低亚硝酸盐对亚硝酸菌的抑制作用，进而提高氨氮降解速率，系统可以在一个月内完成开工投产，低于现有方法两个月以上的启动开工时间。如文献“A2/O生物脱氮系统开工投产经验”(刘民等,山东冶金,2005,6(27)226~228)中介绍生物脱氮系统的开工历时69天。
本发明的有益效果是：所提出的短程硝化反硝化快速启动方法对温度要求的范围较宽，在连续操作时高pH值高氨氮的条件下优选亚硝酸菌、淘汰硝酸菌，通过反硝化菌剂的投加及时降低底物亚硝酸盐对亚硝酸菌的抑制作用，提高亚硝酸菌的氨氮降解速率，进一步缩短系统的启动时间。这种快速启动方法大大降低了短程硝化的启动难度并且明显缩短开工时间，并可保证反应器的长期稳定运行，对含氨废水处理效率高，能够实现氨氮和总氮的同时去除，可直接应用于较高浓度含氨废水的短程硝化反硝化脱氮工艺。
具体实施方式
为了将硝化反应控制在亚硝酸阶段，以真正实现短程硝化反硝化脱氮，本发明提出了一种新的短程硝化反硝化工艺的快速启动方法。该方法启动时间短，氨氮负荷高，使硝化产物中亚硝酸盐的比例高达95%，氨氮和总氮去除率均大于95%，而且能够保证反应器长期稳定运行。
本发明提出的一种含氨废水短程硝化反硝化的快速启动方法如下：
(1)首先以硝化细菌或者是硝化细菌与污水处理厂好氧活性污泥的混合物作为接种物，启动短程硝化过程。
(2)启动过程中温度为20℃～35℃。
(3)先采用间歇操作方式，以250mg/L左右的含氨废水作为进水，逐渐提高进水氨氮浓度，此时将pH控制在7.8～8.2范围内，溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L。
(4)当进水氨氮浓度达400~700mg/L时改为连续操作方式。连续操作方式的水力停留时间为14～20h，pH值控制在8.2～8.5范围内，溶解氧浓度控制在0.2～4.0mg/L。
(5)逐渐提高废水氨氮浓度或者逐渐降低高含氨废水的稀释倍数，直至进水氨氮浓度达800～1200mg/L。
(6)在连续进水时当亚硝化率达80%开始投加反硝化菌剂。优选采用分批投加的方式，首次投加量不能低于0.1%，逐次递减。
(7)当系统内总氮去除率达90%以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。
实施例1 硝化细菌接种物的培养方法，可以按本领域现有方法，如CN201010221166.8所述的方法，具体过程如下。
第一阶段：以污水处理厂好氧活性污泥为起始物(任何污水处理厂的好氧活性污泥中均含有硝化细菌)进行硝化菌群的富集，所用的富集培养液组成为(NH4)2SO4(NH4+-N初始浓度为150mg/L，最终浓度为1000 mg/L)，FeSO4 ·7H2O (Fe2+浓度为12mg/L)、 MgSO4 ·7H2O (Mg2+浓度为 18mg/L)、NaCl (Na+浓度为800mg/L)、CaCl2 (Ca2+浓度为 16mg/L)和KH2 PO4 (K+浓度为 260mg/L)。在富集过程中，用NaHCO3溶液调节pH值。培养条件：温度为24℃;pH 为6. 0～7.5;SV为15 %～20 %;DO为4mg·L – 1。每日1个周期，进水时间为20分钟，曝气23小时，自然沉降30分钟，排除上清液。然后加入与上清液同体积的富集培养液，按此过程循环操作，其过程用GB 7479的蒸馏滴定法检测出水中氨氮浓度，检测不出氨氮后，提高预加入培养液的氨氮浓度，其提高幅度为100 mg/L，最终获得氨氮去除率达90%以上的混合菌群。
第二阶段：在31℃条件下进行硝酸菌的淘洗，培养到15天时培养液出现大量泡沫，此时改为常温28℃进行亚硝酸菌培养，培养2周后当培养液中氨氮浓度低于15mg/L时沉降排水，更换新鲜培养液。在31℃条件下继续培养一周后再次出现大量泡沫，此时将温度调整到28℃进行菌体恢复培养，按照此过程循环操作，直到亚硝酸盐氮在硝化产物中占75%时转入下一阶段培养。整个培养过程共换排水5次，每次换排水之间补料两次，当培养液氨氮浓度低于100mg/L时补加氨氮溶液，补加后培养液氨氮浓度为800~1000mg/L。
第三阶段：培养过程中每隔24h改变溶解氧和pH条件，培养第1天溶解氧控制在0.2~0.4mg/L，pH为7.5~7.8;第2天溶解氧控制在0.6~0.8mg/L，pH为8.0~8.2;第3天溶解氧控制在1.5~2.5mg/L，pH为8.0~8.5。按照此过程不断对溶解氧的控制浓度和pH的控制范围进行调整，每隔8~10天当氨氮浓度低于15mg/L时进行一次换排水，培养4周后，亚硝化率达到80%，此后两个周内亚硝化率一直在75%~85%之间，结束一个周期的培养。整个培养过程共换排水4次，两次换排水之间补料三次，当培养液氨氮浓度低于100mg/L时补加氨氮溶液，补加后培养液氨氮浓度为800~1000mg/L。经检测，培养得到的硝化细菌中亚硝酸菌可以达到70%左右。
实施例2 反硝化菌剂的制备
1、将节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2分别接种于牛肉膏蛋白胨固体培养基上在温度为30℃恒温培养箱中进行活化，培养基配方为：牛肉膏：5g/L，蛋白胨：10g/L，NaNO2：1g/L，加入2.0%的琼脂。
2、用接菌环刮一环固体菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养液中，在温度25~35℃、150~240rpm好氧条件下震荡培养1~3天至对数生长期，获得液体菌剂种子液;培养基配方为：牛肉膏：5g/L，蛋白胨：10g/L，NaNO2：1g/L。
3、将上述节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2种子液按照1:1和0.5:1两种比例组合分别在具有良好搅拌系统的反应器中进行放大培养，培养液中的亚硝氮浓度为200mg/L~800mg/L，碳氮质量比2：1~10:1;培养条件为温度25℃～35℃;pH6.5～10.0;溶解氧低于1.0mg/L。两种菌的生长速度相近，经对比与分别培养再混合的方式得到的菌剂基本相同。
对经过放大培养获得的液态菌悬液A(种子液混合比例1:1)和B(种子液混合比例0.5:1)进行收集浓缩，然后加入菌悬液两倍体积的营养液。每升营养液中NO2- 、Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+这五种阳离子的摩尔配置比例为2000:5:20:20:15，其中NO2-的质量浓度为100~1000mg/L，再加入菌悬液体积0.5%~1.0%的保藏剂得到反硝化菌剂A和反硝化菌剂B。
实施例3
以实施例1培养的硝化细菌作为接种物，接种后MLSS为1.0g/L，以自配浓度为300mg/L的含氨废水作为反应器进水，pH控制在7.9，将温度控制在20℃溶解氧浓度为1.5~4.0mg/L左右。先间歇进水，反应24h后停止通气，自然沉降后排出上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水。当氨氮去除率大于90%时提高进水的氨氮浓度，每次提高的幅度为100mg/L。5天后进水的氨氮浓度达到700mg/L，此时亚硝化率达到80%，改为连续式操作，同时按照体积比5%投加实施例2的反硝化菌剂A，水力停留时间为14h， pH值控制在8.3，溶解氧浓度为0.5~2.0mg/L。当氨氮去除率大于90%时，继续提高进水氨氮浓度，每次提高的幅度为100mg/L，当进水氨氮浓度为900mg/L时，总氮去除率达75%，再次按照体积比3%投加反硝化菌剂A。当进水氨氮浓度达到1200mg/L运行稳定后氨氮和总氮去除率均达到95%以上，此时结束系统的快速启动，共需时间20天。
实施例4
以实施例1富集的硝化细菌作为接种物，接种后MLSS为1.5g/L，将某催化剂厂的高含氨废水稀释至250mg/L作为反应器进水，pH控制在7.8;将温度控制在30℃;溶解氧浓度为3.0~5.0mg/L。先间歇进水，反应24h后停止通气，自然沉降后除去上清液，留下菌体，然后往反应器中补入新的含氨废水，当氨氮去除率大于90%时降低原废水的稀释倍数使得进水的氨氮浓度提高，每次提高的幅度为50mg/L;6d后进水的氨氮浓度达到500mg/L，此时改为连续操作方式，水力停留时间为17.5h;将pH值控制在8.5，溶解氧浓度为1.0~2.5mg/L当氨氮去除率大于90%时，继续降低含氨废水的稀释倍数，使得氨氮浓度每次提高的幅度为50mg/L;直至原废水经过稀释后其中的氨氮浓度为1000mg/L，连续运行过程中当进水氨氮为700mg/L时，亚硝化率达到81%，此时按照体积比6%投加实施例2的反硝化菌剂B，24h后检测出水硝态氮为320mg/L，继续补加4%的反硝化菌剂B，次日检测硝态氮低于25mg/L，运行稳定后氨氮去除率达到99%，总氮去除率达到96%，此时实现短程硝化反硝化的快速启动，共需25天。
