申请日2012.04.29
公开(公告)日2014.12.31
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种A/O系统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和亚硝酸型脱氮菌剂，或者是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A/O工艺处理含氨废水的快速启动方法，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，A/O工艺的生物反应器包括缺氧反应器即A反应器，和好氧反应器即O反应器，A反应器的接种物为亚硝酸型脱氮菌剂，O反应器的接种物为富集的硝化细菌;或者生物反应器中在投加接种物时，同时投放污水处理厂的好氧活性污泥;
(2)先采用间歇进水操作，然后采用连续进水操作两种操作方式进行A/O系统启动;
其中亚硝酸型脱氮菌剂中的微生物主要是节杆菌(Arthrobacter creatinolyticus)FDN-1和水氏黄杆菌(Flavobacterium mizutaii)FDN-2中的一种或两种，同时含有脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3中的一种或两种，四种菌株均于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”，FDN-1的保藏编号为CGMCC No.3657，FDN-2的保藏编号为CGMCC No.3659，DN-3的保藏编号为CGMCC No.3658，SDN-3的保藏编号为CGMCC No.3660。
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所述的方法，其特征在于：富集的硝化细菌接种物为硝化细菌时接种量按照MLSS为1.0～1.5g/L来投加。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：接种物为富集的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，好氧活性污泥的接种量为生物反应器有效容积的10%~50%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：“节杆菌FDN-1和/或水氏黄杆菌FDN-2”与“脱氮副球菌DN-3和/或甲基杆菌SDN-3”两类菌体的体积比例为0.1~10：0.1～10。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：“节杆菌FDN-1和/或水氏黄杆菌FDN-2”与“脱氮副球菌DN-3和/或甲基杆菌SDN-3”两类菌体的体积比例为0.2~5：0.2～5。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：A反应器按照反应器有效容积的10%~40%接种活性污泥，然后按占每小时所处理污水量0.01%~1%的体积比投加亚硝酸型脱氮菌剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的间歇操作方式，是指批次换排水，O反应器内当氨氮去除率大于60%时沉降排水，排出的水作为A反应器进水;A反应器内当总氮去除率大于80%时沉降排水。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：所述的间歇操作方式中，温度为20℃～40℃，pH值控制在7.8～8.2;O反应器溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L，进水氨氮初始浓度为200～300mg/L，每次按50~100mg/L的幅度逐步提高进水氨氮浓度，至氨氮浓度达400~700 mg/L时改为连续操作方式;A反应器溶解氧浓度控制在0.02～2.0mg/L，进水总氮初始浓度为200～300mg/L，每次按50~100mg/L的幅度逐渐提高总氮浓度，至总氮浓度达400~700 mg/L时改为连续操作方式。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：连续操作方式中，pH值控制在8.2～8.5范围内，A反应器和O反应器的DO控制浓度范围与间歇操作相同，A反应器的水力停留时间设为6～20h，O反应器的水力停留时间设为14～24h;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，氨氮和总氮去除率达70%以上时，完成启动过程。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：亚硝酸型脱氮菌剂中节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3四种菌体的体积比例为1~5：1~5：1~10：1~3，脱氮菌剂中含有营养液、保藏助剂常规添加剂，脱氮菌剂中上述四种菌体的体积之和占脱氮菌剂总体积的10%～60%。
说明书
一种A/O工艺处理含氨废水的快速启动方法
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A/O工艺处理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。
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数值采用Cr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。CN 200810012685.6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处理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，并且有些运行的工艺并没有考虑总氮是否去除。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系统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A/O系统短程硝化反硝化的快速启动方法。
本发明A/O工艺处理含氨废水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，A/O工艺的生物反应器包括缺氧反应器即A反应器，和好氧反应器即O反应器，A反应器的接种物为亚硝酸型脱氮菌剂，O反应器的接种物为富集的硝化细菌，生物反应器中可以同时投放污水处理厂的好氧活性污泥;
(2)先采用间歇进水操作，然后采用连续进水操作两种操作方式进行A/O系统启动。
本发明(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;接种物为富集的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，好氧活性污泥的接种量为生物反应器有效容积的10%~50%。
本发明(1)所述的亚硝酸型脱氮菌剂见CN201010536065.x，亚硝酸型脱氮菌剂中的微生物主要Arthrobacter creatinolyticus FDN-1和Flavobacterium mizutaii FDN-2中的一种或两种，同时含有脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和Methylobacterium phyllosphaerae SDN-3中的一种或两种，四种菌株均于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：北京市朝阳区北辰西路1号院3号(邮编100101)。FDN-1的保藏编号为CGMCC No.3657，FDN-2的保藏编号为CGMCC No.3659，DN-3的保藏编号为CGMCC No.3658，SDN-3的保藏编号为CGMCC No.3660。“节杆菌FDN-1和/或水氏黄杆菌FDN-2”与“脱氮副球菌DN-3和/或甲基杆菌SDN-3”两类菌体的体积比例为0.1~10：0.1～10，优选为0.2~5：0.2～5。(按菌体体积计，菌体体积为培养后在每分钟1万转条件下离心分离5分钟后的得到的菌体体积，下同)。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，还可以直接以氨氮为底物完成脱氮过程。首先按照反应器有效容积的10%~40%接种活性污泥，然后按占每小时所处理污水量0.01%~1%的体积比投加亚硝酸型脱氮菌剂。对于间歇式处理工艺，每小时所处理污水量指一个周期内平均每小时处理污水量。
本发明(2)所述的间歇操作方式，是指批次换排水， O反应器内当氨氮去除率大于60%时沉降排水，排出的水可以作为A反应器进水;A反应器内当总氮去除率大于80%时沉降排水。
本发明(2)所述的间歇操作方式中，温度为20℃～40℃，pH值控制在7.8～8.2。O反应器溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L，通常为2.0～4.0mg/L，进水氨氮初始浓度为200～300mg/L，每次按50~100mg/L的幅度逐步提高进水氨氮浓度，至氨氮浓度达400~700 mg/L时改为连续操作方式;A反应器溶解氧浓度控制在0.02～2.0mg/L，通常为0.05～1.5mg/L，进水总氮初始浓度为200～300mg/L，每次按50~100mg/L的幅度逐渐提高总氮浓度，至总氮浓度达400~700 mg/L时改为连续操作方式。
本发明(2)所述的连续操作方式，pH值控制在8.2～8.5范围内，A反应器和O反应器的DO控制浓度范围与间歇操作相同，A反应器的水力停留时间设为6～20h，O反应器的水力停留时间设为14～24h。在连续操作过程中，先以长水力停留时间操作，保证氨氮和总氮去除率均大于60%时逐渐缩短水力停留时间。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，氨氮和总氮去除率达70%以上时，完成启动过程。
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组合物作为接种物完成短程硝化过程，然后以反硝化菌剂(或与活性污泥的混合物)作为接种物进一步去除氨氮并完成反硝化过程。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，以间歇式操作方式开始促进菌体的快速适应，然后以连续操作方式逐渐调整两类微生物对氨氮和总氮的去除能力，开工一个月既可以保证系统稳定运行，与现有A/O系统(刘民等，A2/O生物脱氮系统开工投产经验.山东冶金,2005,6(27)226~228)的开工时间69天相比，可以明显缩短系统的启动时间。
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物亚硝酸盐，同时进一步去除氨氮，好氧阶段硝化过程不彻底到厌氧阶段仍可继续进行。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A/O系统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A/O系统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，氨氮和总氮去除效果好，而且能够保证A/O系统的长期稳定运行。
本发明提出的A/O系统短程硝化反硝化的快速启动方法如下：
(1)以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O反应器的接种物，启动短程硝化过程。
(2)先采用间歇操作方式，反应器温度为20℃～40℃，pH控制在7.8～8.2，此时O反应器的溶解氧浓度控制在1.0～5.0mg/L，以250mg/L左右的含氨废水作为O反应器进水，批次换水时逐渐提高进水氨氮浓度。
(3)将O反应器的第一次排出水作为A反应器进水，总氮浓度为247mg/L，以亚硝酸型脱氮菌剂与污水厂好氧活性污泥的混合物作为A反应器的接种物，反应器内溶解氧浓度控制在0.2~1.0mg/L。以后O反应器的每次排出水都可以作为A反应器反硝化脱氮用水，可以根据脱氮效果逐渐缩短批次反应时间。
(4)当O反应器进水氨氮浓度达400~700mg/L时改为连续操作方式。连续操作方式pH值控制在8.2～8.5范围内，A反应器溶解氧浓度控制在0.2～1.0mg/L，O反应器溶解氧浓度控制在0.5～1.5mg/L。A反应器的水力停留时间为20h ，然后逐渐降低，O反应器水力停留时间为14～20h。
(5)当系统内进水氨氮浓度达800～1200mg/L，氨氮和总氮去除率达70%以上时，完成短程硝化反硝化的启动过程。
本发明方法中，亚硝酸型脱氮菌剂中：节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3四种菌体的比例为1~5：1~5：1~10：1~3(按菌体体积计，菌体体积为含培养液的菌液在1万rpm离心分离5min得到的菌体体积，本申请中涉及的菌体体积均按此方法确定)。脱氮菌剂中含有营养液、保藏助剂等常规添加剂，脱氮菌剂中上述四种菌体的体积之和占脱氮菌剂总体积的10%～60%，优选为20%～50%。
本发明中使用的脱氮菌剂可以采用相应的菌种放大培养后混合得到，也可以菌种混合后放大培养得到，这是本领域技术人员熟知的内容。如具体可以采用CN201010536065.x公开的方法等。
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
实施例使用的脱氮菌剂按CN201010536065.x实施例1所述方法制备，对经过放大培养获得的液态菌悬液A、B、C、D、E进行收集浓缩，收集浓缩采用1万转条件下离心分离5分钟后得到的菌体，加入营养液及保藏剂，得到脱氮菌剂A、B、C、D、E，其中菌体的体积之和约占脱氮菌剂总体积的30%左右。每升营养液中NH4+-N 、Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+这五种阳离子的摩尔配置比例为2000:5:20:20:15，营养液中的NH4+-N摩尔浓度为4~40mmoL/L 。
实施例3
首先按照反应器有效容积的10%向A/O反应器内投加活性污泥。然后以实施例1培养的硝化细菌作为接种物，按照MLSS为0.8g/L的接种量接入O反应器， pH控制在7.9、温度控制在20℃、溶解氧浓度为1.5~3.0mg/L左右。次日按照体积比1%向A反应器投加实施例2的脱氮菌剂B，pH值控制在8.0，溶解氧浓度为0.5~1.0mg/L。以自配浓度为250mg/L的含氨废水作为O反应器进水，以O反应器的上清液作为A反应器进水。先间歇进水，每一批次均反应24h后O反应器停止通气，A反应器停止搅拌，自然沉降后排出上清液留下菌体，然后往各自的反应器中补入新的含氨废水和硝化出水。当O反应器内氨氮去除率大于60%时提高进水的氨氮浓度，每次提高的幅度为50mg/L。8d后进水的氨氮浓度达到650mg/L，此时改为连续式操作。pH值控制在8.2~8.5范围内，两个反应器内的溶解氧浓度与间歇操作相同，O反应器的最大水力停留时间设为24h，A反应器的最大水力停留时间设为20h，当氨氮和总氮去除率大于70%时逐渐缩短水力停留时间，同时逐渐提高进水氨氮浓度，直至进水氨氮浓度达800mg/L时完成系统的启动过程，共需时间20天。
实施例4
首先以实施例1培养的硝化细菌作为接种物，按照MLSS为1.5g/L的接种量接入O反应器， pH控制在8.0、温度控制在30℃、溶解氧浓度为2.5~4.0mg/L左右。次日按照反应器有效容积的40%向A反应器内投加活性污泥，然后以按照体积比0.1%向A反应器投加实施例2的脱氮菌剂D，pH值控制在8.0，溶解氧浓度为0.1~1.0mg/L。以自配浓度为200mg/L的含氨废水作为O反应器进水，以O反应器的上清液作为A反应器进水。先间歇进水，每一批次均反应24h后O反应器停止通气，A反应器停止搅拌，自然沉降后排出上清液留下菌体，然后往各自的反应器中补入新的含氨废水和硝化出水。当O反应器内氨氮去除率大于70%时提高进水的氨氮浓度，每次提高的幅度为100mg/L。6d后进水的氨氮浓度达到600mg/L，此时改为连续式操作。pH值控制在8.2~8.5范围内，两个反应器内的溶解氧浓度与间歇操作相同，O反应器的最大水力停留时间设为22h，A反应器的最大水力停留时间设为20h，当氨氮和总氮去除率大于80%时逐渐缩短水力停留时间，同时逐渐提高进水氨氮浓度，直至进水氨氮浓度达800mg/L时完成系统的启动过程，共需时间25天。
