申请日2013.05.12
公开(公告)日2013.08.14
IPC分类号C02F11/04; C02F101/16; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种污泥发酵耦合反硝化过程实现反硝化亚硝酸盐最大积累的方法。本方法通过接种污泥发酵耦合反硝化系统污泥实现反硝化过程亚硝酸盐最大积累，具体包括以下步骤：以污泥发酵耦合反硝化反应器中的活性污泥为接种污泥，维持进水后混合液污泥浓度MLSS在1500～3000mg/L;投加污泥发酵上清液作为反硝化碳源，控制投加后SCOD/NO3--N在2.8～4.5之间，通过监测反硝化过程pH值变化曲线停止缺氧搅拌以中止反硝化反应，最终实现硝酸盐到亚硝酸盐的转变。本方法容易控制，操作简单，出水中亚硝酸盐积累率达到80%～95%，可以作为厌氧氨氧化反应电子受体来源，同时减少了外碳源投加费用，并实现污泥减量化。
权利要求书
1.一种污泥发酵耦合反硝化过程实现亚硝酸盐最大积累的方法，其特征在 于，包括以下步骤：
(1)接种污泥发酵耦合反硝化系统污泥，控制进水后污泥浓度MLSS为 1500～3000mg/L;污泥发酵耦合反硝化系统污泥为运行6个月以上的污泥发酵 耦合反硝化反应器中的活性污泥，该污泥发酵耦合反硝化反应器采用交替厌氧/ 缺氧运行方式，污泥龄SRT为20～28天，每周期厌氧搅拌发酵6～8h，随后泵入 含NO3--N废水，其中NO3--N=35～55mg/L，之后缺氧搅拌进行污泥发酵同步反 硝化反应3～5h，沉淀30～60min后排水，排水比为20%～60%;每天排泥后再加 入新鲜剩余污泥，控制反应器中污泥浓度MLSS为8000～10000mg/L;该反应器 NO3--N去除率为85%～100%;
(2)硝酸盐废水进入反硝化反应器后，投加污泥发酵上清液，使系统初始 SCOD/NO3--N在2.8～4.5之间，然后缺氧搅拌反硝化240～400min;所述的污泥 厌氧发酵上清液所用发酵污泥为剩余污泥，在28～35℃条件下厌氧发酵6～9 天，发酵过程中污泥浓度MLSS为12000～18000mg/L，离心后获得上清液;
(3)监测反应过程中pH值的变化曲线，当在pH值上升过程中出现拐点 后及时停止缺氧搅拌以中止反硝化反应，沉淀30～60min后排水，出水中即含有 大量反硝化过程积累的亚硝酸盐。
说明书
污泥发酵耦合反硝化过程实现亚硝酸盐最大积累的方法
技术领域
本发明涉及一种污泥发酵耦合反硝化过程实现亚硝酸盐最大积累的方法， 属于污水生物处理技术领域。具体是接种一种长期处于交替厌氧/缺氧环境下的 污泥发酵耦合反硝化系统污泥，利用污泥发酵液中的短链脂肪酸为碳源，通过 控制反硝化过程中发酵液的投加量及监测反应过程中pH的变化来实现亚硝酸 盐的最大积累。本方法适用于通过厌氧氨氧化技术对含有大量硝酸盐氮废水的 深度脱氮。
背景技术
由于水体氮磷污染引起的水体富营养化问题严峻，为了满足日益严格的污 水排放标准，污水脱氮除磷技术的研发和应用仍是水处理领域的重点问题。传 统生物脱氮工艺主要是通过时间和空间上的好氧、缺氧实现硝化、反硝化，首 先好氧条件下NH4+以O2为电子受体转化为NO3-，然后在缺氧条件下NO3-利用 有机物为电子供体还原为N2从水中去除，从而达到脱氮的目的。然而传统生物 脱氮工艺存在能耗较大、处理效果不理想等不足，目前开发高效、经济、低能 耗的处理工艺成为污水脱氮除磷工作研究的重点。
基于传统脱氮除磷工艺存在的问题及原理，厌氧氨氧化工艺是在缺氧条件 下，微生物以NH4+-N为电子供体将NO2--N还原为N2的过程，反应过程不需要 外加碳源，节省曝气能耗，是目前经济高效的新型生物脱氮技术。厌氧氨氧化 需要亚硝酸盐作为电子受体，而亚硝酸盐在一般污水中较难获得，需要从其它 形式含氮化合物转化而来，因此获得稳定的亚硝酸盐积累是厌氧氨氧化工艺成 功应用的前提。
获得亚硝酸盐主要有一下两种方式：
1)短程硝化，将NH4+氧化为NO2-：
2)NO3-反硝化产生NO2-积累：
短程硝化主要通过控制溶解氧、温度、pH或游离氨的抑制作用实现，其技 术原理是利用氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌在不同条件下的生长速率不同，控 制系统运行参数使亚硝酸盐氧化菌逐渐被淘汰，氨氧化细菌为优势菌种。目前 短程硝化-厌氧氨氧化工艺已有应用实例，如SHARON工艺。但该方法存在启 动时间长，控制过程较复杂，而且亚硝积累不稳定等不足，也是限制其大规模 应用的主要因素。
反硝化过程以有机碳源为电子供体，经过NO3-→NO2-→N2两个过程，最终 去除污水中的氮素以氮气形式被去除，控制不同操作条件可以实现反硝化过程 中亚硝酸盐的积累。此外，剩余污泥中含有大量有机物，通过厌氧发酵能够产 生短链脂肪酸，可作为有机碳源被反硝化菌利用。为此，考虑通过控制反硝化 过程获得亚硝酸盐积累，为厌氧氨氧化反应提供电子受体，并充分利用污水处 理厂自身排放的剩余污泥进行发酵产生碳源，节省外加碳源的投资及运行费 用，对含有大量硝酸盐氮废水(城市污水处理厂二级处理出水、高氨氮废水经 厌氧氨氧化工艺处理后的出水等)进行深度脱氮的应用提供了重要途径。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种污泥发酵耦合反硝化 系统污泥作为接种污泥，利用污泥发酵上清液中短链脂肪酸作为有机碳源，通 过控制SCOD/NO3--N及监测反应过程pH值变化，控制反硝化过程中NO3-还 原为NO2-，从而实现亚硝酸盐最大积累的方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种污泥发酵耦合反硝化过程实现亚硝酸盐最大积累的方法，其特征在 于，包括以下步骤：
(1)接种污泥发酵耦合反硝化系统污泥，控制进水后污泥浓度MLSS为 1500～3000mg/L;污泥发酵耦合反硝化污泥为运行6个月以上的污泥发酵耦合 反硝化反应器中的活性污泥，该污泥发酵耦合反硝化反应器采用交替厌氧/缺氧 运行方式，污泥龄SRT为20～28天;每周期厌氧搅拌发酵6～8h，随后泵入含 NO3--N废水，其中NO3--N=35～55mg/L，之后缺氧搅拌进行发酵同步反硝化反 应3～5h，沉淀30～60min后排水，排水比为20%～60%;每天排泥后再加入新鲜 剩余污泥，控制反应器中污泥浓度MLSS为8000～10000mg/L;该反应器NO3-- N去除率为85%～100%;
(2)硝酸盐废水进入反硝化反应器后，投加污泥发酵上清液，使系统初始 SCOD/NO3--N在2.8～4.5之间，然后缺氧搅拌反硝化240～400min;
(3)监测反应过程中pH值的变化曲线，当在pH值上升过程中出现拐点 后及时停止缺氧搅拌以中止反硝化反应，沉淀30～60min后排水，出水中即含有 大量反硝化过程积累的亚硝酸盐。
步骤(2)中污泥厌氧发酵上清液所用发酵污泥为剩余污泥，在28～35℃条 件下，剩余污泥厌氧搅拌发酵6～9天，发酵过程中污泥浓度MLSS为12000～ 18000mg/L，离心后获得上清液。
技术原理：
根据缺氧条件下微生物对NO3--N和NO2--N的还原能力，可以将反硝化菌 群分为3类，A类微生物只能将NO3--N还原为NO2--N，其以NO2--N为唯一产 物;B类微生物具有同步NO3--N还原和NO2--N还原特性，并且NO2--N的还 原速率高于NO3--N的还原速率，反应过程中没有NO2--N积累;C类微生物可 同时还原NO3--N和NO2--N，但NO2--N的还原速率低于NO3--N的还原速率， 反应过程中会出现短暂的NO2--N积累。通常情况下，反硝化系统中B类反硝 化菌群占绝大多数，从而在反硝化过程不会出现中间产物NO2--N的积累。然而 在污泥发酵耦合反硝化系统中，其特异的生长环境导致了A类和C类反硝化菌 群的富集，从而使得反硝化过程产生大量的NO2--N积累。本发明充分利用此种 反硝化污泥的特性来实现反硝化过程NO2--N的最大积累。而SCOD/NO3--N对 反硝化过程NO2--N的最大积累起到重要作用。另外，反硝化过程会产生碱度， 从而使pH值升高。由式(1)和式(2)可以看出，反硝化等量的NO3--N和NO2--N 所产生的碱度总量相等，说明反硝化过程中NO3--N还原到NO2--N这一步不产 生碱度。在NO3--N还原的初期，同时进行着NO3--N还原为NO2--N和NO2--N 还原为N2的反应，系统pH值缓慢上升;当系统中NO3--N被还原完全，系统 只进行以NO2--N为电子受体的还原反应，pH值上升速率会相比之前有很大提 高。因此，可以根据pH值在上升过程中出现的拐点来判断NO3--N的完全还 原，及时停止反应，从而获得最大的NO2--N积累量。
8NO3--+5CH3COO-→10CO2+6H2O+4N2+8OH- (1)
8NO2-+3CH3COO-→6CO2+2H2O+4N2+8OH- (2)
4NO3-+CH3COO-→2CO2+2H2O+4NO2- (3)
本发明通过污泥发酵耦合反硝化过程实现反硝化过程亚硝酸盐最大积累的 方法具有下列优势：
(1)接种的污泥发酵耦合反硝化系统污泥具有较高亚硝酸盐积累特性，无 需驯化，启动时间短;主要通过调节初始SCOD/NO3--N在一定范围内，缺氧 搅拌进行反硝化获得亚硝酸盐积累，操作简单，获得的亚硝酸盐积累率较高;
(2)与短程硝化获得亚硝酸盐积累相比，本发明获得亚硝酸盐积累的方法 控制方法简单，能获得较高且稳定的亚硝酸盐积累，反硝化过程中pH变化规 律明显，可通过检测反应过程pH值的变化中止反硝化反应;
(3)利用污泥厌氧发酵产生的短链脂肪酸为碳源，充分开发利用污泥中的 内碳源，节省外碳源，降低投资和运行成本，达到了污泥减量的效果;同时污 泥发酵上清液中的氨氮可以为后续厌氧氨氧化工艺提供部分电子供体。
