申请日2013.01.08
公开(公告)日2013.05.29
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明涉及一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法，在17-25℃下，采用高径比为5-15的柱状间歇序批式反应器，通过亚硝化启动阶段，在生活污水中投加氨氮，驯化活性污泥的亚硝化性能;颗粒污泥培养阶段，生活污水为进水，控制沉淀时间以2min为梯度由14min逐步缩短至6min，颗粒污泥基本形成;颗粒污泥强化阶段，控制沉淀时间4min，持续运行至颗粒平均粒径超过0.4mm;处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮，控制沉淀时间4min，运行至氨氧化负荷超过0.5kgN/m3/d，恢复生活污水为进水，最终培养出氨氧化负荷超过0.4kgN/m3/d，颗粒平均粒径超过0.5mm的高效亚硝化颗粒污泥。该发明制备的亚硝化颗粒污泥具有亚硝化性能稳定、污泥浓度高、处理能力强等特点。
权利要求书
1.一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法，其特征在于，在 17-25℃条件下，采用高径比为5-15的柱状间歇序批式反应器，以城市 生活污水为进水，按下述步骤运行：
1)亚硝化启动阶段，接种城市污水处理厂曝气池普通硝化污泥，在生 活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为150-200mg/L，碱度 以CaCO3计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制沉淀时间为20-30min，在此 条件下持续驯化污泥，当连续7d亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐氮与 积累的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值达到95%以上时，进入颗粒污 泥培养阶段;
2)颗粒污泥培养阶段，以生活污水为进水，沉淀时间以2min为梯度由 14min逐步缩短至8min，每个梯度运行2~8天且随着沉淀时间缩短相应 运行天数增加，之后将沉淀时间控制在6min，待粒径0.2mm以上污泥颗 粒占污泥总体积的百分比达到70%以上时，进入颗粒污泥强化阶段;
3)颗粒污泥强化阶段，以生活污水为进水，控制沉淀时间4min，持续 运行，待反应器内平均粒径超过0.4mm，进入处理能力强化阶段;
4)处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨 氮浓度为150~200mg/L，碱度以CaCO3计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控 制沉淀时间4min，运行直至氨氧化负荷超过0.5kgN/m3/d;恢复生活污 水为进水，氨氧化负荷稳定在0.4kgN/m3/d以上，颗粒平均粒径超过0 .5mm，高效的亚硝化颗粒污泥培养成功;
步骤1)-4)中，反应器每个周期的运行方式为进水、曝气、沉淀、排水 ，每天运行3-6个周期，控制表观气速即曝气量与反应器截面积的比值 为0.5-1.0cm/s，控制曝气时间使氨氧化率即氨氮消耗量与进水氨氮浓 度的比值在80%-95%。
说明书
一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法
技术领域
本发明属于城市生活污水处理与资源化领域，具体涉及亚硝化颗粒污 泥的高效培养方法。
背景技术
2011年《中国环境状况公报》指出，在全国十大水系的主要污染指标 中，氨氮、生化需氧量和总磷等指标排名前列，特别是在人口密集的 黄河、长江流域，氨氮污染更是分别占据了第1和第2位;监测的26个 国控重点湖泊(水库)中，中营养状态、轻度富营养状态和中度富营 养状态的湖泊(水库)比例分别为46.2%、46.1%和7.7%，大部分湖泊 均存在由氮磷引起的富营养化问题。污水处理厂是缓解与治理水污染 的关键，污水处理厂排放标准逐年提高，尤其针对营养素指标控制更 为严格。2002年的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-20 02)一级A标准对氮素指标进行了严格限制，要求总氮小于15mg/L，氨 氮小于5mg/L。
目前，污水厂脱氮多采用基于硝化反硝化理论的传统工艺或改良工艺 并后续深度处理工艺，不论是经济性、技术性还是可持续性都已不能 满足日益严格的排放标准的要求，以自养脱氮为核心的新工艺为城市 生活污水生物脱氮提供了新的思路。厌氧氨氧化是目前发现的最为简 捷的废水生物脱氮途径，与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比，具有流 程简捷、处理负荷高、耗氧量少、无需外加有机和无机碳源、污泥产 量低和无二次污染等众多优点，是城市污水脱氮的理想选择。目前， 对于该工艺的研究以分体式居多，即将该工艺分为亚硝化单元与厌氧 氨氧化单元。亚硝化作为厌氧氨氧化的前置工艺，为厌氧氨氧化提供 进水，是厌氧氨氧化的前提与基础，其处理效果及效率直接影响后续 的厌氧氨氧化工艺。但实际研究中亚硝化存在污泥难以持留及增长、 抗冲击负荷能力差、长期运行容易失稳转向全程硝化等问题，难以实 现高效稳定运行。
颗粒污泥是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下，相 互聚集形成一种密度较大、体积较大、传质条件较好的微生物聚集体 。相比普通絮状污泥，颗粒污泥具有突出的沉降性能，可以使反应器 中持留较高的污泥浓度，获得较大的处理负荷。颗粒污泥由外到内存 在明显的基质浓度梯度和溶氧浓度梯度，对溶解氧具有较高亲和能力 的氨氧化菌(AOB)易于在颗粒污泥表面生 长，一定程度上抑制氧亲和力较弱的亚硝酸盐氧化菌(NOB)的生长， 且表面较高的氨氮浓度能形成较高的游离氨，也能抑制NOB的生长，进 而利于形成稳定的亚硝化体系。因而将颗粒污泥技术运用于亚硝化工 艺，培养具有特殊AOB膜结构的亚硝化颗粒污泥，有望实现高效稳定的 亚硝化工艺。
高景峰在25℃生活污水条件下，采用序批式(SBR)反应器，通过骤降 沉淀时间，由15min直接缩短至5min，经过14天成功培养出亚硝化性能 良好的颗粒污泥，亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐氮与积累的亚硝酸 盐氮与硝酸盐氮之和的比值维持在95%以上，但经过21天仍有40%的污 泥粒径在0.3mm以下，污泥浓度由初始的3.773g/L大幅降低至0.87g/L ，氨氧化负荷仅为0.22kgN/m3/d，经过52天培养絮状污泥仍然存在。
目前，培养的亚硝化颗粒污泥虽亚硝化性能良好，但存在污泥颗粒化 程度不高，存在大量絮状污泥;污泥负荷不高、处理能力较差，负荷 一般在0.10-0.25kgN/m3/d;粒径较小，一般在0.2-0.5mm，有待提出 更为高效的亚硝化颗粒污泥培养方法。
发明内容
本发明目的在于提供城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法。
本发明是在常温条件下，以生活污水为基础用水，以SBR反应器为实验 装置，通过优化的运行策略来实现亚硝化颗粒污泥的高效培养。采用 高径比为5-15的SBR反应器，所述方法包括以下步骤：
1)亚硝化启动阶段，接种城市污水处理厂曝气池普通硝化污泥，在生 活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为150-200mg/L，碱度 以CaCO3计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制沉淀时间为20-30min，在此 条件下持续驯化污泥，当连续7d亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐氮与 积累的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值达到95%以上时，进入颗粒污 泥培养阶段;
2)颗粒污泥培养阶段，以生活污水为进水，沉淀时间以2min为梯度由 14min逐步缩短至8min，每个梯度运行2~8天且随着沉淀时间缩短相应 运行天数增加，之后将沉淀时间控制在6min，待粒径0.2mm以上污泥颗 粒占污泥总体积的百分比达到70%以上时，进入颗粒污泥强化阶段;
3)颗粒污泥强化阶段，以生活污水为进水，控制沉淀时间4min，持续 运行，待反应器内平均粒径超过0.4mm，进入处理能力强化阶段;
4)处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨 氮 浓度为150~200mg/L，碱度以CaCO3计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制 沉淀时间4min，运行直至氨氧化负荷超过0.5kgN/m3/d;恢复生活污水 为进水，氨氧化负荷稳定在0.4kgN/m3/d以上，颗粒平均粒径超过0.5 mm，高效的亚硝化颗粒污泥培养成功。
步骤1)-4)中，反应器每个周期的运行方式为进水、曝气、沉淀、排水 ，每天运行3-6个周期，控制表观气速即曝气量与反应器截面积的比值 为0.5-1.0cm/s，控制曝气时间使氨氧化率即氨氮消耗量与进水氨氮浓 度的比值在80%-95%。
与现有启动亚硝化颗粒污泥方法相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过亚硝化启动、颗粒污泥培养、颗粒污泥强化、处理能力 强化四个阶段，经过80天成功培养出亚硝化性能良好的颗粒污泥，亚 硝化率维持在98%以上;
2)污泥颗粒化程度较高，几乎不存在絮状污泥，颗粒平均粒径超过0. 5mm;
3)污泥浓度较高，基本能恢复至接种污泥浓度水平，且随着培养污泥 浓度呈上升趋势;
4)处理能力较强，氨氧化负荷可达到0.4kgN/m3/d。
