申请日2012.12.03
公开(公告)日2013.04.03
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种利用间歇曝气实现生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法属于城市污水处理与资源化领域。本发明在20-25℃条件下，接种亚硝化污泥于SBR反应器中，以实际生活污水为研究对象，采用间歇曝气的运行方式，分别研究了低(DO=0.7mg/L)、中(DO=1.5mg/L)、高(DO=3.0mg/L)下亚硝化系统的稳定运行情况。采用上述间歇曝气的运行方式，SBR反应器在三个DO水平下均能保持较高的氨氧化率(85%以上)及亚硝化率(95%以上)，并且COD去除率达到80%以上，出水COD小于50mg/L，实现了亚硝化稳定运行。本发明解决了长期以来亚硝化在高DO下不能稳定运行的难题，实现了COD和氨氮的同时高效去除，为亚硝化的长期高效稳定运行提供了方法。
权利要求书
1.一种利用间歇曝气实现生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法,其特征在 于：
首先接种亚硝化率达95%以上的亚硝化污泥，在间歇曝气的曝气方式下 运行10天以上，曝气/停曝时间为30-35min/10-15min，起始DO浓度为 0.5-1.0mg/L;计算反应结束时的COD去除率即反应去除的COD浓度与反 应起始的COD浓度的比值，并计算亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐与积 累的亚硝酸盐与硝酸盐之和的比值;计算得出出水的COD去除率大于8 0%并且亚硝化率大于90%，此时接种污泥适应了生活污水的运行环境;
继续在间歇曝气的曝气方式下运行20天以上，曝气/停曝时间为30-35 min/10-15min，起始DO浓度为0.5-1.0mg/L，出水的COD去除率一直大 于80%，亚硝化率一直大于90%;之后进入第二阶段，提高起始DO浓度 至1.5-2.0mg/L，以间歇曝气方式运行20天以上，曝气/停曝时间为30 -35min/10-15min，出水的COD去除率一直大于80%，亚硝化率一直大于 90%;第三阶段，继续提高起始DO浓度至2.5-3.0mg/L的水平，间歇曝 气运行20天以上，曝气/停曝时间为30-35min/10-15min，出水的COD去 除率一直大于80%，亚硝化率一直大于90%，即成功实现了生活污水 SB R亚硝化系统在三个DO水平下的稳定运行。
说明书
一种利用间歇曝气实现生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法
技术领域
本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及专用于常温、不同 DO水平下生活污水SBR亚硝化稳定运行的方法。
背景技术
目前，生物脱氮除磷工艺因其能同时去除污水中有机物、氮磷及其他 污染物并且处理成本低而在污水处理厂中得到广泛应用和发展。传统 生物脱氮工艺的基本原理是污水在生物脱氮处理过程中，有机态氮先 被氨化菌转化成氨氮，然后氨氮在氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌 (NOB)的作用下转化为亚硝态氮和硝态氮，硝态氮最后在反硝化菌的 反硝化作用下最终被还原为氮气，从而完成整个脱氮的步骤。整个过 程消耗大量的溶解氧、无机碳源(碱度)、有机碳源，而生活污水的 碳源不足以满足工艺的消耗，需要外加才能保证处理效果。因此传统 生物脱氮工艺不仅延长了脱氮反应历程，而且亦造成能源和外加碳源 的浪费。
以短程硝化( NH4+-NO2-) 为核心的短程脱氮技术是当前含氮废水处 理的研究热点。实现短程硝化，即利用氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧 化菌(NOB)生长动力学的固有差异，通过控制温度、DO、pH、游离氨 (FA)、SRT等因素可将硝化过程控制在NO2-阶段，阻止其进一步氧化 ，从而形成大量的NO2-积累。此阶段理论上可比传统技术减少25%的硝 化需氧量、40%的碳源及50%的污泥产量。但是，若要保持亚硝化长期 稳定运行，运行条件和进水水质均极其苛刻，如低DO，高pH，高温， 短SRT。而低DO下，氨氧化速率较低，污泥负荷较低，易导致丝状菌污 泥膨胀;短SRT下污泥易流失，且污泥排放量;NOB能逐步适应高FA和 低DO环境。
DO浓度是维持亚硝化系统稳定运行的关键因素。由于AOB对溶解氧的亲 和力(DO半饱和数为1.2-1.4 mg/L)大于NOB(DO半饱和常数为0.2- 0.4 mg/L)，因此可在低DO下有效实现亚硝酸盐的积累。但DO的质量 浓度过低会导致好氧的亚硝化细菌受低氧环境的抑制，DO的质量浓度 过高，会导致亚硝化细菌对亚硝酸盐氧化细菌的竞争 优势小，NO2--N累积率低。大多数研究中，利用连续曝气的曝气方式 进行常温生活污水SBR亚硝化时，平均DO浓度均在3mg/L以下，才能保 证其长期稳定运行。若平均DO大于3mg/L，亚硝酸盐氧化菌的活性会大 大恢复，使系统趋于崩溃。因此如何保证在高DO高氧化速率下亚硝化 系统的长期稳定运行有待研究。
综上所述，对于常温低氨氮条件下的生活污水，FA不足1.00mg/L，FN A不足0.01mg/L，基于温度、FA、FNA、低DO抑制策略，现已不能有效 实施。因此如何维持常温低氨氮条件下生活污水亚硝化的长期高效且 稳定的运行亟待研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对城市生活污水，即常温、低氨氮条件 下，利用间歇曝气(曝气停曝时间为30-35min/10-15min)来实现生活 污水SBR亚硝化在低、中、高三种起始DO水平下维持稳定运行的方法。
间歇曝气的原理是，在缺氧环境下AOB和NOB的活性受到抑制，氨氧化 过程受阻，而一旦恢复曝气，经历长期“饥饿”的AOB可以更多地利用 氨产能大量增殖，而NOB不能很快恢复活性。在间歇曝气时，停曝还会 使系统中出现短暂的厌氧环境，这种低溶解氧的条件也有利于AOB对基 质的竞争。经计算，间歇曝气系统中AOB 的比增长速率没有受到明显 影响，与连续曝气系统的0.60d-1相当。在间歇曝气系统中NOB的比增长 速率会有一定程度的降低。因此间歇曝气系统可以更好地抑制NOB的增 长，更加有利于常温高DO下生活污水SBR亚硝化系统的稳定运行。
本发明提供一种维持常温低氨氮条件下生活污水亚硝化稳定运行的方 法，其特征在于：
SBR亚硝化反应器中，利用间歇曝气的曝气方式，在三种起始DO(0.5 -1.0mg/L、1.5-2.0mg/L、2.5-3.0mg/L)水平下，每个DO水平运行20 天(40个周期)以上，计算COD去除率即反应去除的COD浓度与反应起 始的COD浓度的比值，亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐与积累的亚硝酸 盐与硝酸盐之和的比值。若COD去除率均达到80%以上，亚硝化率均达 90%以上，说明在以上三种起始DO水平下均能保证亚 硝化的稳定运行。
本发明所提供的维持亚硝化稳定运行的方法，是通过间歇曝气的运行 策略，在常温、低氨氮条件下，以城市生活污水为研究对象，接种亚 硝化率达95%以上的亚硝化污泥，在三种起始DO(0.5-1.0mg/L、1.5- 2.0mg/L、2.5-3.0mg/L)水平下，以序批式生物反应器(SBR)方式来 实现城市污水亚硝化的稳定运行。具体步骤如下：
步骤1：反应器搭建
反应器采用SBR反应器，反应器装有曝气装置，可以通过调节曝气量来 控制反应器废水中的溶解氧浓度。反应器设置简单的自动控制装置， 实现自动进水、反应、沉淀、排水流程。
步骤2：接种污泥
接种高氨氮配水启动的亚硝化率达95%以上的亚硝化污泥，置于SBR反 应器中，通入城市生活污水，开始曝气。
步骤3：亚硝化污泥适应阶段
控制初始DO为0.5-1.0mg/L及曝气/停曝时间为30-35min/10-15min的间 歇曝气策略，监测每日进出水的氨氮、亚氮、硝氮及COD浓度，并计算 亚硝化率及COD去除率。每天运行2个周期，运行10天(20个周期)以 上。若COD去除率达到80%以上，亚硝化率达到90%以上，便说明高氨氮 配水启动的亚硝化污泥已经适应了生活污水的环境，异养菌和自养菌 达到了一定的动态平衡。
步骤4：三种DO水平下亚硝化的稳定运行
采用曝气/停曝时间为30-35min/10-15min的间歇曝气策略，分别控制 初始DO为0.5-1.0mg/L、1.5-2.0mg/L、2.5-3.0mg/L，每个DO水平运行 20天(40个周期)以上。监测每日进出水的氨氮、亚氮、硝氮及COD浓 度，计算COD去除率一直都在80%以上，亚硝化率一直在90%以上，此时 间歇曝气的运行方式能够维持常温低氨氮生活污水亚硝化的稳定运行 。
与传统连续曝气方法相比，本发明的优势在于：
(1)与连续曝气相比，间歇曝气系统中AOB 的比增长速率没有受到 明显影响，而NOB的比增长速率会有一定程度的降低。因此 间歇曝气更加有利于抑制NOB的增长，从而有利于亚硝化系统的长期稳 定运行。
(2)间歇曝气相比于连续曝气的优势，在高DO下运行时体现得更加明 显。而高DO可以解决低DO下污泥活性低，氨氧化速率低以及丝状菌膨 胀等一系列的问题。
(3)此外，间歇曝气还有望解决亚硝化工艺对运行条件和进水水质的 苛刻要求及运行缺点：
1)运行条件苛刻，高pH，高温，短SRT，低DO;
2)长污泥龄中，NOB能逐步适应高FA和低DO环境;
3)短SRT下污泥易流失，且污泥排放量大。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围 并不局限于此。
