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全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺

发布时间:2021-3-24 13:57:09  中国污水处理工程网

申请日 20200907 

公开(公告)日 20210202 

IPC分类号 C02F3/30; C02F101/16; C02F101/38 

摘要

本发明公开了一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,包括步骤:(1)、建立反应系统;(2)、污泥接种与微生物培养;(3)、反应器启动及运行。本发明通过反应器系统建立和操作条件控制,使得在单一的微氧序批式生物膜反应器内同时培养并富集出具有全程硝化和短程反硝化及厌氧氨氧化的功能微生物,依靠全程硝化菌可以将一部分氨氮完全氧化成硝酸盐氮,接着在短程反硝化菌的存在下,被还原为亚硝态氮,剩余的氨氮和生成的亚硝氮为随后的厌氧氨氧化发生提供了必要底物,最终在一个反应器内实现生活污水的深度脱氮。 

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权利要求书 

1.一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:包括如下步骤: 

(1)、建立反应系统,包括:进水池(1),蠕动泵(2),搅拌器(3),温控器(4),生物填料(5),pH/DO/ORP多参数分析仪(6),质量流量计(7),稳压泵(8),空压机(9),曝气盘(10),反应器(11); 

所述反应器(11)内底部设有曝气盘(10)和搅拌器(3),所述反应器(11)内放置生物填料(5),所述空压机(9)连接稳压泵(8),所述稳压泵(8)连接质量流量计(7),所述质量流量计(7)与曝气盘(10)连接,所述进水池(1)连接蠕动泵(2),所述蠕动泵(2)连接进水管伸入至反应器(11)内底部,所述pH/DO/ORP多参数分析仪(6)的三参数测试棒伸入反应器(11)内上部; 

(2)、污泥接种与微生物培养 

所用活性污泥取自污水处理厂SBR工艺曝气池中活性污泥,取回的絮状活性污泥,首先进行过滤以去除其中杂质,然后闷曝24h恢复污泥活性,最后将处理后的活性污泥与配水等比例混合加入反应器中至浸没过填料,静置12h; 

待污泥接种到填料上后,曝气12小时,静置后排出上清液,加入新的配水;重复该过程3~5次,直至反应器内填料挂膜成功; 

(3)、反应器启动及运行 

进水中,碳源、氨氮及磷源分别由葡萄糖、NH4Cl以及KH2PO4提供,N/P比为5:1,进水氨氮为50mg/L,COD为50mg/L,pH控制在7.5; 

反应器水力停留时间控制在1d,即反应器采用进水2min、连续曝气11.5h、沉淀25min、出水3min的方式运行,12个小时为一个周期,换水比为1/2;通过连续曝气方式,曝气量在20~30mL/min,反应过程内DO维持在1.5~2.0mg/L,ORP控制在+50~+100mv,启动期间保持COD为50mg/L运行,经过10~12天后氨氮去除率大于90%,反应器完成启动,进入运行期; 

进水COD开始提高到100mg/L,此时COD/NH4+-N(C/N)为2,反应器采用进水2min、连续曝气11.5h、沉淀25min、出水3min的方式运行,12个小时为一个周期,换水比为1/2,运行60~70个周期;随后C/N分别提高至3、4、5,分别运行50~60个周期,55~65个周期、25~35个周期。 

2.根据权利要求1所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(1)中,采用聚氨酯海绵作为生物填料,填充率为30%~60%。 

3.根据权利要求2所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(1)中,生物填料的填充率为50%。 

4.根据权利要求3所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(1)中,反应器(11)的有效容积为5L。 

5.根据权利要求4所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(2)中,活性污泥的MLSS为3100mg/L。 

6.根据权利要求5所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(2)中,使用配水为自来水。 

7.根据权利要求4所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(3)中,投加NaHCO3补充反应器内微生物进行生化反应所需要的碱度。 

8.根据权利要求7所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(3)中,进水中投加微量元素营养液微量元素促进微生物生长,每升进水中含有0.02g CuSO4、0.11g MnSO4、0.16g H3BO4、1.4g FeCl3、0.14gCoCl2·6H2O、0.13gZnSO4·7H2O、0.18g NiCl2·6H2O。 

9.根据权利要求4所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:步骤(3)中,当C/N=2时,运行周期内,曝气量为20~50mL/min;当C/N=3时,运行周期内,曝气量为20mL/min;当C/N=4时,运行周期内,曝气量为20~22mL/min;当C/N=5时,运行周期内,曝气量为22mL/min。 

10.根据权利要求1所述的一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,其特征在于:恒温控制器将系统温度控制在30±1℃。 


说明书  

一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法 

技术领域 

本发明属于废水生物处理领域,具体为一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法。 

背景技术 

基于传统硝化反硝化工艺的生物脱氮工艺已经广泛用于城市污水处理厂,然而出水总氮(TN)很难满足日益严格的排放标准。目前未来国家将制订更高更严的TN排放标准。部分亚硝化-厌氧氨氧化(Anammox)是一种高效节能且环境友好的新型自养脱氮技术,与传统硝化-反硝化工艺相比,具有大幅降低曝气量且不需要有机碳源等潜在优势。当前国内外正在探索和实践城市污水主流厌氧氨氧化脱氮技术。然而城市污水的进水条件极大限制了主流Anammox在城市污水处理中的应用,主要是由于较低的进水NH4+-N(40~50mg/L),亚硝化很难稳定控制并发生。 

2015年12月以硝化螺旋菌属(Nitrospira)为代表的全程硝化菌(CompleteAmmonia Oxidizer,Comammox)被首次报道。Comammox意味着可以一步将氨氮氧化成硝酸盐氮。Comammox菌广泛分布于各种生态环境中,尤其在低氨氮和低氧条件的污水处理系统中更容易富集,这也是导致低氨氮废水很难形成对亚硝酸氧化菌(NOB)抑制的重要原因之一。短程反硝化是将硝酸盐还原到亚硝酸盐氮的过程,通过pH、碳源类型、溶解氧和碳氮比等工艺条件的调控可以较容易实现NO2--N的积累。已有研究表明短程反硝化是稳定提供生活污水厌氧氨氧化的NO2--N底物的替代途径。 

基于此,若能在微氧生物膜反应器内同时培养富集完全氨氧化菌(Comammox)、短程反硝化菌(PDNB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)关键功能微生物,首先Comammox可以将一部分氨氮完全氧化成硝酸盐氮,接着在短程反硝化菌的存在下,被还原为亚硝态氮,氨氮和亚硝氮的存在为随后的厌氧氨氧化提供了必要底物。而微氧生物膜反应器可以为三种反应的同步发生提供良好的生长环境,最终在一个反应器内实现生活污水的深度脱氮。 

发明内容 

本发明针对传统硝化反硝化工艺脱氮效率低下,导致出水TN不达标的问题,提出了一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,利用反应系统实现同时含有生活污水深度脱氮,以实现工艺应用。 

本发明是采用如下技术方案实现的: 

一种全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化单级耦合工艺控制方法,包括如下步骤: 

(1)、建立反应系统,包括:进水池,蠕动泵,搅拌器,温控器,生物填料,pH/DO/ORP多参数分析仪,质量流量计,稳压泵,空压机,曝气盘,反应器; 

所述反应器内底部设有曝气盘和搅拌器,所述反应器内放置生物填料,所述空压机连接稳压泵,所述稳压泵连接质量流量计,所述质量流量计与曝气盘连接,所述进水池连接蠕动泵,所述蠕动泵连接进水管伸入至反应器内底部,所述pH/DO/ORP多参数分析仪的三参数测试棒伸入反应器内上部。 

(2)、污泥接种与微生物培养 

所用活性污泥取自污水处理厂SBR工艺曝气池中活性污泥,取回的絮状活性污泥,首先进行过滤以去除其中杂质,然后闷曝24h恢复污泥活性,最后将处理后的活性污泥与配水等比例混合加入反应器中至浸没过填料,静置12h; 

待污泥接种到填料上后,曝气12小时,静置后排出上清液,加入新的配水;重复该过程3~5次,直至反应器内填料挂膜成功。 

(3)、反应器启动及运行 

进水中,碳源、氨氮及磷源分别由葡萄糖、NH4Cl以及KH2PO4提供,N/P比为5:1,进水氨氮为50mg/L,COD为50mg/L,pH控制在7.5; 

反应器水力停留时间控制在1d,即反应器采用进水2min、连续曝气11.5h、沉淀25min、出水3min的方式运行,12个小时为一个周期,换水比为1/2;通过连续曝气方式,曝气量在20~30mL/min,反应过程内DO维持在1.5~2.0mg/L,ORP控制在+50~+100mv,启动期间保持COD为50mg/L运行,经过10~12天后氨氮去除率大于90%,反应器完成启动,进入运行期; 

进水COD开始提高到100mg/L,此时COD/NH4+-N(C/N)为2,反应器采用进水2min、连续曝气11.5h、沉淀25min、出水3min的方式运行,12个小时为一个周期,换水比为1/2,运行60~70个周期;随后C/N分别提高至3、4、5,分别运行50~60个周期,55~65个周期、25~35个周期。 

本发明通过反应器系统建立和操作条件控制,使得在单一的微氧序批式生物膜反应器内同时培养并富集出具有全程硝化和短程反硝化及厌氧氨氧化的功能微生物,依靠全程硝化菌可以将一部分氨氮完全氧化成硝酸盐氮,接着在短程反硝化菌的存在下,被还原为亚硝态氮,剩余的氨氮和生成的亚硝氮为随后的厌氧氨氧化发生提供了必要底物,最终在一个反应器内实现生活污水的深度脱氮。通过全程氨氧化、短程反硝化、厌氧氨氧化耦合,分时测试结果表明:反应初期,COD快速被氧化分解,同时随后,NH4+-N浓度开始下降,而NO3--N浓度增加,反应过程中产生由于绝大部分碳源已被前期利用,NO3--N在C/N不足的条件下被还原为NO2--N,反应后期NH4+-N和NO2--N在生物膜内部发生厌氧氨氧化。表明系统实现了全程氨氧化、短程反硝化、厌氧氨氧化功能的同步耦合。经过长期运行发现进水C/N=4,系统处理效果最好,此时COD、氨氮和总氮的去除率分别达96%、99%和94%以上,填料表面生物膜由运行初期的浅黄色变为红棕色,此时厌氧氨氧化活性达到0.094kg N/kgVSS-1·d-1。高通量测序发现Nitrospira、Thauera和Candidatus Kuenenia同存,表明系统主要通过全程硝化-短程反硝化-厌氧氨氧化耦合途径脱氮。 

本发明具有以下有益效果: 

(1)、在一个反应器同时发生全程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化,系统总氮去除率达90%以上,出水TN小于10mg/L,实现对生活污水可持续处理。 

(2)、节约曝气量20%以上,不需要外加碳源,降低运行成本30%以上。 

(3)、占地小,操作简单、运行维护简便、控制参数少,仅通过进水水质、温度、pH、DO和ORP控制可实现系统的稳定处理效果。 

(4)、产泥量少,是传统工艺的1/3,仅需要定期排除脱落老化的生物膜,不需要污泥回流,不会发生污泥上浮和污泥膨胀等不良现象。 

本发明设计合理,具有很好是实际应用价值。 (发明人:周鑫;王共磊 )

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