一种处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的启动方法:首先接种亚硝化与污水厂混合污泥,将城市生活污水用自来水稀释一倍,使亚硝化工艺稳定运行;然后不断提高进水流量增加水力剪切力,调节曝气量保证一定的总氮损失、氨氧化率和亚硝化率实现絮状污泥颗粒化;最后改变进水为城市生活污水,强化其处理性能。成功实现了连续流方式下处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的启动。
1.一种处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的启动方法;步骤如下:1)反应器搭建,反应器采用好氧升流式污泥床反应器,反应器接种亚硝化污泥与污水厂活性污泥按质量比为3:1的混合污泥;2)第I阶段,污泥适应连续流反应器且亚硝化工艺稳定运行;具体方法为:将城市生活污水用自来水稀释一倍,其中COD浓度为120-140mg/L,人工加入硫酸铵控制进水氨氮质量浓度为60-80mg/L,亚硝酸盐氮质量浓度为1-2mg/L,碱度质量浓度以CaCO₃计为500-700mg/L,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7,反应器底部连续曝气,控制总氮损失在10-20mg/L,氨氮氧化率在60%-65%;若总氮损失连续3天以上大于20mg/L,则提高曝气量以抑制反硝化菌的增长,每次曝气量提高幅度为10%-30%,若氨氮氧化率连续3天以上大于65%,增大进水流量以控制半亚硝化反应,每次进水流量提高幅度为10%-20%;此阶段溶解氧范围在0.4-0.65mg/L,水力停留时间为8-9.5h;当氨氮氧化率和亚硝化率连续8d以上分别达到60%和85%以上,认为絮状污泥已适应连续流反应器且亚硝化反应稳定运行;3)第II阶段,亚硝化好氧颗粒污泥培养阶段;具体方法为:进水水质不变,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7;当氨氧化率和亚硝化率连续7d以上分别超过60%和80%随即提高进水流量以提高水力剪切力,每次进水流量提高幅度为20%-30%,同时调节曝气量使反应器中溶解氧稳定在为0.6-0.85mg/L,氨氮氧化率在60%-65%,总氮损失在10-20mg/L;此阶段水力停留时间为3-6.5h;当粒径超过600μm的污泥体积占总污泥体积80%以上时,且连续运行8d以上氨氮氧化率和亚硝化率分别达到60%和85%以上,认为亚硝化颗粒污泥形成;4)第III阶段,驯化亚硝化颗粒污泥处理城市生活污水阶段;具体方法为:控制进水为城市生活污水,其水质指标为COD浓度为240-280mg/L,氨氮质量浓度为60-80mg/L,亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L,加入NaHCO₃补充进水碱度,碱度质量浓度以CaCO₃计为500-700mg/L,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7,反应器底部连续曝气,初始溶解氧范围在0.8-0.85mg/L,水力停留时间为3-4.5h;控制总氮损失在10-20mg/L,氨氮氧化率在60%-65%;若总氮损失连续3天以上大于20mg/L,提高曝气量以抑制反硝化菌的增长,每次曝气量提高幅度为10%-30%,若氨氮氧化率连续3天以上大于65%,增大进水流量以控制半亚硝化反应,每次进水流量提高幅度为10%-20%;当氨氧化率和亚硝化率连续8d以上分别超过60%和80%时,认为处理城市生活污水的好氧亚硝化颗粒污泥培养成功。技术领域
本发明属于水环境恢复与再生领域、污水处理厂自养脱氮领域。具体涉及处理常温、低氨氮城市生活污水的亚硝化颗粒污泥启动的方法。
背景技术
十一五以来,国家加大了对于环境污染治理的力度,尤其在水环境恢复方面,推行了国家科技重大专项——水体污染控制与治理,其投入高达112.66亿元,而在十二五期间该数字将进一步增加为逾140亿元。此举是为了解决近年来过度排放的氮磷元素导致的水体富营养化问题。据2012年环境状况公报显示,全国地表水总体为轻度污染,湖泊富营养化状况严重,氮磷依旧为主要污染物。全国氨氮排放总量为253.6万吨,其中工业源和生活源的排放量达到了171.1万吨,占氨氮排放总量的67.5%。因此,通过城市污水厂的兴建与运行,对工业生活等点源污染进行处理,去除氮磷等污染物,是缓解水环境危机的有效途径。现阶段针对低碳氮比的城市生活污水,绝大部分污水处理厂采用基于硝化反硝化原理的传统工艺进行生物脱氮,为达到污水处理一级A排放标准,尤其是针对其中较为严格的氮素控制指标,需要外加有机碳源、无机碳源,消耗巨大能源用以硝化液回流以满足反硝化要求,使得污水处理成本居高不下;同时,投加的碳源最终变成温室气体,对环境造成了二次污染,这极大的制约了污水处理行业的发展。亚硝化-厌氧氨氧化是近几年发展起来的新型自养脱氮工艺,自养微生物厌氧氨氧化菌以NH₄⁺-N为电子供体,NO₂^--N为电子受体,将其转化成N₂,具有需氧量低、无需有机碳源和运行费用低等优点。厌氧氨氧化要求进水NO₂^--N/NH₄⁺-N比为1.32:1,严格的进水条件成为限制该工艺发展的技术瓶颈。亚硝化作为其前提与基础,在实际研究中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。颗粒污泥因其突出的沉降性能和结构上的氧传质特点,通过调节DO、回流比、HRT等条件较易实现稳定的半亚硝化,本研究将好氧颗粒污泥技术运用于亚硝化工艺,培养具有特殊AOB膜结构的半亚硝化颗粒污泥,为厌氧氨氧化提供合适比例的进水。实现对于常温低氨氮的城市生活污水的高效处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以常温连续流方式处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的启动方法。本发明的技术方案是这样实现的:首先接种成熟亚硝化污泥与污水厂活性硝化混合污泥,人工配水:生活污水为2:1的水质条件,在控制较低总氮损失以及较高亚硝化率的半亚硝化条件下,通过不断增加进水流量以提高水力剪切力,逐渐培养为颗粒污泥,之后进水改为全部的生活污水强化其处理性能,最终实现其对于生活污水的处理。本发明实例中,对于反应器基本状况进行了具体描述,但本方法并不局限于此参数反应器,一切连续流活性污泥反应器皆可应用此方法。一种处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的启动方法,包括如下步骤:1)首先反应器搭建,反应器采用好氧升流式污泥床反应器;反应器接种亚硝化污泥与污水厂活性污泥按质量比为3:1的混合污泥;2)第I阶段,污泥适应连续流反应器且亚硝化工艺稳定运行;具体方法为:将城市生活污水用自来水稀释一倍,其中COD浓度为120-140mg/L,人工加入硫酸铵控制进水氨氮质量浓度为60-80mg/L,亚硝酸盐氮质量浓度为1-2mg/L,碱度质量浓度以CaCO₃计为500-700mg/L,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7,反应器底部连续曝气,控制总氮损失在10-20mg/L,氨氮氧化率在60%-65%。若总氮损失连续3天以上大于20mg/L,则提高曝气量以抑制反硝化菌的增长,每次曝气量提高幅度为10%-30%,若氨氮氧化率连续3天以上大于65%,增大进水流量以控制半亚硝化反应,每次进水流量提高幅度为10%-20%。此阶段溶解氧范围在0.4-0.65mg/L,水力停留时间为8-9.5h。当氨氮氧化率和亚硝化率连续8d以上分别达到60%和85%以上,认为絮状污泥已适应连续流反应器且亚硝化反应稳定运行;3)第II阶段,亚硝化好氧颗粒污泥培养阶段;具体方法为:进水水质不变,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7。当氨氧化率和亚硝化率连续7d以上分别超过60%和80%随即提高进水流量以提高水力剪切力,每次进水流量提高幅度为20%-30%,同时调节曝气量使反应器中溶解氧稳定在为0.6-0.85mg/L,氨氮氧化率在60%-65%,总氮损失在10-20mg/L。此阶段水力停留时间为3-6.5h。当粒径超过600μm的污泥体积占总污泥体积80%以上时,且连续运行8d以上氨氮氧化率和亚硝化率分别达到60%和85%以上,认为亚硝化颗粒污泥形成;4)第III阶段,驯化亚硝化颗粒污泥处理城市生活污水阶段;具体方法为:控制进水为城市生活污水,其水质指标为COD浓度为240-280mg/L氨氮质量浓度为60-80mg/L,亚硝酸盐氮质量浓度为1-3mg/L,加入NaHCO₃补充进水碱度,碱度质量浓度以CaCO₃计为500-700mg/L,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7,反应器底部连续曝气,初始溶解氧范围在0.8-0.85mg/L,水力停留时间为3-4.5h。控制总氮损失在10-20mg/L,氨氮氧化率在60%-65%。若总氮损失连续3天以上大于20mg/L,提高曝气量以抑制反硝化菌的增长,每次曝气量提高幅度为10%-30%,若氨氮氧化率连续3天以上大于65%,增大进水流量以控制半亚硝化反应,每次进水流量提高幅度为10%-20%。当氨氧化率和亚硝化率连续8d以上分别超过60%和80%时,认为处理城市生活污水的好氧亚硝化颗粒污泥培养成功。与现有的亚硝化工艺相比较,本发明具有以下有益效果:1)本发明提供了一种可行的颗粒污泥与亚硝化结合的培养方法;2)本发明提供了一种可行的处理生活污水的亚硝化颗粒污泥启动方法;3)本发明提供了在常温低基质条件下,亚硝化颗粒污泥运行及维护的策略与方法。本发明经过亚硝化絮状污泥稳定运行——亚硝化颗粒污泥培养——亚硝化颗粒污泥处理生活污水三个阶段,通过对进水流量、曝气量的控制,在实现较高氨氧化率和亚硝化率的基础上,在较短的时间内实现了好氧亚硝化颗粒污泥处理城市生活污水的培养。启动过程操作简单,容易控制,以本发明方法启动反应器,能同时实现稳定的亚硝化工艺,为厌氧氨氧化自养脱氮工艺提供适合比例的进水。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。附图说明:图1是本发明采用的好氧升流式污泥床试验装置示意图,上部为筛网,下部为主体活性污泥反应区。图2是采用本发明方法的反应器亚硝化颗粒形成前后的显微镜照片对比,由上到下分别为反应器中污泥第1天、第65天和第98天的显微镜照片。图3是采用本发明方法的反应器在处理生活污水阶段COD去除率、亚硝化率及总氮损失的变化趋势图。
具体实施方式
实施例本发明为一种常温连续流方式处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥的启动方法,其思路为:通过亚硝化絮状污泥稳定运行——亚硝化颗粒污泥培养——亚硝化颗粒污泥处理生活污水。试验装置为升流式好氧污泥床反应器,如图1所示。试验装置由有机玻璃制成,内径100mm,高1.8m,总容积20L,有效容积12L。反应器上部出水区装有不定期更换网格大小的筛网,网格大小由污泥颗粒粒径决定。滤池壁上每0.5m设有一个取样口,最上端设有一个出水口。反应器底部进水,底部曝气,水流方向为上向流。反应器内首先接种成熟亚硝化污泥与污水厂活性硝化混合污泥。首先,将城市生活污水用自来水稀释一倍,其中COD浓度为120-140mg/L,人工加入硫酸铵控制进水氨氮质量浓度为60-80mg/L,亚硝酸盐氮质量浓度为1-2mg/L,磷酸盐质量浓度为1-3mg/L,碱度质量浓度以CaCO₃计为500-700mg/L,温度在23-25°C,pH为7.3-7.7,反应器底部连续曝气。用稀释生活污水的方法启动反应器,其中的COD可以抑制厌氧氨氧化菌NOB的生长,防止亚硝化反应向全程硝化反应的转化。其中的COD将引起进出水的总氮损失,因此将总氮损失控制在10-20mg/L,若总氮损失连续3天以上大于20mg/L,说明反应器内厌氧反硝化菌生长旺盛,故提高曝气量以抑制反硝化菌的增长,每次曝气量提高幅度为10%-30%。曝气量的提高将增加氨氮的氧化率,本研究的目的是半亚硝化,控制氨氮氧化率在60%-65%为厌氧氨氧化提供进水,若氨氮氧化率连续3天以上大于65%,则会破坏出水氨氮与亚氮的比例,因此增大进水流量以控制半亚硝化反应,每次进水流量提高幅度为10%-20%。此阶段最初溶解氧为0.4-0.45mg/L,水力停留时间为9.2-9.5h,调节各参数平衡后,总氮损失在10-20mg/L,氨氮氧化率和亚硝化率连续8d以上分别达到60%和85%以上,此阶段完成,溶解氧最终在0.6-0.65mg/L,水力停留时间为8-8.5h。此阶段为絮状污泥,平均粒径在150-200μm,因此反应器顶部选用网孔为200μm的筛网。这一阶段共历时14天。之后,进水基质不变,控制温度在23-25°C,pH为7.3-7.7。当运行至第14天,水力停留时间为8h,进水流量为2.5L/h,曝气量为0.4L/min,反应器内溶解氧为0.6mg/L,氨氧化率和亚硝化率已连续8d分别超过60%和80%,颗粒粒径为200μm。因此增加进水流量至3L/h,以提高水力剪切力使颗粒粒径增长。进水流量增大的同时,曝气量提高至0.45L/min,反应器中溶解氧稳定在为0.6-0.65mg/L,氨氮氧化率在60%-65%,总氮损失在10-20mg/L。此阶段为污泥粒径增长期,且淘洗沉降性能差的污泥是颗粒污泥形成的必需条件,当反应器运行至第25d时,测得污泥平均粒径增长至350μm,此时将筛网换成网孔为350μm的筛网。如此反复,当氨氧化率和亚硝化率连续7d以上分别超过60%和80%随即提高进水流量以提高水力剪切力,每次进水流量提高幅度为20%-30%,同时调节曝气量使反应器中氨氮氧化率在60%-65%,总氮损失在10-20mg/L。粒径增大的同时,反应器顶部的筛网网孔也不断增大。当粒径超过600μm的污泥体积占总污泥体积80%以上时,且连续运行8d以上氨氮氧化率和亚硝化率分别达到60%和85%以上,认为亚硝化颗粒污泥形成。此阶段共历时84d。最后,在颗粒形成的基础上,改变进水水质,采用城市生活污水,与前两阶段相较,进水氨氮浓度未发生变化,COD浓度增加至240-280mg/L。第二阶段末进水流量为7L/h,曝气量为1L/min,反应器内溶解氧为0.85mg/L,第三阶段改变水质后总氮损失连续3d超过20mg/L,即COD浓度增大引起了反应器中厌氧反硝化菌的增殖,提高曝气量至1.1-1.3L/min使反应器内溶解氧升至0.85-0.9mg/L,总氮损失降低到20mg/L以下,且氨氧化率和亚硝化率分别介于60%-64%和85%-92%,且连续9天保持稳定,认为处理城市生活污水的亚硝化颗粒污泥启动成功。此阶段共历时15d。本发明中反应器在常温连续流条件下运行。目前亚硝化颗粒污泥的培养多为SBR反应器形式,且亚硝化工艺长期运行往往转变为全程硝化,出水氨氮和亚氮比例不稳定,很难为后续厌氧氨氧化工艺提供进水。因此,在常温连续流条件下,耦合亚硝化和颗粒污泥的新型亚硝化颗粒污泥工艺既解决了亚硝化工艺的不稳定性,又实现了污泥颗粒化不易流失的效果,且连续流工艺应用于污水厂可以实现大水量的处理要求。