申请日2012.04.26
公开(公告)日2012.08.22
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F3/34
摘要
一种常温低氨氮污水全程自养脱氮工艺的快速启动方法属于城市污水处理与资源化领域。在一个生物滤池反应器内启动全程自养脱氮(CANON)工艺，其步骤为：首先接种部分硝化污泥，并在供氧充足的条件下，进行好氧硝化启动，构建以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统;然后通过间歇曝气/厌氧，抑制硝化菌的生长，富集厌氧氨氧化菌;最后连续曝气，通过限制性供氧，控制氨氮氧化至亚硝酸阶段，优化亚硝化菌与厌氧氨氧化菌共存的微环境，成功地启动了CANON工艺。本发明解决了长期以来厌氧氨氧化菌生长富集较慢的难题，并且启动方式简单易行，降低了单级自养脱氮系统启动的难度，为常温低氨氮模拟废水CANON工艺的启动提供了方法。
权利要求书
1.一种常温低氨氮污水全程自养脱氮工艺的快速启动方法，采用上向流 的火山岩活性生物陶粒滤料生物滤池反应器，其特征在于：包括如下步骤：
1)首先接种污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为市政污水处理厂 A2/O池内的回流污泥，接种污泥浓度为4--5g/L;
2)在连续曝气的条件下，反应器好氧硝化启动的具体方法为：采用人工 模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为80--120mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为0 --10mg/L，磷酸盐质量浓度为5--10mg/L，碱度质量浓度以CaO计为 450--700mg/L，温度为15-23℃，曝气量为3-10m3/(m3·h)，pH为7.5-8.5， 水力停留时间为8-15h，当出水中的NO3--N占TN比例大于50%时，好氧硝 化阶段启动成功，以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统成功构建;
3)通过间歇曝气/厌氧的方式，反应器厌氧氨氧化启动的具体方法为：采 用人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为80--120mg/L，磷酸盐质量浓度为 5--10mg/L，碱度质量浓度以CaO计为450--700mg/L;在一天24h内，12h连 续曝气，控制曝气量为1.8-3.5m3/(m3·h)，之后12h停止曝气，即曝停比为 1∶1;并按照氨氮∶亚氮=1∶1.3的比例配置亚硝酸盐氮;温度为15-23℃， pH为7.5-8.5，水力停留时间为5-10h，当ΔNO2--N/ΔNH4+-N及 ΔNO3--N/ΔNH4+-N值分别在1.2-1.4和0.2-0.3之间，并保持稳定运行两周 以上时，厌氧氨氧化阶段启动成功;
4)通过限制性供氧持续曝气，反应器全程自养脱氮阶段启动的具体方法 为：采用人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为80--120mg/L，亚硝酸盐氮 质量浓度为0--10mg/L，磷酸盐质量浓度为5--10mg/L，碱度质量浓度以CaO 计为450--700mg/L，温度为15-23℃，曝气量为8.5-35.0m3/(m3·h)，pH为 7.5-8.5，水力停留时间为0.4-5.8h，当系统的氨氮去除率和总氮去除率最高 分别达到90%和75%以上，且ΔNO3--N/ΔNH4+-N值在0.10-0.25时，反应器 全程自养脱氮阶段成功启动。
说明书
一种常温低氨氮污水全程自养脱氮工艺的快速启动方法
技术领域
本发明属于城市生活污水处理与再生领域。具体涉及专用于常温、低氨氮 水平下的生物膜法全程自养脱氮(CANON)工艺的快速启动方法。
背景技术
随着经济水平的增长，人类活动的加剧，水体污染越来越严重，其中氮素 污染是一项主要的危害，对自然环境及人类的健康影响极大。目前，针对于氮 素的去除，城市污水处理厂多采用基于传统硝化反硝化原理的脱氮工艺，如 A2/O、氧化沟等。这些工艺虽然对于氮素有一定的去除效果，但是在过程中需 要外加有机碳源，消耗大量的碱度和能源，且基建投资及运营成本较高。
因此，近几年来，研究者不断地寻找新型的脱氮工艺，以期克服传统脱氮 工艺的缺点，达到高效节能的目的。基于厌氧氨氧化原理的CANON(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工艺早在上世纪90年代由Siegrist等人在 高氨氮负荷且氧浓度有限的废水处理系统中发现。之后，Third提出了CANON 工艺中起主导作用的两种菌，分别是好氧氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌 (Anammox)。二者在同一个反应器中，AOB位于填料或污泥絮体的外层，在好 氧的条件下，以NH4+-N为电子供体，O2为电子受体，将氨氮氧化为亚硝酸盐氮， Anammox菌则位于填料或污泥絮体的内层，在厌氧的情况下利用NO2-将剩余的 NH4+-N转化为N2。CANON等基于ANAMMOX原理的工艺，由于全程自养， 因此无需外加有机碳源，可节约大量的曝气以及无机碳源，是高效节能脱氮工 艺的理想选择。然而目前，CANON工艺仍处于试验研究阶段，起初构建该工艺 时多采用高温高氨氮的人工配水或者消化污泥脱水液、垃圾渗滤液等工业废水 进行。众多研究者的研究结论表明，CANON反应器内稳定的厌氧氨氧化反应是 工艺启动成功乃至稳定运行的重要保证，然而厌氧氨氧化菌较长的生长周期， 和较低的生长速率(μ=0.0027h-1，倍增时间为10.6d)限制了其在实际工程中的 应用和发展。
因此，针对城市生活污水温度低、氨氮浓度低的特点，如何在常温低氨氮 的条件下，通过控制反应器启动过程中的运行条件，从而快速富集厌氧氨氧化 菌是缩短CANON启动时间的关键点。对于CANON工艺的进一步应用具有重 要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在常温低氨氮浓度水质条件下，缩短厌氧氨氧 化菌的富集时间，快速启动CANON工艺的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所提供的一种快速启动CANON工艺的方法，是在常温条件下，以模 拟实际生活污水低氨氮浓度的配水为进水，以上向流的生物滤池为试验装置如 图1所示，内部装填火山岩活性生物陶粒滤料，采用上向流的进水方式，底部设 有曝气装置，由转子流量计控制。试验中主要通过调节试验装置的水力停留时 间和曝气量，来实现CANON工艺的启动。
1)首先接种污泥于反应器内：反应器所接种的污泥为市政污水处理厂A2/O 池内的回流污泥，接种污泥浓度为4--5g/L;
2)在连续曝气的条件下，反应器好氧硝化启动的具体方法为：采用人工模 拟配水，控制进水氨氮质量浓度为80--120mg/L，亚硝酸盐氮质量浓度为0 --10mg/L，磷酸盐质量浓度为5--10mg/L，碱度质量浓度(以CaO计)为 450--700mg/L，温度为15-23℃，曝气量为3-10m3/(m3·h)，pH为7.5-8.5， 水力停留时间为8-15h，当出水中的NO3--N占TN比例大于50%时，好氧硝化 阶段启动成功，以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统成功构建。
3)通过间歇曝气/厌氧的方式，反应器厌氧氨氧化启动的具体方法为：采用 人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为80--120mg/L，磷酸盐质量浓度为 5--10mg/L，碱度质量浓度(以CaO计)为450--700mg/L。在一天24h内，12h 连续曝气，控制曝气量为1.8-3.5m3/(m3·h)，之后12h停止曝气，并按照氨氮∶ 亚氮=1∶1.3的比例配置亚硝酸盐氮，曝停比为1∶1。温度为15-23℃，pH为 7.5-8.5，水力停留时间为5-10h，当ΔNO2--N/ΔNH4+-N及ΔNO3--N/ΔNH4+-N 值在1.2-1.4和0.2-0.3之间，并保持稳定运行两周以上时，厌氧氨氧化阶段 启动成功。
4)通过限制性供氧持续曝气，反应器全程自养脱氮(CANON)阶段启动的 具体方法为：采用人工模拟配水，控制进水氨氮质量浓度为80--120mg/L，亚硝 酸盐氮质量浓度为0--10mg/L，磷酸盐质量浓度为5--10mg/L，碱度质量浓度(以 CaO计)为450--700mg/L，温度为15-23℃，曝气量为8.5-35.0m3/(m3·h)，pH 为7.5-8.5，水力停留时间为0.4-5.8h，当系统的氨氮去除率和总氮去除率最 高分别达到90%和75%以上，且ΔNO3--N/ΔNH4+-N值在0.10-0.25时，CANON 阶段成功启动。
本发明通过好氧硝化启动——厌氧氨氧化启动——限氧CANON启动的方 法，通过对水力停留时间和曝气量的控制，在实现硝化效果的基础上，在较短 的时间内实现了厌氧氨氧化菌的富集，并且缩短了常温低氨氮污水CANON反应 器的启动时间。启动过程操作简单，容易控制，以本发明方法启动反应器，反 应器出水氨氮及总氮去除率分别达到了90%和75%以上，氨氮及总氮去除负荷分 别达到了1.50kg/(m3·d)和1.00kg/(m3·d)以上，达到了较高的脱氮效果。