一種常溫高氨氮全程自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)及高效運(yùn)行方法
【專利摘要】一種常溫高氨氮全程自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)及高效運(yùn)行方法，屬于水環(huán)境恢復(fù)與再生領(lǐng)域。全程自養(yǎng)脫氮（CANON）濾柱反沖洗的污泥接種到反應(yīng)器，常溫條件下經(jīng)過(guò)掛膜階段，變基質(zhì)啟動(dòng)階段、高效運(yùn)行階段三個(gè)階段，在150天之內(nèi)，達(dá)到處理780-820mg/L高氨氮污水的水平，總氮平均去除負(fù)荷達(dá)到3.03kg·m-3·d-1，這比日本的Furukawa等人（0.83kg·m-3·d-1）、西班牙的Vazquez-Padin（0.5kg·m-3·d-1）要高出數(shù)倍。
【專利說(shuō)明】一種常溫高氨氮全程自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)及高效運(yùn)行方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于水環(huán)境恢復(fù)與再生領(lǐng)域。具體涉及用于各種常溫、高氨氮污水生物膜法全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝啟動(dòng)及高效運(yùn)行的方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]全程自養(yǎng)脫氮工藝是指在好氧條件下，首先好氧氨氧化菌以O(shè)2為電子受體，以 NH4+-N為電子供體將NH4+氧化為NO2--N,同時(shí)厭氧氨氧化細(xì)菌以NO2--N為電子受體，將 NH/-N直接氧化為N2的過(guò)程。該工藝為全程自養(yǎng)脫氮過(guò)程，能處理只含有NH4+-N的污水，同傳統(tǒng)的脫氮過(guò)程相比，無(wú)需外加碳源，能夠節(jié)約大量能耗，且污泥產(chǎn)量小，具有廣闊的應(yīng)用前景。[0003]自從荷蘭代爾夫特發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化技術(shù)并基于厭氧氨氧化技術(shù)開(kāi)發(fā)出CANON等全程自養(yǎng)脫氮工藝后，全程自養(yǎng)脫氮工藝在荷蘭、德國(guó)和亞洲的許多地方得到了廣泛的應(yīng)用，其反應(yīng)器形式多種多樣，處理效果差異大，但均高于傳統(tǒng)的生物脫氮途徑。[0004]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于全程自養(yǎng)脫氮工藝進(jìn)行了深入的研究并取得了一定的成果。 日本的Furukawa等人在反應(yīng)條件為中高溫30-35°C,氨氮濃度為600-1000mg/L, pH=7.5, 分別獲得了較高的總氮去除負(fù)荷和總氮去除率，達(dá)到了 0.83kg.m_3.Cf1和91% ;瑞典的 J.D.Villegas等在溫度為30°C，pH為7.5，DO為I~3mg/L條件下采用10倍稀釋厭氧消化液NH4+-N=2.5g/L，采用CSTR (帶有Biofilm載體)反應(yīng)器接種具有亞硝化活性污泥在40 天有明顯總氮損失，之后不斷降低稀釋倍數(shù)，最終總氮去除負(fù)荷可達(dá)0.33kg.m-3.cf1，總氮去除率可達(dá)80% ;西班牙的Vazquez-Padin等采用SBR反應(yīng)器,最終去除效果為80%,去除負(fù)荷平均為0.5kg.m_3.Cf1?？梢?jiàn)目前全程自養(yǎng)脫氮工藝主要應(yīng)用于高溫高氨氮領(lǐng)域，并且普遍存在著處理負(fù)荷較低的問(wèn)題，對(duì)于常溫高氨氮污水的處理還有待進(jìn)一步研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的在于提供一種處理高氨氮廢水的生物膜法全程自養(yǎng)脫氨工藝啟動(dòng)及高效運(yùn)行的方法。[0006]本發(fā)明中，首先提高進(jìn)水基質(zhì)濃度，使反應(yīng)器對(duì)于高氨氮基質(zhì)環(huán)境充分適應(yīng)，之后再提高進(jìn)水負(fù)荷，使反應(yīng)器達(dá)到更高的處理能力，在過(guò)程中，濾池對(duì)于由于進(jìn)水流量和上升氣速增加帶來(lái)的高流速適應(yīng)較其對(duì)于變化基質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)更為重要。[0007]本發(fā)明適用于16_24°C常溫條件，從處理高溫中高氨氮的全程自養(yǎng)脫氮工藝，成功啟動(dòng)處理常溫高氨氮污水的全程自養(yǎng)脫氮生物濾池；總氮去除率即氮素減少量與進(jìn)水氮素總質(zhì)量之比，總氮去除負(fù)荷即單位體積反應(yīng)器每天所去除的氮素質(zhì)量；方法的具體步驟如下:[0008]步驟一:反應(yīng)器掛膜階段 [0009]反應(yīng)器采用火山巖填料，接種CANON濾柱反沖洗出來(lái)的絮狀污泥。進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度380-420mg/L，氨氮與亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比為1:1，CaCO3堿度質(zhì)量濃度800-1000mg/Lo采用間歇運(yùn)行方式，設(shè)一臺(tái)螺動(dòng)泵，泵速70-130rpm/min,從反應(yīng)器上部抽水,經(jīng)底部回流進(jìn)反應(yīng)器，運(yùn)行4-6周期，每周期I天。當(dāng)總氮去除率超過(guò)50%并穩(wěn)定運(yùn)行3天以上認(rèn)為掛膜成功。[0010]步驟二:變基質(zhì)啟動(dòng)階段[0011]本階段運(yùn)行方式為連續(xù)進(jìn)水和連續(xù)出水,進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度280-320mg/L，氨氮與亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比值為2:1，控制反應(yīng)器初始斷面上升濾速0.45-0.55cm/min，總氮去除率僅有10-20%,總氮去除負(fù)荷0.36-0.4kg.m_3.d-1。當(dāng)總氮去除率升高到20%以上并穩(wěn)定3天以上后，進(jìn)水總氮變?yōu)槿渴前钡?，質(zhì)量濃度為180-220mg/L，此時(shí)開(kāi)始曝氣提供溶解氧，控制初始溶解氧DO濃度0.2-0.4mg/L ;逐次升高其進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度，每次升高30%-100%，同時(shí)調(diào)整反應(yīng)器上升濾速，使總氮去除負(fù)荷維持在上階段結(jié)束時(shí)負(fù)荷的 80%-100%，溶解氧的調(diào)節(jié)根據(jù)總氮消耗量與硝酸鹽氮生成量的比值決定，當(dāng)比值大于8且出水亞硝酸鹽氮濃度小于10mg/L并穩(wěn)定7天以上，提高溶解氧，每次提高50%-80%。為實(shí)現(xiàn)變基質(zhì)過(guò)程，當(dāng)總氮去除率連續(xù)7天以上超過(guò)70%后進(jìn)行下一步調(diào)整，繼續(xù)升高其進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度，直至760-840mg/L。當(dāng)總氮去除率連續(xù)10天超過(guò)80%時(shí)，變基質(zhì)啟動(dòng)階段成功。[0012]步驟三:高效運(yùn)行階段[0013]控制進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度7 60-840mg/L，進(jìn)水CaCO3堿度質(zhì)量濃度3200_3600mg/L， 以上升濾速為控制指標(biāo)。初始上升濾速為0.14-0.16cm/min，逐次提高上升濾速，每次提高0.03-0.06cm/min,當(dāng)總氮去除率連續(xù)7天以上超過(guò)80%,進(jìn)入下一輪提升。溶解氧的調(diào)整根據(jù)總氮消耗量與硝酸鹽氮生成量的比值決定，當(dāng)比值大于8且出水亞硝酸鹽氮濃度小于10mg/L時(shí),提高溶解氧,每次提高50%-80%。當(dāng)總氮去除率連續(xù)7天以上都不能達(dá)到 80%時(shí)，認(rèn)為調(diào)整前上升濾速達(dá)到極限，極限上升濾速最終可達(dá)到0.3-0.36cm/min，溶解氧5.5-6.0mg/L,總氮去除負(fù)荷能達(dá)到2.8-3.2kg.m_3.cf1，維持反應(yīng)器在極限濾速的工況下運(yùn)行。[0014]與現(xiàn)有的全程自養(yǎng)脫氮工藝相比較，本發(fā)明具有以下有益效果:[0015]I)本發(fā)明創(chuàng)造性的提出了間歇運(yùn)行方式掛膜，使得生物附著成功率大大提高；[0016]2)本發(fā)明提出了依據(jù)總氮消耗量與硝酸鹽氮生成量的比值以及亞硝酸鹽氮濃度聯(lián)合控制溶解氧的方法，并給出了選用原則；[0017]3 )本發(fā)明提供了在常溫高基質(zhì)條件下，全程自養(yǎng)脫氨工藝運(yùn)行及維護(hù)的策略與方法。[0018]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】:[0019]圖1是本發(fā)明采用的全程自養(yǎng)脫氮試驗(yàn)裝置示意圖[0020]圖2是采用本發(fā)明方法的反應(yīng)器在第129、130兩天實(shí)驗(yàn)總氮變化與已去除負(fù)荷占總?cè)コ?fù)荷百分比隨濾層高度變化圖，有效率層深度為總濾層深度的64%，應(yīng)選用斷面上升濾速作為控制參數(shù)[0021]圖3是采用本發(fā)明方法反應(yīng)器的總氮負(fù)荷和濃度圖，每次變基質(zhì)前去除負(fù)荷為之前階段的80-100%[0022]圖4是采用本發(fā)明方法反應(yīng)器的總氮去除率和運(yùn)行參數(shù)圖，每次變基質(zhì)前總氮去除率均已連續(xù)7天以上超過(guò)70%，每次提高溶解氧前Λ TN/Δ NO3^N大于8并且出水亞硝酸鹽氮濃度少于10mg/L超過(guò)7天?！揪唧w實(shí)施方式】[0023]實(shí)施例1[0024]試驗(yàn)過(guò)程中溫度始終恒定在16_24°C，試驗(yàn)裝置為以火山巖為填料的生物濾池，如圖1所示。試驗(yàn)裝置由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑28cm，高1.2m,總?cè)莘e74L，有效容積64L。反應(yīng)器采用圓柱形反應(yīng)器，徑深比為1:3-1: 8，裝填粒徑8-15mm的火山巖濾料，不均勻系數(shù)小于1.2，接種CANON濾柱反沖洗出來(lái)的絮狀污泥。柱內(nèi)裝填火山巖填料，裝填高度為1.lm，裝填粒徑為7-9mm。反應(yīng)器底部裝有曝氣環(huán)，濾池壁上每IOcm設(shè)有一個(gè)取樣口，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)水，水流方向?yàn)樯舷蛄鳎钌隙嗽O(shè)有出水口。[0025]反應(yīng)器接種CANON濾柱反沖洗出來(lái)的絮狀污泥，經(jīng)過(guò)147天的培養(yǎng)，反應(yīng)器經(jīng)過(guò)一系列的改變負(fù)荷和運(yùn)行條件的情況下，成功啟動(dòng)并能穩(wěn)定運(yùn)行。[0026]首先是掛膜階段，在進(jìn)水氨氮和亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比為1:1，總氮TN為 390-420mg/L,進(jìn)水CaCO3堿度質(zhì)量濃度為900mg/L的條件下采用間歇運(yùn)行方式，具體為用一臺(tái)蠕動(dòng)泵，從反應(yīng)器上部抽水，再?gòu)姆磻?yīng)器底部循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器，泵速lOOrpm/min，運(yùn)行 5個(gè)周期，每個(gè)周期I天，各個(gè)運(yùn)行周期之間沒(méi)有閑置時(shí)間，使接種的污泥能成功附著在濾料上，經(jīng)過(guò)5個(gè)周期的運(yùn)行總氮去除率超過(guò)50%并能穩(wěn)定運(yùn)行3天。[0027]掛膜完畢后進(jìn)入變基質(zhì)啟動(dòng)階段，反應(yīng)器運(yùn)行方式變?yōu)檫B續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水。第一步降低進(jìn)水總氮至290-300mg/L,氨氮和亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度之比2:1, CaCO3堿度質(zhì)量濃度為1000mg/L，這時(shí)控制斷面上升濾速為0.49cm/min，初始總氮去除率只有18.1%，總氮去除負(fù)荷0.36kg.m_3.cf1，運(yùn)行7天后總氮去除率升高到20%以上并能穩(wěn)定運(yùn)行3天。第二步進(jìn)水總氮只有氨氮，進(jìn)水總氮降低至190-220mg/L，CaCO3堿度質(zhì)量濃度為1000mg/L， 此時(shí)開(kāi)始曝氣提供溶解氧，初始溶解氧濃度0.3mg/L,上升濾速降低到0.36cm/min,該階段初始總氮去除負(fù)荷NRR為上一階段結(jié)束時(shí)的96%，經(jīng)過(guò)34天運(yùn)行總氮平均去除負(fù)荷達(dá)到0.78kg.π-3.cf1,溶解氧的調(diào)節(jié)根據(jù)總氮消耗量與硝酸鹽氮生成量的比值決定，當(dāng)比值大于 8且出水亞硝酸鹽氮濃度小于10mg/L并穩(wěn)定7天以上，提高溶解氧，第25天溶解氧提高50% 達(dá)到0.45mg/L，第36天提高66%達(dá)到0.75mg/L。第三步升高進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度為上一階段的150%，達(dá)到280-320mg/L，CaCOJ^度質(zhì)量濃度為1300mg/L，降低上升濾速到0.28cm/min, 總氮去除負(fù)荷為上一階段的85%，經(jīng)過(guò)19天時(shí)間，去除負(fù)荷提升至1.02kg.π-3 ?0-1，去除率超過(guò)70%，第59天溶解氧提高60%達(dá)到1.2mg/L。第四步提高總氮質(zhì)量濃度為上一階段的 200%，達(dá)到590-610mg/L，CaCO3堿度質(zhì)量濃度為2600mg/L，降低上升濾速到0.21cm/min,總氮去除負(fù)荷為上一階段的94%，經(jīng)過(guò)15天時(shí)間，總氮去除負(fù)荷達(dá)到了 1.32kg.π-3 ^cT1,去除率超過(guò)70%，第69天溶解氧提高58%達(dá)到1.9mg/L。第五步提高總氮質(zhì)量濃度為上一階段的133%，達(dá)到780-820mg/L，CaCOJ^度質(zhì)量濃度為3350mg/L，上升濾速降低到0.15cm/min, 總氮去除負(fù)荷為上一階段的80%，經(jīng)過(guò)29天時(shí)間，總氮去除負(fù)荷達(dá)到了 1.41kg.π-3 ^cT1,總氮去除率超過(guò)80%并能穩(wěn)定運(yùn)行10天，此時(shí)溶解氧達(dá)到1.9mg/L，變基質(zhì)啟動(dòng)階段成功。[0028]高效運(yùn)行階段，本階段進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度780_820mg/L，CaCO3堿度質(zhì)量濃度為3350mg/L，通過(guò)提高斷面上升濾速和溶解氧使得反應(yīng)器的總氮去除負(fù)荷提高。第一步上升 濾速提高到0. 203cm/min，溶解氧增大至IJ 3. Omg/L,初始總氮去除負(fù)荷為1. 66kg ? nT3 ? cf1, 經(jīng)過(guò)11天運(yùn)行，總氮去除負(fù)荷能達(dá)到2. 0kg ? m_3 ? cf1，總氮去除率能達(dá)到80%且能穩(wěn)定運(yùn) 行7天。第二步在上一步的基礎(chǔ)上提升上升濾速0. 05cm/min,達(dá)到0. 252cm/min,溶解氧增 大到4. 8mg/L,經(jīng)過(guò)9天運(yùn)行,總氮去除負(fù)荷能達(dá)到2. 5kg ? nT3 ? cf1,總氮去除率能達(dá)到80% 且能穩(wěn)定運(yùn)行7天。第三步上升濾速達(dá)到0. 305cm/min,溶解氧增大到5. 6mg/L,經(jīng)過(guò)11天 運(yùn)行，總氮去除負(fù)荷能達(dá)到3. 03kg ?cf1，總氮去除率能達(dá)到80%且能穩(wěn)定運(yùn)行7天。第 四步上升濾速達(dá)到0. 357cm/min，但是經(jīng)過(guò)15天運(yùn)行，總氮去除率一直沒(méi)有達(dá)到80%。所以 最終當(dāng)上升濾速達(dá)到0. 305cm/min,溶解氧濃度5. 6mg/L時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定高效的全程自養(yǎng)脫氮 效果，此時(shí)總氮平均去除率達(dá)到87%，接近理論全程自養(yǎng)脫氮89%的總氮去除率，總氮去除 負(fù)荷高達(dá)3. 03kg ?nT3 ? cf1，高于大部分國(guó)內(nèi)外研究成果。維持反應(yīng)器在極限上升濾速的工 況下運(yùn)行，能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種常溫高氨氮全程自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)及高效運(yùn)行方法，其特征在于:.O掛膜階段:反應(yīng)器采用火山巖填料，接種CANON濾柱反沖洗出來(lái)的絮狀污泥；進(jìn)水總氮TN質(zhì)量濃度380-420mg/L，氨氮與亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比為1:1，CaCO3堿度質(zhì)量濃度 800-1000mg/L ;采用間歇運(yùn)行方式，設(shè)一臺(tái)蠕動(dòng)泵，泵速70-130rpm/min，從反應(yīng)器上部抽水，經(jīng)底部回流進(jìn)反應(yīng)器，運(yùn)行4-6周期，每周期I天；當(dāng)總氮去除率超過(guò)50%并穩(wěn)定運(yùn)行3 天以上認(rèn)為掛膜成功；2)變基質(zhì)啟動(dòng)階段:本階段運(yùn)行方式為連續(xù)進(jìn)水和連續(xù)出水，進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度 280-320mg/L，氨氮與亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比值為2:1，控制反應(yīng)器初始斷面上升濾速.0.45-0.55cm/min,總氮去除率僅有10-20%,總氮去除負(fù)荷0.36-0.4kg.πm3.0-1 ;當(dāng)總氮去除率升高到20%以上并穩(wěn)定3天以上后，進(jìn)水總氮變?yōu)槿渴前钡?，質(zhì)量濃度為180-220mg/ L，此時(shí)開(kāi)始曝氣提供溶解氧，控制初始溶解氧DO濃度0.2-0.4mg/L ;逐次升高其進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度，每次升高30%-100%，同時(shí)調(diào)整反應(yīng)器上升濾速，使總氮去除負(fù)荷維持在上階段結(jié)束時(shí)負(fù)荷的80%-100%，溶解氧的調(diào)節(jié)根據(jù)總氮消耗量與硝酸鹽氮生成量的比值決定，當(dāng)比值大于8且出水亞硝酸鹽氮濃度小于10mg/L并穩(wěn)定7天以上，提高溶解氧，每次提高 50%-80% ;為實(shí)現(xiàn)變基質(zhì)過(guò)程，當(dāng)總氮去除率連續(xù)7天以上超過(guò)70%后進(jìn)行下一步調(diào)整，繼續(xù)升高其進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度，直至760-840mg/L ;當(dāng)總氮去除率連續(xù)10天超過(guò)80%時(shí)，變基質(zhì)啟動(dòng)階段成功；3)高效運(yùn)行階段:控制進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度760-840mg/L，進(jìn)水CaCO3堿度質(zhì)量濃度 3200-3600mg/L,以上升濾速為控制指標(biāo)；初始上升濾速為0.14-0.16cm/min，逐次提高上升濾速，每次提高0.03-0.06cm/min,當(dāng)總氮去除率連續(xù)7天以上超過(guò)80%,進(jìn)入下一輪提升；溶解氧的調(diào)整根據(jù)總氮消耗量與硝酸鹽氮生成量的比值決定，當(dāng)比值大于8且出水亞硝酸鹽氮濃度小于10mg/L時(shí)，提高溶解氧，每次提高50%-80% ;當(dāng)總氮去除率連續(xù)7天以上都不能達(dá)到80%時(shí)，認(rèn)為調(diào)整前上升濾速達(dá)到極限，維持反應(yīng)器在極限濾速的工況下運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】C02F3/30GK103601297SQ201310576762
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月17日
【發(fā)明者】李冬, 蘇慶嶺, 吳青, 梁瑜海, 曾輝平, 張 杰 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)