一種啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理及資源化領(lǐng)域。具體涉及在濾柱形式的反應(yīng)器中啟動(dòng)全程自 養(yǎng)脫氮工藝的方法。適合于高氨氮、低碳氮比的污廢水處理。
【背景技術(shù)】
[0002] Third等在 1999年提出了CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)工藝，即單級(jí)全程自養(yǎng)脫氮工藝，該工藝基于短程硝化和厭氧氨氧化生物反 應(yīng)。與傳統(tǒng)全程硝化反硝化工藝相比，該工藝具有脫氮流程短、占地面積小、基建投資少;節(jié) 約氧消耗量、減少碳排放;剩余污泥少;無(wú)需外加碳源等諸多優(yōu)點(diǎn)。該工藝符合低碳、高效、 可持續(xù)的污廢水處理理念，是一種前景廣闊的新工藝。
[0003] 全程自養(yǎng)脫氮工藝的工藝形式主要包括活性污泥工藝、生物膜工藝和顆粒污泥工 藝等。尤其是基于生物膜的全程自養(yǎng)脫氮濾柱，由于操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，去 除負(fù)荷高，受到了廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，Liang yuhai、Zeng Taotao等諸多研究者采用濾柱 生物膜的形式實(shí)現(xiàn)了全程自養(yǎng)脫氮工藝。
[0004] 全程自養(yǎng)脫氮顆粒污泥工藝的原理是：由于生物膜的的傳質(zhì)阻力，使得生物膜內(nèi) 部存在著沿徑向分布的基質(zhì)濃度梯度和溶解氧濃度梯度，由此產(chǎn)生了外部好氧而內(nèi)部厭氧 的微觀(guān)氧環(huán)境。首先，廢水中的NH4+-N在好氧外層被AOB(好氧氨氧化菌）作用，反應(yīng)產(chǎn)生 N02--N，同時(shí)消耗掉氧氣；其次，生成的NO2--N與剩余的NH/-N向生物膜的厭氧內(nèi)層擴(kuò)散，在 AnAOB(厭氧氨氧化菌）的作用下，反應(yīng)生成N2釋放，同時(shí)生成少量的NO3I,完成整個(gè)脫氮過(guò) 程。
[0005] 與其他全程自養(yǎng)脫氮工藝相比，全程自養(yǎng)脫氮生物膜工藝具有微生物持有量高、 處理負(fù)荷高、截留性能強(qiáng)、抗沖擊能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，眾多研究者采用先培養(yǎng)厭氧氨 氧化菌在接種亞硝化細(xì)菌啟動(dòng)自養(yǎng)脫氮工藝。傳統(tǒng)方法中，接種亞硝化絮狀污泥很難使得 亞硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化菌混合完全，不利于亞硝化菌形成厭氧微環(huán)境，難以減輕溶解氧 對(duì)厭氧氨氧化菌的抑制。更重要的是，自養(yǎng)脫氮工藝限速步驟是亞硝化，只需要少量的厭氧 氨氧化菌就可以啟動(dòng)自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，所以將一個(gè)厭氧氨氧化濾柱轉(zhuǎn)變?yōu)樽责B(yǎng)脫氮濾柱是 不節(jié)約、低效率的。
[0006] 因此，本發(fā)明提供了一種啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供1. 一種啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱的方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0008] 按照1:3~3:1的質(zhì)量比取亞硝化生物濾柱和厭氧氨氧化生物濾柱的濾料，按亞硝 化濾料、厭氧氨氧化濾料的順序依次排布兩種濾料，每層濾料厚度為1~30cm，濾層共2~60 個(gè);濾柱底部設(shè)置進(jìn)水口和曝氣裝置；以合成廢水作為進(jìn)水基質(zhì)，進(jìn)水NH4+-N濃度為80~ 120mg/L，投加 NaHCO3將基質(zhì)pH控制在7.6~8.2之間；溶解氧通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和溶解氧測(cè)定 儀聯(lián)合控制；
[0009] 根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷的不同分為以下兩個(gè)階段：
[0010] 階段I為低負(fù)荷適應(yīng)階段：接種初期，水力停留時(shí)間HRT為2~6h，濾速為0.1~ 0.3m/h，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)使得濾柱中溶解氧在0.2~0.5mg/L，當(dāng)反應(yīng)器連續(xù)5天以上氨 氮去除率大于90%，總氮去除率大于75%時(shí)，認(rèn)為微生物已經(jīng)適應(yīng)了反應(yīng)器的水力條件，濾 柱初步啟動(dòng)成功；
[0011] 階段II為負(fù)荷提高階段：；保持進(jìn)水NH/-N濃度不變，縮短水力停留時(shí)間HRT至1~ 3h，濾速為0.2~0.6m/h;通過(guò)提高曝氣量來(lái)使得反應(yīng)器溶解氧在0.4~I .Omg/L之間；當(dāng)反 應(yīng)器連續(xù)5天以上氨氮去除率大于90%，總氮去除率大于75%時(shí)，認(rèn)為全程自養(yǎng)脫氮濾柱啟 動(dòng)成功。
[0012] 本發(fā)明采用將亞硝化濾料和厭氧氨氧化濾料分層混合的方式啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮 濾柱。與傳統(tǒng)自養(yǎng)脫氮濾柱啟動(dòng)相比，分層混合濾料的啟動(dòng)方式，可以更好地將亞硝化菌和 厭氧氨氧化菌混合均勻，有利于形成厭氧的微環(huán)境，減小溶解氧對(duì)厭氧氨氧化菌的抑制;其 次，亞硝化是自養(yǎng)脫氮的限速步驟，分層混合濾料可以接種大量的亞硝化菌，用該方法啟動(dòng) 的濾柱初期氨氮去除率高，自養(yǎng)脫氮濾柱啟動(dòng)時(shí)間短;最重要的是，厭氧氨氧化菌倍增時(shí)間 長(zhǎng)，難于富集和培養(yǎng)，分層混合濾料啟動(dòng)相比于常規(guī)自養(yǎng)脫氮濾柱啟動(dòng)，節(jié)約了厭氧氨氧化 菌的使用量，大大降低了成本，有利于自養(yǎng)脫氮工藝的推廣。
[0013] 因此可以說(shuō)分層混合濾料啟動(dòng)自養(yǎng)脫氮濾柱不僅是高效的，同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)的。
【附圖說(shuō)明】：
[0014] 圖1是本發(fā)明中具體實(shí)例的濾柱裝置示意圖
[0015] ①承托層②氣栗③蠕動(dòng)栗④水箱⑤出水管
[0016] ⑥曝氣盤(pán)⑦氣管⑧火山巖填料⑨水浴
[0017] 圖2是本發(fā)明中具體實(shí)例啟動(dòng)亞硝化濾柱時(shí)進(jìn)出水氮素的變化圖
[0018] 圖3是本發(fā)明中具體實(shí)例啟動(dòng)亞硝化濾柱時(shí)亞硝化率及負(fù)荷的變化圖 [0019]圖4是本發(fā)明中具體實(shí)例啟動(dòng)厭氧氨氧化濾柱時(shí)進(jìn)出水氮素的變化圖
[0020] 圖5是本發(fā)明中具體實(shí)例啟動(dòng)厭氧氨氧化濾柱時(shí)總氮去除率及總氮去除負(fù)荷的變 化圖
[0021] 圖6是本發(fā)明中具體實(shí)例培養(yǎng)自養(yǎng)脫氮濾柱時(shí)進(jìn)出水氮素的變化圖
[0022] 圖7是本發(fā)明中具體實(shí)例培養(yǎng)自養(yǎng)脫氮濾柱時(shí)總氮去除率及總氮去除負(fù)荷的變化 圖
【具體實(shí)施方式】
[0023]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。
[0024] 實(shí)施例
[0025]本發(fā)明采用三個(gè)相同的反應(yīng)器，反應(yīng)器由有機(jī)玻璃精加工而成，總?cè)莘e15L，有效 容積5L，內(nèi)徑8cm。承托層高5cm，濾料高90cm，有效體積5L，內(nèi)部裝填直徑5~IOmm的火山巖 填料。反應(yīng)器采用上向流，底部設(shè)有曝氣裝置和布水裝置。
[0026] 1)培養(yǎng)亞硝化濾柱
[0027] 試驗(yàn)用水為人工合成廢水，以（NH4)2SO4為基質(zhì)，Λ·'// 4 -iV濃度l〇〇mg/L，利用 1000mg/LNaHC03使pH控制在7.8~8.2之間。接種的污泥為來(lái)自污水處理廠(chǎng)的普通活性污 泥，并溶解氧通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和溶解氧測(cè)定儀聯(lián)合控制。各培養(yǎng)階段操作運(yùn)行條件見(jiàn)表1。 [0028]反應(yīng)器的運(yùn)行分為三個(gè)階段，1~4d循環(huán)進(jìn)水掛膜，為第I階段。5~20d低負(fù)荷運(yùn) 行，為第Π 階段。到20d時(shí)，氨氧化率達(dá)到95 %所有，亞硝化率穩(wěn)定在80 %以上，說(shuō)明亞硝化 濾柱初步啟動(dòng)成功，因此將水力停留時(shí)間從4h降低為2h以提高負(fù)荷。21~32d高負(fù)荷運(yùn)行， 為第III階段，到32d時(shí)，反應(yīng)器連續(xù)5d氨氧化率和亞硝化大于85%，說(shuō)明亞硝化濾柱已啟動(dòng) 成功。
[0029] 表1亞硝化濾柱各階段運(yùn)行工況
[0031] 2)培養(yǎng)厭氧氨氧化化濾柱
[0032] 試驗(yàn)用水為人工合成廢水，以（NH4)2SO4和NaNO 2為基質(zhì)，?Υ?/4+ -況和N〇2--N濃度均 50mg/L，投加250mg//L的NaHCO3使pH控制在7.8-8.2之間。接種污泥為高純度的厭氧氨氧化 菌，各培養(yǎng)階段操作運(yùn)行條件見(jiàn)表2。
[0033] 反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)的1~3d掛膜，為第I階段。4~35d低負(fù)荷運(yùn)行，為第II階段。運(yùn)行到 35d時(shí)，總氮去除率連續(xù)7d大于75%，表明厭氧氨氧化濾柱已基本啟動(dòng)成功，第36d將水力停 留時(shí)間從3.33h降低為1.67h，以提高反應(yīng)器的去除負(fù)荷。36~52d高負(fù)荷運(yùn)行，總氮去除率 連續(xù)7d大于75%，表明厭氧氨氧化濾柱啟動(dòng)成功。
[0034]表2厭氧氨氧化柱各階段運(yùn)行工況
[0036] 3)啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱
[0037]按2:1的質(zhì)量比取亞硝化和厭氧氨氧化濾柱的濾料，兩種濾料依次裝填，單層濾層 厚度分別為IOcm和5cm，各裝填3層。試驗(yàn)用水為人工合成廢水，以（NH4)2SCk為基質(zhì)， iW/彳-iV濃度為l〇〇mg/L，pH控制在7.8~8.2之間。溶解氧通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和溶解氧測(cè)定儀 聯(lián)合控制。各培養(yǎng)階段操作運(yùn)行條件見(jiàn)表3。反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)的1~13d低負(fù)荷運(yùn)行，第13d末將 水力停留時(shí)間從4h降低為2h，14~28d高負(fù)荷運(yùn)行。
[0038]表3自養(yǎng)脫氮柱各階段運(yùn)行工況
[0040]第1~13d為低負(fù)荷運(yùn)行階段。進(jìn)水氨氮濃度為100mg/L，水力停留時(shí)間為4h，濾速 為〇.2m/h，反應(yīng)器中溶解氧控制在0.4mg/L。在第I階段沒(méi)有觀(guān)察到明顯的亞氮積累 (M): ),表明亞硝化細(xì)菌為厭氧氨氧化菌解除了溶解氧抑制，兩種細(xì)菌耦合 成功。隨著濾料表面的微生物不斷適應(yīng)引得環(huán)境，濾柱的總氮去除率及負(fù)荷也隨之不斷提 高，反應(yīng)器運(yùn)行到13d時(shí)，已連續(xù)5d氨氮總氮去除率大于90%，總氮去除率大于75%，表明濾 柱已初步啟動(dòng)成功。
[0041 ]第14~28d為高負(fù)荷運(yùn)行階段，將濾柱的水力停留時(shí)間從4h縮短至2h，濾速增加為 0.4m/h，溶解氧控制在0.8mg/L。由于環(huán)境的突然改變，反應(yīng)器內(nèi)總氮去除率及總氮去除負(fù) 荷下降。隨著微生物的增值和對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)，總氮去除率及總氮去除負(fù)荷逐漸提高，到了 第28d，氨氮和總氮去除率已連續(xù)5d大于90%和75%，表明濾柱已初步啟動(dòng)成功。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱的方法，其特征在于，包括如下步驟： 按照1:3~3:1的質(zhì)量比取亞硝化生物濾柱和厭氧氨氧化生物濾柱的濾料，按亞硝化濾 料、厭氧氨氧化濾料的順序依次排布兩種濾料，每層濾料厚度為1~30cm，濾層共2~60個(gè)； 濾柱底部設(shè)置進(jìn)水口和曝氣裝置；以合成廢水作為進(jìn)水基質(zhì)，進(jìn)水NH/-N濃度為80~120mg/ L，投加 NaHC03將基質(zhì)pH控制在7.6~8.2之間；溶解氧通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和溶解氧測(cè)定儀聯(lián)合 控制； 根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷的不同分為以下兩個(gè)階段： 階段I為低負(fù)荷適應(yīng)階段:接種初期，水力停留時(shí)間HRT為2~6h，濾速為0.1~0.3m/h， 通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)使得濾柱中溶解氧在0.2~0.5mg/L，當(dāng)反應(yīng)器連續(xù)5天以上氨氮去除 率大于90%，總氮去除率大于75%時(shí)，認(rèn)為微生物已經(jīng)適應(yīng)了反應(yīng)器的水力條件，濾柱初步 啟動(dòng)成功； 階段II為負(fù)荷提高階段：；保持進(jìn)水NH/-N濃度不變，縮短水力停留時(shí)間HRT至1~3h，濾 速為0.2~0.6m/h;通過(guò)提高曝氣量來(lái)使得反應(yīng)器溶解氧在0.4~1. Omg/L之間；當(dāng)反應(yīng)器連 續(xù)5天以上氨氮去除率大于90%，總氮去除率大于75%時(shí)，認(rèn)為全程自養(yǎng)脫氮濾柱啟動(dòng)成 功。
【專(zhuān)利摘要】一種啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱的方法屬于廢水自養(yǎng)脫氮領(lǐng)域。其步驟為：按1:3～3:1的質(zhì)量比取亞硝化生物濾柱和厭氧氨氧化生物濾柱的濾料，依次排布兩種濾料，在限氧連續(xù)流條件下啟動(dòng)自養(yǎng)脫氮濾柱。首先，在低負(fù)荷條件下啟動(dòng)全程自養(yǎng)脫氮濾柱，隨著濾柱內(nèi)微生物對(duì)環(huán)境的不斷適應(yīng)，濾柱的處理能力不斷提高，直到氨氮基本被去除。隨后進(jìn)入高負(fù)荷培養(yǎng)階段，采用保持進(jìn)水基質(zhì)濃度不變、縮短水力停留時(shí)間的方式來(lái)提高進(jìn)水氨氮負(fù)荷，強(qiáng)化濾柱的處理性能。相比于傳統(tǒng)自養(yǎng)脫氮濾柱的啟動(dòng)方式，本方法具有啟動(dòng)快速，總氮去除負(fù)荷高，厭氧氨氧化菌用量少等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】C02F3/30, C02F101/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105540840
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510921104
【發(fā)明人】李冬, 趙世勛, 關(guān)宏偉, 張艷輝, 曾輝平, 張 杰
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月12日