申請日2013.09.22

　　公開(公告)日2014.12.03

　　IPC分類號C02F3/30

　　摘要

　　一種常溫低C/N污水同時脫氮除COD工藝的快速啟動方法屬于城市生活污水處理與再生領(lǐng)域。首先接種一定成熟CANON污泥，使其在火山巖濾料上掛膜，快速構(gòu)建以好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng);然后降低進(jìn)水基質(zhì)濃度并調(diào)節(jié)曝氣、水力停留時間，提高氮素去除負(fù)荷，實現(xiàn)中氨氮基質(zhì)條件下CANON工藝高負(fù)荷穩(wěn)定運行;最后進(jìn)水添加有機碳源，異養(yǎng)反硝化細(xì)菌生長，控制溫度、游離氨、曝氣等條件優(yōu)化好氧氨氧化菌、厭氧氨氧化菌以及反硝化菌共存的微環(huán)境，成功啟動了SNAD工藝。本發(fā)明解決了長期以來生物脫氮需投加大量有機碳源耗資巨大的難題，為常溫低C/N模擬廢水SNAD工藝的啟動提供了方法。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種常溫低C/N污水同時脫氮除COD工藝的快速啟動方法， 采用上向流的火山巖活性生物陶粒濾料生物濾池反應(yīng)器，包括如下步 驟：

　　1)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi)：反應(yīng)器所接種的污泥為成熟 CANON污泥，接種污泥濃度為4-5g/L;

　　2)第Ⅰ階段，CANON污泥適應(yīng)反應(yīng)器并在填料上掛膜;具體方 法為：采用連續(xù)流運行方式;人工模擬配水，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為 370-430mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為1-3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為 5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1600-2000mg/L;反應(yīng)器控制 條件：溫度在26-27℃，pH為7.7-8.1，連續(xù)限氧曝氣，使反應(yīng)器中溶 解氧在5-6.5mg/L，水力停留時間為5-8h;使之快速適應(yīng)火山巖活性 生物陶粒濾料生物濾池反應(yīng)器;當(dāng)系統(tǒng)的氨氮去除率和總氮去除率連 續(xù)15d以上分別達(dá)到80%和75%以上，且肉眼可見填料表面有污泥附 著，認(rèn)為CANON污泥掛膜成功;

　　3)第Ⅱ階段，中氨氮進(jìn)水基質(zhì)條件下CANON工藝高負(fù)荷穩(wěn)定運 行階段;具體方法為：采用連續(xù)流運行方式;人工模擬配水，進(jìn)水氨 氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為1-3mg/L，磷酸 鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為800-830mg/L; 反應(yīng)器控制條件：溫度控制在26-27℃，pH為7.7-8.1，降低水力停留 時間HRT為0.9-1.2h，調(diào)節(jié)曝氣量使反應(yīng)器中溶解氧為6.5-7.5mg/L; 當(dāng)連續(xù)運行15d以上氨氮去除率和總氮去除率分別達(dá)到80%和75%以 上，認(rèn)為CANON工藝在中氨氮基質(zhì)條件下穩(wěn)定運行;

　　4)第III階段，反應(yīng)器由CANON工藝向SNAD工藝的轉(zhuǎn)化;具體 方法為：采用連續(xù)流運行方式;人工模擬配水，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為 180-220mg/L，COD濃度為40mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為1-3mg/L， 磷酸鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為 800-830mg/L;反應(yīng)器控制條件為：溫度在26-28℃，pH為7.5-8.1， 調(diào)節(jié)曝氣量使反應(yīng)器中溶解氧為6.5-7.5mg/L，水力停留時間為 1.4-1.5h;當(dāng)連續(xù)運行15d以上氨氮、總氮、COD去除率分別達(dá)到90%、 75%、70%以上，SNAD工藝成功啟動。

　　說明書

　　一種常溫低C/N污水同時脫氮除COD工藝的快速啟動方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于城市生活污水處理與再生領(lǐng)域。具體涉及專用于常溫、中氨 氮水平下的生物膜法同時脫氮除COD(SNAD)工藝的快速啟動方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著經(jīng)濟水平的增長，人類活動的加劇，水體污染越來越嚴(yán)重，其中氮 素污染是一項主要的危害，對自然環(huán)境及人類的健康影響極大。目前，針對 于氮素的去除，城市污水處理廠多采用基于傳統(tǒng)硝化反硝化原理的脫氮工藝， 如A2/O、氧化溝等。這些工藝雖然對于氮素有一定的去除效果，但是在過程 中需要外加大量有機碳源，消耗大量的堿度和能源，且基建投資及運營成本 較高。

　　因此，近幾年來，研究者不斷地尋找新型的脫氮工藝，以期克服傳統(tǒng)脫 氮工藝的缺點，達(dá)到高效節(jié)能的目的。基于厭氧氨氧化原理的 CANON(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)工藝早在上世紀(jì)90 年代由Siegrist等人在高氨氮負(fù)荷且氧濃度有限的廢水處理系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。但大 多研究只是追求創(chuàng)造理想準(zhǔn)佳條件，而忽略了現(xiàn)實中只含有NH4+-N而不含有 COD的污水并不常見。隨著CANON工藝中COD的普遍引入產(chǎn)生了SNAD工 藝。SNAD(simultaneous partial nitrification，anammox and denitrification)工藝中 起主導(dǎo)作用的菌包含好氧氨氧化菌(AOB)與厭氧氨氧化菌(Anammox)及反硝 化菌。三者在同一個反應(yīng)器中，AOB位于填料或污泥絮體的外層，在好氧的 條件下，以NH4+-N為電子供體，O2為電子受體，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮， Anammox菌則位于填料或污泥絮體的內(nèi)層，在厭氧的情況下利用NO2-將剩余 的NH4+-N轉(zhuǎn)化為N2，并產(chǎn)生少量NO3-，然后再利用反硝化細(xì)菌從COD中獲得 電子供體將COD氧化的同時將NO3-和少部分NO2-還原成氮氣，這在理論上能 夠突破CANON工藝的89%總氮去除率極限，對于實現(xiàn)更高的污水處理排放指 標(biāo)意義重大。

　　SNAD工藝基于CANON工藝原理，可節(jié)約大量的曝氣以及需要相對很少 的有機碳源，既能解決傳統(tǒng)脫氮工藝需大量有機碳源、曝氣量高的難題，也 能突破CANON工藝的89%氮素去除率極限，實現(xiàn)更高的污水處理排放指標(biāo)， 是高效節(jié)能脫氮工藝的理想選擇。然而目前，SNAD工藝仍處于試驗研究階段， 且起初構(gòu)建CANON工藝時多采用高溫高氨氮的人工配水或者消化污泥脫水 液、垃圾滲濾液等工業(yè)廢水進(jìn)行。眾多研究者的研究結(jié)論表明，CANON反應(yīng) 器內(nèi)穩(wěn)定的厭氧氨氧化反應(yīng)是工藝啟動成功乃至穩(wěn)定運行的重要保證，然而 厭氧氨氧化菌較長的生長周期，和較低的生長速率(μ=0.0027h-1，倍增時間為 10.6d)限制了其在實際工程中的應(yīng)用和發(fā)展。

　　因此，針對城市生活污水溫度低、有機碳源低的特點，如何在常溫低C/N 條件下，通過控制反應(yīng)器啟動過程中的運行條件，從而快速富集厭氧氨氧化 菌是縮短SNAD啟動時間的關(guān)鍵點。對于SNAD工藝的進(jìn)一步研究和應(yīng)用具 有重要的意義。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于提供一種在常溫低C/N水質(zhì)條件下，實現(xiàn)同時最大限 度脫氮除COD，縮短厭氧氨氧化菌的富集時間，快速啟動SNAD工藝的方法。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

　　本發(fā)明所提供的一種快速啟動SNAD工藝的方法，是在常溫條件下，以模 擬實際生活污水低C/N的配水為進(jìn)水，以上向流的生物濾池為試驗裝置如圖1 所示，內(nèi)部裝填火山巖活性生物陶粒濾料，采用上向流的進(jìn)水方式，底部設(shè) 有曝氣裝置，由轉(zhuǎn)子流量計控制。試驗中主要通過調(diào)節(jié)試驗裝置的水力停留 時間和曝氣量，來實現(xiàn)SNAD工藝的啟動。

　　1)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi)：反應(yīng)器所接種的污泥為接種成熟CANON 污泥，接種污泥濃度為4-5g/L;

　　2)第Ⅰ階段，填料掛膜，CANON污泥適應(yīng)并穩(wěn)定運行階段。具體方法 為：采用連續(xù)流運行方式，連續(xù)曝氣策略;人工模擬配水，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃 度為370-430mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為1-3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為 5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為1600--2000mg/L�？刂茰囟葹�26-27℃， pH為7.7-8.1，控制曝氣量為0.1--4L/min，保證反應(yīng)器中溶解氧在5-6.5mg/L， 水力停留時間為5-8h。使之快速適應(yīng)火山巖活性生物陶粒濾料生物濾池反應(yīng) 器。當(dāng)系統(tǒng)的氨氮去除率和總氮去除率連續(xù)15d以上分別達(dá)到80%和75%以 上，且進(jìn)出水NO3--N質(zhì)量濃度差/進(jìn)出水NH4+-N質(zhì)量濃度差的比值在 0.08-0.13，肉眼可見填料有污泥掛膜且運行穩(wěn)定時，CANON污泥掛膜階段成 功;

　　3)第Ⅱ階段，中氨氮CANON工藝高負(fù)荷穩(wěn)定運行階段。具體方法為： 采用連續(xù)流運行方式，連續(xù)曝氣策略;人工模擬配水，控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃 度為180-220mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為1-3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為 5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為800-830mg/L�？刂茰囟葹�26-27℃， pH為7.7-8.1，降低水力停留時間HRT為0.9-1.2h，調(diào)節(jié)曝氣量為2-4L/min， 使反應(yīng)器中溶解氧在6.5-7.5mg/L。當(dāng)連續(xù)運行15d以上氨氮去除率和總氮去 除率分別達(dá)到80%和75%以上，且進(jìn)出水NO3--N質(zhì)量濃度差/進(jìn)出水NH4+-N 質(zhì)量濃度差的比值在0.08-0.13，CANON工藝在中氨氮進(jìn)水基質(zhì)條件下穩(wěn)定運 行;

　　4)第III階段，在連續(xù)曝氣的條件下，反應(yīng)器由CANON工藝向SNAD工藝 的轉(zhuǎn)化。具體方法為：采用連續(xù)流運行方式，連續(xù)曝氣策略;人工模擬配水， 控制進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為180-220mg/L，COD濃度為40mg/L，亞硝酸鹽氮質(zhì) 量濃度為1-3mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為5-10mg/L，堿度質(zhì)量濃度以CaCO3計為 800-830mg/L�？刂茰囟葹�26-28℃，pH為7.5-8.1，控制曝氣量為4-5L/min， 使反應(yīng)器中溶解氧穩(wěn)定在6.5-7.5mg/L，控制水力停留時間為1.4-1.5h。當(dāng)連續(xù) 運行15d以上氨氮、總氮、COD去除率分別達(dá)到90%、75%、70%以上，SNAD 工藝成功啟動。

　　本發(fā)明通過高氨氮CANON污泥掛膜——中氨氮CANON穩(wěn)定運行——低 C/N限氧SNAD啟動的方法，通過對水力停留時間和曝氣量的控制，在實現(xiàn)較 高氮素去除率的基礎(chǔ)上，在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)了CANON工藝高負(fù)荷運行，并 且縮短了常溫低C/N污水SNAD反應(yīng)器的啟動時間。啟動過程操作簡單，容易 控制，以本發(fā)明方法啟動反應(yīng)器，能同時進(jìn)行脫氮除COD，氨氮及COD去除 負(fù)荷分別達(dá)到了3.50kg/(m3·d)和0.5kg/(m3·d)以上，達(dá)到了較高的同時脫氮除 COD效果。