一种启动全程自养脱氮滤柱的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污水处理及资源化领域。具体涉及在滤柱形式的反应器中启动全程自 养脱氮工艺的方法。适合于高氨氮、低碳氮比的污废水处理。
【背景技术】
[0002] Third等在 1999年提出了CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)工艺，即单级全程自养脱氮工艺，该工艺基于短程硝化和厌氧氨氧化生物反 应。与传统全程硝化反硝化工艺相比，该工艺具有脱氮流程短、占地面积小、基建投资少;节 约氧消耗量、减少碳排放;剩余污泥少;无需外加碳源等诸多优点。该工艺符合低碳、高效、 可持续的污废水处理理念，是一种前景广阔的新工艺。
[0003] 全程自养脱氮工艺的工艺形式主要包括活性污泥工艺、生物膜工艺和颗粒污泥工 艺等。尤其是基于生物膜的全程自养脱氮滤柱，由于操作简便，运行稳定，耐冲击负荷强，去 除负荷高，受到了广泛的关注。近年来，Liang yuhai、Zeng Taotao等诸多研究者采用滤柱 生物膜的形式实现了全程自养脱氮工艺。
[0004] 全程自养脱氮颗粒污泥工艺的原理是：由于生物膜的的传质阻力，使得生物膜内 部存在着沿径向分布的基质浓度梯度和溶解氧浓度梯度，由此产生了外部好氧而内部厌氧 的微观氧环境。首先，废水中的NH4+-N在好氧外层被AOB(好氧氨氧化菌）作用，反应产生 N02--N，同时消耗掉氧气；其次，生成的NO2--N与剩余的NH/-N向生物膜的厌氧内层扩散，在 AnAOB(厌氧氨氧化菌）的作用下，反应生成N2释放，同时生成少量的NO3I,完成整个脱氮过 程。
[0005] 与其他全程自养脱氮工艺相比，全程自养脱氮生物膜工艺具有微生物持有量高、 处理负荷高、截留性能强、抗冲击能力强等诸多优点。目前，众多研究者采用先培养厌氧氨 氧化菌在接种亚硝化细菌启动自养脱氮工艺。传统方法中，接种亚硝化絮状污泥很难使得 亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌混合完全，不利于亚硝化菌形成厌氧微环境，难以减轻溶解氧 对厌氧氨氧化菌的抑制。更重要的是，自养脱氮工艺限速步骤是亚硝化，只需要少量的厌氧 氨氧化菌就可以启动自养脱氮反应器，所以将一个厌氧氨氧化滤柱转变为自养脱氮滤柱是 不节约、低效率的。
[0006] 因此，本发明提供了一种启动全程自养脱氮滤柱的方法。
【发明内容】
[0007] 本发明提供1. 一种启动全程自养脱氮滤柱的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008] 按照1:3~3:1的质量比取亚硝化生物滤柱和厌氧氨氧化生物滤柱的滤料，按亚硝 化滤料、厌氧氨氧化滤料的顺序依次排布两种滤料，每层滤料厚度为1~30cm，滤层共2~60 个;滤柱底部设置进水口和曝气装置；以合成废水作为进水基质，进水NH4+-N浓度为80~ 120mg/L，投加 NaHCO3将基质pH控制在7.6~8.2之间；溶解氧通过转子流量计和溶解氧测定 仪联合控制；
[0009] 根据进水负荷的不同分为以下两个阶段：
[0010] 阶段I为低负荷适应阶段：接种初期，水力停留时间HRT为2~6h，滤速为0.1~ 0.3m/h，通过调节气体流量计使得滤柱中溶解氧在0.2~0.5mg/L，当反应器连续5天以上氨 氮去除率大于90%，总氮去除率大于75%时，认为微生物已经适应了反应器的水力条件，滤 柱初步启动成功；
[0011] 阶段II为负荷提高阶段：；保持进水NH/-N浓度不变，缩短水力停留时间HRT至1~ 3h，滤速为0.2~0.6m/h;通过提高曝气量来使得反应器溶解氧在0.4~I .Omg/L之间；当反 应器连续5天以上氨氮去除率大于90%，总氮去除率大于75%时，认为全程自养脱氮滤柱启 动成功。
[0012] 本发明采用将亚硝化滤料和厌氧氨氧化滤料分层混合的方式启动全程自养脱氮 滤柱。与传统自养脱氮滤柱启动相比，分层混合滤料的启动方式，可以更好地将亚硝化菌和 厌氧氨氧化菌混合均匀，有利于形成厌氧的微环境，减小溶解氧对厌氧氨氧化菌的抑制;其 次，亚硝化是自养脱氮的限速步骤，分层混合滤料可以接种大量的亚硝化菌，用该方法启动 的滤柱初期氨氮去除率高，自养脱氮滤柱启动时间短;最重要的是，厌氧氨氧化菌倍增时间 长，难于富集和培养，分层混合滤料启动相比于常规自养脱氮滤柱启动，节约了厌氧氨氧化 菌的使用量，大大降低了成本，有利于自养脱氮工艺的推广。
[0013] 因此可以说分层混合滤料启动自养脱氮滤柱不仅是高效的，同时也是经济的。
【附图说明】：
[0014] 图1是本发明中具体实例的滤柱装置示意图
[0015] ①承托层②气栗③蠕动栗④水箱⑤出水管
[0016] ⑥曝气盘⑦气管⑧火山岩填料⑨水浴
[0017] 图2是本发明中具体实例启动亚硝化滤柱时进出水氮素的变化图
[0018] 图3是本发明中具体实例启动亚硝化滤柱时亚硝化率及负荷的变化图 [0019]图4是本发明中具体实例启动厌氧氨氧化滤柱时进出水氮素的变化图
[0020] 图5是本发明中具体实例启动厌氧氨氧化滤柱时总氮去除率及总氮去除负荷的变 化图
[0021] 图6是本发明中具体实例培养自养脱氮滤柱时进出水氮素的变化图
[0022] 图7是本发明中具体实例培养自养脱氮滤柱时总氮去除率及总氮去除负荷的变化 图
【具体实施方式】
[0023]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。
[0024] 实施例
[0025]本发明采用三个相同的反应器，反应器由有机玻璃精加工而成，总容积15L，有效 容积5L，内径8cm。承托层高5cm，滤料高90cm，有效体积5L，内部装填直径5~IOmm的火山岩 填料。反应器采用上向流，底部设有曝气装置和布水装置。
[0026] 1)培养亚硝化滤柱
[0027] 试验用水为人工合成废水，以（NH4)2SO4为基质，Λ·'// 4 -iV浓度l〇〇mg/L，利用 1000mg/LNaHC03使pH控制在7.8~8.2之间。接种的污泥为来自污水处理厂的普通活性污 泥，并溶解氧通过转子流量计和溶解氧测定仪联合控制。各培养阶段操作运行条件见表1。 [0028]反应器的运行分为三个阶段，1~4d循环进水挂膜，为第I阶段。5~20d低负荷运 行，为第Π 阶段。到20d时，氨氧化率达到95 %所有，亚硝化率稳定在80 %以上，说明亚硝化 滤柱初步启动成功，因此将水力停留时间从4h降低为2h以提高负荷。21~32d高负荷运行， 为第III阶段，到32d时，反应器连续5d氨氧化率和亚硝化大于85%，说明亚硝化滤柱已启动 成功。
[0029] 表1亚硝化滤柱各阶段运行工况
[0031] 2)培养厌氧氨氧化化滤柱
[0032] 试验用水为人工合成废水，以（NH4)2SO4和NaNO 2为基质，?Υ?/4+ -況和N〇2--N浓度均 50mg/L，投加250mg//L的NaHCO3使pH控制在7.8-8.2之间。接种污泥为高纯度的厌氧氨氧化 菌，各培养阶段操作运行条件见表2。
[0033] 反应器运行时的1~3d挂膜，为第I阶段。4~35d低负荷运行，为第II阶段。运行到 35d时，总氮去除率连续7d大于75%，表明厌氧氨氧化滤柱已基本启动成功，第36d将水力停 留时间从3.33h降低为1.67h，以提高反应器的去除负荷。36~52d高负荷运行，总氮去除率 连续7d大于75%，表明厌氧氨氧化滤柱启动成功。
[0034]表2厌氧氨氧化柱各阶段运行工况
[0036] 3)启动全程自养脱氮滤柱
[0037]按2:1的质量比取亚硝化和厌氧氨氧化滤柱的滤料，两种滤料依次装填，单层滤层 厚度分别为IOcm和5cm，各装填3层。试验用水为人工合成废水，以（NH4)2SCk为基质， iW/彳-iV浓度为l〇〇mg/L，pH控制在7.8~8.2之间。溶解氧通过转子流量计和溶解氧测定仪 联合控制。各培养阶段操作运行条件见表3。反应器运行时的1~13d低负荷运行，第13d末将 水力停留时间从4h降低为2h，14~28d高负荷运行。
[0038]表3自养脱氮柱各阶段运行工况
[0040]第1~13d为低负荷运行阶段。进水氨氮浓度为100mg/L，水力停留时间为4h，滤速 为〇.2m/h，反应器中溶解氧控制在0.4mg/L。在第I阶段没有观察到明显的亚氮积累 (M): ),表明亚硝化细菌为厌氧氨氧化菌解除了溶解氧抑制，两种细菌耦合 成功。随着滤料表面的微生物不断适应引得环境，滤柱的总氮去除率及负荷也随之不断提 高，反应器运行到13d时，已连续5d氨氮总氮去除率大于90%，总氮去除率大于75%，表明滤 柱已初步启动成功。
[0041 ]第14~28d为高负荷运行阶段，将滤柱的水力停留时间从4h缩短至2h，滤速增加为 0.4m/h，溶解氧控制在0.8mg/L。由于环境的突然改变，反应器内总氮去除率及总氮去除负 荷下降。随着微生物的增值和对新环境的适应，总氮去除率及总氮去除负荷逐渐提高，到了 第28d，氨氮和总氮去除率已连续5d大于90%和75%，表明滤柱已初步启动成功。
【主权项】
1. 一种启动全程自养脱氮滤柱的方法，其特征在于，包括如下步骤： 按照1:3~3:1的质量比取亚硝化生物滤柱和厌氧氨氧化生物滤柱的滤料，按亚硝化滤 料、厌氧氨氧化滤料的顺序依次排布两种滤料，每层滤料厚度为1~30cm，滤层共2~60个； 滤柱底部设置进水口和曝气装置；以合成废水作为进水基质，进水NH/-N浓度为80~120mg/ L，投加 NaHC03将基质pH控制在7.6~8.2之间；溶解氧通过转子流量计和溶解氧测定仪联合 控制； 根据进水负荷的不同分为以下两个阶段： 阶段I为低负荷适应阶段:接种初期，水力停留时间HRT为2~6h，滤速为0.1~0.3m/h， 通过调节气体流量计使得滤柱中溶解氧在0.2~0.5mg/L，当反应器连续5天以上氨氮去除 率大于90%，总氮去除率大于75%时，认为微生物已经适应了反应器的水力条件，滤柱初步 启动成功； 阶段II为负荷提高阶段：；保持进水NH/-N浓度不变，缩短水力停留时间HRT至1~3h，滤 速为0.2~0.6m/h;通过提高曝气量来使得反应器溶解氧在0.4~1. Omg/L之间；当反应器连 续5天以上氨氮去除率大于90%，总氮去除率大于75%时，认为全程自养脱氮滤柱启动成 功。
【专利摘要】一种启动全程自养脱氮滤柱的方法属于废水自养脱氮领域。其步骤为：按1:3～3:1的质量比取亚硝化生物滤柱和厌氧氨氧化生物滤柱的滤料，依次排布两种滤料，在限氧连续流条件下启动自养脱氮滤柱。首先，在低负荷条件下启动全程自养脱氮滤柱，随着滤柱内微生物对环境的不断适应，滤柱的处理能力不断提高，直到氨氮基本被去除。随后进入高负荷培养阶段，采用保持进水基质浓度不变、缩短水力停留时间的方式来提高进水氨氮负荷，强化滤柱的处理性能。相比于传统自养脱氮滤柱的启动方式，本方法具有启动快速，总氮去除负荷高，厌氧氨氧化菌用量少等优点。
【IPC分类】C02F3/30, C02F101/16
【公开号】CN105540840
【申请号】CN201510921104
【发明人】李冬, 赵世勋, 关宏伟, 张艳辉, 曾辉平, 张 杰
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月12日