一种通过好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的方法
【专利摘要】一种通过好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的方法，属于污水处理【技术领域】。包括以下步骤：1、关闭进出水系统，持续搅拌和曝气，使污泥处于好氧饥饿状态；2、好氧饥饿5-14天；3、恢复污泥活性。本方法利用了氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌对于好氧饥饿环境不同的饥饿敏感性，较高的NOB好氧衰减速率使得NOB大量衰亡，同时AOB不仅具有更强的饥饿维持能力，而且当环境适合细胞生长时，AOB较高的活性恢复速率也使其更加处于优势菌种地位；曝气时间和污泥龄的控制进一步实现了AOB优势菌种地位的长期维持。本发明具有操作简单、经济投入少、短程硝化实现迅速和短程效果稳定等优点。
【专利说明】一种通过好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用好氧饥饿处理活性污泥的方式快速实现城市污水短程硝化的方法，属于污水处理领域。
【背景技术】
[0002]由于自然环境的多变性和不确定性，生长于其中的微生物不可避免的会面临营养物质短缺的饥饿期，恶劣的饥饿环境考验着区域内各类微生物的生存，同时也为微生物种群的变化创造了条件。为保证细胞的长期维持，微生物进化出了各种饥饿应对机制，主要有改变细胞结构、缩小细胞尺寸、减少细胞维持的能量需求、形成胞内能量颗粒、改变细胞代谢途径等等。
[0003]硝化细菌是一类化能营养型细菌，主要包括氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)两类，它可以将NH4+转化为Ν02-、Ν02-转化为NO3-,在污水的脱氮过程中发挥着不可替代的作用。短程脱氮技术是将生物硝化过程控制在氨氧化阶段，而后直接进行反硝化，进而实现节能降耗的目的。短程硝化是短程脱氮技术的关键，而实现短程硝化的关键在于实现AOB的富集以及NOB的抑制和淘洗。
[0004]目前，用于实现短程硝化的方法主要有高温、高pH值、高浓度游离氨(FA)和高浓度游离亚硝酸(FNA)、低溶解氧(DO)、短SRT、曝气时间控制、缺好氧交替运行和投加抑制剂等。不过，以上的短程硝化实现方式均是在系统运行过程中创造一个适合AOB生长、抑制或减缓NOB生长的环境，并需要一定长度的淘洗时间，才能逐渐形成AOB种群丰度大于NOB的短程脱氮系统。然而，系统在这个阶段过程中并不稳定，一旦失去了严格地抑制NOB的环境，或者NOB适应了之前的抑制环境，NOB就可以开始迅速生长，破坏短程硝化的实现。
[0005]如果在系统启动运行之前，能够采用一种手段大大减少NOB的种群丰度，扩大两者的种群数量差异；在启动运行之后，AOB因其种群数量上和基因结构上的优势快速得以生长，这样就避免了常规短程硝化实现方法对于淘洗时间的要求，故而能够保证系统短程硝化的快速实现。
【发明内容】
[0006]本发明专利的目的在于提出了一套快速实现城市污水短程硝化的方法。本发明利用了氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌在好氧饥饿条件下衰减速率的差异及恢复运行过程中环境相应能力的不同，对于活性污泥采用好氧饥饿处理的方式，快速扩大了 AOB和NOB之间的活性差异；之后启动反应器，辅以曝气时间控制及污泥龄控制，从而快速实现了城市污水的短程硝化。
[0007]好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的试验装置，主要包括:一套SBR反应装置
(12)和在线pH、D0检测设备；如图1所示，SBR反应装置(12)置于一个磁力转子搅拌器(6)上，内部放置一个转子(7)便于反应器内部活性污泥的混匀；进水系统(5)、出水系统(I)、加药系统(2)、曝气系统(3)和取样系统(4)均设置在SBR反应装置顶部，其中进水系统、出水系统和加药系统均采用蠕动泵定时运行，曝气系统由气泵通过硅胶管与粘砂块(8)连接而成，粘砂块⑶位于SBR反应装置(12)内部；SBR反应装置(12)侧壁设置溢流管(13)和排泥管(14) ;D0探头(9)和pH探头(10)通过预留孔置于SBR反应装置(12)两侧，并通过数据线与主机(11)连接，可以实时记录反应器内部污泥反应情况。
[0008]好氧饥饿处理活性污泥快速实现城市污水短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009](I)好氧饥饿处理前，接种全程活性污泥，调试反应器保证各设备的正常运行；
[0010](2)好氧饥饿处理，关闭反应器的进水系统和出水系统，连续搅拌同时保持曝气系统的开启，不加有机物的情况下使活性污泥处于一种好氧饥饿的环境中，定期取样测定反应器内部的物质变化(一般为每天一测)，好氧饥饿的时间视污泥的性质而定，一般，当饥饿体系中的氨氮浓度大于等于30mg N.1时，可停止好氧饥饿处理，进入活性恢复阶段；
[0011](3)活性恢复处理，重新启动反应器，便于快速恢复氨氧化细菌活性；首先，将污泥进行离心清洗，去除好氧饥饿条件下产生的大量氮磷物质；然后开启反应器，按照事先设定好的程序运行SBR系统，每天运行4个周期，每个周期6h，分为进水、曝气、外加碳源缺氧搅拌、沉淀、出水和闲置六个阶段；恢复运行期间，通过每天排泥控制污泥龄为15-20天，同时为防止过曝气的现象出现，控制曝气时间小于氨氮全部氧化需要的时间，一般控制在
2-2.5h，定期取样测定每周期的污染物质去除效果和曝气结束后的亚硝酸盐积累率，以反映系统的短程硝化效果；当氨氮去除负荷达到饥饿前的水平时，可认为污泥的活性已经恢复，即活性恢复阶段结束进入稳定期。
[0012]本发明的技术原理在于:氨氧化细菌与亚硝酸盐氧化细菌表现出对于好氧饥饿环境具有不同的饥饿敏感性，亚硝酸盐氧化细菌较高的好氧衰减速率为迅速扩大两者的丰度差异提供了可能；同时氨氧化细菌不仅具有更强的饥饿维持能力，而且能够对环境发生的变化做出快速响应，当环境适合细胞生长时，细菌迅速合成细胞生长所需的酶类等物质，使细胞快速从饥饿维持机制中复苏，进入正常生长状态；同时曝气时间及污泥龄的控制，为进一步防止亚硝酸盐氧化细菌数量的增长提供了技术手段，从而快速实现了系统的短程硝化。
[0013]本发明利用好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的方法与现有的短程硝化实现技术相比，具有如下优点:
[0014](I)短程硝化的实现时间短。好氧饥饿处理快速扩大了 AOB和NOB之间的活性和丰度差异，重新启动后，系统能在I天到2天时间内快速出现NAR比较高的亚硝酸盐积累现象；
[0015](2)处理方法简单，无需额外设施。本方法利用的是硝化细菌对饥饿环境的响应差异，处理过程中无需外加抑制物质及其他控制设备，仅仅采用持续曝气的方式，给活性污泥营造一个好氧饥饿的环境即可；
[0016](3)经济投入成本低。本方法无需改变原有的装置和设备，也无需购买其它的控制仪器，主要能耗来源为曝气和搅拌。
[0017](4)改善污泥沉淀性能。好氧饥饿能够快速杀死活性污泥中丝状菌，迅速改善污泥的沉降性能。
[0018]本发明适用于新建的或需要升级改造的SBR工艺，可快速实现城市污水的短程硝化。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明在SBR中实施的装置结构示意图；
[0020]图中:1为出水管、2为加药管、3为曝气管、4为取样管、5为进水管、6为磁力转子搅拌器、7为转子、8为粘砂块曝气头、9为DO探头、10为pH探头、11为DO和pH主机、12为SBR装置、13为溢流管、14为排泥管；
[0021]图2为本发明【具体实施方式】中好氧饥饿前后硝化性能和亚硝酸盐积累率(NAR)的变化情况；
[0022]图3为本发明【具体实施方式】中好氧饥饿前后活性污泥的SV1、MLSS和f值变化情况。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和技术方案对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0024]参照图1所示为一种通过好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的试验装置的结构示意图，其中，3L的SBR主体装置(12)通过磁力转子搅拌器(6)搅拌混匀，内置一个6cm长的转子(7);反应器顶部设置进水系统(5)、出水系统(I)、加药系统(2)、曝气系统(3)和取样系统(4)，其中进水系统、出水系统和加药系统均采用蠕动泵定时运行，曝气系统通过硅胶管将气泵与粘砂块(8)连接而成；反应器侧壁设置溢流管(13)和排泥管(14) ;D0探头(9)和pH探头(10)通过预留孔置于反应器两侧，并通过数据线与主机(11)连接，实时记录反应器内部污泥反应情况。
[0025]参照图1所示的试验装置，按照如下步骤实现城市污水的短程硝化:
[0026](I)好氧饥饿前，取全程污泥接种反应器，接种后污泥浓度为5000mg.l-1左右，调试反应器各设备的正常运行；
[0027](2)好氧饥饿期间，关闭反应器的进水系统(5)和出水系统(I)，连续搅拌同时保持曝气系统(3)的开启，使活性污泥处于一种好氧饥饿的环境中，同时定期测定污泥浓度及SVI等污泥特性的变化。好氧饥饿时间控制在5-14天，具体视污泥特性而定，定时补充因蒸发所损失的水分，定期取样测定反应器内部的物质变化，当饥饿体系中的氨氮浓度接近于30mg N.L-1时，停止好氧饥饿处理，重新启动反应器，便于快速恢复氨氧化细菌活性；
[0028](3)活性恢复期间，首先，将污泥取出进行离心清洗，去除好氧饥饿条件下产生的大量氮磷物质；然后开启反应器的进水系统(5)，按照事先设定好的程序运行SBR装置，一天运行4个周期，一个周期6h，分为进水，曝气，外加碳源缺氧搅拌，沉淀，出水和闲置六个阶段。恢复运行期间，每天排泥10mL,控制污泥龄为15天，同时定期取样测定每周期的污染物质去除效果和曝气结束后的亚硝酸盐积累率，以反映系统的短程硝化效果。当氨氧去除负荷达到饥饿前的水平时，可认为污泥的活性已经恢复，即活性恢复阶段结束。
[0029]下面结合具体的实例对本发明中所述的方案作进一步介绍:
[0030]以发生污泥膨胀的分段进水多级A/0工艺的剩余污泥为试验对象，以某大学家属区排放的实际生活污水为试验用水(C0D = 166.11~232.54mg.?Λ ΝΗ4+-Ν = 58.38~69.32mg.L—1)，具体的，好氧饥饿处理前后系统的硝化性能、亚硝酸盐积累率变化情况和污泥的SV1、MLSS及f值变化情况分别见图2和图3所示。由图2可见，好氧饥饿前，系统的平均氨氮去除负荷达到了 10.88g N.m_3.h-1，平均亚硝酸盐积累率仅为13.8%，说明此时系统的硝化反应以全程硝化为主，AOB在系统中并不占优势。经过10天的好氧饥饿作用，系统的硝化菌群受到了极大的冲击，硝化性能下降明显。当系统中释放的氨氮浓度上升到30mgN.L—1时，停止好氧饥饿过程，按照进水-曝气-外加碳源缺氧搅拌-沉淀-出水-闲置的运行方式重新开启反应器，具体为进水20min、曝气120min、缺氧搅拌60min、沉淀90min、出水20min和闲置50min。恢复运行后，系统的硝化性能逐渐恢复，10天后系统的平均氨氮去除负荷上升到11.61g N.m_3.tT1，达到了饥饿前系统的硝化水平。同时可以看出，恢复阶段系统的亚硝酸盐积累率迅速上升，于第4天达到了 97%，并且长期稳定维持在95%以上，故而说明系统通过好氧饥饿快速实现了完全的短程硝化。
[0031]好氧饥饿对污泥的性能也有着明显的改善作用，由图3可见，饥饿前期，活性污泥的SVI达到171.32mL 处于污泥膨胀的状态，在好氧饥饿的十天内，SVI迅速下降，由初始的170mL.g_1快速下降到30mL.g_1,同时污泥浓度也由接种时的5200mg.L-1快速下降到3400mg吨―1，污泥沉淀性能改善效果和减量效果都十分明显。恢复运行后，污泥SVI开始上升，并最终稳定在IlOmL.g_1左右，污泥浓度在控制污泥龄的作用下稳定在3600mg.L-1左右。
[0032]由此可以看出，十天的好氧饥饿作用可以成功地将丝状菌膨胀污泥调整为具有良好沉降性能和短程硝化活性的活性污泥。
【权利要求】
1.好氧饥饿快速实现城市污水短程硝化的试验装置，其特征在于:主要包括:一套SBR反应装置(12)和在线pH、DO检测设备；如图1所示，SBR反应装置(12)置于一个磁力转子搅拌器(6)上，内部放置一个转子(7)便于反应器内部活性污泥的混匀；进水系统(5)、出水系统(I)、加药系统(2)、曝气系统(3)和取样系统(4)均设置在SBR反应装置顶部，其中进水系统、出水系统和加药系统均采用蠕动泵定时运行，曝气系统由气泵通过硅胶管与粘砂块(8)连接而成，粘砂块(8)位于SBR反应装置(12)内部；SBR反应装置(12)侧壁设置溢流管(13)和排泥管(14) ;D0探头(9)和pH探头(10)通过预留孔置于SBR反应装置(12)两侧，并通过数据线与主机(11)连接。
2.利用权利要求1的装置好氧饥饿处理活性污泥快速实现城市污水短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)好氧饥饿处理前，接种全程活性污泥，调试反应器保证各设备的正常运行； (2)好氧饥饿处理，关闭反应器的进水系统和出水系统，连续搅拌同时保持曝气系统的开启，不加有机物的情况下使活性污泥处于一种好氧饥饿的环境中，定期取样测定反应器内部的物质变化，好氧饥饿的时间视污泥的性质而定，当饥饿体系中的氨氮浓度大于等于30mg N.L-1时，停止好氧饥饿处理，进入活性恢复阶段； (3)活性恢复处理，重新启动反应器，便于快速恢复氨氧化细菌活性；首先，将污泥进行离心清洗，去除好氧饥饿条件下产生的大量氮磷物质；然后开启反应器，按照事先设定好的程序运行SBR系统，每天运行4个周期，每个周期6h，分为进水、曝气、外加碳源缺氧搅拌、沉淀、出水和闲置六个阶段；恢复运行期间，通过每天排泥控制污泥龄为15-20天，同时为防止过曝气的现象出现，控制曝气时间小于氨氮全部氧化需要的时间；当氨氮去除负荷达到饥饿前的水平时，认为污泥的活性已经恢复，即活性恢复阶段结束进入稳定期。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，步骤(3)每个周期的曝气时间控制在2-2.5h。
【文档编号】C02F3/12GK104163490SQ201410407427
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】彭永臻, 刘文龙, 苗圆圆, 王淑莹 申请人:北京工业大学