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CN108946927B - 一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法 - Google Patents

一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法 Download PDF

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CN108946927B
CN108946927B CN201810665318.XA CN201810665318A CN108946927B CN 108946927 B CN108946927 B CN 108946927B CN 201810665318 A CN201810665318 A CN 201810665318A CN 108946927 B CN108946927 B CN 108946927B
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Abstract

本发明公开了一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法，包括如下步骤：S1：在污水处理厂好氧硝化段取活性污泥混合液适量，测定其污泥浓度(MLSS)值，并弃去上清液后用清水洗涤两遍，根据其MLSS值对其进行稀释和浓缩，使其污泥浓度保持在3000‑4000mg/L，填加适量污泥到反应器中；S2：添加模拟废水，对其氨氧化细菌活性与硝酸细菌活性活性进行比较；S3：根据比值选取合适处理方法，即是否进行污泥驯化，并添加相应浓度的硫化物，之后采用一定浓度的游离氨处理；与现有技术相比，本方法处理后的活性污泥能在较长一段时间内保持较高的亚硝态氮的累积，处理效果较好，不易产生硝酸细菌(NOB)的活性回弹，抑制效果较为明显。

Description

一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法
技术领域
本发明属于生物污水处理技术领域，具体涉及一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法。
背景技术
污水处理是环境治理过程中的重要问题之一，随着人们对于污水处理过程中能耗问题的关注，能量节省型污水处理方式越来越受到欢迎，如短程硝化反硝化工艺，该工艺通过控制硝化过程停留在亚硝酸盐阶段，一方面减少了曝气量，另一方面通过反硝化细菌直接将亚硝酸盐还原为氮气，减少了碳源的供给，是一种能量节省型的污水处理工艺，尤其是短程硝化与厌氧氨氧化工艺的结合，更是污水处理领域的前沿热点之一，其中短程硝化过程的有效进行是确保厌氧氨氧化过程的关键，但是短程硝化的反应过程较难控制，确保亚硝酸盐的累积是短程硝化的最终目的。
一般在溶解氧充足的条件下，硝酸细菌(NOB)的活性要高于氨氧化细菌(AOB)，亚硝酸盐会立即转化为硝酸盐，出水中亚硝酸盐的浓度极低，目前关于调控亚硝酸盐累积的相关研究主要集中在控制反应体系内污水的溶解氧、pH等，对硝酸细菌进行连续抑制，阻断亚硝酸盐转化为硝酸盐这一途径，另外近些年来人们发现部分物质如游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)、高氯酸ClO4 -，挥发性脂肪酸(VFA)等对硝酸细菌(NOB)的抑制作用要明显强于对氨氧化细菌(AOB)的抑制作用，从而能够控制亚硝态氮的累积，如：中国专利号：201010508420.2，公开日：2011年04月06日，公开了一种控制自由氨累积低温下SBR亚硝化-反亚硝化的实现方法，该发明涉及一种在较低温度(10℃-18℃)下，通过控制反应体系内自由氨(FA)的浓度从而抑制硝酸细菌(NOB)的活性，达到亚硝酸盐的累积；再如：中国专利号：201310347376.5，公开日：2013年11月20日，公开了一种低温条件下实现持久稳定亚硝酸盐积累的方法及装置，通过采用两级曝气以及调控曝气强度的方式驯化污泥，达到亚硝酸盐累积的效果，但是此类研究中一般需要较为复杂的过程控制，对于处理条件要求较为严格，且装置较为复杂，设备费用较高。目前，关于多种处理方法联合处理活性污泥形成有效的亚硝酸盐累积的报道较少出现。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法，能够产生稳定、长期的亚硝酸盐累积，为厌氧氨氧化等过程的有效进行提供条件。
本发明的技术方案如下：
一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法，包括如下步骤：
S1：在污水处理厂好氧硝化段取活性污泥混合液适量，测定其污泥浓度(MLSS)值，并弃去上清液后用清水洗涤两遍，根据其MLSS值对其进行稀释和浓缩，使其污泥浓度保持在3000-4000mg/L，填加适量污泥到反应器中；
S2：添加模拟废水，模拟废水水质为：25mg/L NH4Cl-N、25mg/L NaNO2-N以及250mg/L葡萄糖，不添加硝酸盐，控制反应器内溶解氧浓度在2.0mg/L，反应2小时，每隔20分钟取水样检测污水中NH4 +-N、NO3 --N、NO2 --N的含量，测定混合液中污泥生物质浓度(MLVSS)，并分别在污水中氨氮与亚硝态转化完全时对其氨氧化细菌活性(rAOB)与硝酸细菌活性(rNOB)进行计算，其中rAOB与rNOB可以表达如下式，单位为mg N/(g MLVSS h)，并对其氨氧化细菌活性(rAOB)与硝酸细菌活性(rNOB)活性进行比较；
Figure BDA0001705544880000021
Figure BDA0001705544880000022
S3：根据比值选取合适的处理方法，即是否进行污泥驯化，并添加相应浓度的硫化物，之后采用一定浓度的游离氨处理。
其原理在于氨氧化细菌(AOB)对一定浓度的硫化物的耐受性相较于硝酸细菌(NOB)更强，在去除硫化物处理后，氨氧化细菌能较快的恢复，从而占据优势种群地位，而硝酸细菌(NOB)对硫化物的耐受性差，活性容易被抑制，游离氨对于两类细菌的作用与此相类似，好氧污泥中氨氧化细菌(AOB)占据优势地位后，氨氮被氧化为亚硝态氮后无法及时的转化为硝态氮，造成出水中含有较高浓度的亚硝酸盐，两者联合处理活性污泥时具有较好的亚硝酸盐累积效果。
进一步的，当rAOB/rNOB>0.5，其处理方式如下：
(1)首先采用100-150mg/L Na2S-S处理，其添加方式为：投加一定量的Na2S，采用0.5mol/L的盐酸或者氢氧化钠调节pH至7.2，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间为3-5h，搅拌时保证45-60％活性污泥为悬浮状态，第二阶段，搅拌速度为800-900r/min，搅拌时间为7-10h，第三阶段，搅拌速度控制在500-700r/min，搅拌时间为2-3h，搅拌时保证50-65％活性污泥为悬浮状态，期间控制温度为25-45℃；
(2)向活性污泥体系中添加400-450mg/L NH4Cl-N，使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，此时体系中游离氨的浓度为25-32mg/L，反应器在25-30℃温度下，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.2-0.4L/min，搅拌速度为500-800r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，当NO2 --N的含量增多时，进行缺氧搅拌，搅拌速度为550-700r/min，处理1.2-2h后停止搅拌，水力停留时间45min，气浮处理为20-35min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液。
进一步地，当rAOB/rNOB<0.5时，其处理方式如下：
(1)将适量活性污泥投入到反应器中进行模拟废水培养，控制低溶解氧为1.0mg/L，温度为33-35℃，调节pH值为5.9-6.2，进行第一次进水，废水的进水量为反应器体积的60-75％，进行曝气处理，水力停留时间为7-8h，当反应器中的溶解氧的浓度上升到2.0mg/L，后，停止曝气处理，再次进水，废水的进入量为第一次废水量的进水体积的50-60％，进行沉淀25-35min，排水，第二次进水，采用连续进水出水方式，每次按照反应器体积的70％逐步进水，水力停留时间为6-12h，持续曝气4-6h，沉淀30-40min，进行周期培养驯化2-3d；
(2)采用100-150mg/L Na2S-S处理，其添加方式为：投加一定量的Na2S，采用0.5mol/L的盐酸或者氢氧化钠调节pH至7.2左右，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间为3-5h，第二阶段，搅拌速度为800-900r/min，搅拌时间为7-10h，第三阶段，搅拌速度控制在500-700r/min，搅拌时间为2-3h，控制温度为25-45℃；
(3)向活性污泥体系中添加400-450mg/L NH4Cl-N，使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，此时体系中游离氨的浓度为25-32mg/L，反应器在25-30℃温度下，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.2-0.4L/min，搅拌速度为500-800r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，当NO2 --N的含量增多时，进行缺氧搅拌，搅拌速度为550-700r/min，处理1.2-2h后停止搅拌，水力停留45min，气浮处理20-35min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液。与现有技术相比，本发明有益效果为：
(1)本发明通过对低氨氧化细菌活性的污泥进行氨氧化细菌的富集处理，以及联合硫化物和游离氨对好氧微生物的抑制作用，调控活性污泥中氨氧化细菌以及硝酸细菌的活性以及种群变化，产生较高的亚硝酸盐累积，无需复杂的运行参数控制，处理条件较易达到，能够较好的运用于当前的工程运用中；
(2)与现有技术相比，本方法处理后的活性污泥能在较长一段时间内保持较高的亚硝态氮的累积，处理效果较好，不易产生硝酸细菌(NOB)的活性回弹，抑制效果较为明显。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
具体实施方式
为进一步的了解本发明的内容，下面结合图1和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例是关于活性污泥在洗涤后浓缩或者稀释后具有较高氨氧化细菌活性的情况下，即rAOB/rNOB>0.5时，对其进行亚硝酸盐的累积的处理方法。
活性污泥为南京市某污水处理厂好氧段活性污泥，测定其活性污泥浓度为3500mg/L，无需进行稀释或浓缩，经清水洗涤两遍后保持原污泥浓度，测定其rAOB/rNOB值为0.58>0.5，无需进行氨氧化细菌的富集，同时以只进行相同浓度的游离氨处理的活性污泥系统作对比。
向反应器中添加Na2S使其浓度为100mg/L Na2S-S，投加一定量的Na2S，采用0.5mol/L的盐酸调节pH至7.2左右，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为3h，搅拌时保证45％活性污泥为悬浮状态，第二阶段，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为7h，第三阶段，搅拌速度控制在500r/min，搅拌时间为2h，搅拌时保证50％活性污泥为悬浮状态，期间控制温度为25℃，之后向活性污泥体系中添加400mg/L NH4Cl-N，并使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，相当于体系中游离氨的浓度为25mg/L，反应器在25℃温度下进行，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.2L/min，搅拌速度为500r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，当NO2 --N的含量增多时，进行缺氧搅拌，搅拌速度为550r/min，处理1.2h后停止搅拌，水力停留时间45min，气浮处理20min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液。
在反应器正常运行后1-6天内，经过硫化物及游离氨处理后的活性污泥系统，控制其溶解氧为1mg/L，其出水亚硝酸盐的累计率(出水亚硝态氮/出水亚硝态氮+硝态氮)逐渐上升至85％，并达到稳定，而只经过游离氨处理的活性污泥，其接种后活性污泥系统溶解氧保持与实验组大致相同，出水中亚硝态氮的累积率在前两天内上升维持在62％后逐渐下降到35％左右，在第11天达到稳定，结果表明硫化物以及游离氨混合处理能有效抑制硝酸细菌(NOB)的活性，使氨氧化细菌(AOB)成为优势种群，并达到较为稳定的亚硝酸盐累积效果，其达到稳定短程硝化的时间缩短了5天，且短程硝化效果更好。
实施例2
本实施例是在活性污泥有较低氨氧化细菌(AOB)活性的条件下，即rAOB/rNOB<0.5时，对其进行处理形成亚硝态氮的累积的处理方法。
活性污泥为南京市某污水处理厂好氧硝化反应段活性污泥，测定其污泥浓度为5200mg/L，用清水进行洗涤后按照比例将其活性污泥浓度稀释至3000mg/L，经过测定其rAOB/rNOB值为0.41<0.5，将适量活性污泥投入到反应器中进行模拟废水培养，控制低溶解氧为1.0mg/L，温度为35℃，调节pH值为6.2，第一次进水，废水的进水量为反应器体积的60％，进行曝气处理，水力停留时间为8h，当反应器中的溶解氧的浓度上升到2.0mg/L，后，停止曝气处理，再次进水，废水的进入量为第一次废水量体积的55％，进行沉淀35min，排水，第二次进水，采用连续进水出水方式，每次按照反应器体积的70％逐步进水，水力停留时间为12h，持续曝气6h，沉淀40min，进行周期培养驯化3d，向反应器中添加Na2S使其浓度达到150mg/L Na2S-S，并采用0.5mol/L的盐酸调节pH至7.2，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为5h，第二阶段，搅拌速度为900r/min，搅拌时间为10h，第三阶段，搅拌速度控制在700r/min，搅拌时间为3h，控制温度为45℃，之后向活性污泥体系中添加450mg/L NH4Cl-N，并使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，相当于体系中游离氨的浓度为32mg/L(这个是较高浓度)，反应器在30℃温度下，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.4L/min，搅拌速度为800r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，当NO2 --N的含量增多时，进行缺氧搅拌，搅拌速度为700r/min，处理2h后停止搅拌，水力停留45min，气浮处理35min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液添加氨氮浓度为80mg/L，COD为420mg/L的废水作为进水，进行正常的短程硝化处理。同时以只进行游离氨处理的活性污泥作为对照。
将实验组与对照组活性污泥分别接种到对应的SBR，设定曝气强度，控制其溶解氧在1-2mg/L之间，温度为20℃，水力停留时间(HRT)为6h，控制反应体系内pH在6.5-7.5之间，运行一段时间。
在反应器内接种后，使用硫化物与游离氨混合处理后活性污泥体系在1-7天内，其出水亚硝态氮的累计率(出水亚硝态氮/出水亚硝态氮+硝态氮)逐渐上升至81％，并达到稳定，而对照组，即只进行游离氨处理后的活性污泥体系，其出水中亚硝态氮的累积率在1-12d内逐渐上升到64％后逐渐下降至40％，实验结果表明硫化物以及游离氨混合处理能有效抑制硝酸细菌(NOB)的活性，能在较短的时间内达到相对较高的亚硝酸盐累积速率，相对于只进行游离氨处理后的活性污泥，其达到短程硝化的时间缩短了5天，且经过硫化物和游离氨联合处理后一周，反应器能够稳定运行。
实施例3
本实施例是在活性污泥有较高氨氧化细菌(AOB)活性的条件下，即rAOB/rNOB>0.5时，对活性污泥的处理过程。
活性污泥为南京市某污水处理厂好氧硝化反应段活性污泥，测定其污泥浓度为2600mg/L，用清水进行洗涤后按照比例将其活性污泥浓度浓缩至4000mg/L，经过测定其rAOB/rNOB值为0.62>0.5，无需进行氨氧化细菌(AOB)的富集，向反应器中添加Na2S使其浓度达到125mg/L Na2S-S，并采用0.5mol/L的盐酸调节pH至7.2，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1300r/min，搅拌时间为4h，搅拌时保证50％活性污泥为悬浮状态，第二阶段，搅拌速度为850r/min，搅拌时间为8h，第三阶段，搅拌速度控制在600r/min，搅拌时间为2h，搅拌时保证55％活性污泥为悬浮状态，期间控制温度为30℃，之后向活性污泥体系中添加425mg/L NH4Cl-N，并使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，相当于体系中游离氨的浓度为改为30mg/L，反应器在28℃温度下，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.3L/min，搅拌速度为700r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，当NO2 --N的含量增多时，进行缺氧搅拌，搅拌速度为650r/min，处理1.8h后停止搅拌，水力停留时间45min，气浮处理25min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液，添加氨氮浓度为40mg/L，COD为220mg/L的废水作为进水，进行正常的短程硝化处理，同时以只进行游离氨处理的活性污泥作为对照。
在反应器内正常运行后，使用硫化物与游离氨混合处理后活性污泥体系在1-7天内，其出水亚硝态氮的累计率(出水亚硝态氮/出水亚硝态氮+硝态氮)逐渐上升至89％，出水达到稳定，而对照组，即只进行游离氨处理后的活性污泥体系，其出水中亚硝态氮的累积率在1-11d内逐渐上升到72％后逐渐下降至52％，实验结果表明硫化物以及游离氨混合处理能有效抑制硝酸细菌(NOB)的活性，相对于游离氨处理后能在较短的时间内达到相对较高的亚硝酸盐累积速率，其达到稳定短程硝化的时间缩短了4天。
值得说明的是，对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述的功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。

Claims (2)

1.一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在污水处理厂好氧硝化段取活性污泥混合液适量，测定其污泥浓度MLSS值，并弃去上清液后用清水洗涤两遍，根据其MLSS值对其进行稀释和浓缩，使其污泥浓度保持在3000-4000mg/L，填加适量污泥到反应器中；
S2：添加模拟废水，模拟废水水质为：25mg/L NH4Cl-N、25mg/L NaNO2-N以及250mg/L葡萄糖，不添加硝酸盐，控制反应器内溶解氧浓度在2.0mg/L，反应2小时，每隔20分钟取水样检测污水中NH4 +-N、NO3 --N、NO2 --N的含量，测定混合液中污泥生物质浓度MLVSS，并分别在污水中氨氮与亚硝态转化完全时对其氨氧化细菌活性rAOB与硝酸细菌活性rNOB进行计算，其中rAOB与rNOB表达如下式，单位为mg N/(g MLVSS h)，并对其氨氧化细菌活性rAOB与硝酸细菌活性rNOB进行比较；
Figure FDA0002782699600000011
Figure FDA0002782699600000012
S3：根据比值选取合适处理方法，即是否进行污泥驯化，并添加相应浓度的硫化物，之后采用一定浓度的游离氨处理；
步骤S3所述处理方法中，rAOB/rNOB>0.5，其处理方式如下：
(1)首先采用100-150mg/L Na2S-S处理，其添加方式为：投加一定量的Na2S，采用0.5mol/L的盐酸或者氢氧化钠调节pH至7.2，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间为3-5h，搅拌时保证45-60％活性污泥为悬浮状态，第二阶段，搅拌速度为800-900r/min，搅拌时间为7-10h，第三阶段，搅拌速度控制在500-700r/min，搅拌时间为2-3h，搅拌时保证50-65％活性污泥为悬浮状态，期间控制温度为25-45℃；
(2)向活性污泥体系中添加400-450mg/L NH4Cl-N，使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，此时体系中游离氨的浓度为25-32mg/L，反应器在25-30℃温度下，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.2-0.4L/min，搅拌速度为500-800r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，NO2 --N的含量增多，进行缺氧搅拌，搅拌速度为550-700r/min，处理1.2-2h后停止搅拌，水力停留时间45min，气浮处理为20-35min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液；
步骤S3所述处理方法中，rAOB/rNOB<0.5，其处理方式如下：
(1)将适量活性污泥投入到反应器中进行模拟废水培养，控制低溶解氧为1.0mg/L，温度为33-35℃，调节pH值为5.9-6.2，第一次进水，废水的进水量为反应器体积的60-75％，进行曝气处理，水力停留时间为7-8h，反应器中的溶解氧的浓度上升到2.0mg/L，停止曝气处理，再次进水，废水的进入量为第一次废水量体积的50-60％，进行沉淀25-35min，排水，第二次进水，采用连续进水出水方式，每次按照反应器体积的70％逐步进水，水力停留时间为6-12h，持续曝气4-6h，沉淀30-40min，进行周期培养驯化2-3d；
(2)采用100-150mg/L Na2S-S处理，其添加方式为：投加一定量的Na2S，采用0.5mol/L的盐酸或者氢氧化钠调节pH至7.2，在厌氧条件下进行搅拌，第一阶段，使用磁性搅拌棒进行搅拌处理，搅拌速度为1000-1500r/min，搅拌时间为3-5h，第二阶段，搅拌速度为800-900r/min，搅拌时间为7-10h，第三阶段，搅拌速度控制在500-700r/min，搅拌时间为2-3h，控制温度为25-45℃；
(3)向活性污泥体系中添加400-450mg/L NH4Cl-N，使用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至8.1，此时体系中游离氨的浓度为25-32mg/L，反应器在25-30℃温度下，控制进水时间为15min，出水时间为12min，水力停留时间为25min，控制曝气量为0.2-0.4L/min，搅拌速度为500-800r/min，对NO2 --N的含量进行实时观察，NO2 --N的含量增多，进行缺氧搅拌，搅拌速度为550-700r/min，处理1.2-2h后停止搅拌，水力停留45min，气浮处理20-35min进行泥水分离，静置0.5h后排出上清液。
2.如权利要求1所述的一种实现污水亚硝酸盐累积的污泥快速培养方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用0.5mol/L的氢氧化钠调节pH至7.2。
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