一种膜生物反应器处理生活污水亚硝化快速启动的方法

摘要

一种膜生物反应器处理生活污水亚硝化稳定运行的方法属于城市污水处理工程领域，其主要步骤为：首先接种城市污水厂回流污泥，采用高氨氮SBR限氧低DO的运行策略，对硝化污泥进行驯化，之后转为连续流运行，通过逐步降低基质浓度的方法，使氨氮浓度接近实际生活污水浓度，然后按不同比例引入生活污水，最后全部转为生活污水。在生活污水运行阶段，通过调节溶解氧和HRT等参数，控制氨氮氧化率在60%以上，出水NO

说明书

技术领域

本发明涉及一种实用型的污水生物脱氮技术，即采用膜生物反应器，通 过控制污水中氨氮氧化为亚氮的比例，实现部分亚硝化，为城市生活污水的 厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺提供适宜的进水以实现自养脱氮。

背景技术

我国是全球人均水资源最贫乏的国家之一，特别是近几十年来，随着城 市化、工业化进程的加快，更加剧了水资源危机，给人们的生产生活带来了 严重的灾难，而氮磷的污染更成为污水处理的重中之重。现在大多数污水厂 仍依靠传统的硝化反硝化进行脱氮，其面临着碳源不足以及脱氮和除磷争夺 碳源的问题，导致出水N、P不达标。

ANAMMOX技术是目前最经济的污水生物脱氮途径，它是微生物在厌氧 或缺氧条件下以氨氮为电子供体，亚硝酸盐氮为电子受体，将其转化为氮气 的过程。与传统硝化反硝化脱氮相比，厌氧氨氧化具有耗氧量低、运行费用 低、无需外加碳源、容积负荷高等优点。无论在经济、运行，还是脱碳效果 上，ANAMMOX技术都具有较高的应用价值和开发潜力。

而作为ANAMMOX工艺前体工艺的亚硝化工艺是实现ANAMMOX工艺 稳定脱氮的关键。亚硝化是在有氧条件下，通过氨氧化菌（AOB）将氨氮转 化为亚硝酸盐氮的过程。通过控制运行条件，实现出水NO₂^--N/NH₄⁺-N为 1.32:1，为ANAMMOX工艺提供进水。

膜生物反应器（Membrane Bioreactor，MBR）是近年来新兴的污水处理 反应器，其不但可使反应器内保持较高的生物浓度，同时具有较强的耐冲击 负荷的能力，且处理水质好。如能将MBR与生活污水亚硝化相结合，通过探 索其影响因素并实现稳定运行，将为全程自养脱氮提供技术和参数支持。

发明内容

本发明的目的在于采用膜生物反应器，通过改变运行参数，逐步实现对 生活污水亚硝化的稳定运行，为ANAMMOX工艺提供适宜比例的进水，同时 为我国水环境污染治理和恢复提供理论和参数指导。

本发明是在常温（23℃～25℃）条件下，首先以高氨氮间歇运行的方式来 实现常温亚硝化的快速启动，之后转为连续流运行，采用逐步降低基质的方 法使氨氮浓度接近生活污水，然后按比例逐步引入生活污水，通过调节HRT、 曝气量等参数，实现常温生活污水MBR半亚硝化，具体操作步骤如下：

1高氨氮SBR启动阶段

将取自城市污水厂的回流污泥投入反应器装置中，其MLSS为10.7g/L， MLVSS为6.3g/L。采用高氨氮SBR限氧低DO的运行策略对硝化污泥进行驯 化，常温条件下运行，进水氨氮浓度为200±10mg/L，碱度2000±100mg/L（以 CaCO₃计），pH为7.8～8.0，DO≤0.5mg/L，污泥龄20d。运行参数为：进水 5min，曝气4.5h，沉淀30min，排水5min，换水比83.3%，每天运行4个周 期，此阶段亚氮积累率不断上升。为更好地富集AOB菌，抑制NOB菌，以 亚氮积累率超过90%且稳定运行15个周期以上为结束标志。

2SBR转连续流运行阶段

高氨氮SBR启动成功之后，反应器改为连续流运行。在此阶段，反应器 中安装在线pH、DO等仪器，实时监测反应器内的参数。

3降基质阶段

反应器运行方式改为连续流后，逐步降低基质浓度，共分三个阶段：第 一阶段，进水氨氮浓度为200±10mg/L，碱度2000±100mg/L（以CaCO₃计）， 运行10天；第二阶段，进水氨氮浓度降为150±10mg/L，碱度1500±100mg/L （以CaCO₃计），运行10天；第三阶段，进水氨氮浓度降为100±10mg/L， 碱度1000±100mg/L（以CaCO₃计），运行10天。本阶段中，温度20～25℃， HRT为4～5h，DO为0.2～0.5mg/L；

4生活污水引入阶段

生活污水的引入也是分三个阶段进行，因实验所用生活污水的氨氮浓度 约为100mg/L，因此配水时，氨氮浓度也定为100mg/L。第一阶段，配水氨氮 浓度100±10mg/L，碱度1000±100mg/L（以CaCO₃计），同时引入生活污水， 且V_配:V_生活=2：1，运行10天；第二阶段，配水不变，V_配:V_生活=1：2，运行 10天；第三阶段，全部引入生活污水。本阶段中，温度20～25℃，HRT为4～5h， DO为0.2～0.5mg/L；

本发明与传统城市污水脱氮处理方法相比较，具有以下优点：

1）本发明将膜生物反应器与部分亚硝化工艺相结合，解决了传统活性 污泥法不易培养长泥龄微生物、处理负荷低等问题，且最终应用于城市生 活污水中，运行稳定，工艺流程短且处理效率高，能够为ANAMMOX工艺 提供适宜比例的进水。

2）本发明对硝化污泥采用SBR高氨氮预驯化的方法，快速启动了亚硝 化并且具有较高的活性，然后转为连续流，并通过降基质、按比例引入生 活污水等步骤，思路清晰，操作简便，实现了常温城市生活污水部分亚硝 化的快速稳定运行。

附图说明

图1是膜生物反应器装置示意图

图2是SBR启动阶段三氮及亚氮积累率的效果图

图3是连续流运行阶段三氮及其比值的效果图

具体实施方式

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。

具体操作步骤如下：

实验接种污泥为城市污水厂的回流污泥，初始硝化性能良好，在高氨氮 SBR驯化阶段，氨氮浓度采用(NH₄)₂SO₄配置，碱度采用NaHCO₃配置，进水 氨氮浓度为200±10mg/L，碱度2000±100mg/L（以CaCO₃计），温度为23～25 ℃，pH为7.8～8.0，DO为0.2～0.5mg/L，HRT为4.5h，采用定时装置，每天 运行4个周期。在前4个周期内，出水硝氮逐步上升，最高达到68mg/L，之 后硝氮浓度逐渐降低；整个驯化阶段，出水氨氮浓度不断降低，亚氮生成量 和亚氮积累率不断上升，在第22个周期时，亚氮积累率达到90%，之后18 个周期内，一直稳定在90%以上，认为SBR亚硝化初步启动成功。整个驯化 阶段共运行10天。

反应器装置参看图1，该反应器为完全混合式反应器，有效容积为3L， 内置聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜组件，底部安装曝气环，上部采用液位 控制器保持液面恒定，反应器内设置WTW在线监测仪，实时监测各项参数， 同时设置搅拌器，以提供泥水混合动力，进出水采用蠕动泵控制。

图2为高氨氮SBR启动阶段的三氮及亚氮积累率图。

转为连续流后，依据驯化阶段的参数，HRT初步定为4.5h，氨氮浓度首 先设为200±10mg/L，碱度2000±100mg/L（以CaCO₃计），运行10天，在 此阶段，随着污泥对反应器的适应，氨氮去除率不断上升，后期稳定在50% 左右，亚氮积累率一直稳定在91%以上，平均值为94.63%，此阶段温度为23～25 ℃，pH为7.8～8.0，DO为0.05～0.15mg/L，HRT为4.3h；之后降低氨氮浓度 至150±10mg/L，碱度1500±100mg/L（以CaCO₃计），运行10天，在此过 程中，氨氮去除率明显上升，平均值为62%，亚氮积累率为93.27%，温度为 23～25℃，pH为7.8～8.0，DO为0.05～0.2mg/L，HRT为4.6h；接着氨氮浓度 降为100±10mg/L，碱度1000±100mg/L（以CaCO₃计），同样运行10天， 氨氮去除率继续上升，均值为81.08%，因基质浓度突然降低，在起始的两天， 出水硝氮浓度较高，亚氮积累率有所下降，随后亚氮积累率迅速上升，后期 亚氮积累率均值为96.05%，此阶段温度为23～25℃，pH为7.6～7.8，DO为 0.05～0.2mg/L，HRT为4.4h。

配水氨氮浓度降至100mg/L后，开始逐步引入生活污水，实验用水以北 京工业大学教工家属西区生活污水作为原水，原水水质为：NH₄⁺-N为 70-100mg/L，NO₂^--N<1.0mg/L，NO₃^--N<1.0mg/L，COD为240-460mg/L，总 磷为5.0-8.5mg/L，pH值为7.0-8.0。

该过程共分三个阶段。第一阶段，V_配:V_生活=2：1，由于引入了COD，且 曝气量不变，因此氨氮去除率有所下降，但亚氮积累率基本不变，均值为 95.81%，此阶段，温度为23～25℃，pH为7.6～7.9，DO为0.05～0.3mg/L，HRT 为4.4h，运行10天；第二阶段，V_配:V_生活=1：2，为了提高COD的去除率， 实验过程中适当增大HRT，同时增大曝气量，该阶段氨氮去除率不断上升， 亚氮积累率均值为95.98%，温度为23～25℃，pH为7.5～7.9，DO为 0.1～0.45mg/L，HRT为5.5h，运行10天；第三阶段，全部引入生活污水，该 阶段温度为23～25℃，pH为7.4～7.8，DO为0.15～0.5mg/L，HRT为5.6h，在 前期，COD和氨氮的去除率均有所波动，随即出水COD在50mg/L以下，后 期氨氮去除率在60%以上。此阶段运行时间较长，以亚氮积累率维持在95% 以上，出水NO₂^--N/NH₄⁺-N达到1.0～1.3，并保持稳定运行20天以上，认为膜 生物反应器实现了稳定的亚硝化。