一种城市污水厌氧氨氧化生物反应器快速启动方法

摘要

一种城市污水厌氧氨氧化生物反应器快速启动方法属于城市污水处理与资源化领域。本发明的目的在于解决现有城市污水生物脱氮能耗物耗高，以及厌氧氨氧化工艺应用于城市污水脱氮处理中存在启动困难的问题。本发明是通过在常温条件下，采用生物膜滤池系统，直接接种厌氧氨氧化菌，通过调整反应器的设备运行参数，使生物膜滤池系统满足厌氧氨氧化菌驯化和扩增的环境，并快速实现城市污水厌氧氨氧化生物自养脱氮反应器的成功启动。本发明将科学新发现的厌氧氨氧化生物自养脱氮简捷工艺反应器的快速启动，首次应用于城市生活污水的高效低耗脱氮处理中，具有反应器启动周期短，系统运行稳定，污水处理效果佳，成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及专用于常温条件下城市污水厌氧氨氧化生物自氧脱氮反应器快速启动的方法。

背景技术

传统的硝化/反硝化生物脱氮工艺在硝化阶段能耗巨大，若不考虑硝化过程中硝化菌的增殖，则氧化1g氨氮(NH₄⁺-N)为硝酸盐氮(NO₃^--N)将消耗4.57gO₂、7.14g碱度(以CaCO₃计)；反硝化阶段碳源需求量高，还原1gNO₃^--N需要2.86g可生物降解COD作为氢供体。目前，城市生活污水的C/N较低，生物脱氮处理所面临的最大问题是碳源不足，为达到脱氮效果必须额外投加碳源，从而导致污水处理的能耗和成本大大增加，这是制约我国城市污水处理和资源化的关键所在。

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，简称Anammox)，是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体，以亚硝酸盐(NO₂^--N)为电子受体，直接将氨氮和亚硝酸盐氮同时转化成氮气而释放到大气中，从而实现废水中氮素脱除的目的。由于厌氧氨氧化途径是在亚硝化(Nitrosification，又称短程硝化)基础上进行的生物自养脱氮，所以它与传统的硝化/反硝化脱氮工艺相比，具有耗氧量少、不需要碳源和污泥产量低等众多优点。因此，厌氧氨氧化是目前生物脱氮最为简捷的途径，可被视为一种可持续发展的生物脱氮工艺。有关它的研究已经成为国内外关注的热点。目前，有关厌氧氨氧化工艺的研究和应用，主要是针对污泥消化回流液和垃圾渗滤液等高温高氨氮废水，而对于常温条件下低氨氮城市污水厌氧氨氧化的研究尚处于探索阶段。厌氧氨氧化细菌生产速率十分缓慢，最大比生长速率为0.0027/h，倍增时间为11d，这就致使它的培养富集很困难，至少耗时数月。工艺启动期过长的问题，已经成为阻碍该简捷低耗工艺在城市污水脱氮处理中得以应用的主要瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于解决现有城市污水生物脱氮能耗物耗高以及厌氧氨氧化工艺应用于城市污水处理中存在启动困难的问题，而提供一种城市污水高效低耗生物脱氮工艺的快速启动方法。

本发明所提供的一种城市污水高效低耗生物脱氮工艺的快速启动方法，是在常温条件下，以城市污水厌氧/好氧生物除磷的二级出水(磷和有机物已经得到去除)为基础用水，采用生物膜滤池系统，直接接种厌氧氨氧化菌，通过调整反应器的设备运行参数，快速实现城市污水厌氧氨氧化生物自养脱氮反应器的成功启动。

具体步骤如下：

1)搭建生物滤池反应器

生物滤池的滤料可以是石英砂、陶瓷、火山岩等无机材料，也可以是塑料、纤维、树脂等有机材料，形状为粒状、波纹板、蜂窝形等。可以选择一种滤料，以同一种密度均匀布置，或采用不同密度布置，也可以是多种滤料分层布置。

安装蠕动泵装置，以控制生物滤池内的污水水流方向，污水水流方向可以采用下向流或上向流。

2)生物滤池接种厌氧氨氧化菌

将厌氧氨氧化菌菌种接入步骤1)搭建的生物滤池反应器中，根据不同的接种方式可以采用不同的运行方式，具体如下：

a、将厌氧氨氧化菌接入生物滤池反应器的上端，污水水流方向宜采用下向流，有利于厌氧氨氧化菌在下端填料上挂膜生长。

b、将厌氧氨氧化菌接入生物滤池反应器的下端，污水水流方向宜采用上向流，这样就有利于厌氧氨氧化菌在上端填料上挂膜并扩增。

c、将厌氧氨氧化菌均匀混入生物滤池的滤料中，污水水流方向可以采用上向流，也可以采用下向流，以实现厌氧氨氧化菌的增殖。

3)厌氧氨氧化菌驯化

在步骤2)基础上，运行生物滤池反应器。进水氨氮浓度控制在30mg/L，亚硝酸盐氮浓度控制在40mg/L，pH控制在8.0。同时，将滤速控制在0.5m/h较低的水平，以促进生物膜的稳定增殖。生物滤池出水回流至配水箱，循环利用，从而避免了厌氧氨氧化菌的流失。当该生物滤池的总氮负荷开始增长，即开始超过0.1kgN/(m³·d)时，认为厌氧氨氧化菌在生物滤池中驯化成熟。此阶段需要18天。

4)厌氧氨氧化菌快速扩增

在步骤3)基础上，生物滤池中的厌氧氨氧化菌开始进入快速扩增阶段，进水氨氮浓度控制在30mg/L，亚硝酸盐氮浓度控制在40mg/L，pH控制在8.0。同时，提高水力负荷，将滤速控制在2m/h。生物滤池出水仍回流至配水箱，循环利用，并避免厌氧氨氧化菌的流失。当启动生物滤池的总氮去除负荷达到2kgN/(m³·d)以上时，高于接种前小规模生物滤池的平均去除负荷，认为该生物滤池扩大化启动成功。此阶段需要42天。

与现有城市污水厌氧氨氧化工艺启动方法相比较，本发明具有以下有益效果：

本发明方法在常温条件下，采用直接接种方式启动厌氧氨氧化生物滤池，启动周期较现有方法大大缩短，可以减少50％以上的时间，即从现有的半年以上减少为两个月，这就解决了厌氧氨氧化工艺启动困难的关键问题，为厌氧氨氧化在城市污水的工程化应用提供了技术保障。这就使城市污水再生处理的成本费用大大降低成为可能，加快了污水资源化的进程，为缓解和解决水危机提供了技术支撑。

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。

实施例

试验以某小区生活污水经厌氧/好氧生物除磷二级处理出水为基础用水，具体水质如下：COD＝50～60mg/L，BOD₅≤15mg/L，SS≤30mg/L，NH₄⁺-N＝55～85mg/L，NO₂^--N≤0.25mg/L，NO₃^--N≤1.5mg/L，TP≤1mg/L，PH＝7.0～8.5。

厌氧氨氧化生物滤池处理后的出水水质如下：COD＜50mg/L；BOD₅＜10mg/L；SS＜10mg/L；NH₄⁺-N＜5mg/L，去除率95％以上；TN≤15mg/L，去除率90％以上；TP≤0.5mg/L；PH＝7.0～8.5。

具体处理如下：

1)搭建生物滤池

以有机玻璃为使用材质，加工成直径为20cm，高为3米的滤柱。滤柱最底层铺设20cm高粒径为1-2cm的鹅卵石，作为承托层，再添加150cm粒径为6-8mm的火山岩作为主反应区填料。以蠕动泵控制生物滤池的滤速。

2)进水水质预处理

以城市污水厌氧/好氧生物除磷二级处理出水为基础用水，投加亚硝酸钠提供厌氧氨氧化必需的NO₂^--N反应基质，投加自来水，将进水中的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度分别控制在30mg/L和40mg/L，通过pH在线控制仪来精确控制进水pH为8。

3)厌氧氨氧化菌驯化与快速扩增

将步骤2)中的出水引入步骤1)中搭建好的厌氧氨氧化生物滤池。将厌氧氨氧化菌种接入生物滤池的上方，生物滤池采用下向流，这样有利于厌氧氨氧化菌在生物滤池中稳定挂膜。在驯化阶段，通过调整蠕动泵的转速，将厌氧氨氧化生物滤池的滤速控制在0.5m/h，18天以后，该生物滤池的总氮负荷超过0.1kgN/(m³·d)，并呈增长趋势，这说明生物滤池内部接入的厌氧氨氧化菌已经适应了反应器内部的环境，并开始进入扩增阶段。在扩增阶段，增加蠕动泵的转速，使厌氧氨氧化生物滤池的滤速达到2m/h，这样，42天以后，生物滤池的总氮去除负荷达到2kgN/(m³·d)以上，并高于接种前小规模生物滤池的平均去除负荷，则认为该生物滤池扩大化启动成功。

4)厌氧氨氧化生物滤柱稳定运行

将厌氧氨氧化生物滤池的水流方向改为上向流，这样有利于及时排出系统中产生的氮气，避免因气堵而导致厌氧氨氧化反应基质传递受阻的现象。调整蠕动泵转速，将厌氧氨氧化生物滤池滤速控制在3m/h。生物滤池中的厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体，以亚硝酸盐氮为电子受体，将污水中的氨氮和亚硝酸盐氮一并转化为氮气。同时，由于生物滤池的物理过滤作用，污水中的SS也可以得到很好的去除。常温运行条件下，厌氧氨氧化生物滤池的出水中，氨氮为2mg/L，亚硝酸盐氮为0mg/L，硝酸盐氮为10mg/L。该水质优于城市污水一级A排放标准，满足再生水用户对水质的要求。