一種uasb內(nèi)強化厭氧氨氧化顆粒污泥的方法
【專利摘要】一種UASB內(nèi)強化厭氧氨氧化顆粒污泥的方法屬于城市生活污水脫氮處理與再生領(lǐng)域。本發(fā)明采用UASB反應(yīng)器，通過提高進水流量和回流比，經(jīng)過顆粒污泥形成階段、顆粒污泥強化階段、顆粒污泥穩(wěn)定階段，在70d內(nèi)，實現(xiàn)了總氮去除負荷達到6.5kgN/m3/d，平均粒徑為2.0mm，成功強化了厭氧氨氧化顆粒污泥，比王俊敏等（2011）利用UASB反應(yīng)器培養(yǎng)的厭氧氨氧化顆粒污泥的平均粒徑大1.27mm，總氮去除負荷高0.77kgN/m3/d。
【專利說明】一種UASB內(nèi)強化厭氧氨氧化顆粒污泥的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于城市生活污水脫氮處理與再生領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]厭氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation, ΑΝΑΜΜ0Χ)工藝是近幾年發(fā)現(xiàn)的新型生物脫氮技術(shù)，是指在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌直接以NH4+為電子供體，以N03_或NO2^為電子受體，將NH4+, N03_或N02_轉(zhuǎn)變成N2的生物學過程。因其具有可高負荷運行，節(jié)省曝氣、耗能少，無需外加有機碳源、無二次污染，剩余污泥產(chǎn)量低，運行、基建費用低等優(yōu)點，一經(jīng)問世就受到了世界各國的廣泛關(guān)注，具有很高的科學研究與實用價值。但厭氧氨氧化菌生長速率低，倍增時間長，加之傳統(tǒng)的活性污泥法與生物膜法由于污泥沉降性能差，易造成污泥流失，導致反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度降低，脫氮性能下降。研究表明，由于顆粒污泥沉降性能良好，不易被洗出，可使其內(nèi)部的微生物有效持留在反應(yīng)器內(nèi)，增加微生物濃度，提高脫氮效率。
[0003]目前普遍認為，水力剪切力是影響顆粒污泥形成和顆粒污泥性質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。叢巖等(2013)以好氧硝化顆粒污泥與厭氧氨氧化生物膜做為接種污泥，在缺氧條件下利用EGSB反應(yīng)器培養(yǎng)厭氧氨氧化顆粒污泥。通過調(diào)節(jié)HRT來培養(yǎng)顆粒污泥，反應(yīng)器運行80d后，培養(yǎng)出成熟的厭氧氨氧化顆粒污泥，平均粒徑0.556mm ;89d時，總氮去除負荷達
4.758kgN/m3/d。王俊敏等(2011)采用UASB，逐步降低HRT，經(jīng)過70天，HRT由1.26h縮短至0.14h,獲得的容積氮去除速率為5.73kgN/m3/d;在此工況下獲得的厭氧氨氧化污泥顆粒呈紅褐色，粒徑分布主要集中在0.5~0.9mm,平均粒徑為0.73mm。
[0004]雖然增大剪切力，即降低水力停留時間HRT，增大斷面流速，增加進水流量，可以加快并強化顆粒污泥的形成，但當污泥去除負荷達到一定程度穩(wěn)定后，繼續(xù)增大進水流量，會導致去除率下降，出水水質(zhì)惡化、不達標。利用UASB出水再回流的方法，不僅起到對原水稀釋的作用，最主要的是在不增加進水流量的前提下，增大斷面流速，從而提高水流剪切力，強化顆粒污泥，使已形成的顆粒污泥具有更好的沉降性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于在保證出水水質(zhì)的前提下，提供一種強化顆粒污泥的方法。
[0006]本發(fā)明是在28~32°C條件下，以人工配水為基礎(chǔ)用水，采用上部裝有填料，下部為活性污泥區(qū)的UASB為實驗裝置，進水基質(zhì)為氨氮和亞硝酸鹽氮，通過調(diào)整進水流量和出水回流比的運行策略來強化顆粒污泥的形成?？偟コ摵蔀榉磻?yīng)器單位體積每天所能去除的總氮質(zhì)量；回流比為出水回流流量與進水流量的比值；污泥濃度為取反應(yīng)器內(nèi)污泥混合液，稱干污泥重，干污泥重與污泥混合液體積的比值；SV2即2分鐘污泥沉降比，取自反應(yīng)器污泥置于量筒內(nèi)，2分鐘后污泥所占體積與取出污泥總體積的比值，即為2分鐘污泥沉降比；SV10即10分鐘污泥沉降比，取自反應(yīng)器污泥置于量筒內(nèi)，10分鐘后污泥所占體積與取出污泥總體積的比值，即為10分鐘污泥沉降比；具體步驟如下:[0007]—種UASB內(nèi)強化厭氧氨氧化顆粒污泥的方法，其特征是:在28°C~32°C條件下，試驗裝置包括進水裝置、主體反應(yīng)器UASB、回流裝置；UASB由底部布水區(qū)、中間反應(yīng)區(qū)、頂部三相分離器組成；反應(yīng)區(qū)徑深比為1:10~1:15，分為下部活性污泥區(qū)和上部填料區(qū)，下部活性污泥區(qū)和上部填料區(qū)體積比為1:1~2:1 ;
[0008]I)顆粒污泥形成階段，接種厭氧氨氧化絮狀污泥，連續(xù)流運行，進水基質(zhì)為氨氮和亞硝酸鹽氮，通過調(diào)整進水流量，控制反應(yīng)器的水力停留時間HRT在1.0~2.0h，控制反應(yīng)器的斷面流速在0.005cm/s~0.020cm/s ;若反應(yīng)器總氮去除率連續(xù)3d以上超過75%，則通過增加進水流量來提高斷面流速，每次提高不超過35%，直到反應(yīng)器的斷面流速提高到
0.0200~0.0300cm/s,當連續(xù)3d以上總氮去除負荷超過4.0kgN/m3/d時，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SV和平均粒徑，然后將污泥接回反應(yīng)器；若SV2減去SVlO的差值與SV2的比值不超過10%，污泥平均粒徑超過1mm，認為顆粒污泥形成；[0009]2)顆粒污泥強化階段，繼續(xù)提高斷面流速，增設(shè)回流裝置，保持出水回流比R=L 15~1.30，控制HRT在0.33~0.48h，控制反應(yīng)器的斷面流速在0.2000cm/s~
0.2900cm/s ;若反應(yīng)器總氮去除率連續(xù)3d以上超過75%，則提高斷面流速，每次提高不超過20%，直到反應(yīng)器的斷面流速提高到0.2900cm/s，連續(xù)3d以上總氮去除負荷穩(wěn)定在6.2kgN/m3/d~6.8kgN/m3/d時，且不再隨進水流量的增加而增加為止；每提高一次斷面流速，運行7d后，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑；若污泥濃度、平均粒徑較上一次提高斷面流速時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，且SVlO減小，但反應(yīng)器總氮去除負荷不再隨進水流量的增加而增加，則認為顆粒污泥強化階段成功；
[0010]3)顆粒污泥穩(wěn)定階段，固定進水流量不變，設(shè)定起始出水回流比R=L 45~1.55，每7d將污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，然后將污泥接回反應(yīng)器；若污泥濃度、平均粒徑較上一次提高回流比時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，而SVlO減小，則提高回流比，每次提高不超過20% ;直到R=2.05~2.15，測得污泥濃度、SVlO較上一次提高回流比時的污泥濃度、SVlO相差不超過1%~3%，且平均粒徑較上一次提高回流比時的平均粒徑相差不超過1%，認為顆粒污泥穩(wěn)定階段完成。
[0011]與現(xiàn)有強化厭氧氨氧化顆粒污泥的方法相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]1、厭氧氨氧化顆粒污泥經(jīng)強化后，粒徑更大，污泥沉降性能更好，抗水力沖擊能力更強，污泥流失現(xiàn)象明顯減弱，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度增加，脫氮性能增強。
[0013]2、提高剪切力，不是單純依靠提高進水流量，還利用了出水回流。在反應(yīng)器總氮去除負荷增加的同時，顆粒污泥性能也得到了更快的加強；當總氮去除負荷穩(wěn)定時，增大回流t匕，來提高水力剪切力，在保證出水水質(zhì)的前提下，強化顆粒污泥并達到穩(wěn)定狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明采用的UASB試驗裝置示意圖，UASB反應(yīng)器上部裝有聚乙烯辮帶式填料，為生物膜反應(yīng)區(qū)，下部為活性污泥區(qū)。
[0015]圖2是采用本發(fā)明方法的反應(yīng)器在整個實驗過程中總氮去除率TNR、總氮去除負荷ARR與出水回流比R隨時間變化圖，試驗中出水回流比R不斷增大，總氮去除率TNR、總氮去除負荷ARR先不斷增大，后到達穩(wěn)定狀態(tài)；到顆粒污泥強化階段成功后，總氮去除負荷平均達到6.5kgN/m3/d,;到顆粒污泥穩(wěn)定階段成功后，總氮去除負荷保持在6.5kgN/m3/d。[0016]圖3是采用本發(fā)明方法形成的顆粒污泥在培養(yǎng)皿，顯示污泥顆?；癄顟B(tài)較好，且污泥平均粒徑為2.0mm。
【具體實施方式】
[0017]實施例一:
[0018]試驗裝置主要分為進水裝置、主體反應(yīng)器UASB、回流裝置。UASB由底部布水區(qū)、中間反應(yīng)區(qū)、頂部三相分離器組成；反應(yīng)區(qū)徑深比為1:10~1:15，分為下部活性污泥區(qū)和上部填料區(qū)，體積比為1:1~2:1。 [0019]厭氧氨氧化顆粒污泥形成階段，采用連續(xù)流運行，進水氨氮和亞硝酸鹽氮濃度分別為100~130mg/L和110~140mg/L，起始HRT為1.90h，進水流量為70mL/min，反應(yīng)器的斷面流速為0.0148cm/s,采用連續(xù)流運行，連續(xù)運行3d后，總氮去除率超過75%，降低HRT為1.67h，進水流量為80mL/min，斷面流速為0.0169cm/s，繼續(xù)運行，6d后，總氮去除率連續(xù)3d超過75%，降低HRT為1.21h，進水流量為llOmL/min,斷面流速為0.0234cm/s，運行IOd后，總氮去除負荷連續(xù)3天超過4.0kgN/m3/d,平均值為4.34kgN/m3/d,將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SV和平均粒徑，得到SV2減去SVlO的差值與SV2的比值不超過10%，且污泥平均粒徑超過1mm，故顆粒污泥形成階段成功。
[0020]厭氧氨氧化顆粒污泥強化階段，采用連續(xù)流運行，進水氨氮和亞硝酸鹽氮濃度分別為45~55mg/L和70~80mg/L，保持回流比R=L 28。起始HRT為0.48h，進水流量為420mL/min,出水回流流量為540mL/min，反應(yīng)器的斷面流速為0.2000cm/s。連續(xù)運行3d后，總氮去除負荷連續(xù)三天超過5.0kgN/m3/d，平均值為5.33kgN/m3/d,總氮去除率連續(xù)3d超過75%，運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，得到污泥濃度、平均粒徑較上一次提高斷面流速時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，且SVlO減小。降低HRT為0.40，進水流量為504mL/min，出水回流流量為645mL/min，反應(yīng)器的斷面流速為
0.2442cm/s。連續(xù)運行3d后，總氮去除負荷連續(xù)3天超過6.0kgN/m3/d,平均值為6.5kgN/m3/d,總氮去除率連續(xù)3d超過75%，運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，得到污泥濃度、平均粒徑較上一次提高斷面流速時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，且SVlO減小。繼續(xù)降低HRT為0.33，進水流量為605mL/min，回流流量為774mL/min，反應(yīng)器的斷面流速為0.2900cm/s。連續(xù)運行3d后，總氮去除負荷穩(wěn)定在6.5kgN/m3/d左右。運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，得到污泥濃度、平均粒徑較上一次提高斷面流速時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，且SVlO減小。顆粒污泥平均粒徑接近1.4_。顆粒污泥性能加強，而反應(yīng)器總氮去除負荷不再升高，說明顆粒污泥強化階段完成。
[0021]厭氧氨氧化顆粒污泥穩(wěn)定階段，采用連續(xù)流運行，進水氨氮和亞硝酸鹽氮濃度分別為45~55mg/L和70~80mg/L，固定進水流量為605mL/min。起始回流比為1.5，回流流量為907.5mL/min，斷面流速為0.3211cm/s，連續(xù)運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，得到污泥濃度、顆粒污泥平均粒徑較上一次提高回流比時污泥濃度、顆粒污泥平均粒徑有所增長，且SVlO減?。惶岣呋亓鞅萊為1.8，回流流量為1089mL/min，斷面流速為0.3596cm/s，連續(xù)運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，得到污泥濃度、顆粒污泥平均粒徑較上一次提高回流比時污泥濃度、顆粒污泥平均粒徑有所增長，且SVlO減??；繼續(xù)提高回流比R為2.16，回流流量為1306.8mL/min，斷面流速為0.4059cm/s，連續(xù)運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，得到污泥濃度、顆粒污泥平均粒徑較上一次提高回流比時的污泥濃度、顆粒污泥平均粒徑有所增長，且SVlO減小，顆粒污泥平均粒徑為2.0mm ;繼續(xù)提高回流比R為2.59，回流流量為1566.9mL/min，斷面流速為0.4611cm/s，連續(xù)運行7d后，將活性污泥區(qū)污泥取出，測得污泥濃度、SVlO較上一次提高回流比時的污泥濃度、SVlO相差不超過1%~3%，且平均粒徑較上一次提高回流比時的平均粒徑相差不超過1%， 認為顆粒污泥穩(wěn)定階段完成。
【權(quán)利要求】
1.一種UASB內(nèi)強化厭氧氨氧化顆粒污泥的方法，其特征是:在28°C~32°C條件下，試驗裝置包括進水裝置、主體反應(yīng)器UASB、回流裝置；UASB由底部布水區(qū)、中間反應(yīng)區(qū)、頂部三相分離器組成；反應(yīng)區(qū)徑深比為1:10~1:15，分為下部活性污泥區(qū)和上部填料區(qū)，下部活性污泥區(qū)和上部填料區(qū)體積比為1:1~2:1 ; 1)顆粒污泥形成階段，接種厭氧氨氧化絮狀污泥，連續(xù)流運行，進水基質(zhì)為氨氮和亞硝酸鹽氮，通過調(diào)整進水流量，控制反應(yīng)器的水力停留時間HRT在1.0~2.0h，控制反應(yīng)器的斷面流速在0.005cm/s~0.020cm/s ;若反應(yīng)器總氮去除率連續(xù)3d以上超過75%，則通過增加進水流量來提高斷面流速，每次提高不超過35%，直到反應(yīng)器的斷面流速提高到0.0200~0.0300cm/s,當連續(xù)3d以上總氮去除負荷超過4.0kgN/m3/d時，將活性污泥區(qū)污泥取出，測定污泥濃度、SV和平均粒徑，然后將污泥接回反應(yīng)器；若SV2減去SVlO的差值與SV2的比值不超過10%，污泥平均粒徑超過1mm，認為顆粒污泥形成； 2)顆粒污泥強化階段，繼續(xù)提高斷面流速，增設(shè)回流裝置，保持出水回流比R=L15~1.30，控制HRT在0.33~0.48h，控制反應(yīng)器的斷面流速在0.2000cm/s~0.2900cm/s ;若反應(yīng)器總氮去除率連續(xù)3d以上超過75%，則提高斷面流速，每次提高不超過20%，直到反應(yīng)器的斷面流速提高到0.2900cm/s，連續(xù)3d以上總氮去除負荷穩(wěn)定在6.2kgN/m3/d~6.8kgN/m3/d時，且不再隨進水流量的增加而增加為止；每提高一次斷面流速，運行7d后，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑；若污泥濃度、平均粒徑較上一次提高斷面流速時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，且SVlO減小，但反應(yīng)器總氮去除負荷不再隨進水流量的增加而增加，則認為顆粒污泥強化階段成功； 3)顆粒污泥穩(wěn)定階段，固定進水流量不變，設(shè)定起始出水回流比R=L45~1.55，每7d將污泥取出，測定污泥濃度、SVlO和平均粒徑，然后將污泥接回反應(yīng)器；若污泥濃度、平均粒徑較上一次提高回流比時的污泥濃度、平均粒徑有所增長，而SVlO減小，則提高回流比，每次提高不超過20% ;直到R=2.05~2.15，測得污泥濃度、SVlO較上一次提高回流比時的污泥濃度、SVlO相差不超過1%~3%，且平均粒徑較上一次提高回流比時的平均粒徑相差不超過1%，認為顆粒污泥穩(wěn)定階段完成。
【文檔編號】C02F3/28GK103539260SQ201310477102
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】李冬, 何永平, 張肖靜, 梁瑜海, 張翠丹, 楊胤, 張玉龍, 吳青, 周元正, 蘇慶嶺, 門絢, 范丹, 姜沙沙, 梁雨雯, 路健, 王朗, 楊杰, 張金庫, 衛(wèi)家駒, 曾輝平, 張 杰 申請人:北京工業(yè)大學