常温低氨氮SBR亚硝化启动策略研究

中国环境科学2013,33(2)：215~220ChinaEnvironmentalScience常温低氨氮SBR亚硝化启动策略研究李冬1*,刘丽倩1,吴迪1,张功良1,高伟楠1,张昭1,张杰1,2(1.北京工业大学,水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京100124；2.哈尔滨工业大学,城市水资源与水环境国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150090)摘要：分析了不同接种污泥下,不同启动策略以及不同水质下SBR反应器亚硝化的启动.研究发现,控制低溶解氧(DO为0.30mg/L)条件,接种具有一定亚硝化效果的污泥,能在短时间内实现亚硝化的启动;而接种全程硝化污泥在29d(58个周期)的培养中都未出现亚硝酸盐的积累.而通过高、低溶解氧交替培养的模式,接种全程硝化污泥的反应器也能在27d(54个周期)内达到60%以上的亚硝化率.接种全程硝化污泥,控制低溶解氧(DO为0.30mg/L),用不同C/N的水质驯化污泥.其中使用C/N为0.40~0.93的A/O生物除磷工艺二级出水作为进水的反应器在32个周期的培养中出水未出现亚硝酸盐的积累;而使用C/N比在3.50~5.34范围内的小区化粪池水能实现亚硝化的快速启动.关键词：常温；亚硝化；SBR；启动；低氨氮中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2013)02-0215-06Thestart-upstrategyofshortcutnitrificationinSBRunderlowammoniaatroomtemperature.LIDong1*,LIULi-qian1,WUDi1,ZHANGGong-liang1,GAOWei-nan1,ZHANGZhao1,ZHANGJie1,2(1.KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China；2.StateKeyLaboratoryofUrbanWaterResourceandEnvironment,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China).ChinaEnvironmentalScience,2013,33(2)：215~220Abstract：Thestart-upofnitrosationinSBRwasanalyzedwithdifferentseedingsludgestrategyandinfluent.Theresultsshowedthequicklystartupofnitrosationwhenseedingnitrosationsludgewithlowdissolvedoxygen(DO=0.30mg/L)andnoaccumulationofnitritewhenseedingnitrificationsludgeafter29days(58cycels)operation.Therateofnitrosationcouldbeabove60%in27days(54cycles)whenalternativehigh-lowdissolvedoxygenwasadopted.Nonitritewasaccumulatedwhenseedingnitrificationsludgeunderlowdissolvedoxygen(DO=0.30mg/L),withtheeffluentofA/ObiologicalphosphorusremovalprocesswiththeC/Nof0.40~0.93after32cycles,whilethestart-upofnitrosationwasrealizedwiththeinfluentfromseptictankswiththeC/Nof3.50~5.34.Keywords：roomtemperature；shortcutnitrification；SBR；start-up；lowtemperature亚硝化-厌氧氨氧化是近几年来出现的一种新型生物脱氮技术.与传统生物脱氮技术相比,具有耗氧量低、无需外加碳源、运行费用低等诸多优势[1-2].亚硝化,作为厌氧氨氧化的的前处理工艺,对于其能否成功应用于常温条件下的生活污水具有重要意义.近年来国内外学者对亚硝化生物脱氮研究取得了很多成果.但是大部分以消化上清液[3-4]、垃圾渗滤液[5]等高温、高氨氮的污水[6-7]为研究对象.随着亚硝化工艺的广泛推广应用,其在常温、低氨氮污水方面的研究也值得深入探索.本试验以常温、低氨氮的污水为研究对象,研究了不同接种污泥、不同启动策略以及不同水质下亚硝化的启动效率及效果对比,以期为常温下低氨氮污水亚硝化的快速启动提供技术方法及基础数据.1材料与方法1.1试验方案试验采用5个柱形有机玻璃容器,径深比约为1:1,体积均为35L,通过对比实验,研究不同接种污泥、不同限氧策略、不同水质对于常温收稿日期：2012-05-07基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0008);国家科技重大专项-水专项(2012ZX07202-005);城市水资源与水环境国家重点实验室开放基金(QAK201005)*责任作者,教授,[e-mail]216中国环境科学33卷低氨氮条件下亚硝化启动的影响,具体如表1所示.表1试验用反应器及试验方案Table1Theparametersoffourreactors反应器项目1#2#3#4#5#接种污泥来源北京市A污水处理厂硝化污泥北京市B污水处理厂硝化污泥同2#同2#同2#初始性状限氧即有亚硝化效果限氧下无亚硝化效果同2#同2#同2#实验用水人工配水人工配水人工配水北京市某小区化粪池水经A/O除磷工艺处理后出水北京市某小区化粪池出水启动策略限氧限氧高-低梯度限氧限氧限氧溶解氧(mg/L)0.300.300.70~0.300.300.30C/N无COD无COD无COD0.40~0.933.50~5.34温度(℃)22.1±2.022.1±2.022.1±2.025.1±0.725.4±0.7运行方式SBRSBRSBRSBRSBR沉淀时间(h)111111.2试验用水试验中1#、2#、3#反应器用水为人工模拟的污水,在自来水中投加(NH4)2SO4、NaHCO3(补充碱度)以及适量微量元素.4#反应器用水为北京市某小区化粪池水经A/O除磷工艺处理后出水,5#反应器用水为北京市某小区化粪池出水.各水质如表2所示.表2试验用水水质(mg/L)Table2Thewaterqualityoftheinfluent(mg/L)项目北京某小区化粪池出水北京某小区化粪池水经A/O除磷工艺处理后出水人工配水NH4+-N79.5±17.466.0±24.185.0±5.0NO2--N0.1±0.12.4±2.40NO3--N2.2±2.22.0±2.00COD303.12±35.0043.05±12.3501.3分析项目与方法氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等均采用国标法测定.反应器设置在线监测仪器,实时监测、控制溶解氧(DO)、pH等.DO、pH值、ORP、电导率等采用WTW便携式测定仪Multi3430i及在线监测仪Oxi296、pH296等.反应器每天运行2个周期,通过实时监控系统控制,利用氨氮完全氧化出现pH值拐点[8],在氨氮完全氧化时停止曝气,结束周期,以防止延时曝气.定义亚硝化率为反应过程中生成的亚硝酸盐氮与生成的亚硝酸盐氮、硝酸盐氮之和的比值,计算公式如(1)所示.以亚硝化率连续7个周期超过90%作为亚硝化启动成功标志.亚硝化率(%)=223NONONO100%+CCC−−−Δ×ΔΔ(1)式中:2NOC−Δ,3NOC−Δ分别为进出水亚硝酸盐氮,硝酸盐氮的浓度差,mg/L.定义氨氮转化负荷为单位质量的污泥单位时间内,转化为亚硝酸盐或者硝酸盐的氨氮质量,单位为kgN/(kgMLSS⋅d).周期实验及接种污泥初始亚硝化率按如下方法进行:取少量接种污泥于1L烧杯中,加入自来水1L、(NH4)2SO4、NaHCO3(补充碱度)适量,搅拌均匀,使污泥浓度达到3000mg/L左右,氨氮浓度为(75.0±5.0)mg/L,pH值在7.50~8.00范围内,温度为室温(22.1±2.0)℃.在烧杯底部安置连接气泵的曝气砂头若干,打开气泵曝气并控制烧杯内溶解氧浓度为0.30mg/L,每隔0.5h取水样测定氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度,并实时监测pH值、DO的变化直到氨氮完全消耗后停止曝气,其亚硝化率作为接种污泥的初始亚硝化率.2结果与讨论2.1反应器运行效果反应器1#~5#运行效果如图1~图5所示.2期李冬等：常温低氨氮SBR亚硝化启动策略研究2170510152025406080100亚硝化率亚硝化率(%)周期(个)04080120进水氨氮出水氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮浓度(mg/L)0.20.30.4氨氮转化负荷负荷[kgN/(kgMLSS·d)]0510152025图11#反应器运行效果Fig.1Theoperationalperformanceofreactor1010203040506004080120160200浓度(mg/L)周期(个)进水氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮0.000.020.040.060.080.10氨氮转化负荷负荷[kgN/(kgMLSS·d)]图22#反应器运行效果Fig.2Theoperationalperformanceofreactor21#反应器接种污泥来自北京市A污水处理厂硝化污泥,采用人工配水,接种后直接限氧运行,控制溶解氧浓度为0.30mg/L.其接种污泥初始亚硝化率为50%,说明该接种污泥具有一定的亚硝化性能.可利用AOB与NOB对溶解氧的亲和力不同,通过限氧控制,实现初步的亚硝酸盐氮积累.在1~14周期里,污泥处于低氧条件的适应期,沉降效果下降,处理效果并不稳定.随着在限氧条件下的持续驯化,亚硝化率逐渐升高.在经过14个周期(7d)的驯化后,氨氮基本完全氧化,同时亚硝化率从初始的50%上升至90%,并此后一直稳定维持在90%以上,氨氮转化负荷从0.181kgN/(kgMLSS⋅d)上升到0.381kgN/(kgMLSS⋅d).1#反应器通过人工配水,进水氨氮浓度(85.0±5.0)mg/L,在全程限氧的启动策略下,实现了常温条件下21个周期(10d)的亚硝化快速启动.这比彭赵旭等[9]试验中SBR反应器通过接种初始亚硝酸盐积累率为28%的活性污泥,控制低溶解氧及反应时间,运行60个周期后达到50%以上的亚硝化率,160个周期后接近80%的亚硝化率要快很多.020406080100020406080100亚硝化率亚硝化率(%)周期(个)04080120160进水氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮浓度(mg/L)DO=0.3mg/LDO=0.7mg/L0.00.10.2氨氮转化负荷负荷[kgN/(kgMLSS·d)]020406080100图33#反应器运行效果Fig.3Theoperationalperformanceofreactor30510152025300306090120150浓度(mg/L)周期(个)进水氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮图44#反应器运行效果Fig.4Theoperationalperformanceofreactor40510152025300306090120150亚硝化率亚硝化率(%)周期(个)020406080100进水氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮浓度(mg/L)0.020.040.060.08氨氮转化负荷负荷[kgN/(kgMLSS·d)]051015202530图55#反应器运行效果Fig.5Theoperationalperformanceofreactor5△亚硝酸盐氮:进出水亚硝酸盐氮浓度差