[发明专利]一种高DO条件下短程硝化反硝化颗粒污泥的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种高DO条件下短程硝化反硝化颗粒污泥的制备方法。

二、背景技术

随着氮素污染的加剧和人们环境保护意识的增强，废水脱氮日益受到人们的重视，其中生物脱氮技术由于其无可比拟的优势获得了长足的发展。在目前众多的污水脱氮新技术中，短程硝化反硝化是应用广泛和发展较快的新技术之一，它是将传统的硝化反应控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。与传统硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有以下优点：可节省供氧量约25％，能耗低；节省反硝化碳源约40％，在C/N比一定的情况下能提高对TN的去除率；减少污泥生成量约50％；减少硝化过程碱的需求量；反应时间短，可减少反应器容积。因此，短程硝化反硝化成为目前污水生物脱氮技术研究的热点。短程脱氮得以实现和稳定维持的关键是将硝化过程终止于NO₂^--N阶段，即短程硝化。利用氨氧化菌(亚硝酸菌)和亚硝酸盐氧化菌(硝酸菌)在生理特性上的差异，已经形成了诸多实现短程硝化的控制策略，主要包括高温、低溶解氧(DO)、高游离氨抑制、实时控制等。其中，控制DO浓度，使硝化过程控制在NH₃⁺-N氧化为NO₂^--N阶段，是实现亚硝酸盐积累的重要因素之一。因此，DO浓度是人们在短程硝化反硝化工艺中最为关注的指标之一。此外，国内外有关研究表明在常规条件下通过实时控制DO、pH以及氧化还原电位(ORP)等参数可以实现短程硝化，但是通常用于处理常规生活污水，虽然实时控制技术容易操作，但是在厌氧阶段硝酸盐氮的ORP变化拐点以及硝酸盐氮的pH变化峰点变化不明显，低C/N比条件下厌氧阶段的操作存在问题。

此外，研究表明NO₂^--N的累积通常伴随着大量N₂O的产生，尤其在短程硝化脱氮工艺中。N₂O是一种很重要的温室气体，其温室效应是CO₂的300倍左右；同时，它也会破坏臭氧层，从而对环境产生严重影响，导致N₂O释放的最主要因素是低DO浓度和高NO₂^--N浓度。而这两个正是通常用来实现短程硝化过程的最主要特征，因此控制DO实现短程硝化存在释放大量N₂O的潜在危害。

好氧颗粒污泥是微生物固定化技术的一种特殊形式，是从上世纪九十年代以来开始兴起的一种新型的废水生物处理技术，被认为是目前最有前途的污水处理工艺之一。与传统的活性污泥法相比，好氧颗粒污泥沉降性能更好，污泥浓度更高，更加能适应废水水质的突然变化；可使反应器中保持较高的容积负荷，并可大大缩小或省去二次沉淀池，减少污水处理系统的容积和占地面积，降低投资和运行成本；好氧颗粒污泥的分层结构使其具有微生物菌群的多样性，在降解有机碳的同时，具有同时脱氮除磷的功能。此外，颗粒污泥具有特殊的微生物结构和空间结构，即使在高DO条件下也可以同时具备厌氧区和好氧区，从而实现异养微生物、硝化细菌和反硝化细菌在不同颗粒层同时存在；而且高DO浓度也有利于减少N₂O的释放。

直接在高浓度NH₄⁺-N条件下制备颗粒污泥，存在高浓度游离氨的抑制作用，从而影响微生物的活性以及好氧颗粒化的发生。分子态游离NH₃对亚硝酸菌和硝酸菌都有抑制作用，但对硝酸菌更加敏感。已有研究表明，游离氨对硝酸菌和亚硝酸菌的抑制浓度分别0.1～1.0mg/L和10～150mg/L。当游离氨的浓度介于两者之间时，亚硝酸菌能够正常增殖和氧化，硝酸菌被抑制，就会发生亚硝酸的积累。因而，通过逐步提高氨氮选择压的方法，可以逐步提高游离氨的选择作用，从而逐步淘汰硝酸菌，同时可以避免高浓度游离氨的抑制作用，并能使形成的好氧颗粒污泥在实现亚硝酸盐富集的同时具有较高的反硝化能力和异养菌活性。

综合考虑短程硝化脱氮和N₂O的释放问题，寻找一种高DO浓度条件下制备短程硝化反硝化颗粒污泥以去除高浓度氨氮的方法就显得尤为重要。

三、发明内容

本发明的目的是在高DO浓度下制备得到一种处理高氨氮废水的短程硝化反硝化颗粒污泥。

本发明的技术方案是：在高DO浓度下通过逐步提高底物NH₄⁺-N浓度的策略制备亚硝化细菌和反硝化菌大量富集的好氧短程硝化反硝化颗粒污泥。具体步骤如下：