一种序批式间歇活性污泥反应装置及利用其富集硝化菌和反硝化菌的方法

技术领域

本发明属于污水处理控制领域，尤其涉及一种序批式间歇活性污泥反应装置及利用其富 集硝化菌和反硝化菌的方法。

背景技术

N₂O是大气中的一种重要的温室气体，其温室效应约为CO₂的310倍。另外，N₂O是目 前造成臭氧层破坏的主要原因，其在大气中的存在还能形成酸雨。已有研究表明，污水处理 的生物脱氮过程是N₂O的主要来源之一。因此，研究污水生物脱氮过程中N₂O的产生机理， 提出有效可行的N₂O减量化控制策略具有积极意义。

污水生物脱氮处理中，氮的去除主要通过微生物的硝化和反硝化反应。研究证明，硝化 过程和反硝化过程中均可产生N₂O以及NO和NO₂。要充分发挥硝化菌以及反硝化菌的作用 从而实现N₂O以及NO和NO₂的减量化，要解决的首要问题是对硝化菌和反硝化菌进行富集 培养，并调整运行条件以期达到最佳运行工况。

SBR工艺具有工艺流程简单，处理效果稳定，运行简便等优点，其基本原理是在好氧条 件下污水中的氨氮过程的运行工况通过硝化作用转化为硝酸盐氮及亚硝酸盐氮，在缺氧的条 件下通过反硝化及短程反硝化的途径转变为N₂。

传统N₂O以及NO和NO₂减量化控制策略大多数是在探索工艺的运行条件从而对硝化以 及反硝化过程进行改善，但是，这些控制措施在实现有害气体减量化的同时会对系统的脱氮 性能造成一定的不利影响。而对通过调整微生物种群结构并在此基础上合理调控运行工况从 而在保证高效脱氮的基础上实现N₂O以及NO和NO₂气体的减量化研究甚少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在保证高效脱氮的基础上实现N₂O以 及NO和NO₂气体减量化的序批式间歇活性污泥反应装置及利用其富集硝化菌和反硝化菌的 方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为:

一种序批式间歇活性污泥反应装置，它包括反应器，其特征在于，所述反应器的顶部采 用塑胶垫密封，所述序批式间歇活性污泥反应装置还包括磁力搅拌器、pH值测量指示器、溶 解氧测量指示器、鼓风曝气机、氮气供应管道、进水泵、出水泵及温度测量指示器；所述磁 力搅拌器设置于所述反应器的底部，所述pH值测量指示器、溶解氧测量指示器和温度测量 指示器分别用于测量所述反应器内液体的pH值、溶解氧值和温度值，所述进水泵和出水泵 分别用于所述反应器的加水或抽水，所述鼓风曝气机和氮气供应管道分别用于给所述反应器 供应空气和氮气。

上述方案中，所述序批式间歇活性污泥反应装置还包括进水桶和出水桶，所述进水泵放 置于所述进水桶内，所述出水泵放置于所述出水桶内。

上述方案中，所述序批式间歇活性污泥反应装置还包括用于控制所述反应器液位的液位 继电器。

一种利用序批式间歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法，它包括如下步骤：

1)将经驯化后的接种污泥转移到序批式间歇活性污泥反应装置中装有废水的反应器内；

2)采取好氧和缺氧交替运行的模式富集硝化菌和反硝化菌；

3)在硝化菌和反硝化菌具有高活性的条件下进一步优化运行工况；

4)在反应器优化后稳定运行的基础上改变加载因素C/N比以及DO值，对NO、NO₂、 N₂O的逸出量以及总氮减少量进行测量。

上述方案中，所述步骤2)中的好氧段溶解氧控制在2.0～2.6mg/L，缺氧段溶解氧控制 在0.1～0.7mg/L。

上述方案中，所述步骤2)中好氧段时间为6h，缺氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、 出水时间均为0.25h。

上述方案中，所述废水pH值为7～8，水温为25～35℃。

上述方案中，所述步骤1)中采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污泥的碳源和氮源，C/N 比为3-8。

上述方案中，所述步骤2)中的好氧段溶解氧控制在2.0～2.6mg/L，缺氧段溶解氧控制 在0.3mg/L，所述步骤1)中的C/N比为8。

为保证反应器良好的运行环境，在反应器周围用恒温循环水以维持反应液的温度。所用 废水为实际工程湖北宜昌华强化工生产废水(水质表1)，所接种的污泥为该企业污水处理工 程运行良好时缺氧区污泥(污泥参数表2)。

表1华强废水水质参数表

表2缺氧区污泥参数表

本发明的有益效果为：工艺流程简单，结构简单，操作方便，对有害气体减量化效果好， 实用性强，前景广泛。

附图说明

图1是本发明实施例所述的序批式间歇活性污泥反应装置的结构示意图。

图2是稳定后硝化菌电镜照片。

图3是稳定后反硝化菌电镜照片。

图中：1-有机玻璃制圆柱形反应器；2-磁力搅拌器；3-pH值测量指示器；4-DO测量指示 器；5-塑胶垫；6-温度测量指示器；7-集气口；8-高纯氮气供应管道；9-转子流量计；10-鼓风 曝气机；11-进水泵；12-出水泵；13-液位继电器；14-进水桶；15-出水桶。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的 实施例。

实施例1

本发明是在自制的序批式间歇活性污泥反应装置中运行好氧/缺氧模式，建立高度选择性 的硝化菌和反硝化菌的培养环境，从而实现在SBR反应器中硝化菌和反硝化菌的富集。并且 通过调整加载因素C/N以及DO值来探索系统最佳运行工况从而实现脱氮过程中有害气体减 量化。

如图1所示，其为本发明实施例提供的一种用于实现污水脱氮过程中有害气体减量化的 序批式间歇活性污泥反应装置(简称SBR)，其包括有机玻璃制圆柱形反应器1，所述反应器 的顶部采用塑胶垫5密封，所述序批式间歇活性污泥反应装置还包括磁力搅拌器2、pH值测 量指示器3、溶解氧测量指示器4、鼓风曝气机10、氮气供应管道8、进水泵11、出水泵12 及温度测量指示器6。磁力搅拌器2设置于所述反应器1的底部，所述pH值测量指示器3、 溶解氧测量指示器4和温度测量指示器6分别用于测量所述反应器1内液体的pH值、溶解 氧值和温度值。进水泵11和出水泵12分别用于所述反应器1的加水或抽水，所述鼓风曝气 机10和氮气供应管道8分别用于给所述反应器1供应空气和氮气。鼓风曝气机10通过转子 流量计9调节曝气量。本实施例中的反应器1的有效容积为2L。

本实施例还提供利用序批式间歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法，采用 乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污泥的碳源和氮源，C/N比为3。进水NH₄⁺-N为50mg/L；COD 为150mg/L；好氧段DO为2.0～2.6mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺 氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂、N₂O 的最大逸出量分别为0.827mg、1.209mg、4.207mg，三种气体总逸出量为6.243mg，N₂O的逸 出量占进水TN比例为4.207％；总氮的减少量为53.79mg，缺氧区脱氮率为43.55％，总脱氮 率为53.79％。

实施例2

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为4。进水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为200mg/L；好氧段DO为 2.0～2.6mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺氧段时间为5h，沉淀时间 0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和N₂O的最大逸出量分别为 0.542mg、0.885mg和2.808mg，三种气体总逸出量为4.235mg，N₂O的逸出量占进水TN比 例为2.808％；总氮的减少量为70.01mg，缺氧区脱氮率为58.24％，总脱氮率为70.01％。

实施例3

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为6。进水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为300mg/L；好氧段DO为2.0～ 2.6mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺氧段时间为5h，沉淀时间0.5h， 进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和N₂O的最大逸出量分别为0.550mg、 0.895mg和2.565mg，三种气体总逸出量为4.010mg，N₂O的逸出量占进水TN比例为2.565％； 总氮的减少量为73.38mg，缺氧区脱氮率为61.07％，总脱氮率为73.38％。

实施例4

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为8。进水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为400mg/L；好氧段DO为 2.0～2.6mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺氧段时间为5h，沉淀时间 0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和N₂O的最大逸出量分别为 0.547mg、0.887mg和2.457mg，三种气体总逸出量为3.891mg，N₂O的逸出量占进水TN比 例为2.457％；总氮的减少量为74.28mg，缺氧区脱氮率为62.74％，总脱氮率为74.28％。

实施例5

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为8，使好氧段DO为2.0～2.6mg/L；缺氧段DO值为0.7mg/L。进 水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为200mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺 氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和 N₂O的总逸出量分别为0.776mg、1.214mg和3.294mg，三种气体总逸出量为5.284mg，N₂O 的逸出量占进水TN比例为3.294％；总氮的减少量为47.12mg，缺氧区脱氮率为38.98％，总 脱氮率为47.12％。

实施例6

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为8，使好氧段DO为2.0～2.6mg/L；缺氧段DO值为0.5mg/L。进 水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为200mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺 氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和 N₂O的总逸出量分别为0.578mg、0.849mg和2.347mg，三种气体总逸出量为3.774mg，N₂O 的逸出量占进水TN比例为2.347％；总氮的减少量为67.30mg，缺氧区脱氮率为60.80％，总 脱氮率为67.30％。

实施例7

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为8，使好氧段DO为2.0～2.6mg/L；缺氧段DO值为0.3mg/L。进 水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为200mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺 氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和 N₂O的总逸出量分别为0.417mg、0.619mg和1.240mg，三种气体总逸出量为2.276mg/L，N₂O 的逸出量占进水TN比例为1.240％；总氮的减少量为72.70mg，缺氧区脱氮率为70.49％，总 脱氮率为72.70％。

实施例8

本实施例的序批式间歇活性污泥反应装置与实施例1相同，不同之处在于利用序批式间 歇活性污泥反应装置富集硝化菌和反硝化菌的方法为：采用乙酸钠和氯化铵作为经驯化后污 泥的碳源和氮源，C/N比为8，使好氧段DO为2.0～2.6mg/L；缺氧段DO值为0.1mg/L。进 水NH₄⁺-N为50mg/L；COD为200mg/L；pH为7.0～7.5。SBR反应器好氧段时间为6h，缺 氧段时间为5h，沉淀时间0.5h，进、出水时间均为0.25h，水温为28～30℃。NO、NO₂和 N₂O的总逸出量分别为0.540mg、0.801mg和1.185mg，三种气体总逸出量为2.526mg/L，N₂O 的逸出量占进水TN比例为1.185％；总氮的减少量为36.90mg，缺氧区脱氮率为33.03％，总 脱氮率为36.90％。