CN106865773A - 投加羟胺实现部分短程硝化‑厌氧氨氧化的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
投加羟胺实现部分短程硝化‑厌氧氨氧化的装置与方法属于城市生活污水生物处理领域。对于两段式部分短程硝化‑厌氧氨氧化来说,短程硝化的稳定运行对此工艺至关重要,而仅仅通过工艺参数的控制很难快速的启动并稳定维持短程硝化,本专利通过投加羟胺可以达到很好的亚硝积累效果,在较短的时间内启动部分短程硝化反应器并维持较高的亚硝积累。羟胺作为硝化过程的中间产物,是氨单加氧酶的还原剂,氨氧化细菌(AOB)的刺激剂,可提高AOB的细胞产率,同时羟胺是亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制剂,可以将NOB淘洗掉。部分短程硝化‑厌氧氨氧化工艺,与传统的脱氮工艺相比,节约曝气量,节省碳源,尤其适用于低C/N的城市生活污水。
Description
技术领域
本发明相关的投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法,属于污水生物处理领域,尤其适用于C/N较低的城市生活污水脱氮。
背景技术
针对城市污水处理,传统的硝化/反硝化脱氮技术存在着碳源不足的瓶颈问题,厌氧氨氧化技术的发现与证实为污水脱氮翻开了新的篇章。厌氧氨氧化过程为氨氮和亚硝酸盐在厌氧的条件下生成氮气,亚硝酸盐的稳定来源是该技术一个关键问题。
传统的硝化过程是分两步进行的,首先污水中的氨氮在氨氧化菌(AOB)的作用下氧化为亚硝酸盐,然后亚硝酸盐在亚硝酸氧化菌(NOB)的作用下氧化为硝态氮,全程硝化过程由此结束。很多研究学者对如何淘洗NOB实现短程硝化做了大量的研究,探究了很多实现方法。1、温度:研究表明,在适宜的温度范围内,随着温度的升高,能够加快AOB的生长速率,并扩大AOB和NOB生长速率的差距,同时,通过控制污泥龄在AOB和NOB的时代周期之间,由此实现NOB的淘洗。2、DO:AOB和NOB均为好氧菌,但二者的氧饱和系数不同,AOB的氧饱和系数为0.2-0.4mg/L,NOB的氧饱和系数为1.2-1.5mg/L。氧饱和系数代表该菌对溶解氧的亲和力,所以在DO<0.5mg/L时,可以有效的实现AOB的持留,实现亚硝酸盐的积累。3、pH:pH的影响主要有两个原因,一方面是硝化菌对环境中的pH值有一定要求,即AOB和NOB有各自最佳的生长环境;另一方面,pH值对游离氨及亚硝酸的浓度有很大影响,因为废水中氨氮随pH值不同分别以分子态和离子态形式存在,分子态游离氨氮对NOB的抑制要强于AOB。因此,通过控制pH值可实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺。4、FN和FNA:NOB比AOB对于FN和FNA的抑制更敏感,可以利用这种抑制的差异实现短程硝化。
但是这些方法具有一定的局限性:(1)对于较大水量的城市污水通过高温实现短程比较耗能;(2)如果控制低DO会降低硝化速率,而且活性污泥易发生污泥膨胀;(3)对于pH的影响来说,在硝化过程中,pH在不断降低,必须通过不断的加碱使***维持较高的pH。(4)有研究表明,FN和FNA的抑制作用具有适应性。
相关文献报道,通过投加NOB的抑制剂(氯、氯酸盐、硫化物、羟胺、乙酸)可以实现短程硝化。本方法采用羟胺实现短程硝化:1.羟胺是氨氧化过程的中间产物,在硝化过程中起着“承上启下”的关键作用,投加羟胺可以有效的刺激AOB的生长,加快氨氧化速率,同时抑制NOB的毒性,实现短程的效果明显。2.使用羟胺作为抑制剂不会引入新的污染物质。3.羟胺经济易得。在本方法中,通过投加羟胺实现较高DO下的部分短程硝化,然后与厌氧氨氧化反应器相连接。
发明内容
短程硝化-厌氧氨氧化技术,相比于传统的硝化/反硝化工艺节约曝气量,节省碳源,是一种资源节约型环境友好型的脱氮工艺。但短程硝化的快速启动及稳定运行是一个难题,本发明提供了一种通过投加羟胺快速在较高DO条件下快速启动和稳定维持部分短程硝化-厌氧氨氧化的方法,该方法启动部分短程硝化耗时短,效果好,操作简单易行,并且可以获得较高的氨氧化速率,为厌氧氨氧化反应器提供稳定的亚硝来源。本方法可以为部分短程硝化-厌氧氨氧化的工程应用提供参考。
一种通过投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法,其特征在于,该***主要由进水箱(1),部分短程硝化SBR反应器(2),中间水箱(3),厌氧氨氧化反应器(4)依次连接而成。首先生活污水通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2),部分短程硝化SBR反应器(2)出水由第一电动排水阀(21)排入中间水箱(3),再由第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4),最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二电动排水阀(22)排出。通过第一排泥阀(23)和第二排泥阀(24)排泥。
所述部分短程硝化SBR反应器(2)设有曝气泵(16),流量计(17),曝气头(18),第一搅拌器(12),第一加热棒(25),第一DO传感器(8),第一pH传感器(9),第一DO/pH测定仪(5)。
所述厌氧氨氧化反应器(4)设有第二搅拌器(13),第二加热棒(26),第二DO传感器(10),第二pH传感器(11),第二DO/pH测定仪(6)。
第一DO/pH测定仪(5)和第二DO/pH测定仪(6)与自控平台(7)相连接。
投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法,其特征在于,包括以下内容:周期运行操作步骤如下:
1)首先接种污泥:部分短程硝化SBR反应器(2)接种污泥为某城市污水处理厂A2/O二沉池回流污泥,使反应器中污泥浓度为2500-3500mg/L;厌氧氨氧化反应器(4)接种厌氧氨氧化颗粒污泥;
2)在常温下运行部分短程硝化SBR反应器(2),控制DO=3mg/L,在氨氮负荷为0.21-0.24kg·m3·d-1的条件下恢复部分短程硝化SBR反应器(2)中全程硝化活性污泥的活性,当连续数天检测出水氨氮去除率为95%-100%,认为活性恢复;
3)将生活污水由进水箱(1)通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2)中,进水10min;通过第一加热棒(25)控制部分短程硝化SBR反应器(2)温度25℃;进水结束后,向部分短程硝化SBR反应器(2)中投加盐酸羟胺,使部分短程硝化SBR反应器(2)中的浓度为10mg/L;
4)部分短程硝化SBR反应器(2)中的第一搅拌器(12)开启,缺氧搅拌30min,利用进水中的碳源反硝化上一周期的亚硝态氮;缺氧30min后曝气泵(16)开启,使部分短程硝化SBR反应器(2)内为好氧环境,曝气过程中通过调节流量计(17)控制曝气量,通过第一DO传感器(8)将信号传给自控平台(7)并维持DO=3mg/L,通过调节控制曝气120min~150min,通过第一pH传感器(9)将pH信号传给自控平台(7);曝气结束后曝气泵(16)关闭,第一搅拌器(12)关闭,静置部分短程硝化SBR反应器(2)30min,泥水分离;
5)第一电动排水阀(21)开启,排水5min,使上清液进入中间水箱(3),排水比为0.5;部分短程硝化SBR反应器(2)闲置15min,为下一周期运行做准备;
6)中间水箱(3)中的水通过第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4),进水10min;通过第二加热棒(26)控制厌氧氨氧化反应器(4)温度30℃;第二搅拌器(13)开启,厌氧搅拌180min,进行厌氧氨氧化反应;随后第二搅拌器(13)关闭,静置反应器30min,泥水分离;
7)第二电动排水阀(22)开启,排水5min,排水比为0.5;厌氧氨氧化反应器(4)闲置15min,为下一周期运行做准备;
而后***进入下一周期,重复以上步骤。
自控平台(7)控制运行中反应器的进水,搅拌,曝气,排水,并实现部分短程硝化SBR反应器(2)的恒定溶解氧;
本发明为投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法。本发明具有以下优点:
1)本工艺采用厌氧氨氧化脱氮过程,解决的传统硝化反硝化工艺碳源不足的严重问题,无需外加碳源;
2)反应器为SBR反应器具有序批式反应器应有的优势:工艺简单,运行灵活,反应推动力大,沉淀排水效果好,无污泥膨胀,耐冲击负荷,适合自动化操作;
3)***可以快速启动短程硝化,约20天后,亚硝积累大于90%;
4)在较高DO的情况下启动短程硝化,获得高的硝化速率,而且在较高DO下不易发生污泥膨胀,污泥不易解体;
附图说明
图1为部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置的结构示意图;如图1:1-进水箱;2-部分短程硝化SBR反应器;3-中间水箱;4-厌氧氨氧化反应器;5-第一DO/pH测定仪;6-第二DO/pH测定仪;7-自控平台;8-第一DO传感器;9-第一pH传感器;10-第二DO传感器;11-第二pH传感器;12-第一搅拌器;13-第二搅拌器;14-第一进水泵;15-第二进水泵;16-曝气泵;17-流量计;18-曝气头;19-第一进水阀;20-第二进水阀;21-第一电动排水阀;22-第二电动排水阀;23-第一排泥阀;24-第二排泥阀;25-第一加热棒;26-第二加热棒。
图2为部分短程硝化SBR反应器的运行时序图;
图3为厌氧氨氧化SBR反应器运行时序图。
具体实施方式
本方法采用的反应器均为SBR,由有机玻璃制成,有效容积10L。部分短程硝化反应器底部安装有曝气装置,可通过调节流量计和DO在线反馈控制恒定的溶解氧。部分短程硝化SBR反应器和厌氧氨氧化SBR反应器内均置搅拌器,保证泥水混合均匀。由蠕动泵进水,电动排水阀出水,进出水时间由在线平台控制。
实验期间进水水质具体情况如下表:
项目 | COD(mg/L) | C/N | |||
范围 | 135.28~360.55 | 58.79~80.22 | 0~1.21 | 0~0.3 | 1.68~6.13 |
均值 | 208.61 | 66.03 | 0.46 | 0.46 | 3.58 |
该***运行期间,污水处理流程如下:首先生活污水通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2),进行短程硝化反应,曝气搅拌,沉淀,排水。出水含有氨氮和亚硝,比例为1:1.32。部分短程硝化出水由第一电动排水阀(21)排入中间水箱(3),再由第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4),进行厌氧搅拌,氨氮和亚硝反应生成氮气。最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二电动排水阀(22)排出。完成整个周期。
具体运行参数如下:
部分短程硝化反应器:SBR反应器由有机玻璃制成,有效容积10L。进水为生活污水,排水比为0.5,每周期进5L生活污水。T=4h:进水10min;缺氧30min;好氧曝气120min~150min;沉淀30min;排水5min;闲置15min。污泥浓度2500-3500mg/L。
厌氧氨氧化反应器:SBR反应器由有机玻璃制成,有效容积10L。进水为中间水箱的短程出水,排水比为0.5,每周期进5L水。T=4h:进水10min;厌氧搅拌180min;沉淀30min;排水5min;闲置15min。接种污泥浓度3500-4000mg/L。
实验运行期间,对溶解氧有一定的控制要求,部分短程硝化SBR反应器的DO控制为3mg/L,温度为25℃,厌氧氨氧化SBR反应器DO控制接近0mg/L,温度为30℃。反应器中pH也不刻意控制(原水pH在7.2-7.8之间)。
实验运行期间,出水的平均COD,NH4 +-N,NO3 --N,NO2 --N,TN浓度分别如下:37.06mg/L,1.02mg/L,7.28mg/L,0.68mg/L,8.56mg/L,上述出水指标稳定且均达到国家一级A标准。
Claims (2)
1.投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置,其特征在于,该装置由进水箱(1),部分短程硝化SBR反应器(2),中间水箱(3),厌氧氨氧化反应器(4)依次连接而成;首先进水箱(1)通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)连接部分短程硝化SBR反应器(2),部分短程硝化SBR反应器(2)由第一电动排水阀(21)连接中间水箱(3),中间水箱(3)由第二进水泵(15)和第二进水阀(20)连接厌氧氨氧化反应器(4),最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二电动排水阀(22)排出;通过第一排泥阀(23)和第二排泥阀(24)排泥;
所述部分短程硝化SBR反应器(2)设有曝气泵(16),流量计(17),曝气头(18),第一搅拌器(12),第一加热棒(25),第一DO传感器(8),第一pH传感器(9)和第一DO/pH测定仪(5);
所述厌氧氨氧化反应器(4)设有第二搅拌器(13),第二加热棒(26),第二DO传感器(10),第二pH传感器(11)和第二DO/pH测定仪(6);
第一DO/pH测定仪(5)和第二DO/pH测定仪(6)与自控平台(7)相连接。
2.应用如权利要求1所述装置的方法,其特征在于,步骤如下:
1)首先接种污泥:部分短程硝化SBR反应器(2)接种污泥为某城市污水处理厂A2/O二沉池回流污泥,使部分短程硝化SBR反应器(2)中污泥浓度为2500-3500mg/L;厌氧氨氧化反应器(4)接种厌氧氨氧化颗粒污泥;
2)在常温下运行部分短程硝化SBR反应器(2),控制DO=3mg/L,在氨氮负荷为0.21-0.24kg·m3·d-1的条件下恢复部分短程硝化SBR反应器(2)中全程硝化活性污泥的活性,当连续数天检测出水氨氮去除率为95%-100%,认为活性恢复;
3)将生活污水由进水箱(1)通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2)中,进水10min;通过第一加热棒(25)控制部分短程硝化SBR反应器(2)温度25℃;进水结束后,向部分短程硝化SBR反应器(2)中投加盐酸羟胺,使部分短程硝化SBR反应器(2)中的浓度为10mg/L;
4)部分短程硝化SBR反应器(2)中的第一搅拌器(12)开启,缺氧搅拌30min,利用进水中的碳源反硝化上一周期的亚硝态氮;缺氧30min 后曝气泵(16)开启,使部分短程硝化SBR反应器(2)内为好氧环境,曝气过程中通过调节流量计(17)控制曝气量,通过第一DO传感器(8)将信号传给自控平台(7)并维持DO=3mg/L,通过调节控制曝气120min~150min,通过第一pH传感器(9)将pH信号传给自控平台(7);曝气结束后曝气泵(16)关闭,第一搅拌器(12)关闭,静置部分短程硝化SBR反应器(2)30min,泥水分离;
5)第一电动排水阀(21)开启,排水5min,使上清液进入中间水箱(3),排水比为0.5;部分短程硝化SBR反应器(2)闲置15min,为下一周期运行做准备;
6)中间水箱(3)中的水通过第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4),进水10min;通过第二加热棒(26)控制厌氧氨氧化反应器(4)温度30℃;第二搅拌器(13)开启,厌氧搅拌180min,进行厌氧氨氧化反应;随后第二搅拌器(13)关闭,静置反应器30min,泥水分离;
7)第二电动排水阀(22)开启,排水5min,排水比为0.5;厌氧氨氧化反应器(4)闲置15min,为下一周期运行做准备;
而后***进入下一周期,重复以上步骤;整个过程中自控平台(7)控制运行中反应器的进水,搅拌,曝气,排水,并实现部分短程硝化SBR反应器(2)的恒定溶解氧。
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