CN113003714A - 一种基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,属于环境保护领域中的含氮污水处理技术。本发明将循环进水与膜分离相结合,用于实现污水脱氮处理工艺中亚氮的快速积累。循环进水中的功能酶和群体感应信号分子可以减缓对亚硝化细菌的冲击,同时高效抑制硝化细菌,进而将氨氮的氧化停留在亚氮阶段。本发明的基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,具有操作简单、运行成本低、占地面积小、启动周期短、适用范围广泛和运行稳定等优点,采用该方法循环进水4天后,即出现稳定亚氮积累。为采用短程硝化相关工艺的污水厂提供了一种快速启动的方法。
Description
技术领域
本发明属于含氮污水处理技术和环境保护领域,具体涉及一种基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,适用于拟采用短程硝化工艺的污水处理厂。
背景技术
目前我国的水体富营养化问题仍然很突出,工业废水排放的含氮有机物偏高,水处理形势严峻。
短程硝化是在氨氧化菌的作用下,将氨氮转化为亚氮,使硝化反应限制在亚氮阶段,从而实现亚氮的稳定积累。该工艺具有节约碳源、曝气量和反应时间等的优点,可以节约处理成本,为企业带来良好的经济效益。实现短程硝化的关键在于亚氮的不断积累,这就要求在确保氨氧化细菌的活性与生长的同时要实现对亚硝酸盐氧化细菌的抑制。温度、pH、和溶解氧等的控制能够抑制亚硝化菌的活性,使氨氧化菌成为优势菌种,从而实现了短程硝化。
短程硝化作为其他工艺的前置反应,起到了至关重要的作用。与传统的脱氮工艺硝化反硝化相比,短程硝化反硝化工艺由于缩短了将亚氮和硝氮相互转化的步骤,节约了反应时间,提高了反硝化速率,在污水处理领域日益受到重视。短程硝化作为厌氧氨氧化工艺的前置反应,其控制关键在于将进水中60%左右氨氮氧化为亚氮,且抑制其进一步氧化至硝氮。此外,短程硝化工艺还可以和硫自养反硝化工艺耦合,硫自养反硝化细菌利用无机碳源,以多种硫化物如单质硫、硫化物和硫代硫酸盐等作为亚氮还原的电子供体,可以实现同步脱氮除硫,成为目前污水处理的热点。
短程硝化的关键是在反应器内实现快速、稳定的亚氮积累。膜生物反应器是结合膜分离和生物处理的废水处理技术,对于实现亚氮积累具有显著的优势。将循环进水和膜生物反应器应用于污水处理的短程硝化,可以减缓氨氮浓度过高对反应器的冲击,保证反应器在高浓度下的稳定运行,同时促进氨氧化细菌的富集,实现短程硝化的快速启动。
短程硝化效果通常以亚氮积累率来评价。其计算方法为反应出水中亚氮生成量与亚氮和硝氮生成量之和的比值。因此,我们采用亚氮积累率来评价利用循环进水和膜生物反应器对短程硝化工艺的快速启动是否成功。
目前,如何稳定快速地实现短程硝化工艺是一大难题,而利用循环水流和膜生物反应器快速启动短程硝化工艺的方法对该问题进行了改善,可进一步扩大其应用范围,提高企业的效益。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,为目前污水处理面临的启动短程硝化周期长、效果不稳定等问题提供解决方法,其主要原理是利用循环水流可以减缓氨氮浓度过高对反应器的冲击,保证反应器在高浓度下的稳定运行,试验中通过出水氨氮的变化不断调整循环周期实现膜生物反应器短程硝化的快速启动。具体步骤如下:
(1)在膜生物反应器内接种硝化污泥,浓度为7-10 g/L,污泥体积占膜生物反应器有效容积的20%-30%,控制进水氨氮>150 mg/L,进水碱度/氨氮>5,曝气量/氨氮在0.5~1(L/min)/(mg/L)之间,氨氮/HRT在0.025-0.035 g/(L·h)之间,如此运行5-7天,以使污泥适应新环境,并筛选自养菌,异养菌死亡;
(2)之后开始循环进水,经膜组件过滤后的出水流入进水桶,与进水混合均匀,再次作为进水连续流入膜生物反应器。如此持续运行,在该过程中不补充基质,每天测定进出水,当出水氨氮浓度降至100 mg/L以下时,作为一个周期结束;之后将进水更换为原来的配水(进水氨氮>150 mg/L,进水碱度/氨氮>5),继续循环进水完成下一个周期,至连续三个周期的运行时间小于等于1天时,循环进水第一阶段结束,亚氮积累率可达到80%以上;
(3)继续采用循环进水,当出水氨氮降至50 mg/L以下时,一个周期结束,将进水更换为原来的配水(进水氨氮>150 mg/L,进水碱度/氨氮>5),至连续三个周期的运行时间小于等于2天时,循环进水第二阶段结束,亚氮积累率维持在90%以上;
(4)停止循环进水,反应器运行模式更改为连续进出水,继续控制进水氨氮>150mg/L,进水碱度/氨氮>5,曝气量/氨氮在0.5~1 (L/min)/(mg/L)之间,氨氮/HRT在0.025-0.035 g/(L·h)之间,亚氮积累率持续稳定在95%以上。
本发明的有益效果是:1、该工艺提供一种基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法:该方法操作简单,运行成本低,占地面积小。
2、该工艺启动周期短:正常条件下实现短程硝化一般需要 30天左右的时间,才能实现比较稳定的亚硝酸盐积累率,而本发明采用循环进水的方法,仅3天就快速实现了比较稳定的亚硝酸盐积累率。由于循环进水,一方面降低了水中杂质对反应器污泥的冲击,快速提高***的稳定性;另一方面出水中有反应器内的信号分子,有利于污泥的活性表达。因此,大大缩短了启动时间,提高了脱氮效率。
3、该工艺可适用于高氨氮废水:采用循环进水首先可以减缓氨氮浓度过高对反应器污泥的冲击;其次反应器出水中含有一定的生物酶,可以促进氨氧化细菌的富集,进一步保证反应器在高浓度下的稳定运行,实现短程硝化的快速启动。
4、该工艺性能稳定:启动成功后调整为连续进出水,亚硝酸盐积累率基本不受影响,说明反应器稳定运行。
附图说明
图1是本发明中膜生物反应器运行装置图。
图2是本发明实施过程中短程硝化启动过程三氮变化和亚氮积累率图,其中亚氮积累率(%)=亚氮*100/(亚氮+硝氮)。
图1中:1-排空管;2-进水桶;3-进水泵; 4-进水口;5-DO、pH在线检测仪;6-液位计;7-搅拌器;8-曝气环;9-膜组件;10-气泵;11-压力表;12-出水泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明做进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围,该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
参照附图1,本实施例首先详细介绍利用膜分离循环进水快速进行亚氮积累的装置。本发明中所采用的反应器为膜生物反应器,反应器有效体积是4.5L,反应器内置聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件。反应器底部安装曝气装置,可以通过调节曝气量来控制反应器废水中的DO浓度。内置搅拌器,保证泥水混合均匀,进水泵连接液位控制器,保持液位恒定,出水通过出水泵抽吸出水,然后循环至进水桶。
具体处理如下:
接种1L从污水处理厂取回的硝化污泥,接种后反应器内污泥浓度为7.38 g/L,污泥体积占膜生物反应器有效容积的22%。在温度为常温,pH为8左右,DO为0.2mg/L左右,水力停留时间为8 h的条件下,配置进水氨氮为200 mg/L。采用实验模拟污水为试验用水,进水基质主要包括0.94g/L的(NH4)2SO4,2.69g/L的NaHCO3,同时加以0.068g/L的CaCl2、0.15g/L的MgSO4·H2O、0.068g/L 的KH2PO4。
按照上述方式运行7天,使污泥适应新环境后,将反应器改为循环进水,同时控制进水氨氮浓度、温度、pH和DO不变,继续运行反应器,每天测量反应器内的氨氮、亚氮和硝氮的变化数据,并计算亚氮积累率,以此来实时观察反应器的运行情况。具体的实施方案为:
(1)首先实验模拟污水在进水泵的作用下由进水桶进入膜生物反应器,进水氨氮浓度为200 mg/L;
(2)实验模拟污水与膜生物反应器内的接种污泥混合,如此运行7天,以恢复污泥的活性,启动短程硝化;
(3)反应后的出水由出水泵经膜组件过滤后流出,与进水桶内的进水混合均匀,再循环至进水桶,如此持续运行,在该过程中不添加氨氮和碱度,当出水氨氮浓度降至100mg/L以下时,即将进水换为原来的的配水,继续循环进水完成下一周期的循环,如此进行至连续三个周期的运行时间小于等于1天且亚氮积累率可达到80%以上,证实第一个阶段结束,短程硝化启动成功;
(4)继续采用循环进水,将出水氨氮降至50 mg/L以下作为1个周期结束的标志,至连续三个周期的运行时间小于等于2天,此时亚氮积累率稳定在90%以上,证实第二个阶段结束,短程硝化稳定运行;
(5)停止循环进水,反应器运行模式更改为连续进出水,继续控制上述反应条件,连续6天亚氮积累率持续稳定在95%以上,证实短程硝化稳定运行的可行性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在膜生物反应器内接种硝化污泥,控制进水氨氮>150 mg/L,进水碱度/氨氮>5,曝气量/氨氮在0.5~1 (L/min)/(mg/L)之间,氨氮/HRT在0.025-0.035 g/(L·h)之间,如此运行5-7天,以使污泥适应新环境,并筛选自养菌,异养菌死亡;
(2)之后开始循环进水,经膜组件过滤后的出水流入进水桶,与进水混合均匀,再次作为进水连续流入膜生物反应器,如此持续运行,在该过程中不补充基质,每天测定进出水,当出水氨氮浓度降至100 mg/L以下时,作为一个周期结束;之后将进水更换为原来的配水,继续循环进水完成下一个周期,至连续三个周期的运行时间≤1天时,循环进水第一阶段结束,亚氮积累率可达到80%以上;
(3)继续采用循环进水,当出水氨氮降至50 mg/L以下时,一个周期结束,将进水更换为原来的配水,至连续三个周期的运行时间≤2天时,循环进水第二阶段结束,亚氮积累率维持在90%以上;
(4)停止循环进水,反应器运行模式更改为连续进出水,继续控制进水氨氮>150 mg/L,进水碱度/氨氮>5,曝气量/氨氮在0.5~1 (L/min)/(mg/L)之间,氨氮/HRT在0.025-0.035g/(L·h)之间,亚氮积累率持续稳定在95%以上。
2.根据权利要求1所述的基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,其特征在于:所述步骤(1)中接种硝化污泥的浓度为7-10 g/L,硝化污泥体积占膜生物反应器有效容积的20%-30%。
3.根据权利要求1所述的基于膜分离循环进水实现亚氮快速积累的方法,其特征在于:所述步骤(2)和步骤(3)中原来的配水指的是进水氨氮>150 mg/L,进水碱度/氨氮>5的配水。
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