CN114162970B - 一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法 - Google Patents

一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废水处理技术领域，公开了一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，包括：向SBR反应器中接种硝化颗粒污泥并投加反硝化菌，在SBR反应器运行过程中，当氨氮降解速率降低至0.75mg/(L·min)时，由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式，并投加有机碳源；当水体pH值在8～10min内的变化值小于0.5时，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式；重复好氧反应模式和缺氧/厌氧反应模式之间的切换，直至水体的TN小于15mg/L。本发明以氨氮降解速率和水体pH值的变化值为指标，重复切换SBR反应器的运行模式，并在特定时间点投加有机碳源，从而缩短脱氮时长，提高脱氮效率，特别适用于处理高氨氮废水。

Description

一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法。
背景技术
好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge，AGS)具有生物密度高、良好的沉降性能、高耐毒性、独立的空间分层结构等特点，它能耦合不同功能菌(好氧菌、兼氧菌和厌氧菌)实现单级脱氮。目前，好氧颗粒污泥已经被应用于处理高氨氮废水中：在单级SBR反应器中接种硝化颗粒污泥，启动单级SBR反应器，按照进水、好氧反应、缺氧/厌氧反应、沉淀、排水的模式运行，在单级SBR反应器运行前期投加反硝化菌，通过AGS自身微环境及交替曝气创造微生物脱氮所需的好氧及缺氧环境，从而通过硝化反硝化去除高氨氮废水中的总氮，实现对废水的脱氮处理。但是，上述利用好氧颗粒污泥处理高氨氮废水的方法，其存在脱氮周期长、脱氮效率低的问题，因此，有必要研发出一种能够提高好氧颗粒污泥脱氮效率的方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，用于解决现有技术中好氧颗粒污泥脱氮效率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，包括：向SBR反应器中接种硝化颗粒污泥并投加反硝化菌，在SBR反应器运行过程中，当氨氮降解速率降低至0.75mg/(L·min)时，将SBR反应器的运行模式由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式，并投加有机碳源；在缺氧/厌氧反应模式中，当水体pH值在8～10min的内变化值小于0.5时，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式；重复好氧反应模式和缺氧/厌氧反应模式之间的切换，直至水体的TN小于15mg/L。
可选地，所述有机碳源的投加量需满足的条件：有机碳源与水体TN的C/N比为1.5～2.0。
可选地，在好氧反应模式中，水体中DO的浓度为1.5～2.0mg/L，在缺氧/厌氧反应模式中，水体中DO的浓度为0.2mg/L以下。
可选地，所述硝化颗粒污泥的污泥浓度为3500～5500mg/L。
可选地，所述硝化颗粒污泥中的好氧氨氧化细菌的相对丰度为30％以上。
可选地，向SBR反应器运行中投加反硝化菌时，以菌液的方式投加，菌液中反硝化菌的浓度为5.7×108/mL以上。
可选地，菌液的投加量与进水量之比为1.5～2.5mL/L。
可选地，在SBR反应器运行过程中，进水的水质指标：氨氮浓度≤220mg/L，TP≤12mg/L，pH值＞8.4。
可选地，在SBR反应器运行过程中，进水的水质指标中，pH值为8.4～10.0。
可选地，所述有机碳源为甲醇、乙醇和醋酸钠中的一种或两种以上。
如上所述，本发明的一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，具有以下有益效果：本发明中，以氨氮降解速率降低至0.75mg/(L·min)为指标，将SBR反应器的运行模式由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式，并投加有机碳源，随后又以水体pH值在8～10min内的变化值小于0.5为指标，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式。如此重复切换SBR反应器的运行模式，充分发挥AGS的同步硝化反硝化能力，快速去除水体中的氮，能够在200min内将水体的TN(总氮)降低至15mg/L以下，有效提高脱氮效率，特别适用于处理高氨氮废水。并且，本发明甚至能将水体的TN降低至6.5mg/L以下，有效提高了氮的去除率。此外，本发明还能去除水体中的磷，使得水体的TP(总磷)降低至0.5mg/L，有效提高了磷的去除率。
附图说明
图1为在本发明实施例1中一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法处理下水体的水质指标变化图；
图2为在本发明实施例2中一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法处理下水体的水质指标变化图；
图3为在本发明实施例3中一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法处理下水体的水质指标变化图；
图4为在对比例1中一种好氧颗粒污泥脱氮方法处理下水体的水质指标变化图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，包括：向SBR反应器中接种硝化颗粒污泥并投加反硝化菌后，启动SBR反应器，在SBR反应器运行过程中，当氨氮降解速率降低至0.75mg/(L·min)时，将SBR反应器的运行模式由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式，并投加有机碳源；在缺氧/厌氧反应模式中，当水体pH值在8～10min内的变化值小于0.5时，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式；重复好氧反应模式和缺氧/厌氧反应模式之间的切换，直至水体的TN小于15mg/L。
其中，有机碳源的投加量需满足的条件：有机碳源与水体TN的C/N比为1.5～2.0，有机碳源为甲醇、乙醇和醋酸钠中的一种或两种以上。
其中，硝化颗粒污泥的污泥浓度为3500～5500mg/L，硝化颗粒污泥中的好氧氨氧化细菌的相对丰度为30％以上。
其中，向SBR反应器运行中投加反硝化菌时，以菌液的方式投加，菌液中的反硝化菌的浓度为5.7×108/mL以上，菌液的投加量与进水量之比为1.5～2.5mL/L。
其中，在好氧反应模式中，水体中DO(溶解氧)的浓度为1.5～2.0mg/L，在缺氧/厌氧反应模式中，水体中DO的浓度为0.2mg/L以下。
其中，在SBR反应器运行过程中，进水的水质指标：氨氮浓度≤220mg/L，TP≤12mg/L，pH值＞8.4。
下面通过具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，利用SBR反应器进行废水处理，SBR反应器的构型为单级SBR反应器。SBR反应器的运行模式包括进水、好氧反应、缺氧/厌氧反应、沉淀、排水五大模式。
上述一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，包括以下步骤：
S1、预准备：向SBR反应器中接种硝化颗粒污泥，硝化颗粒污泥的浓度为5500mg/L，且硝化颗粒污泥中的好氧氨氧化细菌的相对丰度为30％以上。
S2、运行：启动SBR反应器，SBR反应器进入进水模式，待处理的废水进入SBR反应器内，进水的水质指标：氨氮浓度为220mg/L左右，TP为12mg/L左右，pH值为8.4。若待处理废水的pH值不满足上述水质指标，则采用缓冲液(如NaHCO3溶液)将废水的pH值调节至8.4。
进水过程中，向SBR反应器中投加反硝化菌液，反硝化菌液中反硝化菌的浓度为5.7×108/mL以上，反硝化菌液的投加量与进水量之比为1.5mL/L，以便在SBR反应器内形成具有同步硝化反硝化能力的好氧颗粒污泥(AGS)。
进水结束后，SBR反应器进入好氧反应模式(即通过曝气进行好氧反应模式)，在好氧反应模式中，水体中DO的浓度为1.5～2.0mg/L。此模式中，AGS中硝化菌占主导地位，主要对水体中的氨氮进行硝化作用，使得水体中的氨氮发生降解，水体中硝态氮和亚硝态氮的含量增加。并且，随着时间的推移，氨氮降解速率逐渐降低，当氨氮降解速率降低至0.75mg/(L·min)时，将SBR反应器的运行模式由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式(缺氧/厌氧反应模式即停止曝气并开始搅拌)，并投加甲醇(有机碳源)。其中，甲醇的投加量满足的条件：甲醇与水体TN的C/N比为1.5。
SBR反应器的运行模式切换为缺氧/厌氧反应模式后，在缺氧/厌氧反应模式中，水体中DO的浓度为0.2mg/L以下。此模式中，AGS中反硝化菌占主导地位，主要对水体中的硝态氮和亚硝态氮进行反硝化作用，将其还原为氮气，从而实现对水体的脱氮，并且甲醇的投加为水体中的微生物提供了能源，进一步强化了脱氮效率。而且，随着时间的推移，反硝化过程中产生大量碱，因此在此模式中，水体的pH值不断增大，当水体的pH值在8min内的变化值小于0.5时，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式。
SBR反应器的运行模式切换至好氧反应模式后，水体中DO的浓度重新恢复为1.5～2.0mg/L，且氨氮降解速率瞬间提升后又随着时间的推移逐渐降低，当氨氮降解速率降低至0.75mg/(L·min)时，再次切换至缺氧/厌氧反应模式，并投加甲醇。如此重复地在好氧反应模式和缺氧厌氧反应模式之间切换，直至水体的TN小于15mg/L。
当水体的TN小于15mg/L时，SBR反应器进入沉淀模式，以便AGS完全沉降，避免AGS随水体排出。沉淀10min后，SBR反应器进入排水模式，将脱氮后的水体排出。
针对本实施例中的一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，监测水体中氮的转化形态以及水体的pH值，结果如图1所示。另外，挑取几个时间节点，显示水体中氮的转化形态，结果见表1。
表1各时间点水体中氮的转换形态
时间(min) <![CDATA[NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)]]> <![CDATA[NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N(mg/L)]]> <![CDATA[NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N(mg/L)]]> TN(mg/L)
0 220.51 15.49 10.23 246.23
60 165.31 33.09 17.41 215.81
70 159.74 0.12 0.2 160.06
120 87.54 15.49 13.53 116.56
130 81.46 0.14 0.04 81.64
180 3.06 15.1 15.68 33.84
190 0 2.43 0.02 2.45
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中，进水的水质指标：氨氮浓度为220mg/L左右，TP为12mg/L左右，pH值为9.5；向SBR反应器中投加反硝化菌液时，反硝化菌液的投加量与进水量之比为2.5mL/L。
针对本实施例中的一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，监测水体中氮的转化形态以及水体的pH值，结果如图2所示。另外，挑取几个时间节点，显示水体中氮的转化形态，结果见表2。
表2各时间点水体中氮的转换形态
Figure BDA0003403130670000051
Figure BDA0003403130670000061
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中，甲醇的投加量满足的条件：甲醇与水体TN的C/N比为2.0；在切换SBR反应器的运行模式时，在缺氧/厌氧反应模式中，当水体的pH值在10min内的变化值小于0.5时，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式。
针对本实施例中的一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，监测水体中氮的转化形态以及水体的pH值，结果如图3所示。另外，挑取几个时间节点，显示水体中氮的转化形态，结果见表3。
表3各时间点水体中氮的转换形态
时间(min) <![CDATA[NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)]]> <![CDATA[NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N(mg/L)]]> <![CDATA[NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N(mg/L)]]> TN(mg/L)
0 223.43 20.34 13.76 257.53
60 165.71 35.9 17.02 218.63
70 148.97 1.01 4.04 154.02
120 89.42 12.17 17.88 119.47
130 73.46 2.88 1.56 77.9
180 7.21 11.38 16.34 34.93
190 3.49 1.77 0.78 6.04
对比例1
本对比例中的一种好氧颗粒污泥脱氮方法，与实施例1的不同之处仅在于：本对比例中，在进水结束后，SBR反应器进入好氧反应模式，110min后进入缺氧/厌氧反应模式，缺氧/厌氧反应模式持续120min后再次进入好氧反应模式，好氧反应模式持续110min后进入沉淀模式，沉淀10min后进入排水模式。
针对本对比例，监测水中氮的转化形态以及水体pH值，结果如图4所示。另外，挑取几个时间节点，显示水体中氮的转化形态，结果见表4。
表4各时间点水体中氮的转换形态
时间(min) <![CDATA[NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)]]> <![CDATA[NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N(mg/L)]]> <![CDATA[NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N(mg/L)]]> TN(mg/L)
0 117.51 15.49 10.23 143.23
60 70.81 33.09 17.41 121.31
120 65.29 15.49 33.53 114.31
150 58.76 0.10 1.68 60.54
180 55.00 0.14 0.04 55.18
210 43.69 0.12 0.20 44.01
240 53.74 0.12 0 53.86
270 47.46 2.43 0.02 49.91
300 14.31 16.28 8.84 39.43
360 0 6.72 5.54 12.26
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：本对比例中，SBR反应器的运行模式由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式的条件：氨氮降解速率降低至0.50mg/(L·min)；其余均不变。本对比例使得水体的TN小于15mg/L时所需的处理时长为230min。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：本对比例中，SBR反应器的运行模式由缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式的条件：水体的pH值在10min内的变化值小于0.9；其余均不变。本对比例使得水体的TN小于15mg/L时所需的处理时长为220min。
对比图1至图4以及表1至表4，可知，本发明能够显著缩短废水脱氮的时长，将废水脱氮时长从360min缩短至200min内，从而提高废水的脱氮效率。并且，本发明还能将水体的TN降低至6.5mg/L以下甚至降低至2.0mg/L以下，而对比例1仅将水体的TN降低至12.26mg/L，因此本发明显著提高了氮的去除率。不仅如此，本发明还能将水体的TP降低至0.5mg/L。另外，本发明相较于对比例1而言，能够在更短的时长内处理更高浓度的氨氮废水，从而实现更高效地处理高氨氮废水。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种好氧颗粒污泥高效脱氮方法，包括：向SBR反应器中接种硝化颗粒污泥并投加反硝化菌，其特征在于：在SBR反应器运行过程中，当氨氮降解速率降低至0.75mg/（L·min）时，将SBR反应器的运行模式由好氧反应模式切换至缺氧/厌氧反应模式，并投加有机碳源；在缺氧/厌氧反应模式中，当水体pH值在8～10min内的变化值小于0.5时，将缺氧/厌氧反应模式切换至好氧反应模式；重复好氧反应模式和缺氧/厌氧反应模式之间的切换，直至水体的TN小于15mg/L；所述硝化颗粒污泥中的好氧氨氧化细菌的相对丰度为30%以上。
2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥高效脱氮方法，其特征在于：所述有机碳源的投加量需满足的条件：有机碳源与水体TN的C/N比为1.5～2.0。
3.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥高效脱氮方法，其特征在于：在好氧反应模式中，水体中DO的浓度为1.5～2.0mg/L，在缺氧/厌氧反应模式中，水体中DO的浓度为0.2mg/L以下。
4.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥高效脱氮方法，其特征在于：所述硝化颗粒污泥的污泥浓度为3500～5500mg/L。
5.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥高效脱氮方法，其特征在于：在SBR反应器运行过程中，进水的水质指标：氨氮浓度≤220mg/L，TP≤12mg/L，pH值＞8.4。
6.根据权利要求5所述的好氧颗粒污泥高效脱氮方法，其特征在于：在SBR反应器运行过程中，进水的水质指标中，pH值为8.4～10.0。
7.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥高效脱氮方法，其特征在于：所述有机碳源为甲醇、乙醇和醋酸钠中的一种或两种以上。
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