CN103435160A - 一种促使连续流污水处理系统快速实现短程硝化的连续流运行方法 - Google Patents

Abstract

一种促使连续流污水处理系统快速实现短程硝化的连续流运行方法，属于生化法污水处理领域。本发明利用亚硝酸盐氧化菌活性在缺氧条件受到抑制、在好氧条件下恢复缓慢的特性，将连续流系统改造成四段缺氧、好氧交替运行的方式，逐步提高亚硝酸盐积累率；并通过排泥的方式淘洗出系统内的亚硝酸盐氧化菌，最终实现稳定的短程硝化效果。实践证明，在系统启动后1个污泥龄左右其亚硝酸盐积累率即能达到80%以上。本发明与依靠降低溶解氧实现连续流系统中短程硝化的方法相比，具有实现周期短、短程效果更稳定、硝化速率高及不容易引发污泥膨胀等优点，可作为一种专门针对连续流系统的短程硝化快速启动方法，适用于各种规模的连续流污水处理系统。

Description

一种促使连续流污水处理系统快速实现短程硝化的连续流运行方法

技术领域

本发明涉及一种促使连续流污水处理系统快速实现短程硝化的连续流运行方法，属于生化法污水处理技术领域，适用于采用连续流系统的不同规模市政污水处理厂。

背景技术

活性污泥法是目前世界范围内应用最广泛的污水净化方法，具有效果稳定、效率高及成本低廉等优点。污水处理系统按照其进水及反应方式主要分为两类：连续流系统和序批式系统。其中连续流系统主要由生化反应池及二次沉淀池组成，污水连续进入生化反应池前段并与活性污泥混合，形成泥水混合液，泥水混合液以推流的流态顺次经过生化反应池的不同反应区（厌氧区、缺氧区和好氧区）实现污水中污染物质（主要为有机物，氮、磷元素及悬浮质等）的降解去除，处理后的泥水混合物进入二沉池实现泥水分离，二沉池上清液作为处理后的出水排放，二沉池底部污泥通过回流继续参与反应或者被当做剩余污泥排放；序批式系统则一般由一个池体构成，该池体在不同的时间充当着生化池和沉淀池的角色，周期初始，污水一次性注入池体内部并与活性污泥混合，通过时间控制生化池进行不同阶段的反应（厌氧阶段、缺氧阶段或好氧阶段），完成反应后池体处于静置期以实现泥水分离，通过设定的排水比排放池体内上清液，即完成一个周期，闲置的池体等待再一次进水并进入下一个周期的反应。这两套系统由于构型的不同，各有优缺点：如连续流系统连续进水，处理水量大，但是由于各部分池体固定，无法实现灵活调节；而序批式系统虽然处理水量较小，但由于其根据时间来控制反应阶段长短，可以针对不同的反应需求进行灵活的调节。

随着污水处理排放标准中对氮排放要求的日益严格，许多新的生物脱氮工艺涌现出来，短程硝化工艺就是其一，近年来短程硝化工艺得到了大量的关注和研究。短程硝化工艺将传统的硝化反应过程限制在亚硝酸盐阶段，理论上能节省25%的曝气量及40%的反硝化碳源需求量，从而能解决市政污水碳氮比低、碳源无法满足生物脱氮的要求及外投加碳源经济成本较高等问题。传统硝化过程中，在好氧条件下，氨氮先被氨氧化菌（AOB）氧化为亚硝酸盐，亚硝酸盐进一步被亚硝酸盐氧化菌（NOB）氧化为硝酸盐氮；短程实现的主要控制因素即溶解氧，通过限制曝气时间或溶解氧的供给，即能使硝化停留在亚硝酸盐阶段，实现短程硝化。由于序批式反应器具有灵活控制好氧时间长短的优点，通过监测硝化进行程度及时停曝气，即能较快地实现短程硝化，因此现有的相关领域的研究大部分都是以序批式系统作载体开展的。对于连续流系统，由于好氧区体积固定，好氧区的水力停留时间即被固定，较难实现曝气时间的调节，因此好氧区内很容易发生过曝气的问题，不利于硝化过程的控制。目前，已有文献报道的连续流工艺实现短程的案例中，多数采用低溶解氧来限制硝化的进行程度，实现亚硝酸盐的积累。但是要实现稳定的短程效果，需要将NOB淘洗出反应器，在未完全淘洗出NOB之前，系统的短程效果很不稳定，一旦曝气量供给过量就会导致NOB增长，亚硝酸盐积累率下降，因此采用低溶解氧来实现连续流中短程硝化的启动周期较长；此外，低溶解氧条件容易导致丝状菌的过量繁殖，引发污泥膨胀的问题。目前污水处理厂的生化处理系统多以连续流为主，如何稳定快速地实现连续流中的短程硝化制约着短程硝化工艺的大量推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种促使连续流系统快速实现短程硝化的连续流运行方法，为目前污水处理界所面临的连续流中启动短程硝化周期长、效果不稳定等问题提供解决方案，也为污水处理厂对连续流系统进行升级改造提供备选方案。其原理是通过改造连续流系统为多段式缺氧/好氧交替运行的方式，来实现对亚硝酸盐氧化菌活性的抑制，实现亚硝酸盐的逐步累积，并通过排放剩余污泥的方式淘洗出系统内的亚硝酸盐氧化菌，最终实现稳定的短程硝化效果。

本发明的内容包括如下步骤：

（1）设定连续流系统的运行模式；将连续流系统按体积平均分隔成四段，每一段的构造相同，均由前置的缺氧区和后置的好氧区两部分组成，且缺氧区和好氧区的体积比为2:1；四段串联连接；进水和污泥回流、硝化液回流均进入第一段的缺氧区，泥水混合物经第四段的好氧区出来后进入二沉池实现泥水分离；第四段的好氧区设置硝化液回流管连接第一段的缺氧区；二沉池底部设置污泥回流管连接第一段的缺氧区；

（2）设定参数，启动及运行系统；设定生化池总的水力停留时间为8-10小时；将连续流的进水流量、硝化液回流量与二沉池污泥回流量的流量比设定为1:1:1；设定每一段好氧区的溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L；设定污泥龄为10-15天，生化池内部的污泥浓度为3000-3500mg/L；每一段的缺氧区增设机械搅拌器，使泥水混合物混合均匀；参数设定完成后，将进水引入第一段缺氧区启动系统，好氧区设溶解氧探头实时监测溶解氧的变化，并通过空气流量计对曝气量进行调节，以维持溶解氧恒定在1.5-2.0mg/L的水平；运行过程中每天监测沉淀池的出水氮化合物浓度，以实时掌握连续流系统的短程实现情况；当出现如下情况时，按照相应的方案解决：

①当出水中氨氮浓度大于5mg/L时，增大第一段好氧区的溶解氧浓度至2.0-2.2mg/L以提高硝化效率；

②当出水氨氮浓度低于5mg/L，但是出水中总氮浓度高于20mg/L时，增大硝化液回流量与进水流量的比值至120%-150%以强化反硝化效果；若仍然无法满足出水总氮浓度低于20mg/L以下，则需往进水中添加外碳源，补充反硝化所需有机物，添加量以保障出水氮浓度达标为准；

③当出水中氨氮和总氮浓度分别低于5mg/L和20mg/L，且系统的亚硝酸盐积累率达到80%以上后，若出现亚硝酸盐积累率降到60%以下的情况，应将第三、四段的好氧区溶解氧浓度水平降低至1.2-1.5mg/L，防止亚硝酸盐转化成硝酸盐；若亚硝酸盐积累率仍然无法提升到80%以上，另外再将第二段好氧区的溶解氧浓度降低到1.2-1.5mg/L的水平予以解决。

本发明与现有的连续流中通过降低溶解氧实现短程硝化的方法相比，具有如下优点：

（1）启动周期短；采用低溶解氧条件控制实现连续流中的短程硝化，一般需要30天左右的时间（2个污泥龄）才能实现稳定的亚硝积累率；而本发明所述的采用缺/好氧交替的方法，由于缺氧条件对亚硝酸盐氧化菌的抑制，运行初期即能实现亚硝积累，在后期的排泥过程中，亚硝酸盐氧化菌被逐步淘洗出系统，10-15天（1个污泥龄）即能实现稳定的亚硝积累率；

（2）短程效果更稳定；采用低溶解氧条件控制实现连续流中短程硝化，由于好氧区连续的曝气条件难以把握，容易出现溶解氧过量供给的过曝气现象，亚硝酸盐氧化菌的活性不容易被抑制，若亚硝酸盐氧化菌没有完全淘洗出系统，过曝气时即会导致亚硝酸盐被氧化成硝酸盐，短程效果不稳定；而本发明所述的连续流运行方式，亚硝酸盐氧化菌的活性在每一段的缺氧区都能得到较强的抑制，在随后的好氧区，由于水力停留时间较短，其活性尚未完全恢复，在进入下一段的缺氧区时又会被进一步的抑制，因此无论亚硝酸盐氧化菌是否完全淘洗出系统，在缺/好氧交替的运行条件下其活性都会受到抑制，短程效果更稳定；

（3）氨氮硝化速率高：低溶解氧条件不仅不容易控制，而且会导致氨氮的硝化速率降低；但是在本发明所述的运行方式中，每一段的好氧区仍然采用高溶解氧运行，硝化效率高；

（4）不容易导致污泥膨胀的发生；低溶解氧条件和高的亚硝酸浓度都能引发丝状菌的增殖，导致污泥膨胀的发生，因此在低溶解氧实现短程的连续流系统中，污泥的沉降性能一般都会受到影响；而以本发明所述的缺/好氧方式运行连续流系统，上一段好氧区产生的亚硝酸盐在下一段的缺氧区即能得到部分甚至全部的去除，较大程度地削弱了亚硝酸盐积累对污泥沉降性能的不利影响；此外，本发明中好氧区高溶解氧的条件也不容易导致污泥沉降性能的恶化。

附图说明

图1为本发明的演示装置图

图2为本发明实施过程中连续流系统内的短程硝化实现情况

图1中：1-进水箱；2-进水泵；3-机械搅拌器；4-缺氧区；5-好氧区；6-溶解氧探头；7-空气压缩机；8-空气管路；9-硝化液回流管路；10-污泥回流管路；11-硝化液回流泵；12-污泥回流泵；13-数据传输线；14-溶解氧仪；15-生化池出水管；16-二沉池；17-二沉池出水管；18-排泥管；19-空气流量计；20-第一段；21-第二段；22-第三段；23-第四段。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明的具体实施方式作详细地说明：

（1）设定连续流的运行模式；如图1所示为按照本发明改造后的连续流系统示意图，连续流被改造成连续的四段（20-23），每一段由体积比为2:1的缺氧区（4）和好氧区（5）组成，上一段的好氧区出水流入下一段的缺氧区，最后一段的好氧区出水经生化池出水管（15）进入二沉池（16）实现泥水分离；最后一段好氧区设有硝化液回流管（9）和硝化液回流泵（11）连接第一段的缺氧区；二沉池出水经出水管（17）排放，二沉池污泥一部分经污泥回流泵（12）及污泥回流管（10）回流至第一段的缺氧区，一部分作为剩余污泥经排泥管（18）排放；市政污水、回流硝化液及回流污泥均进入第一段缺氧区；每一段的缺氧区都设有机械搅拌器（3）；每一段的好氧区均通过空气压缩机（7）和空气管路（8）连续均匀曝气，并通过溶解氧探头（6）及溶解氧仪（14）监测好氧区内溶解氧水平，通过空气流量计（19）控制每个好氧区内溶解氧浓度水平；整个连续流的运行状态整体呈现缺/好氧交替的运行模式；

（2）设定参数，启动及运行系统；将连续流系统的进水泵（2）、硝化液回流泵和污泥回流泵均设定成相同的转速，三者流量比为1:1:1；四个好氧区的溶解氧浓度均设定成2.0mg/L;设定池体内部的水力停留时间为8小时，设定系统的污泥龄为10天；系统内的污泥浓度维持在3400mg/L左右；开启各缺氧段的机械搅拌器，启动连续流系统；通过溶解氧探头实时测定各个好氧区的溶解氧浓度，并通过空气流量计设定空气流速，以维持好氧区内溶解氧浓度的稳定；运行过程中，每天对二沉池出水水质指标进行监测，以实时掌握连续流系统中的短程实现情况；同时每天按照10-15天的污泥龄排放剩余污泥，以迅速淘洗出亚硝酸盐氧化菌；当出现如下情况时，按照相应的方案解决：

①如果二沉池出水中氨氮浓度高于5mg/L，说明曝气量不足，硝化反应不完全，通过增大第一好氧区的溶解氧浓度至2.0-2.2mg/L的水平以解决；

②如果二沉池出水中氨氮浓度低于5mg/L，但是总氮浓度高于20mg/L，说明需增强反硝化效果，通过增大硝化液回流泵的转速，使得硝化液回流比增大至120-150%予以解决；若仍然无法满足出水总氮浓度低于20mg/L以下，则往进水中添加外碳源，添加外碳源可按不断增加的原则，第一次投加先使得进水COD提高50-100mg/L，并测定添加碳源后二沉池的出水效果是否满足总氮低于20mg/L，若无法达到则再添加碳源，以每次COD提高量不超过50mg/L为宜，直到出水总氮浓度低于20mg/L；

③当出水中氨氮和总氮浓度分别低于5mg/L和20mg/L，且系统出水中的亚硝酸盐积累率达到80%以上后，若出现亚硝酸盐积累率突降到60%以下的情况，说明溶解氧供给过多，有部分亚硝酸盐转化成了硝酸盐，此时可将第三、四段的好氧区溶解氧浓度水平降低至1.2-1.5mg/L的水平予以解决；若亚硝酸盐积累率仍然无法提升到80%以上，可再将第二段好氧区的溶解氧浓度降低到1.2-1.5mg/L的水平予以解决。

具体实例用水取自北京工业大学旁的市政管网实际生活污水，该污水水质：COD257-417mg/L；氨氮：54.2-76.7mg/L；亚硝酸盐：0.1-0.7mg/L；硝酸盐：0.2-2.3mg/L；pH7.1-7.6。实例结果表明：系统运行3天后，其亚硝酸盐积累率即达到了10%左右；运行第12天，系统的亚硝酸盐积累率即达到90%左右，出水的硝酸盐氮浓度低于1.5mg/L，获得了很好的短程硝化效果；在后期的稳定运行过程中，通过维持四个好氧区的溶解氧浓度在2.0mg/L左右的水平，很好地维持了短程效果，稳定维持近四十天的运行过程中，未出现亚硝酸盐积累率明显降低、短程硝化效果遭到严重破坏的现象，可见本发明所述的连续流运行方式能够有效地抑制活性污泥中亚硝酸盐氧化菌的活性，保障连续流系统稳定的短程硝化效果。

Claims (1)

1.一种促使连续流污水处理系统快速实现短程硝化的连续流运行方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）设定连续流系统的运行模式；将连续流系统按体积平均分隔成四段，每一段的构造相同，均由前置的缺氧区和后置的好氧区两部分组成，且缺氧区和好氧区的体积比为2:1；四段串联连接；进水和污泥回流、硝化液回流均进入第一段的缺氧区，泥水混合物经第四段的好氧区出来后进入二沉池实现泥水分离；第四段的好氧区设置硝化液回流管连接第一段的缺氧区；二沉池底部设置污泥回流管连接第一段的缺氧区；

（2）设定参数，启动及运行系统；设定生化池总的水力停留时间为8-10小时；将连续流的进水流量、硝化液回流量与二沉池污泥回流量的流量比设定为1:1:1；设定每一段好氧区的溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L；设定污泥龄为10-15天，生化池内部的污泥浓度为3000-3500mg/L；每一段的缺氧区增设机械搅拌器，使泥水混合物混合均匀；参数设定完成后，将进水引入第一段缺氧区启动系统，好氧区设溶解氧探头实时监测溶解氧的变化，并通过空气流量计对曝气量进行调节，以维持溶解氧恒定在1.5-2.0mg/L的水平；运行过程中每天监测沉淀池的出水氮化合物浓度，以实时掌握连续流系统的短程实现情况；当出现如下情况时，按照相应的方案解决：

①当出水中氨氮浓度大于5mg/L时，增大第一段好氧区的溶解氧浓度至2.0-2.2mg/L以提高硝化效率；

②当出水氨氮浓度低于5mg/L，但是出水中总氮浓度高于20mg/L时，增大硝化液回流量与进水流量的比值至120%-150%以强化反硝化效果；若仍然无法满足出水总氮浓度低于20mg/L以下，则需往进水中添加外碳源，补充反硝化所需有机物，添加量以保障出水氮浓度达标为准；

③当出水中氨氮和总氮浓度分别低于5mg/L和20mg/L，且系统的亚硝酸盐积累率达到80%以上后，若出现亚硝酸盐积累率降到60%以下的情况，应将第三、四段的好氧区溶解氧浓度水平降低至1.2-1.5mg/L，防止亚硝酸盐转化成硝酸盐；若亚硝酸盐积累率仍然无法提升到80%以上，另外再将第二段好氧区的溶解氧浓度降低到1.2-1.5mg/L的水平予以解决。

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