CN103739060B - 游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置与方法 - Google Patents

游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置与方法 Download PDF

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Abstract

游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置与方法,属于连续流工艺污水生物脱氮领域。主要包括原水水箱、进水泵、进水管、好氧硝化池、pH测定仪、pH传感器、鼓风机、曝气管、空气扩散器、污泥回流管、污泥回流泵、好氧硝化池出水管、沉淀池、沉淀池出水管、剩余污泥排泥管。基于游离氨(FA)与游离亚硝酸(FNA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的协同抑制机理,通过控制好氧硝化池内FA浓度在5.9-63.1mg/L之间,实现常温下短程硝化的快速启动和稳定维持,解决了连续流工艺短程硝化的瓶颈问题,并具有脱氮效率高、反应速率快、节省运行成本和获得优良出水水质等特点。

Description

游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的 装置与方法
技术领域
[0001] 本发明设及游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置与方 法,属于连续流工艺污水生物脱氮领域。
背景技术
[0002] 1975年,Voets等在处理高浓度氨氮废水的研究中,发现了硝化过程中亚硝态氮 积累的现象,首次提出短程硝化反硝化生物脱氮的概念。其基本原理是将氨氮(NH/-N)氧 化控制在亚硝化阶段,然后通过反硝化作用将亚硝态氮(NCV-N)还原为氮气。基于氮的微生 物转化过程来看,短程硝化是由两类独立细菌氨氧化菌(A0B)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)分 别完成的2类反应。从微生物学角度分析,A0B和NOB完全可W独立生活。对于反硝化菌, 无论是亚硝态氮还是硝态氮(NCV-N)均可W作为最终受氨体,因而短程生物脱氮过程可经 NH/-N - NCV-N -馬该样途径完成。
[0003] 短程硝化的关键是将硝化过程控制在亚硝化阶段,阻止亚硝态氮的进一步氧化。 与传统的全程硝化相比,短程硝化具有W下优点;①氨氧化阶段可减少25%的供氧量;②反 硝化阶段可W减少40%的碳源;⑨反应时间短,反应器容积可W将少30~40% ;④污泥产量 可减少55%左右。
[0004] 短程硝化 NH/-N+1. 5〇2 - NO 2--N+H20+2H+ (1)
[000引 全程硝化 NH/-N+202 - NO 3--化H20+2H+ (2)
[0006] 国内外许多学者对短程生物脱氮工艺进行了研究,研究发现NCV-N不稳定,极易 氧化成NCV-N,因此寻求各种方法维持稳定的NCV-N积累已成为众多学者研究开发的目标。 由于A0B与NOB的协同增殖方式,似乎无法排除NOB的增殖,只能通过混合系统中A0B和 NOB之间数量或活性的不平衡实现NCV-N的积累。某些环境条件可抑制NOB增殖或活性,从 而使成A0B成为硝化菌中的优势菌,该些环境条件包括;高浓度游离氨(FA)和游离亚硝酸 (FNA)、高抑值、较高温度、较低溶解氧(DO)浓度W及投加硝化反应选择性化学抑制剂等。
[0007] 连续流工艺是目前实际工程中应用最广泛的生物脱氮工艺,如A/0, A20,氧化沟 等,但目前连续流工艺内的脱氮主要W全程生物脱氮为主,因此,如何维持较高浓度稳定的 亚硝态氮积累,是限制短程生物脱氮技术在连续流工艺内应用的瓶颈问题。
[000引垃圾渗滤液是典型的高氨氮废水,处理难度大。该是由于垃圾渗滤液氨氮含量高、 水质十分复杂并且随填埋时间的变化而变化。早期渗滤液氨氮和有机物均很高,晚期渗滤 液氨氮含量增高,但有机物浓度大幅度降低,导致碳氮比失调,垃圾渗滤液高氨氮水质特性 是导致其难于处理的重要原因之一。较低的碳氮比不但对生物处理过程有较强的抑制作 用,而且有机碳源的缺乏使得难W进行有效的反硝化。然而,渗滤液内较高氨氮所形成的FA 和FNA是实现短程硝化的一个重要因素,通过FA和FNA协同抑制实现渗滤液短程硝化,既 利用了废水,又实现了节能,可谓"一举两得"。
发明内容
[0009] 本发明设计的游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置与 方法,要解决高氨氮废水连续流工艺短短程硝化的快速实现和稳定维持等问题。
[0010] 本发明的目的是基于W下原理实现的;(1)垃圾渗滤液短程硝化过程中会形成较 高浓度的FA和FNA,对AOB和NOB均具有抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA和FNA更敏感; (2)沿着连续流工艺的流程方向,由于NH/-N浓度和抑值的同步降低,导致硝化反应过程 中FA浓度逐渐降低,因此对NOB活性的抑制逐渐减弱。当硝化反应结束时,极低的FA浓度 已经失去了对NOB活性的抑制。因此仅依靠FA对NOB的抑制作用,且不能准确控制硝化终 点时,难于维持长期稳定短程硝化。与FA的变化趋势相反,随着反应的进行,由于NCV-N浓 度的升高和抑值的降低,引起FNA浓度不断增加,导致对NOB的抑制作用逐渐增强。由此 可知,FA与FNA的协同作用是抑制NOB活性的关键因素;(3)短程硝化过程中,pH曲线上共 出现特征点,可准确指示硝化终点。因此,通过抑曲线特征点来判断硝化终点,不仅避免了 过曝气导致的FA对NOB氧化菌活性抑制的失去,还可W避免曝气导致系统运行费用的增加 等负面影响。通过上述分析可知,FA协同FNA抑制辅W抑避免过度曝气为NOB生长创造 有利条件的情况发生,W此实现硝化菌群中NOB的淘洗W及A0B优势菌属的筛选,优化了微 生物种群。
[0011] 本发明设计的游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置, 主要包括原水水箱(1)、进水累(2)、进水管(3)、好氧硝化池(4)、抑测定仪(5)、抑传感器 (6)、鼓风机(7)、曝气管(8)、空气扩散器(9)、污泥回流管(10)、污泥回流累(11)、好氧硝化 池出水管(12 )、沉淀池(13 )、沉淀池出水管(14)、剩余污泥排泥管(15 ),原水水箱(1)通过 进水管(3)经由进水累(2)与好氧硝化池(4)连接,好氧硝化池(4)分成多个串联的格室, 相邻两个格室之间的通口是上下交错的;好氧硝化池(4)通过好氧硝化池出水管(12)与沉 淀池(13)连接,沉淀池(13)设有沉淀池出水管(14)和剩余污泥排泥管(15),沉淀池(13) 通过污泥回流管(10)经由污泥回流累(11)与好氧硝化池(4)的第一格室连接,好氧硝化池 (4)的每个格室内均设有抑传感器(6),抑传感器(6)与抑测定仪(5)连接,好氧硝化池 (4)的每个格室内均设有空气扩散器(9),空气扩散器(9)通过曝气管(8)与鼓风机(7)连 接。
[0012] 好氧硝化池(4)的最后一个格室或每一个格室均可选择的通过好氧硝化池出水管
[12] 与沉淀池(13)连接。
[0013] 采用上述装置让游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的方法, 其特征在于,主要包括W下步骤:
[0014] (1)进水;高氨氮原水通过进水累从原水水箱经由进水管被连续累入好氧硝化 池;
[001引(2)曝气;开启鼓风机,为硝化菌提供充足的溶解氧,在好氧硝化池内,硝化菌将 NH/-N氧化为N02-N,沿着好氧硝化池的流程方向,随着氨氧化反应不断进行,FA浓度逐渐 降低,对NOB活性的抑制逐渐减弱,同时,沿着硝化池的流程方向,NCV-N浓度逐渐增加,导 致FNA浓度逐渐增加,对NOB活性的抑制逐渐增强,直至出水实现短程硝化;
[0016] 其中,步骤(1)调节原水进水,使得进入好氧硝化池(4)第一格室的进水FA浓度控 制在5. 9-63. Img/L之间;其优选值为21. 6mg/L。通过每个格室的抑传感器检测反应过程, 采用抑值曲线上的特征点来指示硝化终点,通过调节反应时间,沿着好氧硝化池流程方向 使得格室的抑依次从逐渐从下降变为上升,出现"氨谷"特征点时,结束氨氮氧化,排水到 沉淀池;沉淀上清液经沉淀池出水管排出,沉淀的污泥一部分在污泥回流累的作用下,经由 污泥回流管回流至好氧硝化池第一格室,另一部分污泥通过剩余污泥排泥管排出;
[0017]
Figure CN103739060BD00061
[001引式中;FA为游离氨浓度,mg/L ;[畑4+-闲为氨氮浓度,mg/L ;T为温度,°C ;
[0019] 反应过程中,温度控制在20-35°C之间,优选温度为25°C。
[0020] 反应过程中,格室的抑值依次降低,优选四个格室,其中第一格室抑值控制 6. 97-9. 17之间,优选抑值为8.42 ;第二格室抑值控制6. 64-8. 95之间,优选抑值为8.05 ; 第S格室抑值控制6. 31-8. 86之间,优选抑值为7. 86 ;第四格室抑值控制6. 17-7. 42之 间,优选抑值为7. 13。
[0021] 本发明设计的游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的方法的 有益效果:
[0022] 本发明在连续流工艺内实现了 FA协同FNA抑制辅W抑值系统的集成,可快速实 现较高的亚硝态氮积累,从本质上实现了 NOB抑制和淘洗,使AOB成为硝化菌属中的优势菌 种,从而优化了微生物种群。此外,基于pH在线监测,可合理地分配硝化反应时间,在保证 出水水质的前提下,大幅度提高处理效率,节省曝气运行费用。
[0023] 本发明设计的游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置和 方法,与现有技术相比,具有如下优点:
[0024] (1)快速实现短程硝化,并稳定维持。采用FA协同FNA抑制硝化菌活性,在42天 内实现短程硝化,亚硝态氮积累率达到90% W上,并且稳定维持稳定。稳定后好氧硝化池内 的FNA浓度浓度控制在0. 01-0. 59mg/L之间,其优选值为0. 025mg/l,通过下式计算;
[0025]
Figure CN103739060BD00062
[0026] 式中;FNA为游离亚硝酸浓度,mg/L ; [NCV-闲为亚硝态氮浓度,mg/L ;T为温 度,。C。
[0027] (2)优化了系统内微生物菌属。由于较高FA协同FNA可完全抑制NOB活性,实现 了从污泥系统硝化菌群中淘洗出N0B,并筛选优势菌属A0B,实现了微生物种群的优化。
[0028] (3)获得较好的硝化效果。出水NH/-N浓度低于20mg/L,满足2011年7月起开始 执行的垃圾渗滤液排放标准佑B16889-2008. 07)。
[0029] (4)优化工艺运行。连续流工艺采用抑实时控制,可避免过曝气,提高脱氮效率, 减少曝气能耗,降低运行费用,从而优化了工艺的运行。
[0030] (5)由原水水箱,进水累,进水管,好氧硝化池、鼓风机、曝气管、空气扩散器、出水 管、污泥回流管、污泥回流累、沉淀池和剩余污泥排泥管顺序串联组成;好氧硝化池被分成 多个个格室,W提供更大的反应推动力;好氧硝化池内设置抑传感器,与抑测定仪相连,在 线监测反应过程。硝化反应过程中,通过控制合理的FA和FNA浓度范围,使FA与FNA协同 抑制NOB的活性,不抑制A0B的活性,从而快速实现并稳定维持短程硝化。
Figure CN103739060BD00063
Figure CN103739060BD00064
附图说明
[0031] 图1是本发明的工艺结构示意图;
[0032] 图2是游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的装置和方法的 原理不意图;
[0033] 图3是好氧硝化池第4格亚硝态氮积累率随时间的变化关系图;
[0034] 图4是好氧硝化池第4格室NCV-N和NCV-N浓度随时间变化关系曲线图;
[0035] 图5是好氧硝化池进出水氨氮浓度变化曲线图;
[0036] 图 1 中;
[0037] 1-原水水箱,2-进水累,3-进水管,4-好氧硝化池,5-pH测定仪,6-pH传感器, 7-鼓风机,8-曝气管,9-空气扩散器,10-污泥回流管,11-污泥回流累,12-好氧硝化池出 水管,13-沉淀池,14-沉淀池出水管,15-剩余污泥排泥管。
具体实施方式
[0038] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明,但本发明并不限于W下实施例。
[0039] 实施例1
[0040] 实施例参见图1 ;待处理垃圾渗滤液从原水水箱1被进水累2经由进水管3进入 好氧硝化池4。同时鼓风机7通过曝气管8向好氧硝化池4提供氧气,氧气通过空气扩算器 9进入泥水混合液。好氧硝化池4内的泥水混合液通过重力作用经由硝化池出水管12流 入沉淀池13。沉淀上清液经沉淀池出水管14排出,沉淀的污泥一部分在污泥回流累11的 作用下,经由污泥回流管10回流至好氧硝化池4,另一部分污泥通过剩余污泥排泥管15排 出。整个反应过程中,利用抑传感器6实时监测好氧硝化池4内的抑值,并将监测数值存 储抑测定仪5中,当抑值会从下降变为上化出现"氨谷"特征点时,指示硝化反应结束。
[0041] 试验实例:W北京六里屯垃圾填埋场的实际垃圾渗滤液为研究对象,经过厌氧预 处理后,进入好氧硝化池的水质特征为;NH/-N89. 3-143. 8mg/l,抑8. 5-7. 3。运行条件为; 温度15. 2-31. 4°C,D00. 56-4. 2mg/L。试验共进行110天,结果表明;随着运行天数的增加, 好氧硝化池内氨氮氧化反应结束时,亚硝态氮积累率迅速上升,在第42天,亚硝态氮积累 率达到92%。此后始终稳定维持在90% W上,为典型的短程硝化。沿着好氧硝化池流程方 向,pH值逐渐从下降,而后变为上升,出现"氨谷"特征点,指示氨氮氧化结束。整个试验期 间,在进水氨氮平均值为113mg/L的条件下,出水氨氮为6. 3mg/L,去除率达到94. 4%,实现 了深度脱氮。
[0042] 本发明实现了常温下短程硝化的快速启动和稳定维持,解决了连续流工艺短程硝 化的瓶颈问题,并具有脱氮效率高、反应速率快、节省运行成本和获得优良出水水质等特 点。

Claims (6)

1. 游离氨与游离亚硝酸协同抑制硝化菌活性实现短程硝化的方法,装置主要包括原 水水箱(1)、进水泵(2)、进水管(3)、好氧硝化池(4)、pH测定仪(5)、pH传感器(6)、鼓风 机(7)、曝气管(8)、空气扩散器(9)、污泥回流管(10)、污泥回流泵(11)、好氧硝化池出水 管(12)、沉淀池(13)、沉淀池出水管(14)、剩余污泥排泥管(15),原水水箱(1)通过进水管 (3)经由进水泵(2)与好氧硝化池(4)连接,好氧硝化池(4)分成多个串联的格室,相邻两 个格室之间的通口是上下交错的;好氧硝化池(4)通过好氧硝化池出水管(12)与沉淀池 (13)连接,沉淀池(13)设有沉淀池出水管(14)和剩余污泥排泥管(15),沉淀池(13)通过 污泥回流管(10)经由污泥回流泵(11)与好氧硝化池(4)的第一格室连接,好氧硝化池(4) 的每个格室内均设有PH传感器(6),pH传感器(6)与pH测定仪(5)连接,好氧硝化池(4) 的每个格室内均设有空气扩散器(9),空气扩散器(9)通过曝气管(8)与鼓风机(7)连接; 好氧硝化池(4)的最后一个格室或每一个格室均可选择的通过好氧硝化池出水管(12)与 沉淀池(13)连接;其特征在于,包括以下步骤: (1) 进水:高氨氮原水通过进水泵从原水水箱经由进水管被连续泵入好氧硝化池; (2) 曝气:开启鼓风机,为硝化菌提供充足的溶解氧,在好氧硝化池内,硝化菌将NH4+-N 氧化为NO2-N,沿着好氧硝化池的流程方向,随着氨氧化反应不断进行,FA浓度逐渐降低,对 NOB活性的抑制逐渐减弱,同时,沿着硝化池的流程方向,Ν02_-Ν浓度逐渐增加,导致FNA浓 度逐渐增加,对NOB活性的抑制逐渐增强,直至出水实现短程硝化; 其中,步骤(1)调节原水进水,使得进入好氧硝化池(4)第一格室的进水FA浓度控制 在5. 9-63. lmg/L之间;通过每个格室的pH传感器检测反应过程,采用pH值曲线上的特征 点来指示硝化终点,通过调节反应时间,沿着好氧硝化池流程方向使得格室的PH依次从逐 渐从下降变为上升,出现"氨谷"特征点时,结束氨氮氧化,排水到沉淀池;沉淀上清液经沉 淀池出水管排出,沉淀的污泥一部分在污泥回流泵的作用下,经由污泥回流管回流至好氧 硝化池第一格室,另一部分污泥通过剩余污泥排泥管排出;
Figure CN103739060BC00021
式中:FA为游离氨浓度,mg/L ; [NH/-N]为氨氮浓度,mg/L ;T为温度,°C ; 使得进入好氧硝化池(4)第一格室的进水FA浓度控制在5. 9-63. lmg/L之间。
2. 按照权利要求1的方法,其特征在于,反应过程中,温度控制在20-35°C之间。
3. 按照权利要求1的方法,其特征在于,反应过程中,温度控制在25°C。
4. 按照权利要求1的方法,其特征在于,反应过程中,格室的pH值依次降低。
5. 按照权利要求4的方法,其特征在于,采用四个格室,第一格室pH值控制6. 97-9. 17 之间,第二格室PH值控制6. 64-8. 95之间,第三格室pH值控制6. 31-8. 86之间,第四格室 pH值控制6. 17-7. 42之间。
6. 按照权利要求1的方法,其特征在于,稳定后好氧硝化池内的FNA浓度浓度控制在 0· 01-0. 59mg/L之间,通过下式计算:
Figure CN103739060BC00022
式中:FNA为游离亚硝酸浓度,mg/L ; [NCV-N]为亚硝态氮浓度,mg/L ;T为温度,°C。
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