CN104628131A - 一种在连续流中实现稳定反硝化亚硝酸盐的产生装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种在连续流中实现稳定反硝化亚硝酸盐的产生装置及方法，属于污水生物处理技术领域。该方法以轻质悬浮填料为载体，使短程反硝化污泥附着在填料表面，以进水中有机碳源为电子供体，将进水中硝酸盐不断还原为亚硝酸盐。本发明能够为厌氧氨氧化工艺持续提供电子受体，并且有效解决上流式反硝化反应器中污泥上浮及流失的问题。另外，本发明提供的反应器结构简单，占地面积小，成本低廉，利于推广。

Description

一种在连续流中实现稳定反硝化亚硝酸盐的产生装置与方法

技术领域

本发明涉及一种在连续流中实现稳定反硝化过程亚硝酸盐产生的装置与方法，属于污水生物处理技术领域。该方法以轻质悬浮填料为载体，将短程反硝化污泥挂在填料表面，以进水中有机碳源为电子供体，将进水中硝酸盐不断还原为亚硝酸盐，从而可以持续为后续厌氧氨氧化提供电子受体。该方法可以有效解决连续流反应器中污泥上浮及流失的问题。

背景技术

由水体中氮、磷浓度过量导致的富营养化现象日趋严重，严重影响水域生态环境和人类的健康。水体中磷酸盐可以通过化学法有效的去除，而生物脱氮是目前应用最广泛的污水脱氮技术。但以硝化和反硝化技术为基础构建的传统生物脱氮工艺存在诸多缺陷，主要包括：(1)好氧曝气进行氨氮的硝化需要大量氧气，充氧能耗大；(2)反硝化作用常常因为进行碳源不够需要外加大量的电子供体(有机物)，运行费用高；(3)硝化-反硝化工艺的容积氮去除效率低，导致反应池容积较大，占地面积较大；(4)传统硝化反硝化工艺会产生大量的剩余污泥，进而导致污泥处置费用高。近年来，新型生物脱氮技术厌氧氨氧化的出现，可以有效的解决传统硝化-反硝化工艺的缺陷。

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→0.066CH₂O_0.5N_0.15+1.02N₂+0.26NO₃ ^--N+2.03H₂O     (1)

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸氮为电子受体，氨氮为电子供体，将亚硝酸氮和氨氮同时转化为氮气的过程(式1)。厌氧氨氧化生物脱氮技术属于自养脱氮，无需碳源、无需供氧，且产泥量少，容积氮去除效率高。因此成为新型脱氮工艺中的研究热点。该技术所必需的亚硝酸盐氮一般通过短程硝化过程获得，但是难以短程硝化在实际应用中较难以维持稳定，特别是在处理低浓度氨氮废水时，亚硝酸盐积累率难以满足要求。因此，制约了该技术的广泛应用。

反硝化过程中亚硝酸盐的积累是为厌氧氨氧化提供电子受体的另外一种途径。本课题组对反硝化过程亚硝酸的积累特性进行了一系列试验。采用SBR反应器，利用人工配水、以乙酸钠为碳源，最终亚硝酸盐的积累率达到80％以上，且这种高亚硝酸积累特性能够稳定维持，可以实现高效稳定的短程反硝化(NO₃ ^--N→NO₂ ^--N)。但是SBR反应器中进行，反硝化过程亚硝酸盐产生速率低，而厌氧氨氧化具有很高的容积氮去除速率，实际运行过程中水量较大的情况下，难以满足亚硝酸盐持续供给的要求。因此，开发连续高效的亚硝酸盐积累运行系统具有重要的现实意义。传统的上流式污泥床反应器虽然可以实现较高的硝酸盐氮容积负荷，但其在运行过程中存在污泥上浮及流失的问题，无法长期稳定的运行。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，基于SBR反应器中培养的短程反硝化絮体污泥，以轻质悬浮填料为载体，使短程反硝化污泥附着在填料表面，提供了一种在连续流中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的装置与方法，该方法可以有效解决连续流反应器中污泥上浮及流失的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种在连续流生物膜反应器中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的装置，其特征在于，包括进水箱1、有机碳源储备箱2和短程反硝化反应器3；

进水箱1通过第一蠕动泵1.1与短程反硝化反应器底部第一进水口1.2相连；有机碳源储备箱2通过第二蠕动泵2.1与短程反硝化反应器底部第二进水口2.2相连；短程反硝化反应器3为上流式污泥床反应器，该反应器设有排泥口3.1、布水盘3.2、中间挡板3.3、取样口3.5、挡板3.6、三相分离器3.7、出水口3.8、第一回流口3.9、和第二回流口3.11；第一回流口3.9通过第三蠕动泵3.10与第二回流口3.11相连；布水盘3.2中设有直径为2～4mm的圆形小孔；中间挡板3.3中设有分布均匀的直径为4～10mm的圆形小孔；相邻中间挡板之间的反应区体积与短程反硝化反应器有效体积之比为1:2～1:6；短程反硝化反应器3内填充轻质悬浮填料3.4，其比重介于0.5～0.9g/cm³，孔隙率为80～95％。

实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的方法，其特征在于包括下述步骤：

系统启动：接种亚硝酸盐积累率大于70％的短程反硝化污泥，控制短程反硝化反应器内的污泥浓度MLSS为3000～8000mg/L，投加轻质悬浮填料于短程反硝化反应器中，填充比为50～70％；

进水箱中硝酸盐氮废水通过第一蠕动泵由第一进水口进入短程反硝化反应器；同时，有机碳源储备箱中的有机碳源通过第二蠕动泵由第二进水口进入短程反硝化反应器；第三蠕动泵开启，短程反硝化反应器的第一回流口中混合液经过第三蠕动泵回流到短程反硝化反应器的第二回流口，回流比在1.0～4.0之间；控制运行过程中进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR之比在2.5～4.5，水力停留时间HRT为10～40min；当轻质悬浮填料上污泥浓度MLSS大于2000mg/L时，短程反硝化污泥在轻质悬浮填料上挂膜成功，关闭第三蠕动泵，短程反硝化反应器启动成功；

系统运行：硝酸盐氮废水和有机碳源从短程反硝化反应器底部自下到上流经各反应区，出水经短程反应器出水口排出，控制反应器内悬浮填料以外污泥的污泥龄SRT在8～16天，具体是控制反应器内絮状污泥层的高度在挡板以下；

当短程反硝化反应器出水中硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮质量浓度之比大于10％时，提高进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR的比例，直至出水中亚硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮质量浓度之比大于70％。

本发明具有以下优点：

1)可以稳定、连续、高效地实现硝酸盐还原过程中亚硝酸盐的产生，为厌氧氨氧化工艺提供电子受体，从而为硝酸盐废水脱氮提供新途径；

2)短程反硝化污泥附着在轻质悬浮填料表面，水力剪切力作用使其在反应器内充分流化，从而有效解决传统升流式污泥床反应器中出现的污泥上浮和流失的问题；

3)本发明提供反应器结构简单，占地面积小，成本低廉，利于推广。

附图说明

图1是一种在连续流生物膜反应器中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示结构图，1为进水箱、2为有机碳源储备箱、3为短程反硝化反应器、1.1为第一蠕动泵、1.2为第一进水口、2.1为第二蠕动泵、2.2为第二进水口、3.1为排泥口、3.2为布水盘、3.3为中间挡板、3.4为轻质悬浮填料、3.5为取样口、3.6为挡板、3.7为三相分离器、3.8为出水口、3.9为第一回流口、3.10为第三蠕动泵、3.11为第二回流口。

一种在连续流生物膜反应器中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的装置，包括进水箱、有机碳源储备箱和短程反硝化反应器；

进水箱通过第一蠕动泵与短程反硝化反应器底部第一进水口相连；有机碳源储备箱通过第二蠕动泵与短程反硝化反应器底部第二进水口相连；短程反硝化反应器为上流式污泥床反应器，该反应器设有排泥口、布水盘、中间挡板、轻质悬浮填料、取样口、挡板、三相分离器、出水口、第一回流口、第三蠕动泵和第二回流口；第一回流口通过第三蠕动泵与第二回流口相连；布水盘中设有直径为2～4mm的圆形小孔；中间挡板中设有分布均匀的直径为5～8mm的圆形小孔；相邻中间挡板之间的反应区体积与短程反硝化反应器有效体积之比为1:3～1:5；短程反硝化反应器内填充轻质悬浮填料，其比重介于0.5～0.9g/cm³，孔隙率为80～90％。

一种在连续流生物膜反应器中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的方法，其特征是按下述步骤进行的：

系统启动：接种亚硝酸盐积累率大于70％的短程反硝化污泥，控制短程反硝化反应器内的污泥浓度MLSS为4000～6000mg/L，投加轻质悬浮填料于短程反硝化反应器中，填充比为60～70％；

进水箱中硝酸盐氮废水通过第一蠕动泵由第一进水口进入短程反硝化反应器；同时，有机碳源储备箱中的有机碳源通过第二蠕动泵由第二进水口进入短程反硝化反应器；第三蠕动泵开启，短程反硝化反应器的第一回流口中混合液经过第三蠕动泵回流到短程反硝化反应器的第二回流口，回流比在2.5～3.5之间；控制运行过程中进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR之比在2.8～3.5，水力停留时间HRT为15～25min；当轻质悬浮填料上污泥浓度MLSS大于2000mg/L时，短程反硝化污泥在轻质悬浮填料上挂膜成功，关闭第三蠕动泵，短程反硝化反应器启动成功；

系统运行：硝酸盐氮废水和有机碳源从短程反硝化反应器底部自下到上流经各反应区，出水经短程反应器出水口排出，控制反应器内悬浮填料以外污泥的污泥龄SRT在8～12天，具体是控制反应器内絮状污泥层的高度在挡板以下；

当短程反硝化反应器出水中硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮质量浓度之比大于10％时，提高进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR的比例，直至出水中亚硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮质量浓度之比大于70％。

具体试验用水为模拟硝酸盐氮废水，硝酸盐氮浓度为120mgN/L，试验短程反硝化反应器为上流式污泥床反应器，有效容积为1.6L,接种污泥为絮状短程反硝化污泥，其在反硝化过程中亚硝酸盐积累率大于80％，试验所用轻质悬浮填料比重介于0.8～0.9g/cm3，孔隙率为80～95％。整个运行过程在常温下进行，温度为24～28℃。

具体运行过程如下：

1)接种短程反硝化污泥，接种后短程反硝化反应器内的污泥浓度MLSS为5000mg/L；投加轻质悬浮填料于短程反硝化反应器各反应区中，填充比为65％；

2)将含硝酸盐氮废水由进水箱通过第一蠕动泵进入短程反硝化反应器的第一进水口，同时还有来自有机碳源储备箱中的有机碳源经过第二蠕动泵进入短程反硝化反应器的第二进水口，并且打开第三蠕动泵，使短程反硝化反应器的第一回流口中混合液经过第三蠕动泵回流到短程反硝化反应器的第二回流口，回流比为2.0；控制运行过程中进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR之比为3.0，水力停留时间HRT为18min；连续运行15天后，轻质悬浮填料上污泥浓度MLSS达到2200mg/L，短程反硝化污泥在轻质悬浮填料上挂膜成功，关闭第三蠕动泵，短程反硝化反应器启动成功；

3)短程反硝化反应器启动成功后，含硝酸盐氮废水和有机碳源依次从短程反硝化反应器底部从下到上流经各反应区，出水经出水口排出，出水中亚硝酸盐氮浓度为85～98mg/L；运行过程中反应器内絮状污泥的污泥龄SRT为14天，反应器内絮状污泥层的高度能够有效的控制在挡板以下，从而避免污泥随出水流出；

4)在连续运行中，当短程反硝化反应器出水中硝酸盐氮浓度占进水中硝酸盐氮浓度之比大于10％时，提高进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR的比例，出水硝酸盐氮浓度降低，积累的亚硝酸盐氮浓度增加，直至出水中亚硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮浓度之比大于70％，并维持稳定运行；

连续试验结果表明：工艺运行稳定后，系统最终出水亚硝酸盐氮浓度为85～98mg/L mgN/L，出水硝酸盐氮浓度为0～15mgN/L，实现了连续流生物膜反应器中持续稳定地产生亚硝酸盐氮，能够为厌氧氨氧化工艺提高稳定的电子受体，并且有效防止污泥上浮及流失。

以上对本发明所提供的一种在连续流生物膜反应器中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的装置及方法进行了详细介绍，并且应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种在连续流生物膜反应器中实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的装置，其特征在于，包括进水箱(1)、有机碳源储备箱(2)和短程反硝化反应器(3)；

进水箱(1)通过第一蠕动泵(1.1)与短程反硝化反应器底部第一进水口(1.2)相连；有机碳源储备箱(2)通过第二蠕动泵(2.1)与短程反硝化反应器底部第二进水口(2.2)相连；短程反硝化反应器(3)为上流式污泥床反应器，该反应器设有排泥口(3.1)、布水盘(3.2)、中间挡板(3.3)、取样口(3.5)、挡板(3.6)、三相分离器(3.7)、出水口(3.8)、第一回流口(3.9)、和第二回流口(3.11)；第一回流口(3.9)通过第三蠕动泵(3.10)与第二回流口(3.11)相连；布水盘(3.2)中设有直径为2～4mm的圆形小孔；中间挡板(3.3)中设有分布均匀的直径为4～10mm的圆形小孔；相邻中间挡板之间的反应区体积与短程反硝化反应器有效体积之比为1:2～1:6；短程反硝化反应器(3)内填充轻质悬浮填料(3.4)，其比重介于0.5～0.9g/cm³，孔隙率为80～95％。

2.应用权利要求1所述装置实现稳定反硝化亚硝酸盐产生的方法，其特征在于包括下述步骤：

系统启动：接种亚硝酸盐积累率大于70％的短程反硝化污泥，控制短程反硝化反应器内的污泥浓度MLSS为3000～8000mg/L，投加轻质悬浮填料于短程反硝化反应器中，填充比为50～70％；

进水箱中硝酸盐氮废水通过第一蠕动泵由第一进水口进入短程反硝化反应器；同时，有机碳源储备箱中的有机碳源通过第二蠕动泵由第二进水口进入短程反硝化反应器；第三蠕动泵开启，短程反硝化反应器的第一回流口中混合液经过第三蠕动泵回流到短程反硝化反应器的第二回流口，回流比在1.0～4.0之间；控制运行过程中进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR之比在2.5～4.5，水力停留时间HRT为10～40min；当轻质悬浮填料上污泥浓度MLSS大于2000mg/L时，短程反硝化污泥在轻质悬浮填料上挂膜成功，关闭第三蠕动泵，短程反硝化反应器启动成功；

系统运行：硝酸盐氮废水和有机碳源从短程反硝化反应器底部自下到上流经各反应区，出水经短程反应器出水口排出，控制反应器内悬浮填料以外污泥的污泥龄SRT在8～16天，具体是控制反应器内絮状污泥层的高度在挡板以下；

当短程反硝化反应器出水中硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮质量浓度之比大于10％时，提高进水有机负荷OLR与硝酸盐氮负荷NLR的比例，直至出水中亚硝酸盐氮浓度与进水中硝酸盐氮质量浓度之比大于70％。