CN105800776A - 一种在污水处理过程中减少n2o排放的fna侧流工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，涉及生活污水主流全程自养脱氮过程中使用FNA减少N₂O排放的方法。具体为：污水进入序批式主反应器后，先后经历好氧喂养‑好氧曝气‑静止沉淀‑静置出水的主流全程自养脱氮反应过程；在好氧曝气结束时排放部分污泥进入侧流段，在所述侧流段部分污泥经一定浓度的FNA处理一定时间后回流，返回主反应器。本发明在全程自养脱氮反应的基础上，创造性的使用FNA元素将整个工艺优化，其优势在于显著减少了污水处理过程中N₂O的产生量，对我国生活污水的处理，具有重要的环境生态意义。

Description

一种在污水处理过程中减少N2O排放的FNA侧流工艺

技术领域：

本发明主要涉及到环保技术领域，具体涉及全程主流自养脱氮的生活污水处理过程中使N₂O的排放减量的方法。

背景领域：

气候变暖是我国乃至全球面临的一大严重生态问题。N₂O是一种极具破坏性的温室气体，同时还是一种破坏臭氧层的物质。N₂O可以直接产生于污水处理系统，并从污水处理厂释放到大气环境中。据报道污水中1％的氮若以N₂O的形式释放到大气中，它对温室效应的贡献就可以等价于or超过污水处理厂产生的CO₂的贡献。因此，为了更好地减缓温室效应，如何在污水厂运行过程中控制N₂O的排放一直是科研工作者关注的重点。N₂O通常在污水处理厂生物脱氮过程中的硝化和反硝化段产生。虽然所有的非自养的脱氮菌以及氨氧化细菌(AOB)均能以副产物的形式产生N₂O，但后者才是主要贡献者。因此，如何更好地控制AOB产生N₂O是实现污水厂N₂O减排的一个重要途径。

近年来，如何在污水厂运行中实现能量的循环利用而非单一的去除某类污染物这一理念越来越受到科研人员的关注。主流全程自养脱氮反应(Mainstream deammonification)工艺能同时满足污染物去除和能量回收，主流自养脱氮的反应分为前期有机碳的去除，短程硝化反应(50％的NH₄ ⁺-N转化为NO₂ ^--N)，以及厌氧氨氧化反应(亚硝氮和氨氮同时发生氧化还原反应去除水中氨氮)。该工艺能同时达到污染物减量化和资源化，是一种极具有应用前景的污水处理工艺。在这个系统中，N₂O产生通常发生在硝化阶段。一般反应系统中铵盐含量不多于57mg/L，因此在反硝化段会有亚硝酸盐的累积。从目前的理解来说，由于主体反应器中的亚硝酸盐的累积，所以与传统的脱氮除磷工艺相比，主流全程自养脱氮反应的N₂O产生率更高。因此高的N₂O逸出率成为该技术的主要缺点。

游离亚硝酸(HNO₂或FNA)是亚硝酸盐在水体的质子化形态，对污水厂中大多数微生物具有极强的破坏作用。一般来说，污水处理中基质亚硝酸含量越高，N₂O的排放量越大，但是本发明中，由于对污泥中微生物的影响，FNA对污泥的处理反而可以降低N₂O的排放。

本发明涉及全程自养脱氮反应器中的AOB依靠亚硝酸盐的累积，降低N₂O的排放量，本发明消除了对于主流自养硝化脱氮反应器中的应用顾虑，从而具有特别重要的生态意义，对于前沿污水处理技术的推动有很大的促进力。

发明内容：

一种基于全程自养脱氮工艺的新方法，加入FNA处理污泥的侧流工艺，与全程自养脱 氮的主流工艺相组合，显著减少了污水处理过程中N₂O的产生量，因此解决了此节能环保污水处理工艺中最严峻的环境挑战。本发明是应用全程自养主流脱氮工艺与FNA处理污泥的侧流工艺相结合，显著减少了污水处理过程中N₂O的产生量的污水进水新模式。

一种在全程自养脱氮反应工艺的基础上，添加使用FNA处理污泥并进行回流的侧流工艺，以此减少了污水处理过程中N₂O的产生量。采用装有采用装置有1进水阀，2进水管，3出水阀，4出水管，5搅拌装置，6进泥阀，7污泥回流管，8出泥阀，9污泥泵，10曝气头，11空气流量计，12空气压缩机，13排泥阀，14排泥管，15污泥浓缩池，16FNA处理箱，17排水管，18SBR反应器；整套工艺按照如下方式运行：

主流反应：

1)打开进水阀1，污水从进水管1进入上述SBR反应器主体；同时打开进泥阀6，污泥进入所述SBR反应器主体。待70-90min进料完毕后，同时关闭进水阀1和进泥阀6。进水有机负荷80-120mg COD/L，氨氮33-57mg/L；

2)进水同时，打开所述搅拌装置5，使SBR反应器泥水充分混合，搅拌转速为120-140r·min^-1，一个周期内总共搅拌时间为260-300min；

3)进水结束后，打开空气压缩机12，调节流量计11，使溶解氧浓度控制在2.5-3.0mg·L^-1，好氧曝气时间为190-210min；

4)好氧结束后，关闭空气压缩机12结束曝气，关闭搅拌装置5停止搅拌；

5)曝气结束后上述SBR主反应器沉淀50-70min，以实现泥水分离；

6)沉淀结束后，打开出水阀3，排出50％体积水，水力停留时间为12h，10-30min内排水结束，结束排水后关闭排水阀3，排水完成后，打开排泥阀13，使反应器内活性污泥浓度为3500-4000mg·L^-1；

侧流反应：

7)好氧曝气段结束时，打开出泥阀门8，使上述8-12％泥水混合物进入污泥浓缩池15；

8)泥水混合物在所述污泥浓缩池15内进行10-12h重力浓缩；

9)上清液经管道17外排，浓缩污泥进入所述FNA处理箱16；

10)上述FNA处理箱16中加入权利要求4所述NaNO₂，并调节pH为6.0，20℃条件下使浓缩污泥中FNA浓度达到1.1-1.3mg/L；

11)脱水污泥在FNA处理箱16中反应18-22h，备用；

主流侧流工艺组合：

12)下一阶段污水处理开始时，打开阀门6，开启污泥泵9，上述FNA处理后的污泥经污泥回流管7，与原污水一起重新进入上述SBR反应器，参与主流反应。

本发明的创新点在于：

游离亚硝酸(HNO₂或FNA)是亚硝酸盐在水体的质子化形态，对污水厂中大多数微生物具有极强的破坏作用。一般来说，增加亚硝酸盐浓度通常认为会导致N₂O增加，在0～50mg N/L的区间内，亚硝酸盐都对N₂O产生促进作用。而本技术涉及全程自养脱氮反应器中的AOB依靠亚硝酸盐的累积，减缓甚至降低N₂O的排放量，在高的亚硝酸盐浓度下降低N₂O的产量，挑战了我们的传统认识，对于控制全球温室效应具有重要意义。

上述运行方法的优势在于：

1.随着全球温室效应的加剧，温室气体的排放已逐渐引发关注，N₂O作为一种强温室气体，在污水处理的脱氮过程中产生，已经引发大量关注，本发明可以很好地解决这个问题，大大降低污水处理过程中的N₂O的产生量。

2.创造性地将部分污泥分离出来，添加一个FNA侧流回流工艺，使用FNA处理部分污泥并进行回流的方法降低N₂O的产量。

3.在使用本发明时，不降低反应器中N₂O的含量，从而不影响主流反应器中的厌氧氨氧化过程，保障其脱氮的可行性。

4.本技术涉及全程自养脱氮反应器中的AOB菌依靠亚硝酸盐的累积，减缓甚至降低N₂O的排放量，挑战了我们对传统的AOB菌产生N₂O的认识，消除了对于主流自养硝化脱氮反应器中的应用顾虑，从而具有特别重要的生态意义。对于前沿污水处理技术的推动有很大的促进力。

附图说明：

附图是本发明采用的生活污水处理装置的一种实施例结构示意图。

图中标号：1 进水阀，2 进水管，3 出水阀，4 出水管，5 搅拌装置，6 进泥阀，7 污泥回流管，8 出泥阀，9 污泥泵，10 曝气头，11 空气流量计，12 空气压缩机，13 排泥阀，14 排泥管，15 污泥浓缩池，16 FNA处理箱，17 排水管，18 SBR反应器；

具体实施方式：

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如附图所示，本发明工艺中，处理污泥与污水进入上述SBR主反应器，同时打开搅拌装置，使泥水充分混合。进料结束后进入曝气，沉淀，出水阶段。好氧曝气段结束时，打开出泥阀门8，使上述10％泥水混合物进入污泥浓缩池15；污泥浓缩10h后进入FNA处理箱16；温度20℃，pH为6，上述FNA处理箱16中加入NaNO₂，使反应器浓度为467.79mg NO₂ ^--N/L，FNA浓度为1.2mg/L；脱水污泥在FNA处理箱中处理20h，储存备用，随污水进入主流反应器。

实施例1：

分别用传统的全程自养脱氮工艺与上述运行方法在上述运行装置中处理模拟城市生活污水。

以碳酸氢铵0.3103g/L模拟污水中氨氮，氨氮含量为55mg/L，为了稳定亚硝酸盐的产生，无外加碳源。侧流工艺回流10％的泥水混合物，处理污泥的FNA浓度为1.2mg/L，污泥处理时间为19h。稳定运行后，传统的全程自养脱氮工艺结果如下：氨氮大部分转换为硝态氮，无亚硝氮的累积。液相和气相中N₂O的产生量分别为0.8mg/L、108.5ppmv，且经过进一步计算表明N₂O的排放系数为5.2％。本发明采用的运行方法结果如下：氨氮同时转换为硝态氮与亚硝态氮，有亚硝氮的累积，这对于氨氧化反应是至关重要的。液相和气相中N₂O的产生量分别为0.2mg/L、36.0ppmv，且经过进一步计算表明N₂O的排放系数为1.1％。比传统全程自养脱氮工艺减少约78.8％。

实施例2：

按实施例1所述装置与所述方法分别处理实际污水处理厂市政废水。进水COD为140～180mg·L-1，氨氮含量52.1mg/L。稳定运行后，传统的全程自养脱氮工艺结果如下：液相和气相中N₂O的产生量分别为1.3mg/L、152.4ppmv，且经过进一步计算表明N₂O的排放系数为6.4％。本发明采用的运行方法结果如下：液相和气相中N₂O的产生量分别为0.4mg/L、52.3ppmv，且经过进一步计算表明N₂O的排放系数为1.8％。比传统全程自养脱氮工艺减少约71.9％。

Claims (8)

1.一种基于全程自养脱氮的污水处理工艺，包括主流阶段与侧流阶段，其特征在于：利用FNA处理部分污泥的侧流工艺，使其与主流脱氮反应进行组合。

2.根据权利要求1所述污水处理工艺，其特征在于，由主流污水处理和侧流污泥处理两部分构成，FNA处理后的污泥回流至主流反应器。

3.根据权利要求2所述的FNA侧流工艺，其特征在于，所述侧流工艺使用FNA浓度为1.1-1.3mg/L，处理污泥量为反应器内总泥量的8-12％，处理时间为18-22h。

4.根据权利要求3所述的工艺条件，其特征在于，向所述FNA反应器中加入NaNO₂，室温下控制亚硝氮的浓度为428.80～506.76mg NO₂-N/L，pH为6±0.1。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，室温20℃，pH为6±0.1时所述游离亚硝酸的浓度为1.1-1.3mg HNO₂-N/L。

6.根据权利要求1所述污水处理工艺，其特征在于，所述工艺装置如下：1进水阀，2进水管，3出水阀，4出水管，5搅拌装置，6进泥阀，7污泥回流管，8出泥阀，9污泥泵，10曝气头，11空气流量计，12空气压缩机，13排泥阀，14排泥管，15污泥浓缩池，16FNA处理箱，17排水管，18SBR反应器。

7.根据权利要求1所述污水处理工艺，其特征在于：一个周期内污水处理流程有主流反应和侧流反应；主流反应包括以下阶段：1基质喂养阶段，2好氧曝气阶段，3静置沉淀阶段，4沉淀排水阶段；侧流反应包括以下阶段：1取泥阶段；2污泥浓缩阶段；3FNA处理阶段；4污泥回流阶段。

8.根据权利要求7所述工艺流程，其特征在于，整套工艺的运行方式为：

主流反应：

1)打开进水阀1，污水从进水管1进入上述SBR反应器主体；同时打开进泥阀6，污泥进入所述SBR反应器主体。待70-90min进料完毕后，同时关闭进水阀1和进泥阀6。进水有机负荷80-120mg COD/L，氨氮33-57mg/L；

2)进水同时，打开所述搅拌装置5，使SBR反应器泥水充分混合，搅拌转速为120-140r·min^-1，一个周期内总共搅拌时间为260-300min；

3)进水结束后，打开空气压缩机12，调节流量计11，使溶解氧浓度控制在2.5-3.0mg·L^-1，好氧曝气时间为190-210min；

4)好氧结束后，关闭空气压缩机12结束曝气，关闭搅拌装置5停止搅拌；

5)曝气结束后上述SBR主反应器沉淀50-70min，以实现泥水分离；

6)沉淀结束后，打开出水阀3，排出50％体积水，水力停留时间为12h，10-30min内排水结束，结束排水后关闭排水阀3，排水完成后，打开排泥阀13，使反应器内活性污泥浓度为3500-4000mg·L^-1；

侧流反应：

7)好氧曝气段结束时，打开出泥阀门8，使上述8-12％泥水混合物进入污泥浓缩池15；

8)泥水混合物在所述污泥浓缩池15内进行10-12h重力浓缩；

9)上清液经管道17外排，浓缩污泥进入所述FNA处理箱16；

10)上述FNA处理箱16中加入权利要求4所述NaNO₂，并调节pH为6.0，20℃条件下使浓缩污泥中FNA浓度达到1.1-1.3mg/L；

11)脱水污泥在FNA处理箱16中反应18-22h，备用；

主流侧流工艺组合：

12)下一阶段污水处理开始时，打开阀门6，开启污泥泵9，上述FNA处理后的污泥经污泥回流管7，与原污水一起重新进入上述SBR反应器，参与主流反应。