CN106865773B

CN106865773B - 投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法

Info

Publication number: CN106865773B
Application number: CN201710225673.0A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 李佳; 李夕耀; 张琼
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2037-04-07
Also published as: CN106865773A

Abstract

投加羟胺实现部分短程硝化‑厌氧氨氧化的装置与方法属于城市生活污水生物处理领域。对于两段式部分短程硝化‑厌氧氨氧化来说，短程硝化的稳定运行对此工艺至关重要，而仅仅通过工艺参数的控制很难快速的启动并稳定维持短程硝化，本专利通过投加羟胺可以达到很好的亚硝积累效果，在较短的时间内启动部分短程硝化反应器并维持较高的亚硝积累。羟胺作为硝化过程的中间产物，是氨单加氧酶的还原剂，氨氧化细菌(AOB)的刺激剂，可提高AOB的细胞产率，同时羟胺是亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制剂，可以将NOB淘洗掉。部分短程硝化‑厌氧氨氧化工艺，与传统的脱氮工艺相比，节约曝气量，节省碳源，尤其适用于低C/N的城市生活污水。

Description

投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法

技术领域

本发明相关的投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，属于污水生物处理领域，尤其适用于C/N较低的城市生活污水脱氮。

背景技术

针对城市污水处理，传统的硝化/反硝化脱氮技术存在着碳源不足的瓶颈问题，厌氧氨氧化技术的发现与证实为污水脱氮翻开了新的篇章。厌氧氨氧化过程为氨氮和亚硝酸盐在厌氧的条件下生成氮气，亚硝酸盐的稳定来源是该技术一个关键问题。

传统的硝化过程是分两步进行的，首先污水中的氨氮在氨氧化菌(AOB)的作用下氧化为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐在亚硝酸氧化菌(NOB)的作用下氧化为硝态氮，全程硝化过程由此结束。很多研究学者对如何淘洗NOB实现短程硝化做了大量的研究，探究了很多实现方法。1、温度：研究表明，在适宜的温度范围内，随着温度的升高，能够加快AOB的生长速率，并扩大AOB和NOB生长速率的差距，同时，通过控制污泥龄在AOB和NOB的时代周期之间，由此实现NOB的淘洗。2、DO：AOB和NOB均为好氧菌，但二者的氧饱和系数不同，AOB的氧饱和系数为0.2-0.4mg/L，NOB的氧饱和系数为1.2-1.5mg/L。氧饱和系数代表该菌对溶解氧的亲和力，所以在DO<0.5mg/L时，可以有效的实现AOB的持留，实现亚硝酸盐的积累。3、pH：pH的影响主要有两个原因，一方面是硝化菌对环境中的pH值有一定要求，即AOB和NOB有各自最佳的生长环境；另一方面，pH值对游离氨及亚硝酸的浓度有很大影响，因为废水中氨氮随pH值不同分别以分子态和离子态形式存在，分子态游离氨氮对NOB的抑制要强于AOB。因此，通过控制pH值可实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺。4、FN和FNA：NOB比AOB对于FN和FNA的抑制更敏感，可以利用这种抑制的差异实现短程硝化。

但是这些方法具有一定的局限性：(1)对于较大水量的城市污水通过高温实现短程比较耗能；(2)如果控制低DO会降低硝化速率，而且活性污泥易发生污泥膨胀；(3)对于pH的影响来说,在硝化过程中，pH在不断降低，必须通过不断的加碱使系统维持较高的pH。(4)有研究表明，FN和FNA的抑制作用具有适应性。

相关文献报道，通过投加NOB的抑制剂(氯、氯酸盐、硫化物、羟胺、乙酸)可以实现短程硝化。本方法采用羟胺实现短程硝化：1.羟胺是氨氧化过程的中间产物，在硝化过程中起着“承上启下”的关键作用，投加羟胺可以有效的刺激AOB的生长，加快氨氧化速率，同时抑制NOB的毒性，实现短程的效果明显。2.使用羟胺作为抑制剂不会引入新的污染物质。3.羟胺经济易得。在本方法中，通过投加羟胺实现较高DO下的部分短程硝化，然后与厌氧氨氧化反应器相连接。

发明内容

短程硝化-厌氧氨氧化技术，相比于传统的硝化/反硝化工艺节约曝气量，节省碳源，是一种资源节约型环境友好型的脱氮工艺。但短程硝化的快速启动及稳定运行是一个难题，本发明提供了一种通过投加羟胺快速在较高DO条件下快速启动和稳定维持部分短程硝化-厌氧氨氧化的方法，该方法启动部分短程硝化耗时短，效果好，操作简单易行，并且可以获得较高的氨氧化速率，为厌氧氨氧化反应器提供稳定的亚硝来源。本方法可以为部分短程硝化-厌氧氨氧化的工程应用提供参考。

一种通过投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，其特征在于,该系统主要由进水箱(1)，部分短程硝化SBR反应器(2),中间水箱(3)，厌氧氨氧化反应器(4)依次连接而成。首先生活污水通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2)，部分短程硝化SBR反应器(2)出水由第一电动排水阀(21)排入中间水箱(3),再由第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4)，最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二电动排水阀(22)排出。通过第一排泥阀(23)和第二排泥阀(24)排泥。

所述部分短程硝化SBR反应器(2)设有曝气泵(16)，流量计(17)，曝气头(18)，第一搅拌器(12)，第一加热棒(25)，第一DO传感器(8)，第一pH传感器(9)，第一DO/pH测定仪(5)。

所述厌氧氨氧化反应器(4)设有第二搅拌器(13)，第二加热棒(26)，第二DO传感器(10)，第二pH传感器(11)，第二DO/pH测定仪(6)。

第一DO/pH测定仪(5)和第二DO/pH测定仪(6)与自控平台(7)相连接。

投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，其特征在于,包括以下内容：周期运行操作步骤如下：

1)首先接种污泥：部分短程硝化SBR反应器(2)接种污泥为某城市污水处理厂A²/O二沉池回流污泥，使反应器中污泥浓度为2500-3500mg/L；厌氧氨氧化反应器(4)接种厌氧氨氧化颗粒污泥；

2)在常温下运行部分短程硝化SBR反应器(2)，控制DO＝3mg/L，在氨氮负荷为0.21-0.24kg·m³·d^-1的条件下恢复部分短程硝化SBR反应器(2)中全程硝化活性污泥的活性，当连续数天检测出水氨氮去除率为95％-100％，认为活性恢复；

3)将生活污水由进水箱(1)通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2)中，进水10min；通过第一加热棒(25)控制部分短程硝化SBR反应器(2)温度25℃；进水结束后，向部分短程硝化SBR反应器(2)中投加盐酸羟胺，使部分短程硝化SBR反应器(2)中的浓度为10mg/L；

4)部分短程硝化SBR反应器(2)中的第一搅拌器(12)开启，缺氧搅拌30min，利用进水中的碳源反硝化上一周期的亚硝态氮；缺氧30min后曝气泵(16)开启，使部分短程硝化SBR反应器(2)内为好氧环境，曝气过程中通过调节流量计(17)控制曝气量，通过第一DO传感器(8)将信号传给自控平台(7)并维持DO＝3mg/L，通过调节控制曝气120min～150min，通过第一pH传感器(9)将pH信号传给自控平台(7)；曝气结束后曝气泵(16)关闭，第一搅拌器(12)关闭，静置部分短程硝化SBR反应器(2)30min，泥水分离；

5)第一电动排水阀(21)开启，排水5min，使上清液进入中间水箱(3)，排水比为0.5；部分短程硝化SBR反应器(2)闲置15min，为下一周期运行做准备；

6)中间水箱(3)中的水通过第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4)，进水10min；通过第二加热棒(26)控制厌氧氨氧化反应器(4)温度30℃；第二搅拌器(13)开启，厌氧搅拌180min，进行厌氧氨氧化反应；随后第二搅拌器(13)关闭，静置反应器30min，泥水分离；

7)第二电动排水阀(22)开启，排水5min，排水比为0.5；厌氧氨氧化反应器(4)闲置15min，为下一周期运行做准备；

而后系统进入下一周期，重复以上步骤。

自控平台(7)控制运行中反应器的进水，搅拌，曝气，排水，并实现部分短程硝化SBR反应器(2)的恒定溶解氧；

本发明为投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法。本发明具有以下优点：

1)本工艺采用厌氧氨氧化脱氮过程，解决的传统硝化反硝化工艺碳源不足的严重问题，无需外加碳源；

2)反应器为SBR反应器具有序批式反应器应有的优势:工艺简单，运行灵活，反应推动力大，沉淀排水效果好，无污泥膨胀，耐冲击负荷，适合自动化操作；

3)系统可以快速启动短程硝化，约20天后，亚硝积累大于90％；

4)在较高DO的情况下启动短程硝化，获得高的硝化速率，而且在较高DO下不易发生污泥膨胀，污泥不易解体；

附图说明

图1为部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置的结构示意图；如图1：1-进水箱；2-部分短程硝化SBR反应器；3-中间水箱；4-厌氧氨氧化反应器；5-第一DO/pH测定仪；6-第二DO/pH测定仪；7-自控平台；8-第一DO传感器；9-第一pH传感器；10-第二DO传感器；11-第二pH传感器；12-第一搅拌器；13-第二搅拌器；14-第一进水泵；15-第二进水泵；16-曝气泵；17-流量计；18-曝气头；19-第一进水阀；20-第二进水阀；21-第一电动排水阀；22-第二电动排水阀；23-第一排泥阀；24-第二排泥阀；25-第一加热棒；26-第二加热棒。

图2为部分短程硝化SBR反应器的运行时序图；

图3为厌氧氨氧化SBR反应器运行时序图。

具体实施方式

本方法采用的反应器均为SBR，由有机玻璃制成，有效容积10L。部分短程硝化反应器底部安装有曝气装置，可通过调节流量计和DO在线反馈控制恒定的溶解氧。部分短程硝化SBR反应器和厌氧氨氧化SBR反应器内均置搅拌器，保证泥水混合均匀。由蠕动泵进水，电动排水阀出水，进出水时间由在线平台控制。

实验期间进水水质具体情况如下表：

项目	COD(mg/L)	NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)	NO<sub>3</sub><sup>-</sup>N(mg/L)	NO<sub>2</sub><sup>-</sup>N(mg/L)	C/N
						范围	135.28～360.55	58.79～80.22	0～1.21	0～0.3	1.68～6.13
均值	208.61	66.03	0.46	0.46	3.58

该系统运行期间，污水处理流程如下：首先生活污水通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2)，进行短程硝化反应，曝气搅拌，沉淀，排水。出水含有氨氮和亚硝，比例为1：1.32。部分短程硝化出水由第一电动排水阀(21)排入中间水箱(3),再由第二进水泵(15)和第二进水阀(20)泵入厌氧氨氧化反应器(4)，进行厌氧搅拌，氨氮和亚硝反应生成氮气。最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二电动排水阀(22)排出。完成整个周期。

具体运行参数如下：

部分短程硝化反应器：SBR反应器由有机玻璃制成，有效容积10L。进水为生活污水，排水比为0.5，每周期进5L生活污水。T＝4h:进水10min；缺氧30min；好氧曝气120min～150min；沉淀30min；排水5min；闲置15min。污泥浓度2500-3500mg/L。

厌氧氨氧化反应器：SBR反应器由有机玻璃制成，有效容积10L。进水为中间水箱的短程出水，排水比为0.5，每周期进5L水。T＝4h：进水10min；厌氧搅拌180min；沉淀30min；排水5min；闲置15min。接种污泥浓度3500-4000mg/L。

实验运行期间，对溶解氧有一定的控制要求，部分短程硝化SBR反应器的DO控制为3mg/L，温度为25℃，厌氧氨氧化SBR反应器DO控制接近0mg/L，温度为30℃。反应器中pH也不刻意控制(原水pH在7.2-7.8之间)。

实验运行期间，出水的平均COD，NH₄ ⁺-N，NO₃ ^--N，NO₂ ^--N，TN浓度分别如下：37.06mg/L，1.02mg/L，7.28mg/L，0.68mg/L，8.56mg/L,上述出水指标稳定且均达到国家一级A标准。

Claims

1.投加羟胺实现部分短程硝化-厌氧氨氧化的装置，其特征在于,应用如下装置，该装置由进水箱(1)，部分短程硝化SBR反应器(2),中间水箱(3)，厌氧氨氧化反应器(4)依次连接而成；首先进水箱(1)通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)连接部分短程硝化SBR反应器(2)，部分短程硝化SBR反应器(2)由第一电动排水阀(21)连接中间水箱(3),中间水箱(3)由第二进水泵(15)和第二进水阀(20)连接厌氧氨氧化反应器(4)，最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二电动排水阀(22)排出；部分短程硝化SBR反应器(2)通过第一排泥阀(23)排泥，厌氧氨氧化反应器(4)通过第二排泥阀(24)排泥；

所述部分短程硝化SBR反应器(2)设有曝气泵(16)，流量计(17)，曝气头(18)，第一搅拌器(12)，第一加热棒(25)，第一DO传感器(8)，第一pH传感器(9)和第一DO/pH测定仪(5)；

所述厌氧氨氧化反应器(4)设有第二搅拌器(13)，第二加热棒(26)，第二DO传感器(10)，第二pH传感器(11)和第二DO/pH测定仪(6)；

第一DO/pH测定仪(5)和第二DO/pH测定仪(6)与自控平台(7)相连接；

步骤如下：

1)首先接种污泥：部分短程硝化SBR反应器(2)接种污泥为某城市污水处理厂A²/O二沉池回流污泥，使部分短程硝化SBR反应器(2)中污泥浓度为2500-3500mg/L；厌氧氨氧化反应器(4)接种厌氧氨氧化颗粒污泥；

3)将生活污水由进水箱(1)通过第一进水泵(14)和第一进水阀(19)泵入部分短程硝化SBR反应器(2)中，进水10min；通过第一加热棒(25)控制部分短程硝化SBR反应器(2)温度25℃；进水结束后，向部分短程硝化SBR反应器(2)中投加盐酸羟胺，使部分短程硝化SBR反应器(2)中的盐酸羟胺浓度为10mg/L；

而后系统进入下一周期，重复以上步骤；整个过程中自控平台(7)控制运行中反应器的进水，搅拌，曝气，排水，并实现部分短程硝化SBR反应器(2)的恒定溶解氧。