CN108383235A - 一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废水生物处理的技术领域，公开了一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法。方法为：(1)对含有氨氮吸附剂的SBR反应器接种硝化污泥，进行微生物培养；(2)将低浓度氨氮废水加入培养完成后的SBR反应器中，吸附，静置沉淀，出水，出水达标排放；(3)多次重复步骤(2)，直至出水氨氮浓度超过5mg/L，此时吸附剂为饱和状态；(4)将低浓度氨氮废水与碳酸氢钠加入SBR反应器中，曝气，反应，静置沉淀，出水，吸附的氨氮被氨氧化菌部分氧化为亚硝氮；吸附剂实现再生；(5)将低浓度氨氮废水加入吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定。本发明的方法简单，能够实现高效亚硝化。

Description

一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法
技术领域
本发明属于环境保护污水生物处理领域，具体涉及一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法；
背景技术
传统的生物脱氮方法是通过微生物的硝化和反硝化作用来去除水中的氮元素。随着生物技术与工程技术的不断发展，短程硝化反硝化、厌氧氨氮化等经济高效的生物脱氮技术的研究不断深入并得到工程化应用。与传统废水脱氮技术相比，短程硝化-厌氧氨氧化技术理论上能节约25％的曝气能耗，减少100％反硝化过程所需要的有机碳源。
目前有关短程硝化厌氧氨氧化脱氮的工程化应用主要集中于高浓度氨氮废水的处理，而针对低浓度氨氮废水，特别是城镇污水的短程硝化厌氧氨氧化仍难以实现，其主要原因是在低浓度氨氮条件下难以实现稳定高效的亚硝化积累。现已成功实现亚硝氮积累的方法主要是活性污泥法，普遍依靠高温以及低溶解氧等条件。但是在实际城镇污水处理中，由于氨氮浓度波动较大，单一控制溶解氧条件实现亚硝化并不稳定，在氨氮浓度过低条件下，溶解氧往往会相对过量，导致亚硝氮氧化菌增殖，短程硝化向全程硝化转变。因此针对低浓度氨氮废水处理开发一种高效稳定的亚硝化方法具有重要的应用价值。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法。本发明利用具有吸附氨氮的材料促使SBR反应器在低溶解氧下持续高效地抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，从而实现低浓度氨氮废水的稳定亚硝化。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，包括以下步骤：
(1)微生物培养：对含有氨氮吸附剂的SBR反应器接种微生物，进行微生物培养；所述接种微生物为接种硝化污泥；
(2)吸附过程：将低浓度氨氮废水加入步骤(1)中微生物培养完成后的SBR反应器中，吸附，静置沉淀，出水，氨氮经吸附剂吸附后出水达标排放；
(3)多次重复步骤(2)，出水中氨氮浓度逐渐增加，直至出水氨氮浓度超过5mg/L，此时SBR反应器中吸附剂为饱和状态；
(4)生物再生：将低浓度氨氮废水与碳酸氢钠加入步骤(3)中吸附剂吸附饱和的SBR反应器中，曝气，反应，静置沉淀，出水，吸附的氨氮被氨氧化菌部分氧化为亚硝氮；出水作为反硝化和/或厌氧氨氧化的进水；吸附剂实现再生；
(5)将低浓度氨氮废水加入步骤(4)的吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定。
步骤(1)中所述氨氮吸附剂为天然沸石粉末和/或人造沸石粉末等，氨氮吸附剂的投加量为10～100g/L；
步骤(1)中所述微生物培养具体为：首先将硝化污泥接种到装有氨氮吸附剂的SBR反应器中并加入进水，进水氨氮浓度为20～100mg/L，控制SBR反应器中溶液的pH为7～9(优选7.5～9)，连续曝气进行生化反应，当废水中一半的氨氮转化为亚硝氮时，停止曝气，静置沉淀，排出SBR反应器中全部上清液，此时完成一个反应周期；多次重复上述进水，曝气，沉淀操作，直至静置沉淀后上清液的亚硝化率高于90％。所述静置沉淀的时间为10～60min。
所述硝化污泥为驯化成熟的硝化污泥，即能够使得氨氮废水中氨氮的去除率达到90％以上。
所述SBR反应器内控制水温为15～40℃，曝气时溶解氧为0.01～2.0mg/L；
步骤(2)中所述废水为低浓度氨氮废水，包括城镇污水以及其他低浓度氨氮废水，其中氨氮浓度为10～100mg/L，pH为7～9；
步骤(2)中所述吸附的时间为0.1～3h；
步骤(2)中所述静置沉淀的时间为10～60min；
步骤(2)中所述出水氨氮浓度为0～5mg/L；
步骤(4)中所述碳酸氢钠加入后，碳酸氢钠的浓度为1～10g/L；
步骤(4)中所述SBR反应器内控制水温为15～40℃，溶解氧为0.01～2.0mg/L,反应的时间为1～20h；
步骤(4)中所述静置沉淀的时间为10～60min；
步骤(4)所述出水中亚硝氮积累率高，亚硝氮积累率为亚硝氮占氧化态氮的比例，其中氧化态氮包括亚硝氮和硝氮；
步骤(4)中所述出水的亚硝氮积累率为70.0～100.0％。
步骤(4)和(5)与步骤(2)中低浓度氨氮废水相同，氨氮浓度为10～100mg/L。
本发明的原理为：
本发明向SBR中投加具有吸附氨氮能力的粉末材料，能够吸附废水中的氨氮使废水达标排放；随着吸附的进行，吸附剂逐渐达到饱和，出水中氨氮浓度逐渐增加，当吸附剂吸附氨氮饱和时，加入适量的碱度(碳酸氢钠)，吸附剂内的氨氮解析出来，并被微生物转化，实现生物再生；在低溶解氧条件下，氨氮氧化菌比亚硝酸盐氧化菌更容易获得氧分子，因此在SBR反应器在低溶解氧条件下培养，吸附材料表面会富集氨氧化菌，生物再生的出水可实现稳定的亚硝化；此外由于解析出的氨氮在吸附剂表面的浓度往往比较高，游离氨氮对亚硝酸盐氧化菌更强的毒害作用使得吸附材料表面更适合氨氮氧化菌生长。
本发明具有以下优点与技术效果：
(1)本发明的操作方法简单、不需要引入其他化学试剂，通过生物的方法实现了氨氮的高效亚硝化；
(2)本发明针对低浓度氨氮废水，在开始经过氨氮吸附，出水可直接达标排放，当出水中氨氮超过排放标准时，通过投加碳酸氢钠以及微生物的作用，氨氮主要转化为亚硝氮，吸附剂也实现再生，含有亚硝氮的出水可作为厌氧氨氧化反应器的进水，为低浓度氨氮废水的短程硝化反硝化、厌氧氨氧化技术等新型脱氮技术的实现提供了基础；再生的吸附剂继续循环使用，从而实现低浓度氨氮废水高效亚硝化。
附图说明
图1为本发明的针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法的反应装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化方法的反应装置示意图如图1所示。本发明针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化方法的反应装置包括SBR反应器，SBR反应器的底部设有曝气装置，所述曝气装置包括曝气管和曝气头；所述SBR反应器的侧壁上从上至下设有多个阀门，SBR反应器内部装有氨氮吸附剂。
实施例1
一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，包括以下步骤：
(1)微生物培养：将硝化污泥(MLSS为3000mg/L)接种到SBR反应器(体积5L)中，再向SBR反应器中加入10g/L(共50g)吸附氨氮的材料(天然沸石粉)，进水氨氮浓度为25mg/L，控制SBR反应器中溶液的pH为7.0，常温下连续曝气进行生化反应(DO控制为0.2)，当废水中一半的氨氮转化为亚硝氮时，停止曝气，静置沉淀15min，排出SBR反应器中的全部上清液，此时完成一个反应周期；继续进水，曝气，排水；如此循环进行，直至静置沉淀后上清液的亚硝化率高于90％，此时生物培养结束；
(2)吸附过程：将与步骤(1)相同的进水加入SBR反应器，曝气搅拌，进行吸附，反应器内水温为25℃，pH为7.0，吸附0.2h后，吸附结束，出水氨氮浓度低于5.0mg/L，达标排放；
(3)重复步骤(2)，直至出水氨氮浓度大于5.0mg/L(重复5次吸附步骤后，出水氨氮浓度5.5mg/L)，此时吸附剂饱和；
(4)生物再生：将氨氮浓度为25mg/L废水(pH为7.0)加入步骤(3)中吸附饱和的SBR反应器，加入碳酸氢钠，使反应器内碳酸氢钠浓度为2.0g/L，经一定曝气反应(DO控制为0.2，水温为25℃)2h后静置沉淀15min并排出，出水亚硝氮浓度为62±1mg/L，硝氮浓度为4±1mg/L，亚硝化率大于90％；出水作为反硝化、厌氧氨氧化的进水；吸附剂实现再生；
(5)将低浓度氨氮废水(氨氮浓度为25mg/L，pH为7.0)加入步骤(4)的吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定(循环重复步骤(2)(3)(4)5次后系统稳定)。
实施例2
一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，包括以下步骤：
(1)微生物培养：将硝化污泥(MLSS为3500mg/L)接种到SBR反应器(体积5L)中，再向SBR反应器中加入10g/L(共50g)吸附氨氮的材料(天然沸石粉)，进水氨氮浓度为38mg/L，控制SBR反应器中溶液的pH为7.5，常温下连续曝气进行生化反应(DO控制为0.4)，当废水中一半的氨氮转化为亚硝氮时，停止曝气，静置沉淀20min，排出SBR反应器中的全部上清液，此时完成一个反应周期；继续进水，曝气，排水；如此循环进行，直至静置沉淀后上清液的亚硝化率高于90％，此时生物培养结束；
(2)吸附过程：将与步骤(1)相同的进水加入SBR反应器，曝气搅拌，进行吸附步骤，反应器内水温为24℃，pH为7.2，吸附0.3h后，吸附结束，出水氨氮浓度低于5.0mg/L，达标排放；
(3)重复步骤(2)，直至出水氨氮浓度大于5.0mg/L(重复4次吸附步骤后，出水氨氮浓度5.4mg/L)，此时吸附剂饱和；
(4)生物再生：将氨氮浓度为38mg/L废水(pH为7.2)加入步骤(3)中吸附饱和的SBR反应器，加入碳酸氢钠，使反应器内碳酸氢钠浓度为3.0g/L，经一定曝气反应(DO控制为0.4，水温为24℃)4h后静置沉淀20min并排出，出水亚硝氮浓度为112±1mg/L，硝氮浓度为3±1mg/L，亚硝化率大于95％；出水作为反硝化、厌氧氨氧化的进水；吸附剂实现再生；
(5)将低浓度氨氮废水(氨氮浓度为38mg/L，pH为7.2)加入步骤(4)的吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定(循环重复步骤(2)(3)(4)4次后系统稳定)。
实施例3
(1)微生物培养：将硝化污泥(MLSS为3200mg/L)接种到SBR反应器(体积5L)中，再向SBR反应器中加入30g/L(共150g)吸附氨氮的材料(天然沸石粉)，进水氨氮浓度为51mg/L，控制SBR反应器中溶液的pH为8.0，常温下连续曝气进行生化反应(DO控制为0.8)，当废水中一半的氨氮转化为亚硝氮时，停止曝气，静置沉淀30min，排出SBR反应器中的全部上清液，此时完成一个反应周期；继续进水，曝气，排水；如此循环进行，直至静置沉淀后上清液的亚硝化率高于90％，此时生物培养结束；
(2)吸附过程：将与步骤(1)相同的进水加入SBR反应器，曝气搅拌，进行吸附步骤，反应器内水温为31℃，pH为8.0，吸附0.4h后，吸附结束，出水氨氮浓度低于5.0mg/L，达标排放；
(3)重复步骤(2)，直至出水氨氮浓度大于5.0mg/L(重复3次吸附步骤后，出水氨氮浓度6.0mg/L)，此时吸附剂饱和；
(4)生物再生：将氨氮浓度为51mg/L废水(pH为8.0)加入步骤(3)中吸附饱和的SBR反应器，加入碳酸氢钠，使反应器内碳酸氢钠浓度为4.5g/L，经一定曝气反应(DO控制为0.8，水温为31℃)6h后静置沉淀30min并排出，出水亚硝氮浓度为102±1mg/L，硝氮浓度为2±1mg/L，亚硝化率大于95％；出水作为反硝化、厌氧氨氧化的进水；吸附剂实现再生；
(5)将低浓度氨氮废水(氨氮浓度为51mg/L，pH为8.0)加入步骤(4)的吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定(循环重复步骤(2)(3)(4)6次后系统稳定)。
实施例4
(1)微生物培养：将硝化污泥(MLSS为3500mg/L)接种到SBR反应器(体积5L)中，再向SBR反应器中加入50g/L(共250g)吸附氨氮的材料(天然沸石粉)，进水氨氮浓度为85mg/L，控制SBR反应器中溶液的pH为8.9，常温下连续曝气进行生化反应(DO控制为1.8)，当废水中一半的氨氮转化为亚硝氮时，停止曝气，静置沉淀40min，排出SBR反应器中的全部上清液，此时完成一个反应周期；继续进水，曝气，排水；如此循环进行，直至静置沉淀后上清液的亚硝化率高于90％，此时生物培养结束；
(2)吸附过程：将与步骤(1)相同的进水加入SBR反应器，曝气搅拌，进行吸附步骤，反应器内水温为32℃，pH为8.9，吸附0.4h后，吸附结束，出水氨氮浓度低于5.0mg/L，达标排放；
(3)重复步骤(2)，直至出水氨氮浓度大于5.0mg/L(重复3次吸附步骤后，出水氨氮浓度8.2mg/L)，此时吸附剂饱和；
(4)生物再生：将氨氮浓度为85mg/L废水(pH为8.9)加入步骤(3)中吸附饱和的SBR反应器，加入碳酸氢钠，使反应器内碳酸氢钠浓度为8.0g/L，经一定曝气反应(DO控制为1.8，水温为32℃)6h后静置沉淀40min并排出，出水亚硝氮浓度为124±1mg/L,硝氮浓度为3±1mg/L，亚硝化率大于95％；出水作为反硝化、厌氧氨氧化的进水；吸附剂实现再生；
(5)将低浓度氨氮废水(氨氮浓度为85mg/L，pH为8.9)加入步骤(4)的吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定(循环重复步骤(2)(3)(4)5次后系统稳定)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但是本发明的实施方式不受上述实例限制，其他的任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效。

Claims (7)

1.一种针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)微生物培养：对含有氨氮吸附剂的SBR反应器接种微生物，进行微生物培养；所述接种微生物为接种硝化污泥；
(2)吸附过程：将低浓度氨氮废水加入步骤(1)中微生物培养完成后的SBR反应器中，吸附，静置沉淀，出水，氨氮经吸附剂吸附后出水达标排放；
(3)多次重复步骤(2)，出水中氨氮浓度逐渐增加，直至出水氨氮浓度超过5mg/L，此时吸附剂为饱和状态；
(4)生物再生：将低浓度氨氮废水与碳酸氢钠加入步骤(3)中吸附剂吸附饱和的SBR反应器中，曝气，反应，静置沉淀，出水，吸附的氨氮被氨氧化菌部分氧化为亚硝氮；吸附剂实现再生；
(5)将低浓度氨氮废水加入步骤(4)的吸附剂再生的SBR反应器中，重复步骤(2)(3)(4)，直至系统稳定。
2.根据权利要求1所述针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：步骤(1)中所述微生物培养具体为：首先将硝化污泥接种到装有氨氮吸附剂的SBR反应器中并加入进水，进水氨氮浓度为20～100mg/L，控制SBR反应器中溶液的pH为7～9，连续曝气进行生化反应，当废水中一半的氨氮转化为亚硝氮时，停止曝气，静置沉淀，排出SBR反应器中全部上清液，此时完成一个反应周期；多次重复上述进水，曝气，沉淀操作，直至静置沉淀后上清液的亚硝化率高于90％。
3.根据权利要求2所述针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：所述静置沉淀的时间为10～60min；
所述硝化污泥为驯化成熟的硝化污泥，即能够使得氨氮废水中氨氮的去除率达到90％以上；
所述SBR反应器内控制水温为15～40℃，曝气时溶解氧为0.01～2.0mg/L。
4.根据权利要求1所述针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：步骤(4)中所述碳酸氢钠加入后，碳酸氢钠的浓度为1～10g/L；
步骤(4)中所述SBR反应器内控制水温为15～40℃，溶解氧为0.01～2.0mg/L，反应的时间为1～20h。
5.根据权利要求1所述针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：步骤(2)中所述低浓度氨氮废水中氨氮浓度为10～100mg/L，pH为7～9。
6.根据权利要求1所述针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：步骤(2)中所述吸附的时间为0.1～3h；
步骤(2)中所述静置沉淀的时间为10～60min；
步骤(2)中所述出水氨氮浓度为0～5mg/L；
步骤(4)中所述静置沉淀的时间为10～60min。
7.根据权利要求1所述针对低浓度氨氮废水实现高效亚硝化的方法，其特征在于：步骤(4)中所述出水的亚硝氮积累率为70.0～100.0％；步骤(4)中所述出水作为反硝化和/或厌氧氨氧化的进水；
步骤(1)中所述氨氮吸附剂的投加量为10～100g/L。
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