CN109553247B - 一种基于异养硝化过程实现厌氧氨氧化的方法 - Google Patents

一种基于异养硝化过程实现厌氧氨氧化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于异养硝化过程实现厌氧氨氧化的方法。本发明包括：a)将污水分成两份后分别经过SBR反应器1、SBR反应器2进行处理；b)将处理后出水混合后进入厌氧氨氧化单元进行处理，处理后一部分出水通过内回流进入SBR反应器1；c)另一部分出水和混凝剂进行反应后进入二沉池进行泥水分离得到浓缩污泥和出水，所得部分浓缩污泥外回流到厌氧氨氧化单元，另一部分浓缩污泥通过排泥排放。本发明解决了以往在主流工艺中无法稳定实现厌氧氨氧化的国际难题，具有无需外加碳源且具有较高的脱氮除磷能力，系统占地面积小，大幅度降低污水处理能耗，剩余污泥产量较低等优点。

Description

一种基于异养硝化过程实现厌氧氨氧化的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种基于异养硝化过程实现厌氧氨氧化的方法。
背景技术
活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理的主要方法，是城镇生活污水处理的主要技术。100多年来，活性污泥为人类环境健康做出了巨大的贡献，但是活性污泥法也具有一系列缺点，如能耗物耗较高，产生难以处理的剩余污泥以及占地面积较大等缺点。
厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮工艺，能够在厌氧条件下以氨为电子供体将亚硝酸盐还原为氮气，实现污水脱氮效果。相比于传统生物脱氮工艺，厌氧氨氧化具有脱氮效果好，无需氧气和外加有机碳源，且剩余污泥量极小等优点，生成应用前景较为广阔。但实践应用发现，由于污水亚硝酸盐无法稳定积累，无法使厌氧氨氧化技术在主流污水处理工艺中应用。
现有实现亚硝酸盐的技术，都是利用自养硝化菌氧化污水中氨氮来实现。具体来说，通过溶解氧浓度、温度等，抑制硝化细菌中亚硝酸盐氧化菌的活性(或将其淘汰)，防止其消耗硝化细菌中氨氧化菌所生成的亚硝酸盐，进而实现亚硝酸的积累，由于两种自养型硝化菌生长习性相近，对溶解氧的控制较为苛刻，在实际污水处理过程中很难实现亚硝酸盐的稳定积累。近些年来，研究发现除了自养硝化菌能够氧化氨氮，某些异养菌可以氧化有机氮、铵态氮等生成亚硝酸盐等，这些异养菌被称为异养硝化细菌。异养硝化菌在污水处理中实现亚硝酸积累具有较大的优势，但截至目前，国内外尚未有关于在城镇生活污水中利用异养硝化菌实现亚硝酸积累的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于异养硝化过程实现厌氧氨氧化的方法。
本发明提供的污水处理中厌氧氨氧化的方法，如图1所示，包括：
1)将待处理污水进水分成Q1、Q2两部分后分别进入SBR反应器1、SBR反应器2进行处理，从所述SBR反应器1所得出水记为出水1；从所述SBR反应器2所得出水记为出水2；
所述SBR反应器1能够抑制活性污泥系统中异样硝化菌，淘汰活性污泥系统中自养型硝化菌，将有机氮转化为氨氮，硝酸盐还原为氮气；
所述SBR反应器2能够将活性污泥系统中自养硝化菌淘汰，驯化活性污泥系统中的异养硝化菌成为优势菌种并实现亚硝酸盐的积累；
2)将步骤1)所得出水1和出水2混合，再进入厌氧氨氧化单元进行处理，得到出水3；
所述厌氧氨氧化单元不排放剩余污泥，且所述厌氧氨氧化单元内溶解氧浓度不大于0.5mg·L-1；
3)将步骤2)所得出水3部分通过内回流进入所述SBR反应器1，去除回流污水中硝酸盐，剩余部分与混凝剂反应后进入沉淀池进行泥水分离，分别得到浓缩污泥和出水4，完成所述待处理污水的厌氧氨氧化。
上述方法的步骤1)所述SBR反应器1的运行工况如下：污泥龄为0.25-3d；具体为1d；水力停留时间为4-12h；具体为8h；具体为0.5:1或0.75：1；反应器内pH值为7-9；具体为8；温度为15-30℃；具体为20℃；每个运行周期均包括厌氧阶段和沉淀阶段；每个运行周期内所述沉淀阶段的时间均为30min；好氧阶段中溶解氧浓度为2mg·L-1以上；
SBR反应器1主要有两种作用，(1)为厌氧氨氧化单元提供氨氮，(2)利用反硝化细菌将厌氧氨氧化回流污水中硝酸盐还原为氮气，提高出水4的水质；
控制SBR反应器1运行工况，能够抑制活性污泥系统中异样硝化菌和自养硝化细菌，尤其是自养硝化菌完全被淘汰，将污水中有机氮转化为氨氮，为厌氧氨氧化单元提供足够的氨氮，此外，将厌氧氨氧化单元回流的硝酸盐还原为氮气，提高出水4的水质；
所述SBR反应器2的运行工况如下：污泥龄为2-4d，具体可为3d；水力停留时间为6-12h，具体可为8h；污水排放比为0.25-0.75；具体可为0.5；反应器内pH值为7-9；具体可为8；温度为13-20℃；具体为16℃；每个运行周期均包括厌氧阶段、好氧阶段和沉淀阶段，且好氧阶段时间：厌氧阶段时间＝2-4；具体可为3；每个运行周期内所述沉淀阶段的时间均为30min，好氧阶段中溶解氧浓度为3mg·L-1以上。
SBR反应器2主要是淘汰活性污泥系统中自养硝化细菌，利用异样硝化细菌实现亚硝酸盐的积累，并为厌氧氨氧化单元提供亚硝酸盐。
控制SBR反应器2运行工况，将活性污泥系统中自养硝化菌淘汰，驯化异养硝化菌为优势菌种，并利用异养硝化菌实现污水中亚硝酸盐的积累；
所述步骤1)中，Q1和Q2两部分污水进水的流量比为0.05-0.8：1；具体为0.4：1。将进水分成Q1、Q2两部分，并控制二者比例。控制二者比例的目的是为了控制所述出水2中亚硝酸盐与出水1中氨氮浓度的比值为1.25-1.45；具体为1.32，以保证厌氧氨氧化单元高效脱氮；
所述SBR反应器1中，运行周期还包括好氧阶段；所述好氧阶段在所述厌氧阶段和沉淀阶段之间；
污水在好氧阶段和厌氧阶段的停留时间比值为0-4：1，具体可为2:1；且污水在所述好氧阶段的停留时间不为0；所述好氧阶段中溶解氧浓度不小于2mg·L-1。
所述步骤2)中，由于厌氧氨氧化细菌生长过慢，因此不排放剩余污泥，确保厌氧氨氧菌不会大量流失，同时将厌氧氨氧化单元运行环境控制在厌氧状态，有利于厌氧氨氧化作用高效进行；
所述厌氧氨氧化单元能够在厌氧条件下以氨为电子供体，将亚硝酸盐还原为氮气；
所述步骤3)中，内回流比例记为r；所述r为0-100％；具体为50％；
所述混凝剂为铁盐；具体为硫酸铁或氯化铁。
控制内回流比主要是控制总氮的去除率，有效保证出水4水质；
所述方法还包括：将步骤3)所得浓缩污泥中的一部分通过外回流再次进入所述厌氧氨氧化单元，维持厌氧氨氧化单元足够的微生物量，所述浓缩污泥的剩余部分进行排放。
外回流比例记为R；所述R为0-50％；具体为25％。
控制外回流比主要起两个作用：(1)将厌氧氨氧化单元中所流失的厌氧氨氧化菌部分回流到厌氧氨氧化单元，保证足够量的厌氧氨氧化菌；(2)回流污泥中含有铁盐，可以促进厌氧氨氧化菌活性，提高厌氧氨氧化作用。
上述方法中，所述待处理污水为各种城镇生活污水。
本发明解决了以往在主流工艺中无法稳定实现厌氧氨氧化的国际难题，具有无需外加碳源且具有较高的脱氮除磷能力，系统占地面积小，大幅度降低污水处理能耗，剩余污泥产量较低等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的污水处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
本发明提供一种基于异养硝化过程中实现主流厌氧氨氧化工艺及运行方法，包括以下几个步骤：
a)将城镇生活污水作为进水，分成Q1、Q2两部分后分别进入SBR反应器1、SBR反应器2进行处理；所述进水分成Q1、Q2两部分，Q1:Q2＝0.05；
将进水分成Q1、Q2两部分，并控制二者比例，主要是为了将出水2中亚硝酸盐与出水1中氨氮浓度的比值控制在1.32左右，保证厌氧氨氧化单元高效脱氮；
所述SBR反应器1中污泥龄为0.25d，水力停留时间为12h，污水排放比为0.75，反应器内pH为7，温度为30℃；每个运行周期包括厌氧阶段以及沉淀阶段，沉淀阶段时间为30min，无好氧阶段；
控制SBR反应器1运行工况，能够抑制活性污泥系统中异样硝化菌和自养硝化细菌，尤其是自养硝化菌完全被淘汰，将污水中有机氮转化为氨氮，为厌氧氨氧化单元提供足够的氨氮，此外，将厌氧氨氧化单元回流的硝酸盐还原为氮气，提高出水4的水质；
所述SBR反应器2中污泥龄为3d，水力停留时间为8h，污水排放比为0.5；反应器内pH为8，温度为13℃；每个运行周期中存在厌氧阶段、好氧阶段以及沉淀阶段，且好氧阶段时间:厌氧阶段时间＝3，沉淀阶段时间为30min，好氧阶段中溶解氧浓度控制在3mg·L-1以上；
控制SBR反应器2运行工况，将活性污泥系统中自养硝化菌淘汰，驯化异养硝化菌为优势菌群，并利用异养硝化菌实现污水中亚硝酸盐的积累；
b)从所述步骤a)中SBR反应器1和SBR反应器2分别获得出水1和出水2；
c)出水1和出水2混合后，再次进入厌氧氨氧化单元进行处理，并得到出水3；
所述厌氧氨氧化单元不排放剩余污泥，且厌氧氨氧化单元内溶解氧不大于0.5mg·L-1；
由于厌氧氨氧化细菌生长过慢，因此不排放剩余污泥，确保厌氧氨氧菌不会大量流失，同时将厌氧氨氧化单元运行环境控制在厌氧状态，有利于厌氧氨氧化作用高效进行；
出水3部分通过内回流进入SBR反应器1，内回流比例为r，剩余部分与混凝剂硫酸铁反应后进入二沉池进行泥水分离得到浓缩污泥和出水4；
污水中总磷利用化学法去除；
所述内回流比例r为100％；
控制内回流比主要是控制总氮的去除率，有效提高出水4水质；
e)部分浓缩污泥通过外回流部分进入厌氧氨氧化单元，外回流比例为R，剩余部分通过排泥放方式进行排放，而出水4则直接排放出系统外。
所述外回流比例R为25％。
控制外回流比主要起两个作用：(1)将厌氧氨氧化单元中所流失的厌氧氨氧化菌回流到厌氧氨氧化单元，保证足够量的厌氧氨氧化菌；(2)回流污泥中含有铁盐，可以促进厌氧氨氧化菌活性，提高厌氧氨氧化作用。
出水4水质符合一级A排放标准。
实施例2
本发明提供一种基于异养硝化过程中实现主流厌氧氨氧化工艺及运行方法，包括以下几个步骤：
a)将城镇生活污水作为进水，分成Q1、Q2两部分后分别进入SBR反应器1、SBR反应器2进行处理；其中SBR反应器1主要有两种作用，(1)为厌氧氨氧化单元提供氨氮，(2)利用反硝化细菌将厌氧氨氧化回流污水中硝酸盐还原为氮气，提高出水4的水质；SBR反应器2主要是淘汰活性污泥系统中自养硝化细菌，利用异样硝化细菌实现亚硝酸盐的积累，并为厌氧氨氧化单元提供亚硝酸盐。
所述进水分成Q1、Q2两部分，Q1:Q2＝0.8；
将进水分成Q1、Q2两部分，并控制二者比例，主要是为了将出水2中亚硝酸盐与出水1中氨氮浓度的比值控制在1.32左右，保证厌氧氨氧化单元高效脱氮；
所述SBR反应器1中污泥龄为3d，水力停留时间为8h，污水排放比为0.5，反应器内pH为8，温度为15℃；每个运行周期中存在厌氧阶段、好氧阶段以及沉淀阶段，且好氧阶段时间:厌氧阶段时间＝4，沉淀阶段时间为30min，好氧阶段中溶解氧浓度控制在2mg·L-1以上；
控制SBR反应器1运行工况，抑制活性污泥系统中异样硝化菌和自养硝化细菌，尤其是自养硝化菌完全被淘汰，将污水中有机氮转化为氨氮，为厌氧氨氧化单元提供足够的氨氮，此外，将厌氧氨氧化单元回流的硝酸盐还原为氮气；
所述SBR反应器2中污泥龄为4d，水力停留时间为12h，污水排放比为0.25；反应器内pH为9，温度为16℃；每个运行周期中存在厌氧阶段、好氧阶段以及沉淀阶段，且好氧阶段时间:厌氧阶段时间＝2，沉淀阶段时间为30min，好氧阶段中溶解氧浓度控制在3mg·L-1以上；
控制SBR反应器2运行工况，将活性污泥系统中自养硝化菌淘汰，驯化异养硝化菌为优势菌群，并利用异养硝化菌实现污水中亚硝酸盐的积累；
b)从所述步骤a)中SBR反应器1和SBR反应器2分别获得出水1和出水2；
c)出水1和出水2混合后，再次进入厌氧氨氧化单元进行处理，并得到出水3；
所述厌氧氨氧化单元不排放剩余污泥，且厌氧氨氧化单元内溶解氧不大于0.5mg·L-1；
由于厌氧氨氧化细菌生长过慢，因此不排放剩余污泥，确保厌氧氨氧菌不会大量流失，同时将厌氧氨氧化单元运行环境控制在厌氧状态，有利于厌氧氨氧化作用高效进行；
出水3部分通过内回流进入SBR反应器1，内回流比例为r，剩余部分与混凝剂硫酸铁反应后进入二沉池进行泥水分离得到浓缩污泥和出水4；
污水中总磷利用化学法去除；
所述内回流比例r为50％；
控制内回流比主要是控制总氮的去除率，有效提高出水4水质；
e)部分浓缩污泥通过外回流部分进入厌氧氨氧化单元，外回流比例为R，剩余部分通过排泥放方式进行排放，而出水4则直接排放出系统外。
所述外回流比例R为0。
控制外回流比主要起两个作用：(1)将厌氧氨氧化单元中所流失的厌氧氨氧化菌回流到厌氧氨氧化单元，保证足够量的厌氧氨氧化菌；(2)回流污泥中含有铁盐，可以促进厌氧氨氧化菌活性，提高厌氧氨氧化作用。
出水4水质符合一级A排放标准。
实施例3
本发明提供一种基于异养硝化过程中实现主流厌氧氨氧化工艺及运行方法，包括以下几个步骤：
a)将城镇生活污水作为进水，分成Q1、Q2两部分后分别进入SBR反应器1、SBR反应器2进行处理；其中SBR反应器1主要有两种作用，(1)为厌氧氨氧化单元提供氨氮，(2)利用反硝化细菌将厌氧氨氧化回流污水中硝酸盐还原为氮气，提高出水4的水质；SBR反应器2主要是淘汰活性污泥系统中自养硝化细菌，利用异样硝化细菌实现亚硝酸盐的积累，并为厌氧氨氧化单元提供亚硝酸盐。
所述进水分成Q1、Q2两部分，Q1:Q2＝0.4；
将进水分成Q1、Q2两部分，并控制二者比例，主要是为了将出水2中亚硝酸盐与出水1中氨氮浓度的比值控制在1.32左右，保证厌氧氨氧化单元高效脱氮；
所述SBR反应器1中污泥龄为1d，水力停留时间为4h，污水排放比为0.5，反应器内pH为9，温度为20℃；每个运行周期中存在厌氧阶段、好氧阶段以及沉淀阶段，且好氧阶段时间:厌氧阶段时间＝2，沉淀阶段时间为30min，好氧阶段中溶解氧浓度控制在2mg·L-1以上；
控制SBR反应器1运行工况，抑制活性污泥系统中异样硝化菌和自养硝化细菌，尤其是自养硝化菌完全被淘汰，将污水中有机氮转化为氨氮，为厌氧氨氧化单元提供足够的氨氮，此外，将厌氧氨氧化单元回流的硝酸盐还原为氮气；
所述SBR反应器2中污泥龄为2d，水力停留时间为6h，污水排放比为0.75；反应器内pH为7，温度为20℃；每个运行周期中存在厌氧阶段、好氧阶段以及沉淀阶段，且好氧阶段时间:厌氧阶段时间＝4，沉淀阶段时间为30min，好氧阶段中溶解氧浓度控制在3mg·L-1以上；
控制SBR反应器2运行工况，将活性污泥系统中自养硝化菌淘汰，驯化异养硝化菌为优势菌群，并利用异养硝化菌实现污水中亚硝酸盐的积累；
b)从所述步骤a)中SBR反应器1和SBR反应器2分别获得出水1和出水2；
c)出水1和出水2混合后，再次进入厌氧氨氧化单元进行处理，并得到出水3；
所述厌氧氨氧化单元不排放剩余污泥，且厌氧氨氧化单元内溶解氧不大于0.5mg·L-1；
由于厌氧氨氧化细菌生长过慢，因此不排放剩余污泥，确保厌氧氨氧菌不会大量流失，同时将厌氧氨氧化单元运行环境控制在厌氧状态，有利于厌氧氨氧化作用高效进行；
出水3部分通过内回流进入SBR反应器1，内回流比例为r，剩余部分与混凝剂硫酸铁反应后进入二沉池进行泥水分离得到浓缩污泥和出水4；
污水中总磷利用化学法去除；
所述内回流比例r为0；
控制内回流比主要是控制总氮的去除率，有效提高出水4水质；
e)部分浓缩污泥通过外回流部分进入厌氧氨氧化单元，外回流比例为R，剩余部分通过排泥放方式进行排放，而出水4则直接排放出系统外。
所述外回流比例R为25％。
控制外回流比主要起两个作用：(1)将厌氧氨氧化单元中所流失的厌氧氨氧化菌回流到厌氧氨氧化单元，保证足够量的厌氧氨氧化菌；(2)回流污泥中含有铁盐，可以促进厌氧氨氧化菌活性，提高厌氧氨氧化作用。
出水4水质符合一级A排放标准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种污水处理中厌氧氨氧化的方法，包括：
1)将城镇生活污水进水分成Q1、Q2两部分后分别进入SBR反应器1、SBR反应器2进行处理，从所述SBR反应器1所得出水记为出水1；从所述SBR反应器2所得出水记为出水2；
所述步骤1)所述SBR反应器1的运行工况如下：
污泥龄为0.25-3d，水力停留时间为4-12h，污水排放比为0.25-0.75，反应器内pH值为7-9，温度为15-30℃；每个运行周期均包括厌氧阶段和沉淀阶段；每个运行周期内所述沉淀阶段的时间均为30min；
所述步骤1)所述SBR反应器2的运行工况如下：
污泥龄为2-4d，水力停留时间为6-12h，污水排放比为0.25-0.75；反应器内pH值为7-9，温度为13-20℃；每个运行周期均包括厌氧阶段、好氧阶段和沉淀阶段，且好氧阶段时间：厌氧阶段时间＝2-4；每个运行周期内所述沉淀阶段的时间均为30min，好氧阶段中溶解氧浓度为3mg·L-1以上；
所述SBR反应器1能够抑制活性污泥系统中异样硝化菌，淘汰活性污泥系统中自养型硝化菌，将有机氮转化为氨氮，硝酸盐还原为氮气；
所述SBR反应器2能够将活性污泥系统中自养硝化菌淘汰，驯化活性污泥系统中的异养硝化菌成为优势菌种并实现亚硝酸盐的积累；
所述步骤1)中，Q1和Q2两部分污水进水的流量比为0.05-0.8；
所述出水2中亚硝酸盐与出水1中氨氮浓度的比值为1.25-1.45；
2)将步骤1)所得出水1和出水2混合，再进入厌氧氨氧化单元进行处理，得到出水3；
3)将步骤2)所得出水3部分通过内回流进入所述SBR反应器1，剩余部分与混凝剂反应后进入沉淀池进行泥水分离，分别得到浓缩污泥和出水4，完成所述待处理污水的厌氧氨氧化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述出水2中亚硝酸盐与出水1中氨氮浓度的比值为1.32。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述SBR反应器1中，运行周期还包括好氧阶段；所述好氧阶段在所述厌氧阶段和沉淀阶段之间；
污水在好氧阶段和厌氧阶段的停留时间比值为0-4，且污水在所述好氧阶段的停留时间不为0；所述好氧阶段中溶解氧浓度不小于2mg·L-1。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述厌氧氨氧化单元不排放剩余污泥，且所述厌氧氨氧化单元内溶解氧浓度不大于0.5mg·L-1。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，内回流比例记为r；所述r为0-100％；
所述混凝剂为铁盐。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述铁盐为硫酸铁或氯化铁。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：将步骤3)所得浓缩污泥中的一部分通过外回流再次进入所述厌氧氨氧化单元，维持厌氧氨氧化单元足够的微生物量，所述浓缩污泥的剩余部分进行排放。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：外回流比例记为R；所述R为0-50％。
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