CN109574217B - 一种分段进水耦合一体化厌氧氨氧化高效脱氮的方法 - Google Patents
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Abstract
一种分段进水耦合一体化厌氧氨氧化高效脱氮的方法属于污水生物处理领域。城市污水分两次先后进入序批式生物膜反应器,第一次进水后,微生物利用污水中的有机物反硝化去除上个反应周期残存的硝态氮,并将剩余的有机物储存为微生物体内的内碳源;反应结束后开启曝气,进行一体化厌氧氨氧化作用,去除污水中的氨氮,生成硝态氮。曝气结束后,进行第二次进水,反硝化去除厌氧氨氧化过程中产生的硝态氮并储存内碳源,反应结束后再次曝气,去除第二次进水中的氨氮同时生成硝态氮。第二次曝气完成后,微生物利用储存的内碳源进行反硝化作用进一步降低出水硝态氮浓度。本发明将自养脱氮与异养脱氮相结合,在单一系统内实现了低碳氮比城市污水的高效脱氮,操作简单且节约能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种分段进水耦合一体化厌氧氨氧化高效脱氮的方法,属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着水体“富营养化”问题的愈发突出,污水的排放标准也日益严格,其中城市污水的高效脱氮是目前研究的重点。传统的硝化反硝化工艺在处理低碳氮比城市污水时,由于污水中有机物含量低,反硝化碳源不足,达不到良好的脱氮效果,经常需要单独投加碳源,增加了污水处理的费用。对此,本发明提供一种将分段进水技术与一体化厌氧氨氧化优势相结合的方法,充分利用污水中的有机物,将自养脱氮与异养脱氮相结合,在单一系统内便可实现低碳氮比城市污水的高效脱氮,并节约能耗。
分段进水技术是通过多次反复投加污水强化异养反硝化脱氮的操作过程。针对城市污水碳氮比低,且传统脱氮工艺碳源利用不充分,进而导致反硝化碳源不足的问题,分段进水可以充分利用污水中的有机物进行反硝化作用,从而提高污水脱氮效果。
一体化厌氧氨氧化,即同步短程硝化厌氧氨氧化,是一种微生物自养脱氮工艺。在一定的条件下,短程硝化与厌氧氨氧化反应可在同一系统中同步进行,实现氮的有效去除。与传统的生物硝化反硝化相比,该工艺不需要消耗有机物,同时可节省大量的曝气能耗,此外,污泥生成量少,可明显减少污泥的处理与处置费用。因此,该工艺已成为国内外的研究热点。而序批式生物膜反应器中的载体填料可为微生物创造良好的生长环境,利于一体化厌氧氨氧化反应的进行。此外,该反应器操作简便,利于反应过程的优化控制。
本发明采用序批式生物膜反应器,将分段进水工艺与一体化厌氧氨氧化技术相结合,通过为短程硝化菌、厌氧氨氧化菌、反硝化菌提供有利的生长环境,使得各菌群间相互协作,充分利用污水中的有机物,同时发挥自养脱氮与异养脱氮的作用,在单一系统内便可实现氮的高效去除。此外,该发明还简化了污水处理的操作流程,在节能降耗方面具有很大的优势。
发明内容
针对传统硝化反硝化脱氮工艺在处理低碳氮比城市污水时,脱氮效果不好、能耗大等问题,本发明将分段进水工艺与一体化厌氧氨氧化技术的优势相结合,充分利用污水中的有机物,同时发挥自养脱氮与异养脱氮的作用,可在单一系统中实现氮的高效去除。此外,反应器形式简单、灵活性高,便于操控与运行。
利用分段进水耦合一体化厌氧氨氧化高效脱氮的序批式生物膜系统,其特征在于:包括城市污水水箱(1)、序批式生物膜反应器(2);其中所述城市污水水箱(1)通过污水泵(3)与序批式生物膜反应器(2)相连接;所述序批式生物膜反应器(2)设有进水阀(4)、填料固定架(5)、载体填料(6)、空气泵(7)、气体流量计(8)、微孔曝气头(9)、排水阀(10)、放空阀(11)、DO探测器(12)、搅拌器(13);所述载体填料(6)均匀分布于填料固定架(5)上,其为聚氨酯材质,呈立方体状,比表面积为20~23m2/g,填充率为20%~25%,微生物可附着生长在填料上,进行反硝化、短程硝化和厌氧氨氧化作用。
以分段进水耦合一体化厌氧氨氧化实现城市污水高效脱氮的方法,主要包括以下步骤:
1)城市污水水箱(1)中的污水一共分两次经污水泵(3)进入序批式生物膜反应器(2),两次进水的体积比为1:1~2:1;第一次进水结束后,关闭污水泵(3),开启搅拌器(13),使污水与载体填料(6)上附着生长的微生物充分接触,其中反硝化菌利用污水中的有机物将上一反应周期残留的硝态氮反硝化去除,并将剩余的有机物储存为细菌体内的内碳源,控制搅拌器转速为40-60r/min,避免转速过快将空气带入水中,破坏缺/厌氧环境,DO<0.1mg/L,以保证良好的缺氧反硝化与厌氧内碳源储存环境,反应时间1~2h;
2)上述反应结束后,关闭搅拌器(13),开启空气泵(7)进行曝气,通过气体流量计(8)将DO控制为0.5~1.0mg/L,为一体化厌氧氨氧化反应提供良好的条件,此时,生长在载体填料(6)上的短程硝化菌将污水中的氨氮通过短程硝化作用转化为亚硝态氮;与此同时,载体填料(6)上的厌氧氨氧化菌以短程硝化菌产生的亚硝态氮作为电子受体,以污水中剩余的氨氮作为电子供体进行厌氧氨氧化作用,氨氮与亚硝态氮被转化为氮气去除,同时生成硝态氮,反应时间2~3h;
3)上述一体化厌氧氨氧化反应结束后,关闭空气泵(7),开启污水泵(3)进行第二次进水,进水结束后,关闭污水泵(3),同时开启搅拌器(13),反硝化菌利用污水中的有机物去除一体化厌氧氨氧化反应产生的硝态氮,并将剩余的有机物储存为内碳源,控制搅拌器转速为40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
4)上述反应结束后,关闭搅拌器(13),开启空气泵(7)进行第二次曝气,通过气体流量计(8)将DO控制为0.5~1.0mg/L,载体填料(6)上的短程硝化菌与厌氧氨氧化菌协作进行一体化厌氧氨氧化反应,去除污水中的氨氮,同时生成硝态氮,反应时间2~3h;
5)第二次曝气结束后,关闭空气泵(7),开启搅拌器(13),载体填料(6)上的反硝化菌利用储存的内碳源进行反硝化作用,进一步降低出水硝态氮浓度,控制搅拌器转速为40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
6)反硝化作用完成后,静置沉淀5min进行泥水分离,上清液通过排水阀(10)排出,排放的水量等于反应器两次的进水量之和;载体填料(6)上脱落的生物膜经放空阀(11)排出。
以分段进水耦合一体化厌氧氨氧化处理城市污水的方法与现有技术相比具有下列优点:
1)分段进水可充分利用城市污水中的有机物,强化反硝化作用,提高系统的脱氮效果。
2)一体化厌氧氨氧化进行氮的去除时无需有机物,且可显著节省曝气量,降低污泥产量。
3)将分段进水与一体化厌氧氨氧化技术的优势相结合,可同时发挥自养脱氮与异养脱氮的作用,在单一系统中便可实现氮的高效去除,且节约能耗。
4)反应在同一系统中进行,装置简单,便于操作与调控。
5)载体填料可为微生物提供良好的生长环境,利于微生物的持留,微生物种类繁多、生物量大、活性高,系统耐冲击负荷。
6)载体填料可有效拦截、吸附污水中的颗粒物与杂质,系统出水清澈。
附图说明
图1为分段进水耦合一体化厌氧氨氧化高效脱氮的序批式生物膜系统结构示意图;图2为反应器典型周期的运行时序图。
图1中:1-城市污水水箱;2-序批式生物膜反应器;3-污水泵;4-进水阀;5-填料固定架;6-载体填料;7-空气泵;8-气体流量计;9-微孔曝气头;10-排水阀;11-放空阀;12-DO探测器;13-搅拌器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
如图1所示,分段进水耦合一体化厌氧氨氧化高效脱氮的序批式生物膜系统,主要包括城市污水水箱(1)、序批式生物膜反应器(2)。所述城市污水水箱(1)通过污水泵(3)与序批式生物膜反应器(2)相连接;所述序批式生物膜反应器(2)为圆柱形,主体由有机玻璃制成,有效容积12L,设有进水阀(4)、填料固定架(5)、载体填料(6)、空气泵(7)、气体流量计(8)、微孔曝气头(9)、排水阀(10)、放空阀(11)、DO探测器(12)、搅拌器(13);所述载体填料(6)为聚氨酯材质,呈立方体状,比表面积为20~23m2/g,填充率为20%~25%,均匀分布于填料固定架(5)上,微生物可在填料上附着生长。
以分段进水耦合一体化厌氧氨氧化实现城市污水高效脱氮的方法,主要包括以下步骤:
1)城市污水水箱(1)中的污水分两次经污水泵(3)进入序批式生物膜反应器(2),两次进水的体积比为1:1~2:1;第一次进水结束后,关闭污水泵(3),开启搅拌器(13),使污水与载体填料(6)上附着生长的微生物充分接触,其中反硝化菌可利用污水中的有机物将上一反应周期残留的硝态氮反硝化去除,并将剩余的有机物储存至细菌体内合成内碳源;控制搅拌器转速为40-60r/min,避免转速过快将空气带入水中,破坏缺/厌氧环境,控制DO<0.1mg/L,为缺氧反硝化与厌氧内碳源储存创造良好的环境,反应时间1~2h;
2)上述反应结束后,关闭搅拌器(13),开启空气泵(7)进行曝气,通过气体流量计(8)将DO控制为0.5~1.0mg/L,为一体化厌氧氨氧化反应提供良好的条件,此时,生长在载体填料(6)上的短程硝化菌将污水中的氨氮通过短程硝化作用转化为亚硝态氮;与此同时,载体填料(6)上的厌氧氨氧化菌利用短程硝化菌产生的亚硝态氮作为电子受体,以污水中剩余的氨氮作为电子供体进行厌氧氨氧化作用,将氨氮与亚硝态氮转化为氮气去除,同时生成硝态氮,反应时间2~3h;
3)上述一体化厌氧氨氧化反应结束后,关闭空气泵(7),开启污水泵(3)进行第二次进水,进水结束后,关闭污水泵(3),同时开启搅拌器(13),此时,载体填料(6)上的反硝化菌可利用污水中的有机物去除一体化厌氧氨氧化反应过程中产生的硝态氮,并将剩余的有机物储存为内碳源,控制搅拌器转速为40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
4)上述反应结束后,关闭搅拌器(13),开启空气泵(7)进行第二次曝气,通过气体流量计(8)将DO控制为0.5~1.0mg/L,载体填料(6)上的短程硝化菌与厌氧氨氧化菌协作进行一体化厌氧氨氧化反应,去除污水中的氨氮,同时生成硝态氮,反应时间2~3h;
5)第二次曝气反应结束后,关闭空气泵(7),开启搅拌器(13),载体填料(6)上的反硝化菌利用储存的内碳源再次进行反硝化作用,进一步降低出水硝态氮浓度,控制搅拌器转速为40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
6)反硝化作用完成后,静置沉淀5min进行泥水分离,上清液通过排水阀(10)排出,排放的水量等于系统两次的进水量之和;载体填料(6)上脱落的生物膜经放空阀(11)排出。
以实验室周边某住宅小区生活污水为处理对象,考察该系统的脱氮性能。
实验期间进水水质如下:
实验期间运行参数:
序批式生物膜反应器(有效容积12L)
第一缺/厌氧段:进生活污水3L,控制搅拌器转速40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
第一好氧段:控制DO为0.5~1.0mg/L,反应时间2~3h;
第二缺/厌氧段:进生活污水3L,控制搅拌器转速40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
第二好氧段:控制DO为0.5~1.0mg/L,反应时间2~3h;
后置缺氧段:控制搅拌器转速40-60r/min,DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
静沉阶段:静置沉淀5min后排水6L。
在该运行条件下,反应器平均出水COD、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN分别为31.3、0.4、0.1、3.9、4.4mg/L,达到了高效脱氮的效果。
以上是本发明的具体实施例,便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明,本发明的实施不限于此,因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。
该序批式生物膜系统将分段进水与一体化厌氧氨氧化技术的优势相结合,充分利用污水中的有机物,发挥自养脱氮与异养脱氮的作用,在单一系统中便可实现氮的高效去除,且形式简单,灵活性高,便于操控与运行,应用前景十分广阔。
Claims (1)
1.应用分段进水耦合一体化厌氧氨氧化序批式生物膜系统实现城市污水高效脱氮的方法,该系统包括城市污水水箱(1)、序批式生物膜反应器(2);其中所述城市污水水箱(1)通过污水泵(3)与序批式生物膜反应器(2)相连接;所述序批式生物膜反应器(2)设有进水阀(4)、填料固定架(5)、载体填料(6)、空气泵(7)、气体流量计(8)、微孔曝气头(9)、排水阀(10)、放空阀(11)、DO(溶解氧)探测器(12)、搅拌器(13);所述载体填料(6)为聚氨酯材质,填充率为20%~25%,均匀分布于填料固定架(5)上;
其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)城市污水水箱(1)中的污水一共分两次经污水泵(3)进入序批式生物膜反应器(2),两次进水的体积比为1:1~2:1;第一次进水结束后,关闭污水泵(3),开启搅拌器(13),载体填料(6)上的反硝化菌利用污水中的有机物将上一反应周期残留的硝态氮去除,并将剩余的有机物储存为细菌体内的内碳源,控制DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
2)上述反应结束后,关闭搅拌器(13),开启空气泵(7)进行曝气,通过气体流量计(8)将DO控制为0.5~1.0mg/L,进行一体化厌氧氨氧化反应,去除污水中的氨氮,此外生成硝态氮,反应时间2~3h;
3)曝气结束后,关闭空气泵(7),开启污水泵(3)进行第二次进水;进水结束后,关闭污水泵(3),开启搅拌器(13),反硝化菌利用污水中的有机物去除一体化厌氧氨氧化反应产生的硝态氮,并将剩余的有机物储存为内碳源,控制DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
4)上述反应结束后,关闭搅拌器(13),开启空气泵(7)进行第二次曝气,通过一体化厌氧氨氧化反应去除污水中的氨氮,同时生成硝态氮,控制DO为0.5~1.0mg/L,反应时间2~3h;
5)第二次曝气结束后,关闭空气泵(7),开启搅拌器(13),反硝化菌利用储存的内碳源进行反硝化作用,进一步降低出水硝态氮浓度,控制DO<0.1mg/L,反应时间1~2h;
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