CN109879422A - 利用高光强实现短程硝化反硝化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高光强实现短程硝化反硝化的方法。所述方法将活性污泥至于高光强下进行照射,使污泥的硝化菌中的亚硝酸盐氧化细菌得到抑制,随后进行常规的硝化反应,使得初始的氨氮被氧化成亚硝酸盐氮并且停止于此,产生的亚硝酸盐氮被反硝化菌还原成氮气,排入大气,从而将废水中的氮去除。利用本发明方法可以节约25%的曝气成本和40%的碳源成本,并为后续的厌氧氨氧化工艺提供稳定的电子受体,可用于污水的高效低能耗的快速脱氮。
Description
技术领域
本发明属于污水处理工艺技术领域,涉及一种实现短程硝化反硝化的方法,具体涉及一种利用高光强实现短程硝化反硝化的方法。
背景技术
传统的污水处理系统中的生物氮去除过程包含两个步骤,即硝化和反硝化。其中,亚硝酸盐氮既是硝化过程(NH4 +→NO2 –→NO3 –)的中间体又是反硝化过程(NO3 –→NO2 –→NO→N2O→N2)的中间体。假如在硝化过程中氨氮被氧化成亚硝酸盐氮并且停止于此,不被继续氧化,那么就能在废水中实现短程硝化反硝化进行氮去除。通过该方法可以节约25%的曝气成本和40%的碳源成本,同时也能减少污泥的产生。如今,硝化过程中碳源不足是许多污水处理厂不得不面对的重要问题。随着污水排放标准的不断提高,在处理过程中不得不加入额外的碳源,这又增加了污水处理厂的处理成本。因此,短程硝化反硝化的实现可以有效地解决这个问题。实现短程硝化反硝化的关键在于创造条件将亚硝酸盐氧化细菌(NOB;NO2 –→NO3 –)抑制住的同时保留氨氧化细菌(AOB;NH4 +→NO2 –)。
为了抑制NOB,学者们提出了很多方法,例如:游离亚硝酸(FNA)(Wang Q,Ye L,Jiang G,et al.Side-stream sludge treatment using free nitrous acidselectively eliminates nitrite oxidizing bacteria and achieves the nitritepathway[J].Water Research,2014,55:245-255.),游离氨(FA)(Wang Q,Duan H,Wei W,etal.Achieving stable mainstream nitrogen removal via the nitrite pathway bysludge treatment using free ammonia[J].Environmental science&technology,2017,51(17):9800-9807.),低溶解氧(DO)(Ma Y,Peng Y,Wang S,et al.Achieving nitrogenremoval via nitrite in a pilot-scale continuous pre-denitrification plant[J].Water Research,2009,43(3):563-572.),低污泥龄结合高温(Van Dongen U,Jetten M SM,Van Loosdrecht M C M.Theprocess for treatment ofammonium rich wastewater[J].Water Science and Technology,2001,44(1):153-160.),交替缺氧好氧(Ge S,Peng Y,Qiu S,et al.Complete nitrogen removal frommunicipal wastewater via partial nitrification by appropriately alternatinganoxic/aerobic conditions in a continuous plug-flow step feed process[J].Water Research,2014,55:95-105.)和超声(Zheng M,Liu Y C,Xin J,et al.Ultrasonictreatment enhanced ammonia-oxidizing bacterial(AOB)activity fornitritationprocesss[J].Environmental science&technology,2015,50(2):864-871.)等等。然而这些方法要么需要特殊的能量,要么适用于处理高氨氮废水,或者需要高氨氮来进行污泥处理,而城市污水处理系统的氨氮浓度往往低于60mg/L,因此以上的方法在主流的污水处理中存在一定的局限性。
硝化细菌AOB和NOB对于光强都具有一定的敏感度。C.Vergara等人发现在光照强度为500μmol m-2s-1以上时,氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率都分别受到了明显的抑制,特别的,在光照强度为1250μmol m-2s-1的高光强下发现氨氧化速率和硝酸盐产生速率分别减少64%和71%(Vergara C,R,Campos J L,et al.Influence of light intensityon bacterial nitrifying activity in algal-bacterial photobioreactors and itsimplications for microalgae-based wastewater treatment[J].InternationalBiodeterioration&Biodegradation,2016,114:116-121.)。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种利用高光强实现短程硝化反硝化的方法。该方法利用高光强对硝化细菌进行照射,主要抑制NOB,无法进行正常的硝化活动,从而实现短程硝化反硝化。
本发明的技术方案如下:
利用高光强实现短程硝化反硝化的方法,具体步骤如下:
在污水通入污泥,置于光照强度≥1000μmol m-2s-1的高光强下进行照射,使硝化细菌中的NOB得到抑制,随后进行硝化反应,或者将污泥置于光照强度≥1000μmol m-2s-1的高光强下进行照射,使硝化细菌中的NOB得到抑制,然后停止照射并通入污水,随后进行硝化反应。
优选地,所述的污泥浓度为2000~4000mg/L。
优选地,高光强下的照射时间为3~5h。
优选地,所述的硝化反应采用SBR工艺进行运行;所述的SBR工艺包括进水,缺氧,好氧,沉淀和排水工序。
本发明方法,硝化过程中的AOB将氨氮氧化成亚硝酸盐氮,NOB将亚硝酸盐氮氧化成硝酸盐氮,同时亚硝酸盐氮又是反硝化过程的中间产物,因此将氨氮氧化成亚硝酸盐氮并且停止于此,产生的亚硝酸盐氮被反硝化菌还原成氮气,排入大气,从而将废水中的氮去除(即短程硝化反硝化)可节约25%的曝气成本和40%的碳源成本,同时减少污泥的产生。本发明将活性污泥至于高光强下进行进行照射,使污泥的硝化菌中的NOB得到抑制,NOB的活性抑制达到50%以上,且对AOB几乎没有抑制,因此随后进行硝化反应,使得初始的氨氮被氧化成亚硝酸盐氮并且停止于此,产生的亚硝酸盐氮被反硝化菌还原成氮气,排入大气,从而将废水中的氮去除。
本发明在低氨氮城市污水中实现了亚硝酸盐的积累,通过短程硝化反硝化将废水中的氮去除,所用的光在大自然中广泛存在,可以大大减少反应成本,是一种新型污水高效低能耗的快速脱氮的方法,具有工程应用的潜力。
附图说明
图1在冷光源直接照射下,第25周期的三氮浓度变化图,一个周期包括一个SBR循环,其中包括进水1min,缺氧1h,好氧2.25h,沉淀1h,排水5min。
图2在冷光源直接照射下,所得的出水亚硝酸盐积累率(亚硝酸盐积累率=亚硝酸盐浓度/(亚硝酸盐浓度+硝酸盐浓度))随周期的变化图。
图3在冷光源间接照射下,第40周期的三氮浓度变化图,一个周期包括一个光照和一个SBR循环,包括光照3小时,进水1min,缺氧0.5h,好氧1.5h,沉淀1h,排水5min。
图4在冷光源间接照射下,所得的出水亚硝酸盐积累率(亚硝酸盐积累率=亚硝酸盐浓度/(亚硝酸盐浓度+硝酸盐浓度))随周期的变化图。
图5为高光强处理的污泥(实验组)和未处理的污泥(对照组)的活性测试结果图。
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。
下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道获得。
实施例1:使用冷光源高光强板对硝化细菌进行直接照射
将经过长期驯化的硝化细菌在高光强直接照射下通过SBR方式进行硝化反硝化,每个周期包括进水1min,缺氧1h,好氧2.25h,沉淀1h,排水5min。混合液通过磁力搅拌器混合均匀,在1000μmol m-2s-1光照强度照射下,通过带有气石的气泵进行曝气。NOB在高光强下表现出一定的光敏性,逐渐形成了亚硝酸盐氮的积累。
如图1所示,在长期培养的第25周期中,在刚开始缺氧的1小时中,氨氮浓度基本维持不变,亚硝态氮和硝态氮被还原成氮气;好氧的2.25小时中氨氮浓度逐渐降低,亚硝态氮与硝态氮浓度逐渐增加。随着培养周期的增加,亚硝态氮的浓度逐渐积累,超过硝态氮的浓度,如图2所示,造成亚硝酸盐积累率的不断升高。
实施例2:使用冷光源高光强板对硝化细菌进行间接照射
将经过长期驯化的硝化细菌在高光强间接照射下通过SBR方式进行硝化反硝化,即将上一周期经过沉淀后的浓缩污泥(污泥浓度在6000-8000mg/L)在1000μmol m-2s-1光照强度的高光强下照射3小时,同时混合液通过磁力搅拌器混合均匀。然后停止光照,通过进水,进行硝化反硝化,包括进水1min,缺氧0.5h,好氧1.5h,沉淀1h,排水5min,混合液通过磁力搅拌器混合均匀,通过带有气石的气泵进行曝气。NOB表现出一定的光敏性,逐渐形成了亚硝酸盐氮的积累。
如图3所示,在长期培养的第40周期中,经过3小时光照,然后停止光照,通过进水进行硝化反硝化,在刚开始缺氧的0.5小时中,氨氮浓度基本维持不变,亚硝态氮和硝态氮被还原成氮气;好氧的1.5小时中氨氮浓度逐渐降低,亚硝态氮与硝态氮浓度逐渐增加。随着培养周期的增加,亚硝态氮的浓度逐渐积累,超过硝态氮的浓度,如图2所示,造成亚硝酸盐积累率的不断升高。图5为将高光强处理的污泥(实验组)和未处理的污泥(对照组)同时进行活性测试,通过氨氮的降解速率表征AOB的活性,硝态氮的生成速率表征NOB的活性,经过高光强处理后的AOB活性基本没有变化,而NOB的活性受到抑制,抑制率在50%以上。
Claims (5)
1.利用高光强实现短程硝化反硝化的方法,其特征在于,具体步骤如下:
在污水通入污泥,置于光照强度≥1000μmol m-2s-1的高光强下进行照射,使硝化细菌中的NOB得到抑制,随后进行硝化反应,或者将污泥置于光照强度≥1000μmol m-2s-1的高光强下进行照射,使硝化细菌中的NOB得到抑制,然后停止照射并通入污水,随后进行硝化反应。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的硝化反应采用SBR工艺进行运行。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述的SBR工艺包括进水,缺氧,好氧,沉淀和排水工序。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法,其特征在于,所述的污泥浓度为2000~4000mg/L。
5.根据权利要求1至3任一所述的方法,其特征在于,高光强下的照射时间为3~5h。
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