CN109879422B - 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.The
process 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 (3)
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−2 s−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−2 s−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，所述的污泥浓度为2000~4000mg/L，高光强下的照射时间为3~5h。
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。
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