CN109879427A - 利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定短程硝化的方法和装置 - Google Patents

利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定短程硝化的方法和装置 Download PDF

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Abstract

利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定短程硝化的方法和装置，属于低碳氮比生活污水处理领域。处理高氨氮废水的反应器第一序批式反应器中通过通过游离氨(FA)和实时控制实现短程硝化，每周期排出短程硝化污泥储存，第二序批式反应器中进行有机物和氮的去除，在缺氧段投加短程消化污泥进行生物强化并且通过长时间的缺氧联合实时控制使得AOB在反应器中迅速富集，抑制NOB，达到快速实现稳定短程硝化进行深度脱氮的目的。本发明能够快速实现稳定的短程硝化效果，节省曝气能耗，减少反硝化碳源需求，同时对于生活污水中短程硝化被破坏后的恢复与稳定也有非常良好的效果，能显著提高城市生活污水脱氮除磷的效率。

Description

利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定 短程硝化的方法和装置
技术领域
本发明设计了利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定短程硝化的方法和装置，属于低碳氮比生活污水处理技术领域，具体通过生物强化和实时控制的方式快速实现城市生活污水稳定的短程硝化的方法。
背景技术
传统的生物脱氮除磷工艺为全程硝化反硝化过程，需要较高的曝气能耗和碳源来满足脱氮除磷的需要，短程硝化反硝化技术在实际运用的过程中可以节省约25％的曝气量，减少40％的碳源需求量，大幅缩短反应时间，并降低污泥产量。短程硝化的关键在于富集氨氧化菌(AOB)，抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)使得曝气结束后的亚硝积累率达到最高值，并能够达到长期稳定维持。
在序批式反应器中，已知的通过温度、pH值、溶解氧、污泥龄等条件的控制都能够得到较高的亚硝积累率，但是实现短程硝化启动难，需要实时检测不能过量曝气且存在稳定维持困难和破坏后难以恢复等问题。
生物强化技术(bioaugmentation)是指在废水生物处理过程中，为了增强处理系统对特定污染物的降解能力，而向处理系统中投加具有特定功能的微生物菌群、营养物或基质类似物，从而有效处理特定废水以及严苛环境下提高处理能力的一种技术。通过实验研究表明，通过生物强化技术，只需较少量的短程硝化污泥即可快速实现处理生活污水反应器中稳定的短程硝化效果，且在短程硝化被破坏后通过生物强化的方式依然能够使短程硝化得到快速的恢复。
生物强化的关键并不仅仅在于目的菌种的大量投加而在于进行生物强化后目的菌株的持留和生长，使其成为优势菌种从而达到改善整个系统功能的作用。因此，在本发明涉及中采用AOA的运行模式，并且采用在缺氧段进行氨氧化菌(AOB)投加的方式，利用长时间的缺氧时间和实时控制及时停止曝气的方法，限制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的底物及溶解氧，使其一直处于抑制状态从而实现稳定的短程硝化。
短程硝化反硝化和短程硝化厌氧氨氧化等节能降耗效果突出，应用前景广阔的技术中，短程硝化的启动和维持及破坏后的恢复是这些工艺的核心技术。因此，短程硝化技术在城市生活污水中的快速启动与维持尤为重要。
发明内容
为解决在处理城市生活污水的新型脱氮工艺中短程硝化启动难的问题，本研究提出了一种利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定短程硝化的方法和装置。低C/N比的生活污水泵入第二序批式反应器，首先进行缺氧搅拌，去除上周期剩余的氧化态氮；在好氧段进行曝气，硝化菌将生活污水中的氨氮转化为亚硝态氮，同时异养菌将生活污水中剩余的有机物去除；曝气结束后将储泥罐中的短程硝化污泥泵入第二序批式反应器，进行缺氧搅拌。亚硝酸盐氧化菌(NOB)由于长时间的缺氧时间和底物的缺少而受到抑制，氨氧化细菌(AOB)则在系统中得到快速的富集，从而形成稳定的短程硝化。
本发明通过以下技术方案来实现：
(1)第一序批式反应器的启动：第一序批式反应器(9)为处理高氨氮废水的短程硝化反应器，以污水处理厂全程硝化污泥作为种泥注入第一序批式反应器(9)，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000～4000mg/L，反应器中的氨氮浓度为100～200mg/L，每天运行2～3个周期，采用A/O的运行模式，每周期包括进水，缺氧搅拌，曝气，排泥，排水5个过程，排水比维持在50％，每周期排泥比为总反应器体积的3％(即每周期排泥300mL)，排出的短程硝化污泥储存在储泥罐(10)。按照上述方式运行反应器，当好氧末的亚硝积累率大于90％，完成第一序批式反应器(9)的启动。
(2)当第一序批式反应器(9)启动完成后，对第二序批式反应器(12)开始进行生物强化。第二序批式反应器(2)接种的污泥为污水处理厂的全程硝化污泥，污泥浓度为3000～4000mg/L，每周期依次进行进水，厌氧搅拌，曝气，进短程硝化污泥，缺氧搅拌，沉淀，排水7个过程。
I进水设定进水量为第一序批式反应器(9)有效体积的50％，进水通过时控开关控制，进水开始后，生活污水箱(5)中的生活污水通过第二蠕动泵(6)泵入第二序批式反应器(12)。
II缺氧搅拌进水完毕之后开始缺氧搅拌，去除上周期剩余的氧化态氮，设定搅拌时间为2～3小时；
III曝气开启空压机(14)开始向第二序批式反应器(12)曝气，通过溶解氧实时控制装置保持反应器内溶解氧维持在1.5～2mg/L,设定曝气时间在2～3小时且在氨谷点，即硝化过程中pH先下降后上升的拐点之前停止曝气，防止过度曝气，将生活污水中的NH4+-N转化为氧化态氮。
IV进短程消化污泥通过第一蠕动泵(11)将储泥罐(10)中的短程硝化污泥泵入第二序批式反应器(12)，进短程硝化污泥量为总体积的3％～5％，通过实时开关控制。
V缺氧搅拌设定缺氧时间为3～3.5小时；
VI沉淀设定沉淀时间为0.5小时，泥水分离；
VII排水排水比为50％。
综上所述，本发明提供了一种利用生物强化技术联合实时控制快速实现城市生活污水稳定短程硝化的方法和装置。优势在于：
1)通过生物强化联合实时控制的方式能够快速实现稳定的短程硝化，启动方式简单，效果明显。
2)该方法能够实现氨氧化菌(AOB)的快速富集，抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)，对于短程硝化破坏后的恢复亦有良好的效果。
3)短程硝化成功启动后，可应用于星星脱氮工艺(短程硝化反硝化、短程硝化厌氧氨氧化)，有效降低污水的处理能耗和成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图中：1——计算机；2——过程控制器；3——第一搅拌器；4——第二搅拌器；5——生活污水水箱；6——第二蠕动泵；7——溶解氧控制器；8——pH控制器；9——第一序批式反应器；10——储泥罐；11——第一蠕动泵；12——第二序批式反应器；13——第一空压机；14——第二空压机。
图2为第二序批式反应器的运行方式。
具体实施方式
结合附图和实例对本申请专利做进一步的说明：如图1所示，本发明包括处理高氨氮废水的第一序批式反应器、第二序批式反应器、储泥罐、生活污水水箱。四个装置的有效体积分别为10L、10L、5L、30L。第一序批式反应器和第二序批式反应器采用有机玻璃制成，储泥罐和生活污水水箱由有机塑料制成。
该装置包括处理高氨氮废水的短程硝化第一序批式反应器(9)连接储泥罐(10)，第一序批式反应器(9)内安装有曝气盘连接第一空压机(13)和第一搅拌器(3)。短程硝化第一序批式反应器每周期排出的短程硝化污泥储存在储泥罐(10)，通过第一蠕动泵(11)泵入第二序批式反应器(12)。生活污水箱(5)通过第二蠕动泵(6)与第二序批式反应器(12)连接，第二序批式反应器(13)中安装有第二搅拌器(4)、溶解氧控制器(7)、pH控制器(8)，第二序批式反应器(12)中的曝气盘与第二空压机(14)连接。
具体实施实验中所使用的城市生活污水取自北京市某家属区的化粪池，其中化学需氧量COD在170～220mg/L，NH4+-N浓度在50～70mg/L，其中C/N在3～4，为典型的低碳比生活污水。
具体实施过程如下：
(1)第一序批式反应器的启动：第一序批式反应器(9)为处理高氨氮废水的短程硝化反应器，以污水处理厂全程硝化污泥作为种泥注入第一序批式反应器(9)，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000～4000mg/L，反应器中的氨氮浓度为100～200mg/L，每天运行2～3个周期，采用A/O的运行模式，每周期包括进水，缺氧搅拌，曝气，排泥，排水5个过程，排水比维持在50％，每周期排泥比为总反应器体积的3％(即每周期排泥300mL)，排出的短程硝化污泥储存在储泥罐(10)。按照上述方式运行反应器，当好氧末的亚硝积累率大于90％，完成第一序批式反应器(9)的启动。
(2)当第一序批式反应器(9)启动完成后，对第二序批式反应器(12)开始进行生物强化。第二序批式反应器(2)接种的污泥为污水处理厂的全程硝化污泥，污泥浓度为3000～4000mg/L，每周期依次进行进水，厌氧搅拌，曝气，进短程硝化污泥，缺氧搅拌，沉淀，排水7个过程(如图2)。
I进水设定进水量为反应器有效体积的50％，，进水通过时控开关控制，进水开始后，生活污水箱(5)中的生活污水通过第二蠕动泵(6)泵入第二序批式反应器(12)。
II缺氧搅拌进水完毕之后开始缺氧搅拌，设定搅拌时间为2～3小时，去除上周期剩余的NO2 --N，使得亚硝酸盐氧化菌(NOB)在整个过程中一直缺少底物，从而抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)；
III曝气开启空压机(14)开始向第二序批式反应器(12)曝气，通过溶解氧实时控制装置保持反应器内溶解氧维持在1.5～2mg/L,设定曝气时间在2～3小时且在氨谷点，即硝化过程中pH先下降后上升的拐点之前停止曝气，防止过度曝气，由氨氧化菌(AOB)将生活污水中的NH4 +-N转化为NO2—N；
IV进短程消化污泥通过第一蠕动泵(11)将储泥罐(10)中的短程硝化污泥泵入第二序批式反应器(12)，进短程硝化污泥量为总体积的3％～5％，通过实时开关控制，进行生物强化；
V缺氧搅拌设定缺氧时间为3～3.5小时，通过长时间的缺氧时间一直亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性而对氨氧化菌(AOB)影响不大，从而达到抑制NOB的目的；
VI沉淀设定沉淀时间为0.5小时，泥水分离；
VII排水排水比为50％。
实验结果表明：整个系统在第5天开始出现亚硝积累现象，第12天开始维持稳定，NH4 +-N降解率达到95％以上，亚硝积累率维持在83％以上，并且后续实验证明当系统过曝气短程硝化被破坏后，再次采用生物强化的方式依然能够实现稳定的亚硝积累，恢复短程硝化。

Claims (2)

1.利用生物强化技术联合实时控制快速实现稳定短程硝化的装置，其特征在于：该装置包括处理高氨氮废水的短程硝化第一序批式反应器(9)连接储泥罐(10)，第一序批式反应器(9)内安装有曝气盘连接第一空压机(13)和第一搅拌器(3)；短程硝化第一序批式反应器每周期排出的短程硝化污泥储存在储泥罐(10)，通过第一蠕动泵(11)泵入第二序批式反应器(12)；生活污水箱(5)通过第二蠕动泵(6)与第二序批式反应器(12)连接，第二序批式反应器(13)中安装有第二搅拌器(4)、溶解氧控制器(7)、pH控制器(8)，第二序批式反应器(12)中的曝气盘与第二空压机(14)连接。
2.利用权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)第一序批式反应器的启动：第一序批式反应器(9)为处理高氨氮废水的短程硝化反应器，以污水处理厂全程硝化污泥作为种泥注入第一序批式反应器(9)，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000～4000mg/L，反应器中的氨氮浓度为100～200mg/L，每天运行2～3个周期，采用A/O的运行模式，每周期包括进水，缺氧搅拌，曝气，排泥，排水5个过程，排水比维持在50％，每周期排泥比为总反应器体积的3％，排出的短程硝化污泥储存在储泥罐(10)；按照上述方式运行第一序批式反应器，当好氧末的亚硝积累率大于90％，完成第一序批式反应器(9)的启动；
(2)当第一序批式反应器(9)启动完成后，对第二序批式反应器(12)开始进行生物强化；第二序批式反应器(2)接种的污泥为污水处理厂的全程硝化污泥，污泥浓度为3000～4000mg/L，每周期依次进行进水，厌氧搅拌，曝气，进短程硝化污泥，缺氧搅拌，沉淀，排水7个过程；
I进水设定进水量为第一序批式反应器有效体积的50％，进水通过时控开关控制，进水开始后，生活污水箱(5)中的生活污水通过第二蠕动泵(6)泵入第二序批式反应器(12)；
II缺氧搅拌进水完毕之后开始缺氧搅拌，去除上周期剩余的氧化态氮，设定搅拌时间为2～3小时；
III曝气开启空压机(14)开始向第二序批式反应器(12)曝气，通过溶解氧实时控制装置保持反应器内溶解氧维持在1.5～2mg/L,设定曝气时间在2～3小时且在氨谷点，即硝化过程中pH先下降后上升的拐点之前停止曝气，防止过度曝气，将生活污水中的NH4 +-N转化为氧化态氮；
IV进短程消化污泥通过第一蠕动泵(11)将储泥罐(10)中的短程硝化污泥泵入第二序批式反应器(12)，进短程硝化污泥量为总体积的3％～5％，通过实时开关控制；
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VII排水排水比为50％。
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