CN110002594B - 一种基于羟胺旁侧抑制实现短程硝化-厌氧氨氧化的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于羟胺旁侧抑制实现短程硝化‑厌氧氨氧化的装置和方法属于城市污水处理领域，通过使用羟胺抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的处理方式实现短程硝化，从而为后续的厌氧氨氧化提供稳定的亚硝酸盐。羟胺作为硝化反应的关键中间产物，对整个硝化过程的平衡起着“承上启下”的作用，适量投加可提高氨氧化菌(AOB)的细胞产率，并抑制NOB的活性，从而实现稳定的短程硝化。然而，羟胺又具有毒性，过量投加会使AOB与NOB同时失去活性。所以本专利通过羟胺旁侧处理污泥，可控制过量的问题，同时，可以较快启动短程硝化，并维持较高的亚硝积累。本方法操作简单，解决了短程硝化‑厌氧氨氧化工艺处理城市污水亚硝酸盐难以稳定维持的难题。
Description
技术领域
本发明相关的投加羟胺旁侧抑制实现短程硝化-厌氧氨氧化的装置与方法，于城市污水生物处理领域，适用于低碳比的城市污水脱氮处理。
背景技术
现如今，工业化的持续发展以及人口的持续增长导致水体中植物和藻类过度生长，水体富营养化严重，加速了河流、湖泊的老化。其本质由于氮和磷等营养物排入水体引起的，所以以N、P为代表的污染物的去除是亟待解决的难题。又随着污水处理技术的不断改进，城市污水处理厂正沿着耗能型-效能型-产能型的路径，以节能降耗和减排利用为目标，由单一功能的传统工艺向多功能强化处理工艺以及高效低耗工艺和能源资源利用工艺的方向发展，并作为社会、经济和环境发展三维大系统中的组成部分，日益重视研发能源自给型的城市污水处理技术系统，以提升处理水质，推进社会、环境和经济协调发展。
短程硝化/厌氧氨氧化过程与传统硝化/反硝化过程相比更可持续。除厌氧氨氧化以外，短程硝化也是自养过程。所以短程硝化/厌氧氨氧化过程是完全自养的氮气去除过程，与硝化/反硝化相比，所用的有机物量可能会减少100％。这些有机物可以替代地用于生产甲烷，以提高废水的能量回收。能耗可以同时降低，只有大约50％的铵必须被氧化成亚硝酸盐而非硝酸盐。
目前，用于实现短程硝化的方法主要有高浓度游离氨(FA)和高浓度游离亚硝酸盐(FNA)，低溶解氧(DO)，短污泥龄(SRT)结合曝气时间控制，缺好氧间歇曝气手段及投加抑制剂等，通过强化AOB、淘洗抑制NOB以期实现稳定的亚硝积累，不过以上方法虽然能实现短程硝化，但是这些方法具有一定的局限性：(1)对于较大水量的城市污水通过高温实现短程比较耗能；(2)如果控制低DO会降低硝化速率，而且活性污泥易发生污泥膨胀；(3) 对于pH的影响来说,在硝化过程中，pH在不断降低，必须通过不断的加碱使系统维持较高的pH。(4)有研究表明，FN和FNA的抑制作用具有适应性。
现有报道，通过投加NOB的抑制剂(硫化物、羟胺等)可以实现短程硝化。本方法采用投加羟胺旁侧抑制后的污泥实现稳定的短程硝化：1.羟胺是氨氧化过程的中间产物，在硝化过程中起着“承上启下”的关键作用，投加羟胺可以有效的刺激AOB的生长，加快氨氧化速率，同时抑制NOB的毒性，实现短程的效果明显。2.使用羟胺作为抑制剂不会引入新的污染物质。3.羟胺旁侧处理可以大大节约了羟胺在使用过程中的成本。4.羟胺旁侧处理可以降低羟胺对AOB的毒性作用，更大程度以及更稳定得维持主反应器的短程稳定。在本方法中，通过投加羟胺旁侧抑制实现稳定短程硝化，然后与厌氧氨氧化工艺相结合。
发明内容
短程硝化-厌氧氨氧化技术，相比于传统的硝化/反硝化工艺节约曝气量，节省碳源，是一种资源节约型环境友好型的脱氮工艺。但短程硝化的快速启动及稳定运行是相对困难的，本发明提供了一种通过投加羟胺旁侧抑制泥水混合物中NOB，强化主反应器快速启动和稳定维持短程硝化-厌氧氨氧化的方法，该方法启动短程硝化耗时短，效果好，运行管理简单，并且可以获得较高的氨氧化速率，为厌氧氨氧化反应器提供稳定的亚硝来源。本方法可以为短程硝化-厌氧氨氧化的启动和运行提供参考。
一种基于羟胺旁侧抑制实现短程硝化-厌氧氨氧化的装置，其特征在于，包括：污水原水箱(1)，短程硝化SBR反应器(2)，中间水箱(3)，厌氧氨氧化反应器(4),污泥处理SBR反应器(5)。
所述短程硝化SBR反应器(2)设有第一搅拌器(2.2)，曝气盘(2.3)，流量计(2.4)，第一DO/pH测定仪(2.5),第一DO传感器(2.6)和第一pH传感器(2.7)，第一进水阀(2.8)，第一排水阀(2.9)，第三排泥阀(2.10)，第四进泥阀(2.11)，第一放空阀(2.12)。
所述厌氧氨氧化SBR反应器(4)设有第二搅拌器(4.2)，第二DO/pH测定仪(4.3)，第二DO传感器(4.4)，第二pH传感器(4.5)，第二进水阀(4.6)，第二排水阀(4.7)，第二放空阀(4.8)；
所述污泥处理SBR反应器(5)第三搅拌器(5.3)，第三曝气盘(5.4)，设有第三流量计 (5.5)，第三DO/pH测定仪(5.6)，第三DO探头(5.7)，第三pH探头(5.8)，第三进泥阀(5.9)和第三排泥阀(5.10)装置；
第一DO/pH测定仪(2.5)和第二DO/pH测定仪(4.3)与自控平台(6)相连接。
首先污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)和第一进水阀(2.8)连接短程硝化SBR反应器(2)，短程硝化SBR反应器(2)由第一排水阀(2.9)连接中间水箱(3),中间水箱(3)由第二进水泵(4.1)和第二进水阀(4.6)连接厌氧氨氧化反应器(4)，最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二排水阀(4.7)排出；其次，短程硝化反应器(2)通过第三排泥阀(2.10)、第三污泥回流泵(5.1)和第四污泥回流泵(5.2)、第四进泥阀(2.11)与污泥处理SBR反应器(5)连接；最后污水原水箱(1)通过第五进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连接。
基于羟胺旁侧抑制实现短程硝化-厌氧氨氧化的与方法，其特征在于，操作步骤如下：
1)启动系统：部分短程硝化SBR反应器中污泥取自某城市污水处理厂A2O全程污泥，污泥浓度为MLSS＝3000-3500mg/l；厌氧氨氧化SBR反应器接种厌氧氨氧化颗粒污泥。
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ进入部分短程硝化SBR反应器中，进水体积为部分短程硝化SBR反应器有效体积的80％，进水时间为10min,然后部分短程硝化SBR反应器控制溶解氧DO＝0.2-0.5mg/l，曝气90min，停止曝气，沉淀30min，打开排水阀，排水比0.5，将50％的水排入中间水箱，排水时间为10min；
2.2)部分短程硝化SBR反应器排水完毕后，关闭排水阀，打开搅拌器，待泥水混合均匀后，打开污泥阀，将50％的泥水混合物排入到污泥处理SBR反应器，排泥水混合物时间为5min,然后关闭搅拌器，等待下一个周期运行。
2.3)进入污泥处理SBR反应器的泥水混合物量为污泥处理SBR反应器的80％，控制污泥处理SBR反应器溶解氧DO＝2.5-3.5mg/l，进水结束后，向部分短程硝化SBR反应器中投加盐酸羟胺，使部分短程硝化SBR反应器中的浓度为10mg/L，持续曝气60min,停止曝气，开始搅拌，待混合均匀后打卡污泥回流阀，使泥水混合物通过污泥全部回流泵回到部分短程硝化SBR反应器中，泥水混合物泵回时间为5min。
2.4)在污泥处理SBR反应器运行的同时，根据中间水箱的亚硝浓度，以亚硝质量浓度 /氨氮质量浓度为1.32的比例，从原水箱中泵出对应量的生活污水进入中间水箱，混合均匀。
2.5)将中间水箱中混匀后的污水通过水泵，泵入厌氧氨氧化SBR反应器，进水体积为厌氧氨氧化SBR反应器有效体积的50％，第二搅拌器开启，厌氧搅拌180min，进行厌氧氨氧化反应；随后第二搅拌器(13)关闭，静置反应器30min，泥水分离；
厌氧氨氧化SBR反应器，厌氧搅拌开始后，系统进入下一周期，重复以上步骤；
整个过程中自控平台控制运行中反应器的进水，搅拌，曝气，排水，并实现短程硝化SBR反应器的恒定溶解氧。
本发明为基于羟胺旁侧抑制实现短程硝化-厌氧氨氧化的装置和方法，其技术原理：羟胺抑制剂对NOB的抑制强于对AOB的抑制，虽然AOB与NOB活性均会有短暂的抑制，但在恢复过程中，AOB活性恢复较NOB快，从而实现短程硝化的快速启动，再利用旁侧处理装置，不断强化短程硝化过程，从而维持长期的短程硝化。
本发明具有以下优点：
1)本工艺采用厌氧氨氧化脱氮过程，解决的传统硝化反硝化工艺碳源不足的严重问题，无需外加碳源；
2)反应器为SBR反应器具有序批式反应器应有的优势:工艺简单，运行灵活，反应推动力大，沉淀排水效果好，无污泥膨胀，耐冲击负荷，适合自动化操作；
3)羟胺可以快速启动短程硝化，约15天后，亚硝积累可大于90％；
4)羟胺旁侧处理可以降低羟胺对AOB的毒性作用，更大程度以及更稳定得维持主反应器的短程稳定；
5)羟胺旁侧处理相比于直接投加羟胺可以大大节省羟胺的投加量，同时可以节省一半的曝气量就可实现稳定短程硝化，大大节约了成本。
附图说明
图1为短程硝化-厌氧氨氧化的装置的结构示意图；如图1：1-污水原水箱；2-短程硝化SBR反应器；3-中间水箱；4-厌氧氨氧化反应器；5-污泥处理SBR反应器；2.1-第一进水泵；2.2-第一搅拌器；2.3-曝气盘；2.4-流量计；2.5-第一DO/pH测定仪；2.6-第一DO 传感器；2.7第-一pH传感器；2.8-第一进水阀；2.9-第一排水阀；2.10第三排泥阀；2.11- 第四进泥阀；2.12-第一放空阀；3.1-第五进水泵；4.1-第二进水泵；4.2-第二搅拌器； 4.3-第二DO/pH测定仪；4.4-第二DO传感器；4.5-第二pH传感器；4.6-第二进水阀；4.7- 第二排水阀；4.8-第二放空阀；5.1-第三污泥回流泵；5.2-第四污泥回流泵；5.3-第三搅拌器；5.4-第三曝气盘；5.5-设有第三流量计；5.6-第三DO/pH测定仪；5.7-第三DO探头；5.8-第三pH探头；5.9-第三进泥阀；5.10-第三排泥阀。
具体实施方式
本方法采用的反应器均为SBR，由有机玻璃制成，短程硝化SBR反应器，与厌氧氨氧化SBR反应器有效容积均为10L，污泥处理SBR反应器有效容积为5L。短程硝化反应器与污泥处理反应器底部安装有曝气装置，可通过调节流量计和DO在线反馈控制恒定的溶解氧。部分短程硝化SBR反应器和厌氧氨氧化SBR反应器内均置搅拌器，保证泥水混合均匀。由蠕动泵进水，排水阀出水，进出水时间由在线平台控制。
该系统运行期间，污水处理流程如下：首先生活污水通过第一进水泵(2.1)和第一进水阀(2.8)泵入短程硝化SBR反应器(2)，进行短程硝化反应，曝气搅拌，沉淀，排水，排水比0.5，短程硝化出水由第一排水阀(2.9)排入中间水箱(3),短程硝化反应器(2)搅拌，待泥水混合均匀后，打开第三排泥阀(2.10)，通过污泥回流泵(5.1)进入污泥处理反应器 (5)，污泥处理反应器(5)开始羟胺旁侧抑制，曝气搅拌，沉淀，排水，将泥水混合物再由第四污泥回流泵(5.2)，通过进泥阀(2.11)再次进入短程硝化反应器(2)。由中间水箱(3) 经第五进水泵(3.1)，将亚硝/氨氮质量浓度为1.32比例的生活污水泵入中间水箱(3)中，再由第二进水泵(4.1)和第二进水阀(4.6)泵入厌氧氨氧化反应器(4)，进行厌氧搅拌，氨氮和亚硝反应生成氮气。最后厌氧氨氧化反应器(4)出水由第二排水阀(4.7)排出。完成整个周期。
具体运行参数如下：
短程硝化反应器：SBR反应器由有机玻璃制成，有效容积10L。进水为生活污水，排水比为0.5，每周期进5L生活污水。T＝3h:进水10min；好氧曝气90min；沉淀30min；排水10min；闲置15min。污泥浓度3000-3500mg/L。
厌氧氨氧化反应器：SBR反应器由有机玻璃制成，有效容积10L。进水为中间水箱的短程出水与原污水水箱中的生活污水，以亚硝浓度/氨氮浓度为1.32的比例进水，进入的污水量占厌氧氨氧化SBR反应器体积的50％。T＝4h：进水10min；厌氧搅拌180min；沉淀30min；排水10min；闲置15min。接种污泥浓度3000-3500mg/L。
污泥处理反应器：SBR反应器由有机玻璃制成，有效容积10L。进水为短程硝化反应器在第一次排水后，开启搅拌器，待泥水混合均匀后排入2.5L泥水混合物。T＝1.5h：进水5min；好氧曝气60min；沉淀30min；排水5min；闲置15min。污泥浓度3000-3500mg/L。
实验运行期间，对溶解氧有一定的控制要求，短程硝化SBR反应器的DO控制为0.2-0.5mg/L，温度为室温；污泥处理SBR反应器的DO控制为2.5-3.5mg/L，厌氧氨氧化 SBR反应器DO控制接近0mg/L，温度为室温。反应器中pH也不刻意控制(原水pH在7.2-7.8 之间)。
实验运行期间，出水的平均COD，NH4 +-N，NO3 --N，NO2 --N，TN浓度分别如下：35.11mg/ L，1.12mg/L，6.98mg/L，0.53mg/L，8.12mg/L,上述出水指标稳定且均达到国家一级A标准。
Claims (2)
1.一种基于羟胺旁侧抑制实现短程硝化-厌氧氨氧化的装置，其特征在于，该装置包括：污水原水箱(1)，部分短程硝化SBR反应器(2)，中间水箱(3)，厌氧氨氧化SBR反应器(4)，污泥处理SBR反应器(5)；
所述部分短程硝化SBR反应器(2)设有第一搅拌器(2.2)，曝气盘(2.3)，流量计(2.4)，第一DO/pH测定仪(2.5)，第一DO传感器(2.6)和第一pH传感器(2.7)，第一进水阀(2.8)，第一排水阀(2.9)，第一排泥阀(2.10)，第四进泥阀(2.11)，第一放空阀(2.12)；
所述厌氧氨氧化SBR反应器(4)设有第二搅拌器(4.2)，第二DO/pH测定仪(4.3)，第二DO传感器(4.4)，第二pH传感器(4.5)，第二进水阀(4.6)，第二排水阀(4.7)，第三排水阀(4.8)；
第一DO/pH测定仪(2.5)和第二DO/pH测定仪(4.3)与自控平台(6)相连接；
所述污泥处理SBR反应器(5)设有第三搅拌器(5.3)，第三曝气盘(5.4)，第三流量计(5.5)，第三DO/pH测定仪(5.6)，第三DO传感器(5.7)，第三pH传感器(5.8)，第二进泥阀(5.9)和第三排泥阀(5.10)；
首先污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)和第一进水阀(2.8)连接部分短程硝化SBR反应器(2)，部分短程硝化SBR反应器(2)由第一排水阀(2.9)连接中间水箱(3)，中间水箱(3)由第二进水泵(4.1)和第二进水阀(4.6)连接厌氧氨氧化SBR反应器(4)，最后厌氧氨氧化SBR反应器(4)出水由第二排水阀(4.7)排出；其次，部分短程硝化SBR反应器(2)通过第一排泥阀(2.10)、第一污泥回流泵(5.1)与污泥处理SBR反应器(5)的第二进泥阀(5.9)连接；污泥处理SBR反应器(5)的第三排泥阀(5.10)通过第二污泥回流泵(5.2)、第四进泥阀(2.11)与部分短程硝化SBR反应器(2)连接；且污泥处理SBR反应器中还投加盐酸羟胺；最后污水原水箱(1)通过第三进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连接。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，运行操作步骤如下：
1)启动系统：部分短程硝化SBR反应器中污泥取自城市污水处理厂A2O全程污泥，污泥浓度为MLSS＝3000-3500mg/L；厌氧氨氧化SBR反应器接种厌氧氨氧化颗粒污泥；
2)运行时调节操作如下：
2.1)污水原水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2.1)进入部分短程硝化SBR反应器中，进水体积为部分短程硝化SBR反应器有效体积的80％，进水时间为10min，然后部分短程硝化SBR反应器控制溶解氧DO＝0.2-0.5mg/L，曝气90min，停止曝气，沉淀30min，打开第一排水阀(2.9)，排水比50%，将50％的水排入中间水箱，排水时间为10min；
2.2)部分短程硝化SBR反应器排水完毕后，关闭第一排水阀，打开第一搅拌器(2.2)，待泥水混合均匀后，打开第一排泥阀(2.10)，将50％的泥水混合物排入到污泥处理SBR反应器，排泥水混合物时间为5min，然后关闭第一搅拌器(2.2)，等待下一个周期运行；
2.3)进入污泥处理SBR反应器的泥水混合物量为污泥处理SBR反应器的80％，控制污泥处理SBR反应器溶解氧DO＝2.5-3.5mg/L，进水结束后，向污泥处理SBR反应器中投加盐酸羟胺，使其在污泥处理SBR反应器中的浓度为10mg/L，持续曝气60min，停止曝气，开始搅拌，待混合均匀后打开第三排泥阀，使泥水混合物通过第二污泥回流泵回到部分短程硝化SBR反应器中，泥水混合物泵回时间为5min；
2.4)在污泥处理SBR反应器运行的同时，根据中间水箱的亚硝态氮浓度，以亚硝态氮质量浓度/氨氮质量浓度为1.32的比例，从污水原水箱中泵出对应量的生活污水进入中间水箱，混合均匀；
2.5)将中间水箱中混匀后的生活污水通过第二进水泵(4.1)，泵入厌氧氨氧化SBR反应器，第二搅拌器开启，厌氧搅拌180min，进行厌氧氨氧化反应；随后第二搅拌器关闭，静置30min，泥水分离；
厌氧氨氧化SBR反应器，厌氧搅拌开始后，进入下一周期，重复以上步骤；整个过程中自控平台控制运行中反应器的进水，搅拌，曝气，排水。
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