CN110372088B - 盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法 - Google Patents

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Abstract

盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法，属于污水处理领域。涉及的主要装置包括：原水箱、序批式反应器(SBR)以及自动控制系统。利用盐酸羟胺对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的强烈抑制作用，将氨氧化反应限制在产生亚硝酸盐的阶段，从而实现短程硝化。方法为：在运行稳定的全程硝化SBR中于曝气初期阶段投加盐酸羟胺，其他条件不变，可以稳定快速实现短程硝化。本发明适合于城市生活污水短程脱氮的实现，具有简单可行的特点，不仅能为厌氧氨氧化、反硝化提供亚硝态氮，还能达到节能降耗的目的。

Description

盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法
技术领域
本发明涉及一种盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法，属于污水生物处理领域。本技术适用于城市生活污水强化生物脱氮，尤其针对新型生物脱氮技术短程硝化工艺的应用开发。
背景技术
在城市生活污水处理实践中，“全程硝化-反硝化”技术虽被证明是一种稳定的脱氮方式，但该过程耗能较大，常常存在碳源不足的瓶颈问题，已不符合当今社会可持续发展的要求。短程硝化，自发现以来便被认为是最有前景的生物脱氮技术之一。在AOB作用下，该生物转化过程分为两步并以羟胺 (NH2OH)作为中间产物：NH3(非NH4 +)在氨单加氧酶的催化作用下被氧化为 NH2OH，然后NH2OH在羟胺氧化还原酶的作用下被进一步氧化为NO2 -。短程硝化不仅可以联合反硝化实现深度脱氮，还可以耦合厌氧氨氧化形成更加高效低耗的脱氮工艺，具有广阔的研究和应用前景。然而，缺乏快速有效的实现手段影响了短程硝化在城市生活污水处理中的推广应用。AOB与NOB通常共存于硝化系统，要想实现短程硝化，必须采取一定的措施来淘洗NOB或抑制NOB 活性。
在过去研究报道中，实现短程硝化的控制条件主要包括：溶解氧、温度、污泥龄、抑制剂(游离氨、游离亚硝酸等)等，但是上述方法在实现短程硝化的过程中往往需要较长的时间，在一定程度上不具有应用前景。此外，某些控制条件的实施在抑制NOB的同时会对AOB产生负面影响，造成氨氧化速率的降低。因此，如何在减少影响AOB的前提下淘洗NOB或抑制NOB活性，从而快速启动并稳定维持短程硝化亟需一种新的方法手段。
发明内容
为了解决上述问题，本发明根据以往的研究发现，即在硝化系统中羟胺的投入会影响硝化过程，尤其是当羟胺达到一定浓度时，亚硝态氮发生积累，以及羟胺在抑制NOB的同时，对于氨氧化效能具有一定的促进作用，通过应用一种盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法，以实现短程硝化技术在城市生活污水处理领域的推广应用。
本发明通过以下技术步骤实现：
一种盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、序批式反应器(简写为SBR)(2)，SBR搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、pH探头(2.5)、溶解氧(DO)探头(2.6)、排水阀门(2.7)、出水池(3)、盐酸羟胺储药桶(4)、加药泵(5)、可编程控制系统(6)、计算机(7)。
原水箱(1)设有原水箱搅拌装置(1.1)，通过原水进水泵(1.2)与SBR (2)进水端相连接；SBR(2)设置有SBR搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、pH探头(2.5)、DO探头(2.6)，SBR(2)排水端与出水池(3)的进水端相连接；盐酸羟胺储药桶(4)通过加药泵(5) 与SBR(2)进水端相连接；
可编程控制系统(6)内置接口分别与原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、SBR搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、pH探头(2.5)、DO探头(2.6)、排水阀门(2.7)、加药泵(5)相连接，一端与计算机(7)相连接。
应用所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①启动城市生活污水全程硝化：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR，浓度为2000-5000mg/L，SBR每日运行2-4个周期，每周期包括进水(0.2-1.0h)，搅拌(0.2-1.0h)，曝气(2.0-5.0h)，排水(0.2-0.5 h)，闲置(0.0-9.0h)；以实际生活污水作为原水，初始NH4 +-N浓度为35-60 mg/L，通过原水进水泵注入SBR；启动曝气泵对生活污水进行充氧，DO保持在2-5mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运行SBR搅拌装置以实现泥液充分混合；SBR排水比为0.25-0.75，在上述条件下运行SBR，当氨氧化率大于 90％且稳定维持15日以上时，城市生活污水全程硝化在SBR中完成启动。
②盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化：SBR每日运行2-4个周期，每周期包括进水(0.2-1.0h)，搅拌(0.2-1.0h)，曝气(2.0-5.0h)，排水(0.2-0.5h)，闲置(0.0-9.0h)；以实际生活污水作为原水，通过原水进水泵注入SBR，混合液初始NH4 +-N浓度为15-45mg/L；启动曝气泵对生活污水进行充氧，DO保持在2-5mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运行SBR搅拌装置以实现泥液充分混合，曝气初始阶段5-10min投加盐酸羟胺，以羟胺计使其混合溶液初始浓度为3-10mg/L，每日投加1-2次，每周期曝气时间为2-5h，之后沉淀排水，上清液流入出水池；通过亚硝酸盐(以氮计，NO2 --N)占氮氧化物(以氮计，NOx --N)的百分比(即亚硝酸盐积累率)判断短程硝化是否实现，当亚硝酸盐积累率超过70％，城市生活污水短程硝化在SBR中完成启动。
③城市生活污水短程硝化稳定运行：SBR每日运行2-4个周期，水力停留时间为6-12h，污泥停留时间10-30d，维持污泥浓度为2000-5000mg/L，每周期包括进水(0.2-1.0h)，搅拌(0.2-1.0h)，曝气(2.0-5.0h)，排水(0.2-0.5 h)，闲置(0.0-9.0h)；以实际生活污水作为原水，通过原水进水泵注入SBR，混合液初始NH4 +-N浓度为15-45mg/L；启动曝气泵对生活污水进行充氧，DO 保持在2-5mg/L，pH值维持在6.5-8.5，之后SBR沉淀排水，上清液流入中间水池。
全程硝化过程通常分为两步，第一步在AOB作用下氨氮被转化为亚硝态氮，第二步在NOB作用下亚硝态氮接着被转化为硝态氮，由于NOB活性较高，一般情况下不会有亚硝态氮的积累。投加盐酸羟胺会在很大程度上对AOB 和NOB产生抑制，但由于羟胺本来就是AOB的底物基质，所以其对AOB的抑制作用远远小于其对NOB的抑制，最终会造成全程硝化两个步骤的中断，导致亚硝态氮的积累，从而实现短程硝化。
与现有技术相比，本发明的技术优势主要体现在：
1)整套方法操作方便，控制简单，短程硝化实现时间短；
2)羟胺作为硝化的中间产物，会在生物反应过程被消耗，不会造成二次污染。
附图说明
图1为本发明的装置结构图：
1-原水箱 1.1-原水箱搅拌装置 1.2-原水进水泵 2-SBR 2.1-SBR搅拌装置 2.2-曝气泵 2.3-流量计 2.4-曝气盘 2.5-pH探头 2.6-DO探头 2.7-排水阀 3-出水池 4-盐酸羟胺储药桶 5-加药泵 6-可编程控制系统 7-计算机
图2是投加3mg/L羟胺时三氮(氨氮、亚硝态氮、硝态氮)浓度随时间的变化。
图3是投加5mg/L羟胺时三氮(氨氮、亚硝态氮、硝态氮)浓度随时间的变化。
具体实施方式
结合附图1和实施实例对本发明做进一步说明。
一种盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、序批式反应器(简写为SBR)(2)，SBR搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、pH探头(2.5)、溶解氧(DO)探头(2.6)、排水阀门(2.7)、出水池(3)、盐酸羟胺储药桶(4)、加药泵(5)、可编程控制系统(6)、计算机(7)。
原水箱(1)设有原水箱搅拌装置(1.1)，通过原水进水泵(1.2)与SBR (2)进水端相连接；SBR(2)设置有SBR搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、pH探头(2.5)、DO探头(2.6)，SBR(2)排水端与出水池(3)的进水端相连接；盐酸羟胺储药桶(4)通过加药泵(5) 与SBR(2)进水端相连接；
可编程控制系统(6)内置接口分别与原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、SBR搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、pH探头(2.5)、DO探头(2.6)、排水阀门(2.7)、加药泵(5)相连接，一端与计算机(7)相连接。
本发明以某污水处理厂实际生活污水作为基质，具体水质如下：pH为 6.8-7.3，COD浓度为110-170mg/L，NH4 +-N浓度为37-55mg/L，NO2 --N及 NO3 --N浓度均在检测限以下，COD/TIN比为2.5-4.7。SBR所用容器有效容积为5m3，充水比为0.5，每日运行2个周期，每个周期包括进水(0.5h)，搅拌(0.2h)，曝气(2.5-3.5h)，排水(0.3h)，闲置(7.5-8.5h)。
具体运行过程如下：
(1)启动城市生活污水全程硝化：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入两个SBR(分别为1#SBR和2#SBR)，浓度为2500-3400 mg/L，以实际生活污水作为原水，通过原水进水泵注入SBR，混合液初始 NH4 +-N浓度为18-25mg/L；启动曝气泵对生活污水进行充氧，DO保持在2-3 mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运行SBR搅拌装置以实现泥液充分混合； SBR排水比为0.5，每日运行2个周期，每周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置，在上述条件下运行两个SBR，当氨氧化率大于90％且稳定维持15日时，城市生活污水全程硝化在SBR中完成启动；
(2)盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化：在曝气初始阶段10 min时投加盐酸羟胺，以羟胺计使1#SBR混合溶液初始浓度为3mg/L，2#SBR 混合溶液初始浓度为5mg/L，每日投加2次，曝气时间设定为3-4h，之后沉淀排水，上清液流入出水池；当1#SBR在第10天时亚硝酸盐积累率超过70％ (图2)，2#SBR在第19天时亚硝酸盐积累率超过70％(图3)，城市生活污水短程硝化在两个SBR中完成启动。
(3)城市生活污水短程硝化稳定运行：1#SBR和2#SBR每日运行2个周期，水力停留时间为12h，污泥停留时间10-25d，维持污泥浓度为2500-3400 mg/L；以实际生活污水作为原水，通过原水进水泵注入SBR，混合液初始 NH4 +-N浓度为18-25mg/L；启动曝气泵对生活污水进行充氧，DO保持在2-5 mg/L，pH值维持在6.5-8.5，之后SBR沉淀排水，上清液流入中间水池。

Claims (1)

1.一种盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化的方法，所应用的装置包括原水箱（1）、原水箱搅拌装置（1.1）、原水进水泵（1.2）、序批式反应器（2）以下简写为SBR，SBR搅拌装置（2.1）、曝气泵（2.2）、流量计（2.3）、曝气盘（2.4）、pH探头（2.5）、DO探头（2.6）、排水阀门（2.7）、出水池（3）、盐酸羟胺储药桶（4）、加药泵（5）、可编程控制系统（6）、计算机（7）；
原水箱（1）设有原水箱搅拌装置（1.1），通过原水进水泵（1.2）与SBR（2）进水端相连接；SBR（2）设置有SBR搅拌装置（2.1）、曝气泵（2.2）、流量计（2.3）、曝气盘（2.4）、pH探头（2.5）、DO探头（2.6）、排水阀门（2.7），SBR（2）排水端通过排水阀门（2.7）与出水池（3）的进水端相连接；盐酸羟胺储药桶（4）通过加药泵（5）与SBR（2）进水端相连接；
计算机（7）与可编程控制系统（6）连接，可编程控制系统（6）内置接口分别与原水箱搅拌装置（1.1）、原水进水泵（1.2）、SBR搅拌装置（2.1）、曝气泵（2.2）、pH探头（2.5）、DO探头（2.6）、排水阀门（2.7）、加药泵（5）相连接；
其特征在于，包括以下步骤：
①启动城市生活污水全程硝化：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR，浓度为2000-5000 mg/L，SBR每日运行2-4个周期，每周期包括进水0.2-1.0 h，搅拌0.2-1.0 h，曝气2.0-5.0 h，排水0.2-0.5 h，闲置0.0-9.0 h；以实际城市生活污水作为原水，初始NH4 +-N浓度为35-60 mg/L，通过原水进水泵注入SBR；启动曝气泵对城市生活污水进行充氧，DO保持在2-5 mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运行SBR搅拌装置以实现泥液充分混合；SBR排水比为0.25-0.75，在上述条件下运行SBR，当氨氧化率大于90%且稳定维持15日以上时，城市生活污水全程硝化在SBR中完成启动；
②盐酸羟胺干预快速启动城市生活污水短程硝化：SBR每日运行2-4个周期，每周期包括进水0.2-1.0 h，搅拌0.2-1.0 h，曝气2.0-5.0 h，排水0.2-0.5 h，闲置0.0-9.0 h；以实际城市生活污水作为原水，通过原水进水泵注入SBR，混合液初始NH4 +-N浓度为15-45 mg/L；启动曝气泵对城市生活污水进行充氧，DO保持在2-5 mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运行SBR搅拌装置以实现泥液充分混合，曝气初始阶段5-10 min投加盐酸羟胺，以羟胺计使其混合溶液中盐酸羟胺初始浓度为3-10 mg/L，每日投加1-2次，之后沉淀排水，上清液流入出水池；当亚硝酸盐积累率超过70%，城市生活污水短程硝化在SBR中完成启动；
③城市生活污水短程硝化稳定运行：SBR每日运行2-4个周期，水力停留时间为6-12 h，污泥停留时间10-30 d，维持污泥浓度为2000-5000 mg/L，每周期包括进水0.2-1.0 h，搅拌0.2-1.0 h，曝气2.0-5.0 h，排水0.2-0.5 h，闲置0.0-9.0 h；以实际城市生活污水作为原水，通过原水进水泵注入SBR，混合液初始NH4 +-N浓度为15-45 mg/L；启动曝气泵对城市生活污水进行充氧，DO保持在2-5 mg/L，pH值维持在6.5-8.5，之后SBR沉淀排水，上清液流入出水池。
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