CN110550738A - 一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理强化生物脱氮技术领域，具体涉及一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法及装置。所述方法包括：回流污泥的浓缩和酸化；其中，所述浓缩为利用膜生物反应器对回流污泥进行原位浓缩；所述酸化包括：利用活性污泥自带的AOB将剩余污泥水解液中氨氮转化为H+和NO2 ‑，形成游离亚硝酸；再将含有游离亚硝酸的水解液加入到膜生物反应器内的回流污泥中使回流污泥的pH下降，从而抑制回流污泥中NOB的生长。所述方法简化了现有游离亚硝酸处理污泥技术的工艺流程，节省了占地面积，同时显著地降低回流污泥处理过程中的酸消耗量。

Description

一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法及装置
技术领域
本发明属于污水处理强化生物脱氮技术领域，具体涉及一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法及装置。
背景技术
短程硝化是指在微生物硝化反应的过程中仅让氨氮被氧化成亚硝酸盐而不形成硝酸盐的过程。同传统硝化反硝化生物脱氮工艺相比，短程硝化具有节约碳源与曝气能耗、降低污泥产量等优点。
短程硝化过程连续稳定运行的关键是能够实现氨氧化菌(AOB，亚硝化细菌)的活性强化和亚硝酸盐氧化菌(NOB，硝化细菌)的淘汰，目前主要通过控制主流工艺的指标(如溶解氧、SRT、温度等)，进而调控氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的活性来实现的。通过调控这些指标，使反应器内形成更利于氨氧化菌(AOB)生长、抑制亚硝酸盐氧化菌生长的环境。但在实际处理中，上述调控效果并不理想。
专利ZL 2012 8 00 32743.6提出了基于游离亚硝酸的测流处理污泥方法，选择性地抑制污泥中亚硝酸盐氧化细菌，从而实现污水处理主流以短程硝化反硝化过程进行高效脱氮的目标，但需要对污泥进行独立浓缩(如离心浓缩)，并在处理过程中由于需要控制低pH条件而存在酸消耗量过大的问题。然而，上述活性污泥的侧流处理技术均须对回流污泥进行独立浓缩(如离心浓缩)，导致游离亚硝酸处理回流污泥的工艺流程相对复杂。
发明内容
为了克服上述工艺复杂的问题，本发明提出一种基于侧流膜生物反应器(MBR)的污水短程硝化方法。所述方法不仅简化现有游离亚硝酸处理污泥技术的工艺流程，节省占地面积，更重要的是显著降低回流污泥处理过程中酸的消耗量，大大降低处理成本。
本发明所述的基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法，包括：回流污泥的浓缩和酸化；其中，
所述浓缩为利用膜生物反应器对回流污泥进行原位浓缩；
所述酸化为利用活性污泥自带的AOB将剩余污泥水解液中氨氮转化为H+和NO2 -，形成游离亚硝酸；再将含有游离亚硝酸的水解液加入到膜生物反应器内的回流污泥中使回流污泥的pH下降，从而抑制回流污泥中NOB的生长。
本发明创造性的提出在现有短程硝化主流工艺系统的侧流中采用膜生物反应器，利用膜的固液分离特点，依托相近的进污泥流量与膜出水量，实现对回流污泥的原位浓缩，从而解决了现有回流污泥侧流处理工艺复杂、占地面积大的缺陷。
同时，研究人员进一步发现，通过对剩余污泥水解可以得到含有大量氨氮的水解液，而利用活性污泥自带的AOB可将这些氨氮转化为H+和NO2 -，形成游离亚硝酸；再将这些游离亚硝酸输送至膜生物反应器内对回流污泥进行酸化，如此可大大降低现有盐酸酸化工艺的酸消耗量(下降50％以上)，有效降低酸化成本。
除此之外，所述的游离亚硝酸在酸化回流污泥的同时，还可以缓解膜的污染的发展过程，简化侧流处理工艺的运行维护、维修等操作。由此可见，相比现有侧流处理技术，本发明所述方法取得多重有益效果。
进一步地，所述含有游离亚硝酸的水解液包含：0.3-0.75g NO2 --N/L，0.3-0.75gNH4 +-N/L，pH为5.0-6.0。
进一步地，在所述酸化的过程中，所述含有游离亚硝酸的水解液分两次加入到膜生物反应器中。研究发现，由于膜生物反应器内的回流污泥含有很多具有缓冲性能的物质，这些物质会使经酸化后的回流污泥的pH值回升至6.5以上；当体系中NO2 -浓度一定时，HNO2的浓度直接受到pH的控制；即pH值越低，HNO2浓度越高。因此，为了保证回流污泥含有较高的游离亚硝酸(即H+和NO2 -的结合物)，需要重新将pH调节至5.0-5.5的水平。传统方法通常是采用盐酸调节，耗酸量大；而本申请通过分批加入自产游离亚硝酸的方式，大大降低酸消耗量。
更进一步地，所述含有游离亚硝酸的分解液的第一次加入量为所述膜生物反应器内回流污泥体积的5-10％；剩余分解液于第二次全部加入膜生物反应器内。
其中，第一次加入的游离亚硝酸用于消耗回流污泥中的缓冲性能，使pH下降至5.0-5.8的水平。而由于第二次加入的游离亚硝酸的pH与膜生物反应器内已消耗缓冲性能的活性污泥的pH相近，混合后体系的pH仍为相似水平(即5.0-5.8)。在此基础上，只需利用少量盐酸调节或者不加酸即可达到将pH降至5.0-5.5的最终目的，从而在膜生物反应器内原位形成较高浓度的游离亚硝酸，抑制污泥中的NOB。
进一步地，在所述酸化的氨氮转化过程中，优选采用较高的回流污泥浓度(如大于8g/L)，可产生更多的H+，进一步提高酸化效果。
进一步地，所述剩余污泥水解液中含有0.6-1.5g NH4 +-N/L的氨氮。
进一步地，在所述浓缩的过程中，可采用曝气、间歇运行、化学药剂在线清洗等方式控制膜污染，达到更高的污泥浓缩效果。
本发明还提供一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化装置，除主流短程硝化反硝化工艺单元之外，还包括：
一膜生物反应器单元，所述膜生物反应器单元与所述主流短程硝化反硝化工艺单元的活性污泥侧流进出口管道连接；
一剩余污泥水解单元，所述剩余污泥水解单元与所述主流短程硝化反硝化工艺单元的剩余污泥出口管道连接；
一游离亚硝酸制备单元，所述游离亚硝酸制备单元的进口与所述剩余污泥水解单元的水解液出口管道连接；所述游离亚硝酸制备单元的出口与所述膜生物反应器的游离亚硝酸进口管道连接。
本发明的有益效果如下：
本发明通过构建侧流一体式膜生物反应器对活性污泥进行基于游离亚硝酸的处理方法，选择性地抑制污泥中亚硝酸盐氧化细菌，从而实现污水处理主流以短程硝化反硝化过程进行高效脱氮的目标。本发明不仅简化了现有游离亚硝酸处理污泥技术的工艺流程，节省了占地面积，同时显著地降低回流污泥处理过程中的酸消耗量。
附图说明
图1为本发明所述基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法的工艺流程图。
图中：1、进水；2、主流短程硝化反硝化工艺单元；3、出水；4、回流污泥；5、剩余污泥；6、剩余污泥水解单元；7、含氨氮的水解液；8、游离亚硝酸制备单元(AOB将氨氮转化为H+和NO2 -)；9、含游离亚硝酸(H+和NO2 -)的水解液；10、膜生物反应器单元；11、浓缩、酸化后的回流污泥。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法，包括：回流污泥的浓缩和酸化；其中，
所述浓缩为利用膜生物反应器对回流污泥进行原位浓缩；
所述酸化为利用活性污泥自带的AOB将剩余污泥水解液中氨氮转化为H+和NO2 -，形成游离亚硝酸；再将含有游离亚硝酸的水解液加入到膜生物反应器内的回流污泥中使回流污泥的pH下降，从而抑制回流污泥中NOB的生长。
具体运行过程中各操作条件及参数如下：
(1)浓缩：
所述膜生物反应器的回流污泥的进量为3m3/d；
膜生物反应器的出水量为2m3/d；
回流污泥的返回量为1m3/d；
(2)酸化：
所述剩余污泥水解液中氨氮含量为：1.0g NH4 +-N/L。
利用AOB转化后得到的含游离亚硝酸的水解液中：0.5g NO2 --N/L，0.5g NH4 +-N/L，pH为5.6。
所述含游离亚硝酸的水解液是分两批次加入；第一次加入量为所述膜生物反应器内回流污泥体积的5％；使膜生物反应器内回流污泥的pH下降至5.8的水平；加入剩余水解液后，体系的pH仍为相似水平。在此基础上，加入盐酸调节使回流污泥的pH降至5.0-5.5。
其中，所述盐酸的消耗量为0.3-0.4mmol H+/g-volatile solid(VS)。
对比例
本领域现行常用的回流污泥酸化方法为外加盐酸调节回流污泥pH值为5.0-5.5，所需盐酸的酸消耗量为0.8-1.0mmol H+/g-volatile solid(VS)。
实施例2
本实施例提供一种实现实施例1所述方法的基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化装置，如图1所示，除主流短程硝化反硝化工艺单元之外，还包括：
一膜生物反应器单元，所述膜生物反应器单元与所述主流短程硝化反硝化工艺单元的活性污泥侧流进出口管道连接；
一剩余污泥水解单元，所述剩余污泥水解单元与所述主流短程硝化反硝化工艺单元的剩余污泥出口管道连接；
一游离亚硝酸制备单元，所述游离亚硝酸制备单元的进口与所述剩余污泥水解单元的水解液出口管道连接；所述游离亚硝酸制备单元的出口与所述膜生物反应器的游离亚硝酸进口管道连接。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化方法，包括：回流污泥的浓缩和酸化；其特征在于，
所述浓缩为利用膜生物反应器对回流污泥进行原位浓缩；
所述酸化包括：利用活性污泥自带的AOB将剩余污泥水解液中氨氮转化为H+和NO2 -，形成游离亚硝酸；再将含有游离亚硝酸的水解液加入到膜生物反应器内的回流污泥中使回流污泥的pH下降，从而抑制回流污泥中NOB的生长。
2.根据权利要求1所述的污水短程硝化方法，其特征在于，所述含有游离亚硝酸的水解液包含：0.3-0.75g NO2 --N/L，0.3-0.75g NH4 +-N/L，pH为5.0-6.0。
3.根据权利要求1或2所述的污水短程硝化方法，其特征在于，在所述酸化的过程中，所述含有游离亚硝酸的水解液分两次加入到膜生物反应器中。
4.根据权利要求3所述的污水短程硝化方法，其特征在于，所述含有游离亚硝酸的分解液的第一次加入量为所述膜生物反应器内回流污泥体积的5-10％；剩余分解液于第二次全部加入膜生物反应器内。
5.根据权利要求1-4任一所述的污水短程硝化方法，其特征在于，在所述酸化的氨氮转化过程中，所述回流污泥的浓度在8g/L以上。
6.根据权利要求5所述的污水短程硝化方法，其特征在于，所述剩余污泥水解液中含有0.6-1.5g NH4 +-N/L的氨氮。
7.根据权利要求1-6所述的污水短程硝化方法，其特征在于，在所述浓缩的过程中，通过曝气、间歇运行或化学药剂在线清洗中的一种或多种方式结合来控制膜污染。
8.一种基于侧流膜生物反应器的污水短程硝化装置，包括：主流短程硝化反硝化工艺单元，其特征在于，还包括：
一膜生物反应器单元，所述膜生物反应器单元与所述主流短程硝化反硝化工艺单元的活性污泥侧流进出口管道连接；
一剩余污泥水解单元，所述剩余污泥水解单元与所述主流短程硝化反硝化工艺单元的剩余污泥出口管道连接；
一游离亚硝酸制备单元，所述游离亚硝酸制备单元的进口与所述剩余污泥水解单元的水解液出口管道连接；所述游离亚硝酸制备单元的出口与所述膜生物反应器的游离亚硝酸进口管道连接。
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