CN110642371A - 一种实现含氮废水低温短程硝化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现含氮废水低温短程硝化的方法，包括：在8～15℃下，采用活性污泥法处理含氮废水，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，将浓缩活性污泥在35℃下加热处理后再用于废水处理。本方法利用AOB和NOB对不同环境温度的响应差异，仅对废水处理系统沉淀或者浓缩后的活性污泥进行短期加热处理，再回至废水处理系统，即可立即实现短程硝化；本方法仅对经沉淀或浓缩后的污泥进行加热处理，处理的污泥体积小，能耗相对较低。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种通过间歇加热浓缩活性污泥的方式快速实现含氮废水低温短程硝化的方法。
背景技术
氮是评价水质的重要指标之一，水体中含有过量的氮会使水质恶化，影响水生生物的生长繁殖。目前废水生物脱氮主要采用的是传统硝化反硝化工艺，该工艺曝气所需能耗高，并且多数含氮废水的C/N较低，无法满足反硝化对碳源的需求，从而导致出水总氮浓度超标。为了应对这一问题，研究人员陆续开发出短程硝化反硝化、Anammox等新型生物脱氮工艺，以节省曝气费用和碳源消耗。
然而，新型生物脱氮工艺中需要大量NO2 -作为电子受体参与反应。通常认为短程硝化是经济可行的NO2 -提供途径。短程硝化技术是将生物硝化过程控制在氨氧化阶段，即NH4 +氧化为NO2 -，从而为后续脱氮过程提供电子受体，其关键在于富集AOB(氨氧化菌)的同时抑制或淘汰NOB(亚硝酸盐氧化菌)，防止NO2 -继续氧化为NO3 -。
目前用于抑制或淘汰NOB的方法主要是基于AOB、NOB的生理特性差异，如①溶解氧亲和力(DO浓度控制、曝气时间控制)；②FA、FNA耐受力(FA、FNA抑制)和③增殖速率差异(高温、短污泥龄)等。然而，上述实现短程硝化的方法均是在废水处理系统中创造一个抑制NOB生长的环境，并需要一定时间才能逐渐淘汰NOB，但这些淘汰过程可能同时会对 AOB有一定程度的抑制，且由于NOB自身对环境具有较强的生理适应能力和种群结构优化适应能力，长时间运行后，NOB活性会重新恢复，因此这些方法对NOB的淘汰过程并不稳定，尤其是在冬季水温过低情况下，NOB 的生长速率相对AOB较高，更容易导致短程硝化失败，从而限制了新型生物脱氮工艺在低温条件下的应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明利用AOB和NOB酶失活临界温度的差异性，提出了一种实现含氮废水低温短程硝化的方法，即通过间歇加热浓缩活性污泥，使适宜低温生长的NOB活性衰减或者失活，而AOB活性则不受影响甚至会有所增加，从而扩大AOB和NOB之间的活性差异，快速实现含氮废水低温短程硝化，解决现有方法对NOB的淘汰过程不稳定的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种实现含氮废水低温短程硝化的方法，包括：在8～15℃下，采用活性污泥法处理含氮废水，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，将浓缩活性污泥在35℃下加热处理后再用于废水处理。
具体的，该方法包括以下步骤：
步骤1，活性污泥系统运行；
将活性污泥系统在8～15℃条件下依次进行进水、曝气、沉淀、出水和静置五个阶段，每五个阶段形成一个周期，每天运行6个周期，每个周期4h；控制污泥龄为25～30天，每天测定出水水质，当出水氨氮去除率达到 90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，进行步骤2；
步骤2，加热浓缩活性污泥；
浓缩、清洗污泥，去除基质，调节污泥热处理环境为35℃、溶解氧浓度为2～3mg/L，在该状态下维持2天，将加热后的污泥离心清洗，再进行步骤1；重复上述过程。
具体的，所述的每个周期中，进水时间为5min，曝气时间为180min，沉淀时间为40min，出水时间为5min，静置时间为10min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)处理方法简单，实现时间短：本方法利用AOB和NOB对不同环境温度的响应差异，仅对废水处理系统沉淀或者浓缩后的污泥进行短期加热处理，再回流至废水处理系统，即可立即实现短程硝化。
(2)经济成本低：本方法仅对经沉淀或浓缩后的污泥进行加热处理，处理的污泥体积小，能耗相对较低；处理过程中不需要投加任何抑制物质，且无需改变原有的装置和设备，只需添加污泥加热装置，安装拆卸方便。
(3)NOB抑制效果稳定：本方法中活性污泥交替处于高温抑制(加热浓缩活性污泥阶段)和低温运行两个阶段，而经加热处理后的活性污泥在低温下NOB活性显著降低，而AOB活性则不受影响甚至会有所增加，从而扩大AOB和NOB之间的活性差异，快速实现含氮废水低温短程硝化。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
图2是本发明实施例使用的试验装置。
图3是本发明实施例加热活性污泥前后的硝化性能和亚硝酸盐积累率的变化情况。
附图中各标号的含义：1-SBR反应器，2-恒温水浴系统，3-在线pH、DO检测设备，4-搅拌装置，5-曝气砂盘，6-进水系统，7-出水系统，8-恒温水浴层；
11-进水系统预留孔，12-出水系统预留孔，13-DO探头预留孔，14-pH 探头预留孔，15-取样口；
21-水浴进水管，22-水浴出水管；
31-DO探头，32-pH探头，33-主机，34-数据线；
41-搅拌电机，42-搅拌叶片。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明中活性污泥取自污水处理厂。
本发明中所述的亚硝酸盐积累率低于80％是指亚硝酸盐浓度在硝酸盐和亚硝酸盐浓度和中的占比低于20％。
本发明通过对低温下的浓缩活性污泥进行间歇加热处理实现稳定的短程硝化。加热处理后，活性污泥中NOB的活性降低，从而导致亚硝酸盐积累，实现短程硝化。但是，由于微生物自身对环境的适应性，NOB也会逐渐恢复活性，因此在NOB活性恢复到一定程度、亚硝酸盐积累率下降到某一值时(本发明方法设定亚硝酸盐积累率低于80％)，对污泥再次进行加热处理(即“间歇”)，从而实现稳定的短程硝化效果。
本发明中实现含氮废水低温短程硝化的方法，具体包括以下步骤：
步骤1，活性污泥系统运行；
将活性污泥投入SBR反应器中，调整SBR反应器内部水温为8～15℃，依次进行进水、曝气、沉淀、出水和静置五个阶段，每五个阶段形成一个周期，每天运行6个周期，每个周期4h；控制污泥龄为25～30天，每天测定出水水质(包括氨氮、亚硝氮、硝氮和pH)，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，进行步骤2；
本发明中，可通过每天排除反应器中活性污泥来控制污泥龄。
步骤2，加热浓缩活性污泥；
浓缩、清洗污泥，去除基质，其中基质一般是指残余在污泥中的氮磷和碳源等，调节污泥热处理环境为35℃、溶解氧浓度为2～3mg/L，在该状态下维持2天，将加热后的污泥离心清洗，再进行步骤1。重复上述过程。
在本发明方法中，可在加热活性污泥前，对活性污泥进行浓缩处理。具体的，将活性污泥沉淀一段时间，弃去上清液，底部污泥体积为浓缩后的污泥体积，通过浓缩以后，活性污泥的体积会减小，加热所需的能耗降低。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
本实施例给出一种实现含氮废水低温短程硝化的方法，主要包括以下步骤：
步骤1，活性污泥系统运行：将活性污泥系统在8～15℃条件下依次进行进水、曝气、沉淀、出水和静置五个阶段，每五个阶段形成一个周期，每天运行6个周期，每个周期4h；控制污泥龄为25～30天，每天测定出水水质，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，此时系统进行稳定期，进行步骤2；
步骤2，加热浓缩活性污泥：浓缩、清洗污泥，去除基质，调节污泥热处理环境为35℃，通过控制曝气量维持反应环境中溶解氧浓度为2～3mg/L，在该状态下维持2天；将加热后的污泥离心清洗，然后再进行步骤1。
实施例2
本实施例给出一种实现含氮废水低温短程硝化的试验装置，如图2所示，该装置包括SBR反应器1、恒温水浴系统2、在线pH、DO检测设备3、搅拌装置4、曝气砂盘5、进水系统6和出水系统7，其中，在线pH、DO 检测设备3包括DO探头31、pH探头32和主机33，搅拌装置4包括搅拌电机41和搅拌叶片42，SBR反应器1顶部设置有进水系统预留孔11、出水系统预留孔12、pH、DO检测设备中DO探头预留孔13、pH探头预留孔 14和取样口15。
SBR反应器1侧壁上设置有恒温水浴层8，恒温水浴系统2通过水浴进水管21和水浴出水管22与恒温水浴层8连接，最好的，水浴进水管21设置在侧壁靠下部，水浴出水管22设置在侧壁靠上部。
曝气砂盘5设置在SBR反应器1的底部，曝气砂盘5通过气管与气泵连接。搅拌叶片42位于曝气砂盘5的上方，通过搅拌电机41带动搅拌叶片 42转动，使SBR反应器内的污泥混合均匀。
进水系统6通过进水系统预留孔11与SBR反应器1连通，出水系统7 通过出水系统预留孔12与SBR反应器1连通，进水系统6和出水系统7均采用蠕动泵定时运行。
DO探头31和pH探头32分别通过DO探头预留孔13、pH探头预留孔 14置于SBR反应器1内，并通过数据线34与主机33连接，实时记录SBR 反应器1内的运行情况。
实施例3
本实施例给出一种实现含氮废水低温短程硝化的方法，该方法中使用实施例2的试验装置实现，该方法具体包括以下步骤：
步骤1，活性污泥系统运行：调节恒温水浴系统2使SBR反应器1内部的水温维持在8～15℃，取活性污泥投入反应器中，反应器污泥浓度为 3000～3500mg/L，依次进行进水、曝气、沉淀、出水和静置五个阶段，每五个阶段形成一个周期，每天运行6个周期，每个周期4h；通过每天排除反应器中活性污泥来控制污泥龄为25～30天，每天测定出水水质，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，可认为系统进入稳定期，进行步骤2；
步骤2，加热浓缩活性污泥：浓缩、清洗活性污泥，去除基质，然后将浓缩后的污泥再投入SBR反应器1中，打开曝气系统，维持反应器内溶解氧浓度为2～3mg/L。通过调节恒温水浴系统2使SBR反应器1内部水温维持在35℃，持续加热处理2天。将加热后的活性污泥取出进行离心清洗，然后将离心后的活性污泥重新投入SBR反应器1中，按照步骤1的条件运行SBR反应器1。
测定每天反应器的出水水质，计算亚硝酸盐积累率，以评价系统的短程硝化效果。
以取自西安市北石桥污水处理厂中好氧池的活性污泥为试验对象，投入 SBR反应器中通过人工配水(进水水质：COD＝100mg/L，NH4 +-N＝300mg/L) 进行培养驯化，加热处理活性污泥后的硝化性能和亚硝酸盐积累率变化情况见图3。
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于：进行步骤1，不进行步骤2。活性污泥的硝化性能和亚硝酸盐积累率变化情况见图3中热处理前所示。
由图3可见，热处理浓缩活性污泥前，系统的氨氮去除率接近100％，且出水几乎无亚硝氮，平均亚硝酸盐积累率接近0，说明此时系统为全程硝化，几乎不存在短程硝化。将活性污泥浓缩并经过热处理后，重新在低温下启动反应器，按照设定的SBR周期运行，即每天6个周期，每个周期4h(分为进水5min，曝气180min，沉淀40min，出水5min，静置10min)，系统氨氮去除率与热处理前基本一致，亚硝酸盐积累率稳定在80％左右，之后亚硝酸盐积累率会逐步下降，当低于80％时，对其再次进行浓缩加热处理，重新运行后亚硝酸盐积累率又重新恢复至80％以上，甚至可以达到90％左右，因此说明通过间歇加热浓缩活性污泥快速实现了含氮废水低温短程硝化。
Claims (4)
1.一种实现含氮废水低温短程硝化的方法，其特征在于，包括：在8～15℃下，采用活性污泥法处理含氮废水，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，将浓缩活性污泥在35℃下加热处理后再用于废水处理。
2.如权利要求1所述的实现含氮废水低温短程硝化的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，活性污泥系统运行；
将活性污泥系统在8～15℃下依次进行进水、曝气、沉淀、出水和静置五个阶段，每五个阶段形成一个周期，每天运行6个周期，每个周期4h；控制污泥龄为25～30天，每天测定出水水质，当出水氨氮去除率达到90％以上、且亚硝酸盐积累率低于80％时，进行步骤2；
步骤2，加热浓缩活性污泥；
浓缩、清洗污泥，去除基质，调节污泥热处理环境为35℃、溶解氧浓度为2～3mg/L，在该状态下维持2天，将加热后的污泥离心清洗，再进行步骤1；重复上述过程。
3.如权利要求2所述的实现含氮废水低温短程硝化的方法，其特征在于，所述的步骤2中，在活性污泥加热前，将活性污泥进行浓缩处理。
4.如权利要求2所述的实现含氮废水低温短程硝化的方法，其特征在于，所述的每个周期中，进水时间为5min，曝气时间为180min，沉淀时间为40min，出水时间为5min，静置时间为10min。
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