CN110723815A - 一种通过传统活性污泥快速实现城市污水短程硝化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过传统活性污泥快速实现城市污水短程硝化方法，属于污水生物处理技术，其包括以下步骤：(1)以市政污水厂中传统活性污泥为种泥，进水为城市污水，以厌氧/好氧运行；(2)硝化活性抑制阶段控制好氧反应时间，使好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值小于10mg/L，实现高有机物去除率和低氨氮去除率；(3)同时控制污泥龄，实现硝化细菌淘洗；(2)硝化活性恢复阶段，提高曝气时间，控制出水氨氮浓度小于10mg/L，富集氨氧化细菌，实现短程硝化；(5)以厌氧/好氧运行，还可实现碳磷同步去除。该发明可以快速实现短程硝化，无需投加药剂且操作简单，为厌氧氨氧化应用提供稳定的亚硝酸盐和种泥来源。

Description

一种通过传统活性污泥快速实现城市污水短程硝化方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种通过传统活性污泥快速实现城市污水短程硝化方法。
背景技术
随着人类的迅速发展和城市的不断繁荣，人类活动产生的大量污染废物排入水体中，导致湖泊，河流等自然水体和水环境遭到严重的破坏。其中，由于含氮磷物质的过量排放引起的水体富营养化尤为明显。目前污水处理技术是一种需要投入大量资金，因此开发一种节能经济并且高效的污水技术是污水生物处理领域的研究重点。
厌氧氨氧化技术是目前最有经济高效的污水生物脱氮技术，其通过厌氧氨氧化细菌利用亚硝酸盐作为电子受体，氨氮作为电子供体，生成大量的氮气和少量的硝酸盐。由于在该过程中不需要消耗有机物，比传统硝化反硝化脱氮方式节100％碳源，污泥产量低，耗氧量低等优势。如果能够实现城市污水厌氧氨氧化脱氮，可以大幅度的节省污水处理厂的能源消耗，对于污水生物脱氮具有重要意义。
目前厌氧氨氧化工艺应用于污水处理中，稳定的亚硝酸盐来源是关键，通过短程硝化(将氨氮转化亚硝酸)为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐是重要来源之一。对于短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺在很多试验中研究和应用。但是短程硝化仍然是厌氧氨氧化应用的主要瓶颈之一，尤其是低氨氮(小于100mg/L)污水中。目前以已有报道通过游离亚硝酸(FNA)，游离氨(FA)，高温加热，超声法，羟胺，低溶解氧等手段实现短程硝化。通过上述处理传统的活性污泥，可以抑制亚硝酸盐氧化细菌(NOB)，使氨氧化细菌(AOB)和NOB两种细菌生长或者活性产生差异，然后通过控制污泥龄实现硝化细菌的淘洗，实现短程硝化，为后续厌氧氨氧化亚硝酸盐来源。但是，目前大量的研究发现，在这些发生中，NOB对这些抑制手段存在不确定性和适应性；且在这些方法中首先无法大规模且持续的获取短程硝化活性污泥。因此需要一种新的手段获取短程硝化污泥，而通过本发明只需要构建或利用已有的污水生物处理装置和设备，无需投加额的设备或药剂，既可以较快实现且操作阶段；其提供一种稳定，持续，大规模的短程硝化污泥对于厌氧氨氧化工艺应用于城市污水具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种通过传统活性污泥快速实现城市污水短程硝化方法，属于污水生物处理技术，其包括以下内容：
所应用的装置包括进水桶(1)，序批式反应器(2)，排泥桶(3)，PLC控制箱(4)和排水桶(5)；通过进水泵(2.14)将进水同内原水打入反应器(2)中实现进水；通过排泥泵(2.15)从序批式反应器(2)中进行排泥；排水桶(5)和序批式反应器(2)通过排水阀相连接；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)，搅拌器(2.8)，在线氨氮探头(2.4)，在线硝氮探头(2.5)，进水泵(2.14)，排泥泵(2.15)，水质在线检测仪WTW(2.3)及pH探头(2.6)和DO探头(2.7)。
抑制硝化阶段，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水和闲置；具体步骤如下：
反应器的启动：所需种泥为市政污水处理厂传统活性污泥，注入序批式反应器(2)；进水为实际生活污水。序批式反应器(2)以厌氧/好氧交替运行模式。进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定厌氧搅拌时间为0.5-2h。在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测溶解氧浓度DO，在好氧阶段控制DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测氨氮浓度NH4 +-N，当好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值在5-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在0.5-3h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段。序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，在每个周期的好氧结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，控制污泥龄SRT为5-30天。
控制出水有机物浓度COD小于100mg/L，COD去除率大于50％，氨氮NH4 +-N去除率小于20％，出水亚硝浓度NO2 --N，硝氮浓度NO3 --N及总磷TP在1mg/L以下，完成序批式反应器(2)硝化活性抑制阶段启动调试。
启动调试完成后序批式反应器(2)，进实际生活污水。序批式反应器(2)以厌氧/好氧交替运行模式。进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定厌氧搅拌时间为0.5-2h。在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测溶解氧浓度DO，在好氧阶段控制DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测氨氮浓度NH4 +-N，当好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值在5-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在0.5-3h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段。序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，在每个周期的好氧结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，控制污泥龄SRT为5-30天。
控制出水有机物浓度COD小于100mg/L，COD去除率大于50％，氨氮NH4 +-N去除率小于20％，出水亚硝浓度NO2 --N，硝氮浓度NO3 --N及总磷TP在1mg/L以下。维持运行10天以上，硝化活性抑制阶段完成。
阶段二，硝化活性恢复阶段，其具体步骤如下：
序批式反应器(2)以厌氧/好氧运行，进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定搅拌时间为0.5-2h。在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，在好氧阶段维持DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测NH4 +-N，当线检测NH4 +-N在2-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在1-5h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段。序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水和闲置。在每个周期的曝气搅拌结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，维持SRT维持为5-30天。
控制出水有机物浓度COD小于60mg/L，COD去除率大于50％，出水NH4 +-N浓度小于10mg/L，出水NO2 --N积累率大于90％，出水NO3 --N浓度及总磷TP在1mg/L以下。维持运行10天以上，序批式反应器(2)硝化活性恢复阶段完成，实现城市污水短程硝化。
序批式反应器(2)硝化活性恢复后，进实际生活污水。序批式反应器(2)以厌氧/好氧交替运行模式。进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定厌氧搅拌时间为0.5-2h。在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测溶解氧浓度DO，在好氧阶段控制DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测氨氮浓度NH4 +-N，当好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值在5-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在0.5-3h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段。序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，在每个周期的好氧结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，控制污泥龄SRT为5-30天。
控制出水有机物浓度COD小于60mg/L，COD去除率大于70％，出水NH4 +-N浓度小于10mg/L，出水NO2 --N积累率大于90％，出水NO3 --N浓度及总磷TP在1mg/L以下。维持运行30天以上，实现城市污水长期短程硝化效果。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图1中：序批式反应器(2)，排泥桶(3)，PLC控制箱(4)，排水桶(5)，气泵(2.1)，流量计(2.2)，WTW(2.3)，氨氮在线探头(2.4)，硝氮在线探头(2.5)，pH探头(2.6)，DO探头(2.7)，搅拌器(2.8)，进水泵(2.14)，排泥泵(2.15)；
图2为硝化抑制阶段长期运行氨氮和有机物变化情况；
图3城市污水短程硝化活性测试；
具体实施方式
对于反应器形式(图1)为序批式反应器(SBR)；通过传统活性污泥快速实现城市污水短程硝化的方法，其序批式反应器装置示意图如下:该反应器由进水桶(1)，序批式反应器(2)，排泥桶(3)，PLC控制箱(4)，排水桶(5)；通过进水泵(2.14)将进水同内原水打入序批式反应器(2)中实现进水；通过排泥泵(2.15)从序批式反应器(2)中进行排泥；排水桶(5)和，序批式反应器(2)通过排水阀相连接；PLC控制箱(4)控制：气泵(2.1)，搅拌器(2.8)，在线氨氮探头(2.4)，在线硝氮探头(2.5)，进水泵(2.14)，排泥泵(2.15)，WTW(2.3)及pH探头(2.6)和DO探头(2.7)；
具体实例中使用城市污水取自北京市某家属区化粪池，其中COD为150-300mg/L，NH4 +-N的浓度为60-80mg/L，PO4 3--P的浓度为4.0-8mg/L，其中COD/TIN为2-3，温度在17-28℃。所需种泥为北京市某市政污水处理厂传统活性污泥，注入序批式反应器(2)。
具体操作如下：
序批式反应器以厌氧/好氧运行模式，厌氧搅拌时间控制在45min；
在硝化活性抑制阶段第1-80天，好氧阶段控制曝气时间为1.5h，在好氧阶段氨氮的降解量小于10mg/L，出水氨氮浓度在55-70mg/L，出水有机物浓度在40-60mg/L，有机物去除率大于70％，出水磷浓度在0.3-0.4mg/L，去除率大于90％。好氧阶段溶解氧浓度在0.5-2.5mg/L，长达运行80天(见图1)；实现平均氨氮去除负荷在0.05kg m3/d，平均有机物负荷在1.46kg m3/d，其低氨氮去除负荷(Ammonia Nitrogen Rate，ANR)/有机物去除负荷(OrganicLoading Rate，OLR)比(ANL/OLR)平均值为0.04。
每天运行6个周期，排水比维持在50％，每个周期包括进水(15min)，厌氧搅拌(45min)，曝气搅拌(90min)，沉淀，排水(10min)和闲置(80min)。在每个周期的好氧结束时，通过控制排泥泵从序批式反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，维持SRT维持为15天。
在运行至80天，取部分活性污泥，测定该活性污泥的亚硝酸盐积累情况(见图3)，小试试验结果表明，在长达6h原位硝化活性测试中，实现亚硝积累率99.1％，平均氨氮去除负荷在0.13kg m3/d，说明该活性污泥具有良好的短程硝化特性。
试验结果表明，在硝化活性恢复阶段后期，逐渐延长曝气时间从1.5h到3h，出水氨氮浓度从55-70mg/L逐渐降低5-10mg/L，实现亚硝酸盐积累率大于95％，氨氮去除负荷达到0.29kg m3/d，硝酸盐浓度小于1mg/L，ANL/OLR平均值为0.23，可以稳定运行大于100天。

Claims (1)

1.一种通过活性污泥快速实现城市污水短程硝化方法，其特征在于：
所应用的装置包括进水桶(1)，序批式反应器(2)，排泥桶(3)，PLC控制箱(4)和排水桶(5)；通过进水泵(2.14)将进水同内原水打入反应器(2)中实现进水；通过排泥泵(2.15)从序批式反应器(2)中进行排泥；排水桶(5)和序批式反应器(2)通过排水阀相连接；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)，搅拌器(2.8)，在线氨氮探头(2.4)，在线硝氮探头(2.5)，进水泵(2.14)，排泥泵(2.15)，水质在线检测仪WTW(2.3)及pH探头(2.6)和DO探头(2.7)；
阶段一，抑制硝化阶段，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水和闲置；具体步骤如下：
反应器的启动：所需种泥为市政污水处理厂活性污泥，注入序批式反应器(2)；进水为实际生活污水；序批式反应器(2)以厌氧/好氧交替运行模式；进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定厌氧搅拌时间为0.5-2h；在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测溶解氧浓度DO，在好氧阶段控制DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测氨氮浓度NH4 +-N，当好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值在5-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在0.5-3h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段；序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，在每个周期的好氧结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，控制污泥龄SRT为5-30天；控制出水有机物浓度COD小于100mg/L，COD去除率在50-90％，氨氮NH4 +-N去除率小于20％，出水亚硝浓度NO2 --N，硝氮浓度NO3 --N及总磷TP在1mg/L以下，完成序批式反应器(2)硝化活性抑制阶段启动调试；
启动调试完成后序批式反应器(2)，进实际生活污水；序批式反应器(2)以厌氧/好氧交替运行模式；进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定厌氧搅拌时间为0.5-2h；在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测溶解氧浓度DO，在好氧阶段控制DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测氨氮浓度NH4 +-N，当好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值在5-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在0.5-3h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段；序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，在每个周期的好氧结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，控制污泥龄SRT为5-30天；控制出水有机物浓度COD小于100mg/L，COD去除率在50-90％，氨氮NH4 +-N去除率小于20％，出水亚硝浓度NO2 --N，硝氮浓度NO3 --N及总磷TP在1mg/L以下；维持运行10天以上，硝化活性抑制阶段完成；
阶段二，硝化活性恢复阶段，其具体步骤如下：
序批式反应器(2)以厌氧/好氧运行，进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定搅拌时间为0.5-2h；在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，在好氧阶段维持DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测NH4 +-N，当线检测NH4 +-N在2-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在1-5h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段；序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水和闲置；在每个周期的曝气搅拌结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，维持SRT维持为5-30天；控制出水有机物浓度COD小于60mg/L，COD去除率在50-90％，出水NH4 +-N浓度小于10mg/L，出水NO2 --N积累率大于90％，出水NO3 --N浓度及总磷TP在1mg/L以下；维持运行10天以上，序批式反应器(2)硝化活性恢复阶段完成，实现城市污水短程硝化；
序批式反应器(2)硝化活性恢复后，进实际生活污水；序批式反应器(2)以厌氧/好氧交替运行模式；进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，设定厌氧搅拌时间为0.5-2h；在曝气阶段，打开气泵(2.1)，为序批式反应器(2)提供空气，通过WTW(2.3)的DO探头(2.7)实时在线监测溶解氧浓度DO，在好氧阶段控制DO范围为0.1-2.0mg/L；通过在线氨氮探头(2.4)实时在线监测氨氮浓度NH4 +-N，当好氧初始氨氮浓度与在线检测氨氮浓度差值在5-10mg/L时，数值反馈到PLC控制箱(4)；PLC控制箱(4)控制气泵(2.1)停止曝气，控制搅拌器(2.8)停止搅拌，好氧时间维持在0.5-3h，然后进入沉淀，排水，闲置阶段；序批式反应器(2)每天运行2-6个周期，排水比维持在40-70％，在每个周期的好氧结束时，通过PLC控制箱(4)控制排泥泵(2.15)定期从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(3)，控制污泥龄SRT为5-30天。
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