CN112250167A - 一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置和方法，属于污水生物处理领域。短程硝化的稳定维持一直是研究的瓶颈。好氧颗粒污泥具有性能稳定、沉淀快、占用空间小等优势。因此，将好氧颗粒污泥作为短程硝化的载体是一种很好的选择。为快速实现短程硝化好氧颗粒污泥，本专利在原水中加入盐度至5g NaCl/L，原水进入到短程硝化SBR中，先进行0.5～1h厌氧搅拌，用于反硝化上周期NOx‑‑N；接着是4～6h低溶解氧好氧段。盐度对NOB的抑制作用大于AOB，利于短程硝化。盐度能促进EPS的产生，进而EPS与污水中的钙镁离子凝结成颗粒，而且SBR高的高径比能产生较大的曝气剪切力，利于颗粒形成。

Description

一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
氮污染是造成水体富营养化的主要因素，对此，各国家和地区对于含氮废水排放标准也日益严格。目前，生物脱氮工艺因其经济节约和环境友好等优点，成为最为广泛的脱氮技术。但是，城市污水生物脱氮工艺面临依然着曝气能耗高，碳源不足等问题。相比于全程硝化(NH4 +-N→NO3 --N)，短程硝化(NH4 +-N→NO2 --N)的发现，使得节省25％的曝气和减少40％的反硝化所需碳源成为可能。虽然短程硝化具有巨大的优势，但对于城市污水，难以实现持留氨氧化菌(AOB)并抑制或淘汰亚硝酸盐氧化菌(NOB)，使得短程硝化的稳定维持一直是研究难点。城市污水短程硝化的维持困扰了国内外研究团队多年。
好氧颗粒污泥具有性能稳定、沉淀快、占用空间小等优势，被认为具有广阔的应用前景。有研究表明，如果能够将好氧颗粒污泥作为短程硝化的载体，短程硝化将会更加稳定。通常，实现好氧颗粒污泥需要较大的曝气剪切力，也就是需要比较大的溶解氧(DO)。实际上，为抑制NOB，短程硝化工艺通常为低DO条件运行，因此产生的较小的曝气剪切力不利于颗粒的形成。因此，探索在低OD条件下形成短程硝化颗粒污泥是一个研究的重点和难点。
近来，有研究表明，脱氮工艺处理含盐海水有利用形成颗粒污泥，其形成机理是由于盐度会促进污泥产生胞外聚合物(EPS)，EPS进而与该镁离子凝结成颗粒。同时，还有研究表明盐度对于NOB的抑制作用大于AOB，对于维持短程硝化有积极作用。因此，本发明专利提出利用盐度实现短程硝化好氧颗粒的新技术，有望为实现稳定的短程硝化开辟新路径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置和方法，解决目前城市污水短程硝化难以稳定维持的问题，以短程硝化工艺为研究对象，通过在原水中添加盐度，以期实现稳定的短程硝化好氧颗粒污泥。主要为室温下运行短程硝化SBR(3)，在原水中加入盐度至5g NaCl/L。短程硝化SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h。具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。通过这样的方式运行可以发现短程硝化SBR(3)中逐渐由颗粒形成，经过50天以上的运行，颗粒平均粒径能达到350μm以上，而且亚硝积累率一直维持在95％以上，被认为是形成了短程硝化好氧颗粒污泥。短程硝化好氧颗粒污泥形成的机理为：盐度对NOB的抑制作用大于AOB，利于短程硝化；盐度能促进EPS的产生，进而EPS与污水中的钙镁离子凝结成颗粒，而且SBR高的高径比能产生较大的曝气剪切力，利于颗粒形成。
短程硝化颗粒污泥形成以后，室温下运行短程硝化SBR(3)。原水中不再添加盐度，进水为实际的污水。SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h。具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。通过这样的方式运行可以发现短程硝化SBR(3)中颗粒维持的比较好，短程硝化也很稳定，亚硝积累率能维持在95％以上。在这个过程中虽然没有盐度的作用，但SBR高的高径比能产生较大的曝气剪切力和较短的沉淀时间(3min)都有利于颗粒的形成，因此也能够维持颗粒。
一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置，其特征在于，包括城市污水原水桶(1)、进水泵(2)、短程硝化SBR(3)、气体流量计(4)、曝气泵(5)、出水桶(6)。城市污水原水桶(1)中的城市污水通过进水泵(2)和进水阀(3.3)与短程硝化SBR(3)相连接，曝气泵(5)通过气体流量计(4)和曝气头(3.2)与短程硝化SBR(3)相连接，短程硝化SBR(3)通过第三排水阀(3.8)与出水桶(6)相连接。所述短程硝化SBR(3)置有：搅拌器(3.1)，曝气头(3.2)，进水阀(3.3)，放空阀(3.4)，溢流阀(3.5)，第一排水阀(3.6)，第二排水阀(3.7)，第三排水阀(3.8)，第四排水阀(3.9)，进气阀(3.10)。除此以外，短程硝化SBR(3)的高和底面直径的比值(高径比)大于5。
本发明还提供一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的方法，包括以下步骤：
1)接种污泥：短程硝化SBR(3)接种污泥来为平均粒径小于200μm的短程硝化絮体污泥。接种后，短程硝化SBR(3)中的污泥浓度在2500～3000mg/L。
2)室温下运行短程硝化SBR(3)，在原水中加入0.5wt％盐度(加入氯化钠5g/L)。短程硝化SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h。具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。通过这样的方式运行可以发现短程硝化SBR(3)中逐渐由颗粒形成，经过50天以上的运行，颗粒平均粒径能达到350μm以上，而且亚硝积累率一直维持在95％以上，被认为是形成了短程硝化好氧颗粒污泥。
3)短程硝化颗粒污泥形成以后，室温下运行短程硝化SBR(3)。原水中不再添加盐度，进水为实际的污水。SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h。具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。通过这样的方式运行可以发现短程硝化SBR(3)中颗粒维持的比较好，短程硝化也很稳定，亚硝积累率能维持在95％以上。
一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置和方法，具有如下优点：
1)能够在低DO条件下实现短程硝化好氧颗粒污泥
2)借助好氧颗粒污泥的稳定性、沉淀时间短、占地面积小等优势，短程硝化能够更加稳定维持，且可以缩短沉淀时间，提高工艺效率。
附图说明
图1一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置结构示意图。
图1中：1为城市污水原水桶，2为进水泵，3为同步硝化内源反硝化SBR，4为气体流量计，5为曝气泵，6为出水桶，3.1为搅拌器，3.2为曝气头，3.3为进水阀，3.4为放空阀，3.5为溢流阀，3.6为第一排水阀，3.7为第二排水阀，3.8为第三排水阀，3.9为第四排水阀，3.10为进气阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
如图1所示一种通过强化好氧内源反硝化快速恢复短程硝化的装置包括城市污水原水桶(1)、进水泵(2)、短程硝化SBR(3)、气体流量计(4)、曝气泵(5)、出水桶(6)。城市污水原水桶(1)中的城市污水通过进水泵(2)和进水阀(3.3)与短程硝化SBR(3)相连接，曝气泵(5)通过气体流量计(4)和曝气头(3.2)与短程硝化SBR(3)相连接，短程硝化SBR(3)通过第三排水阀(3.8)与出水桶(6)相连接。
所述短程硝化SBR(3)置有：搅拌器(3.1)，曝气头(3.2)，进水阀(3.3)，放空阀(3.4)，溢流阀(3.5)，第一排水阀(3.6)，第二排水阀(3.7)，第三排水阀(3.8)，第四排水阀(3.9)，进气阀(3.10)。除此以外，短程硝化SBR(3)的高和底面直径的比值(高径比)大于5。
以北京某大学家属区生活污水为研究对象，考察系统的短程硝化和颗粒污泥性能，原水具体水质如下：COD浓度为150～300mg/L，NH4 +-N浓度为45～75mg/L，NO2 --N浓度<1.0mg/L，NO3 --N浓度<1.0mg/L，PO4 3--P浓度为4.0～8.5mg/L。试验系统如图1所示，短程硝化SBR采用有机玻璃制作，短程硝化SBR(3)有效体积为4L。
具体运行操作如下：
1)接种污泥：短程硝化SBR(3)接种污泥来为具有平均粒径小于200μm的短程硝化絮体污泥。接种后，短程硝化SBR(3)中的污泥浓度在2500～3000mg/L。
2)室温下运行短程硝化SBR(3)，在原水中加入盐度至5g NaCl/L。短程硝化SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h。具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。通过这样的方式运行可以发现短程硝化SBR(3)中逐渐由颗粒形成，经过50天以上的运行，颗粒平均粒径能达到350μm以上，而且亚硝积累率一直维持在95％以上，被认为是形成了短程硝化好氧颗粒污泥。
3)短程硝化颗粒污泥形成以后，室温下运行短程硝化SBR(3)。原水中不再添加盐度，进水为实际的污水。SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h。具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。通过这样的方式运行可以发现短程硝化SBR(3)中颗粒维持的比较好，短程硝化也很稳定，亚硝积累率能维持在95％以上。
该运行条件下，最终出水平均COD、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TIN、PO4 3--P分别为38mg/L、3.4mg/L、7.5mg/L、0.3mg/L、11.2mg/L、0.5mg/L，亚硝积累大于95％，颗粒平均粒径大于350μm，短程硝化好氧颗粒污泥稳定维持。出水各水质指标均达到一级A排放标准。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种快速实现短程硝化好氧颗粒污泥的装置，其特征在于：包括城市污水原水桶(1)、进水泵(2)、短程硝化SBR(3)、气体流量计(4)、曝气泵(5)、出水桶(6)；城市污水原水桶(1)中的城市污水通过进水泵(2)和进水阀(3.3)与短程硝化SBR(3)相连接，曝气泵(5)通过气体流量计(4)和曝气头(3.2)与短程硝化SBR(3)相连接，短程硝化SBR(3)通过第三排水阀(3.8)与出水桶(6)相连接；
所述短程硝化SBR(3)置有：搅拌器(3.1)，曝气头(3.2)，进水阀(3.3)，放空阀(3.4)，溢流阀(3.5)，第一排水阀(3.6)，第二排水阀(3.7)，第三排水阀(3.8)，第四排水阀(3.9)，进气阀(3.10)；短程硝化SBR(3)的高和底面直径的比值即高径比大于5。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于以下步骤：
1)接种污泥：短程硝化SBR(3)接种污泥来为平均粒径小于200μm的短程硝化絮体污泥；接种后，短程硝化SBR(3)中的污泥浓度在2500～3000mg/L；
2)室温下运行短程硝化SBR(3)，在原水中加入氯化钠至短程硝化SBR中氯化钠浓度为5g NaCl/L)；短程硝化SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h；具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置；当颗粒平均粒径能达到350μm以上，而且亚硝积累率一直维持在95％以上，被认为是形成了短程硝化好氧颗粒污泥；
3)短程硝化颗粒污泥形成以后，室温下运行短程硝化SBR(3)；原水中不再添加盐度，进水为实际的污水；SBR每天运行1～4个周期，每个周期为6～8h；具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到短程硝化SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌0.5～1h；接着开启曝气泵(5)，进行4～6h的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1mg/L以下；接下来是3min的沉淀，通过第三排水阀(3.8)排水10min，以及0.5～1h的闲置。
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