CN112624491A - 一种污水亚硝化装置和污水亚硝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种污水亚硝化装置和污水亚硝化方法，所述包括主反应器、侧流辐照辅助反应器和循环系统；所述主反应器用于接种污泥、通入污水对污泥进行硝化驯化培养，所述侧流辐照辅助反应器内设有紫外灯；所述主反应器和侧流辐照辅助反应器通过所述循环系统连接，使主反应器中的污泥和污水混合形成的泥水混合物在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环。所述污水亚硝化方法为，在主反应器中接种污泥，对污泥闷曝后通入污水进行硝化驯化培养，并过循环系统使污泥在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环，开启侧流辐照辅助反应器中的紫外灯，对污泥和污水混合形成的泥水混合物进行紫外辐照。本发明通过侧流紫外辐照可实现污水亚硝化的稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污水亚硝化装置和污水亚硝化方法。
背景技术
氮素是水体富营养化形成的重要因素，因此也是城镇污水处理厂污染物排放的重要控制项目。作为当今污水处理厂的主要脱氮技术，硝化反硝化工艺虽然能够有效脱氮，但“高能耗、高消耗”的弊端日益凸显。发展高效、低耗的新型生物脱氮技术已成为污水脱氮领域的研究热点。
亚硝化工艺是指通过选择性抑制硝化细菌的生长，使氨氮的氧化过程停留在亚硝酸盐阶段，从而实现亚硝酸盐的积累。亚硝化工艺在新型生物脱氮技术中占有重要地位，短程硝化反硝化工艺和亚硝化-厌氧氨氧化工艺均需要稳定高效的亚硝化过程。因此，亚硝化工艺已经成为了发展新型污水生物脱氮工艺的关键技术之一。
目前，已报道的亚硝化方法主要有：控制高温条件、控制低溶解氧、控制游离氨或游离亚硝酸抑制、控制周期性好氧-缺氧交替模式运行、超声抑制、投加甲酸抑制等。
控制高温条件实现的亚硝化工艺主要应用于诸如污泥消化上清液等的高温废水处理中，对于常温(甚至低温)、水量较大的城市污水处理来说，能耗较高，工艺应用局限性较大。控制低溶解氧或周期性好氧—缺氧交替在短期内可以较好实现亚硝酸盐的积累，但在长期运行中硝化细菌会对低溶解氧或周期性好氧—缺氧交替环境产生适应性，直接导致亚硝化工艺运行失败。对于城市污水，由于其氨氮浓度的较低，也无法直接通过控制游离氨或游离亚硝酸实现亚硝化过程。可见上述技术在城市污水亚硝化中应用还存在较多局限与不足。
专利CN110818085A报道了一种基于主流的长波紫外辐照实现城市污水亚硝化方法，其短期及长期内的亚硝化效果较为显著，运行稳定性好。但该方法的处理水量较高，实施过程中需在主体反应器内装设大量的UVA波段紫外灯以达到对硝酸盐氧化菌(NOB)理想的抑制效果，设备购置及安装成本较高。同时，配备大量的长波紫外灯在获得较为满意的亚硝化效果的同时，也伴随着较高的运营能耗。除此之外，该方法在具体实施过程中会对主体反应器的日常运营产生一定的影响，在施工的过程中需要中断污水处理厂的日常运营，直接导致该方法并不能很好地应用于现有污水处理厂的升级改造之中，限制了该方法在实际工程中的应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种污水亚硝化装置和污水亚硝化方法，能够实现污水亚硝化工艺的稳定运行。
具体地，本发明采取的技术方案是：
本发明的第一方面是提供一种污水亚硝化装置，包括主反应器、侧流辐照辅助反应器和循环系统；所述主反应器用于接种污泥、通入污水对污泥进行硝化驯化培养，所述侧流辐照辅助反应器内设有紫外灯；所述主反应器和侧流辐照辅助反应器通过所述循环系统连接，使主反应器中的污泥和污水混合形成的泥水混合物在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环。
在一种实施方式中，所述侧流辐照辅助反应器的容积小于所述主反应器的容积。
在一种实施方式中，所述侧流辐照辅助反应器的容积为主反应器容积的 1/5～1/20。
在一种实施方式中，所述紫外灯为UVA紫外灯，具体可采用汞灯或紫外发光二极管。
在一种实施方式中，所述UVA紫外灯的波长为320～420nm，优选360～370 nm，更优选365nm。
在一种实施方式中，所述紫外灯在侧流辐照辅助反应器中的紫外辐照强度为1000～2000μW/cm2。
在一种实施方式中，所述紫外灯在侧流辐照辅助反应器中的单位体积反应器的紫外灯功率为2～6W，优选为4W。
在一种实施方式中，所述主反应器的底部设有进水口，所述主反应器的中上部设有排水口。
在一种实施方式中，所述主反应器内设有曝气系统，用于向主反应器中的污泥和/或污水曝气。
在一种实施方式中，所述主反应器为序批式反应器或连续式反应器。
本发明的第二方面是提供一种采用上述污水亚硝化装置的污水亚硝化方法，包括如下步骤：
在主反应器中接种污泥，对污泥闷曝后通入污水进行硝化驯化培养，并通过循环系统使污泥和污水混合形成的泥水混合物在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环，开启侧流辐照辅助反应器中的紫外灯，对泥水混合物进行紫外辐照。
在一种实施方式中，所述侧流辐照辅助反应器的处理水量为主反应器有效容积的0.5～3倍，优选1～2倍。
在一种实施方式中，所述紫外灯开启运行的间隔时间为3～24h。
在一种实施方式中，所述污泥浓度为1000～3500mg VSS/L。
在一种实施方式中，所述污泥为具有生物脱氮功能的活性污泥，如曝气池活性污泥或二次沉淀池剩余污泥，优选曝气池活性污泥。
在一种实施方式中，通入污水后，所述主反应器内的溶解氧浓度维持在0.5～7mg/L，温度为15～35℃，水力停留时间为3～48h，污泥停留时间为10～40天。
在一种实施方式中，所述硝化驯化培养采用连续培养法或间歇培养法。
在一种实施方式中，所述硝化驯化培养采用连续培养法，具体为：向主应器内投加接种污泥，闷曝后连续通入污水培养，控制反应器内溶解氧浓度为0.5～7.0 mg/L，温度为15～35℃，直至反应器出水中氨氮去除率超过90％，标志着污泥硝化驯化培养的完成。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过设置一通过循环系统与主反应器连接的侧流辐照辅助反应器，使污泥能够在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环，利用侧流辐照辅助反应器中的紫外线诱导污泥中微生物的氧化应激，提高微生物胞内活性氧水平，并由于氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌对体内活性氧分解能力的不同，其中氨氧化菌具有较好的分解ROS能力，而亚硝酸盐氧化菌则相对较弱，对亚硝酸盐氧化菌形成氧化性损伤，同时损伤氨氧化菌，进而选择性杀死亚硝酸盐氧化菌，使主反应器出水出现亚硝酸盐积累，实现了污水亚硝化。而且，本发明通过侧流紫外辐照可实现污水亚硝化的稳定运行。
(2)而且，本发明的污水亚硝化方法具有较高的亚硝化效率，适用于常低温、低氨氮浓度、大流量城市污水的亚硝化，运行操作简单，不需要引入额外的化学处理药剂。
(3)本发明的污水亚硝化装置仅需在原有反应构筑物的基础上外加一个侧流辐照辅助反应器，设备简单，占地面积小；设备购置成本和运行耗能较低，安装及运行过程中对原有反应构筑物影响较小，具备较优的应用能力和发展前景。
(4)本发明的亚硝化方法在运行过程中所涉及到的工艺参数均可采用现有污水处理厂的常规监测参数，无需额外配备昂贵的水质检测设备和传感器。同时，该技术运行过程中参数的调控范围较广，对自动化程度和精细化程度要求不高，操作灵活方便。
(5)本发明的污水亚硝化装置/方法可以与短程硝化反硝化、厌氧氨氧化技术等新型污水生物脱氮技术相结合，为其在城市污水中的推广应用奠定坚实的基础。
附图说明
图1为污水亚硝化装置的结构示意图；
图1中所示：1为排水系统，2为电磁阀，3为进水系统(包括进水管路及水泵)，4为搅拌桨，5为电动搅拌器，6为进气管路，7为曝气头，8为溶解氧探头，9为pH探头，10为主反应器，11为PLC自动控制单元，12为循环泵， 13为循环系统，14为曝气泵或鼓风机，15为紫外灯，16为侧流辐照辅助反应器；
图2为实施例1中污水亚硝化装置的运行效果图；
图3为实施例2中污水亚硝化装置的运行效果图；
图4为实施例3中污水亚硝化装置的运行效果图；
图5为实施例4中污水亚硝化装置的运行效果图；
图6为对比例1中污水亚硝化装置的运行效果图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
参见图1，本发明的污水亚硝化装置包括主反应器10、侧流辐照辅助反应器16和循环系统13；所述主反应器10用于接种污泥、通入污水对污泥进行硝化驯化培养，所述侧流辐照辅助反应器16内设有紫外灯15；所述主反应器10 和侧流辐照辅助反应器16通过所述循环系统13连接，使主反应器10中的污泥和/或污水在主反应器10和侧流辐照辅助反应器16之间循环。
具体地，所述主反应器10为序批式反应器或连续式反应器，其底部设有进水口，可通过进水系统3使污水由进水口泵入主反应器10内，所述进水系统3 可包括进水管路和设置在进水管路上的水泵。所述主反应器10的中上部设有排水口，可通过排水系统1使主反应器内的污泥或污水由所述排水口排出。所述排水系统1上设有电磁阀2，通过电磁阀2控制排水系统1开启、关闭和排水量。
所述主反应器10的内底部设有曝气系统，所述曝气系统包括进气管路6和曝气头7。所述进气管路6与主反应器10外的曝气泵或鼓风机14连接，所述曝气头7设置在进气管路6上。通过曝气泵或鼓风机14使空气依次经由进气管路 6和曝气头7进入主反应器10内，使污泥或污水与空气接触。
所述主反应器10内还设有搅拌桨4，由电动搅拌器5控制，用于对主反应器10内的污泥或污水进行搅拌。
所述主反应器10内还设有溶解氧探头8，用于监测主反应器内的溶解氧。
所述主反应器10内还设有pH探头9，用于监测主反应器内的pH。
所述侧流辐照辅助反应器16的容积为主反应器10容积的1/5～1/20。侧流辐照辅助反应器16内设有紫外灯15，所述紫外灯15可采用UVA紫外灯，如汞灯或紫外发光二极管，波长为320～420nm，优选365nm。紫外灯15在侧流辐照辅助反应器16中的紫外辐照强度为1000～2000μW/cm2。紫外灯15在侧流辐照辅助反应器16中的单位体积反应器的紫外灯功率为2～6W，优选为4W。
所述侧流辐照辅助反应器16通过循环系统与主反应器连接，使主反应器10 中的污泥和/或污水在主反应器10和侧流辐照辅助反应器16之间循环。
所述循环系统13上设有循环泵12。开启循环泵12，可使污泥和/或污水经由循环系统在主反应器10和侧流辐照辅助反应器16之间循环。
另外，上述进水系统3、排水系统1、曝气系统、电动搅拌器5、溶解氧探头8、pH探头9、紫外灯15和循环泵12均分别与PLC自动控制单元11连接并由PLC自动控制单元11实现自动控制。
实施例1
采用上述污水亚硝化装置对城市污水进行亚硝化处理，其中主反应器采用序批式反应器(SBR)。序批式反应器一个周期4.8h(288min)，每个周期包括进水30min，厌氧搅拌40min，曝气150min，沉淀40min，排水闲置28min。每个周期的排水量为反应器总有效容积的一半，即容积交换率为50％，对应水力停留时间为9.6h，运行温度为25～35℃。
侧流辐照辅助反应器的容积为主反应器容积的1/8，配备功率为4W的长波紫外灯，长波紫外灯的波长为365nm，紫外辐照强度为2000μW/cm2。
循环系统及侧流辐照辅助反应器配备的长波紫外灯开启的间隔时间设置为4.8h。
污水亚硝化装置具体运行及控制方法包括以下步骤：
(1)在主反应器中接种污泥，其中的污泥选取A2/O工艺污水处理厂的曝气池活性污泥，污泥浓度为2000mg VSS/L，接种量为8L。闷曝1天后，通入经处理后的城市污水进行污泥的硝化驯化培养，其中经预处理后的城市污水的主要水质指标如下：化学需氧量(COD)为50～150mg/L，氨氮浓度为40～60mg-N/L， pH值为7.0～8.5，碱度(以CaCO3计)为300～500mg/L。
待反应器出水中氨氮的去除率超过90％时，标志着污泥完成了硝化驯化培养。
(2)每个周期的曝气阶段开启循环系统，使污泥进入侧流辐照辅助反应器，并在侧流辐照辅助反应器与主反应器之间循环。控制侧流辐照辅助反应器的处理水量为SBR反应器有效容积的2.0倍。通过每天定时排泥的方式，将污泥停留时间(SRT)控制在10～40天的范围内。控制反应器内溶解氧浓度在0.5～5.0mg/L，温度为25～35℃。全程不对反应器内的pH值进行控制，此种情况下反应器内的 pH值为7.2～8.5。控制侧流紫外辐照辅助装置及其配备的UVA紫外灯的开启间隔时间为4.8h。每天对主反应器出水中的氨氮、亚硝酸盐和硝氮浓度进行监测。
污水亚硝化装置的运行结果如图2所示(图中NAR为亚硝酸盐积累率)。由图2可知，从投入运行后的第14天开始，出水中亚硝酸盐积累率可达到70％，且在后续将近1个月的运行时间内能够实现稳定运行，表明该方法能够实现城市污水亚硝化工艺的稳定运行。
实施例2
本实施例在维持实施例1中运行工况的基础上，将侧流辐照辅助反应器的处理水量设置为主反应器有效容积的0.5倍。其余未提及部分同实施例1。
污水亚硝化装置的运行结果如图3所示。由图3可知，从投入运行后的第 20天开始，出水中亚硝酸盐积累率可达到70％，且能够在后续的20天运行时间内运行稳定。结果表明较低的侧流辐照辅助反应器处理水量，依然能够实现城市污水亚硝化工艺的稳定运行，且能够在一定程度上节省运行能耗。不过需要注意的是，采用较低的侧流辐照辅助反应器处理水量同时也会在一定程度上延长反应器实现城市污水亚硝化的启动时间。
实施例3
本实施例在维持实施例1中运行工况的基础上，将侧流辐照辅助反应器的紫外灯功率调整为2W。其余未提及部分同实施例1。
污水亚硝化装置的运行结果如图4所示。由图4可知，在投入运行后的第 10天，出水中亚硝酸盐积累率即可达到60％，但在后续的运行时间内亚硝酸盐积累率波动较大，在40％～90％的范围内上下波动。结果表明，选用较低功率的长波紫外灯虽然能在一定程度上降低运行能耗，但其并不能对亚硝酸盐氧化菌产生较好的持续性抑制作用，在一定程度上对亚硝化系统稳定运行的可靠性上产生影响。
实施例4
本实施例在维持实施例1中运行工况的基础上，将主反应器的运行温度控制在15～25℃范围内。其余未提及部分同实施例1。
污水亚硝化装置的运行结果如图5所示。由图5可知，从投入运行后的第 14天开始，出水中亚硝酸盐积累率可达到60％，且在后续的运行时间内亚硝酸盐积累率稳定维持在50～70％的范围之内。
一般地，较低的运行温度会在一定程度上降低氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性，影响对氨氮的去除效果。然而，本发明通过采用侧流辐照辅助反应器中的长波紫外灯进行辐照，能够在一定程度上对氨氧化菌(AOB) 的活性产生促进作用，提高其在常低温条件下对氨氮摄取利用的能力，降低出水中氨氮的浓度，使污水亚硝化装置即便在常低温运行环境下依然能够保持较为稳定的亚硝化效果。
对比例1
本实施例在维持实施例1中运行工况的基础上，停止循环系统、侧流辐照辅助反应器及其配备的长波紫外灯的开启。其余未提及部分同实施例1。
污水亚硝化装置的运行结果如图6所示。由图6可知，出水中亚硝酸盐积累率几乎为0，反应器并未出现亚硝酸盐的积累，即未能实现亚硝化过程，与实施例1形成对比，表明在缺乏侧流紫外辐照辅助装置及其配备的长波紫外灯辐照的情况下无法实现亚硝化效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种污水亚硝化装置，其特征在于：包括主反应器、侧流辐照辅助反应器和循环系统；所述主反应器用于接种污泥、通入污水对污泥进行硝化驯化培养，所述侧流辐照辅助反应器内设有紫外灯；所述主反应器和侧流辐照辅助反应器通过所述循环系统连接，使主反应器中的污泥和污水混合形成的泥水混合物在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环。
2.根据权利要求1所述污水亚硝化装置，其特征在于：所述侧流辐照辅助反应器的容积小于所述主反应器的容积。
3.根据权利要求2所述污水亚硝化装置，其特征在于：所述侧流辐照辅助反应器的容积为主反应器容积的1/5～1/20。
4.根据权利要求1所述污水亚硝化装置，其特征在于：所述紫外灯为UVA紫外灯。
5.根据权利要求4所述污水亚硝化装置，其特征在于：所述UVA紫外灯的波长为320～420nm。
6.一种污水亚硝化方法，其特征在于：采用权利要求1～5任一项所述污水亚硝化装置，包括如下步骤：
在主反应器中接种污泥，对污泥闷曝后通入污水进行硝化驯化培养，并通过循环系统使污泥和污水混合形成的泥水混合物在主反应器和侧流辐照辅助反应器之间循环，开启侧流辐照辅助反应器中的紫外灯，对泥水混合物进行紫外辐照。
7.根据权利要求6所述污水亚硝化方法，其特征在于：所述侧流辐照辅助反应器的处理水量为主反应器有效容积的0.5～3倍。
8.根据权利要求6所述污水亚硝化方法，其特征在于：所述紫外灯开启运行的间隔时间为3～24h。
9.根据权利要求6所述污水亚硝化方法，其特征在于：所述污泥浓度为1000～3500mgVSS/L。
10.根据权利要求6～9任一项所述污水亚硝化方法，其特征在于：通入污水后，所述主反应器内的溶解氧浓度维持在0.5～7mg/L，温度为15～35℃，水力停留时间为3～48h，污泥停留时间为10～40天。
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