CN113461156A - 一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，属于污水处理技术领域。它包括生化处理步骤，所述生化处理步骤包括第一次处理和第一次处理后的N次循环处理，每次处理依次进行缺氧反应和好氧反应，所述N≥1；在第一次处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A；在第一次处理后的N次循环处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A和循环污水B；所述新增污水A为未处理过的污水；所述循环污水B包括上一次缺氧反应和好氧反应处理过的污水。本发明能有效促进NO2 ‑向N2转化，从而稳定化地实现短程硝化反硝化及厌氧氨氧化，降低污水中的COD、氨氮和总氮含量。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法。
背景技术
淡水是一种非常有限的生命资源，随着工业现代化的快速发展，水污染现状日益加剧，污水处理尤其在氮素控制上面临着挑战，伴随着低碳节能的要求提高，本文提出了一种撬装式无人值守短程硝化反硝化及厌氧氨氧化水处理装置，以一种新型的工艺形式结合新颖的装置设计，能够实现污水无加药，低能耗，高效率脱氮除碳。
现阶段污水生化处理的传统工艺中，最具有代表性也是应用最为广泛的生化处理工艺为 A2O工艺，A2O法又称AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称(厌氧- 缺氧-好氧)，具有良好的脱氮除磷效果，也广泛应用于市政污水处理厂。A2O法主要通过控制污水在不同溶解氧梯度的个生化池内切换实现脱氮除磷功能，但本质上A2O法的脱氮过程仍为一个全程的脱氮过程，即硝化过程为氨氮转化为亚硝酸盐，亚硝酸盐进一步转化为硝酸盐，而反硝化过程则是硝酸盐转化为亚硝酸盐进而转化为氮气。而短程硝化反硝化及厌氧氨氧化处理工艺相较于A2O法，拥有显著优点，因其原理为氨氮直接亚硝酸盐，而亚硝酸盐部分或以碳有机物为电子供体完成反硝化，部分或依靠厌氧氨氧化细菌直接以氨氮为电子供体完成反硝化，整个短程硝化反硝化过程相比于传统A2O具有节省曝气能耗和降低污泥产量等优势。
但是，现阶段其他提出的短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的装置或工艺方法主要存在于实验室研究，且不适用于污染物浓度偏低的市政污水，其控制方法主要通过溶解氧，pH等状态的精确调节以及厌氧氨氧化菌投下培育实现，非常依赖仪表设备参数，水质浓度较高，不耐进水波动，系统稳定运行出水达标难度较大，无法用于处理市政污水等大型工程。
因此，目前亟需设计一种能够促进短程硝化反硝化及厌氧氨氧化反应的含氮废水处理装置或处理方法。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的装置或工艺方法无法处理低浓度废水、出水稳定性较差的问题，本发明提供一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法；通过合理控制生化反应中缺氧反应和好氧反应的时间和顺序，能够有效解决现有技术中无法处理低浓度废水、出水稳定性较差的问题。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，包括生化处理步骤，所述生化处理步骤包括第一次处理和第一次处理后的N次循环处理，每次处理依次进行缺氧反应和好氧反应，所述N≥1；所述好氧反应包括短程硝化反应，可将NH3氧化为NO2 -；所述缺氧反应包括短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，可将NO2 -还原为N2；在第一次处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A；在第一次处理后的N次循环处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A和循环污水B；所述新增污水A为未处理过的污水；所述循环污水B包括上一次缺氧反应和好氧反应处理过的污水。
优选地，所述N＝1～9。
优选地，所述生化处理中每次循环的具体步骤为：
(1)开启进水泵向生化池添加新增污水A，同时对生化池内的水进行搅拌，维持时间为 t1；
(2)关闭进水泵，继续对生化池内的水进行搅拌，维持时间为t2；
(3)停止搅拌操作，同时开启鼓风机对生化池内的水进行曝气，曝气时间为t3，关闭鼓风机；所述生化处理中每次循环的周期t＝t1+t2+t3，t*N＝2.5h～11h；每次循环的新增污水A体积VA＝0.1m3～20m3。
对于上述每次循环的处理步骤，其中第(1)步骤和第(2)步骤对生化池内的水持续搅拌，因此生化池内主要以缺氧反应为主，即缺氧反应的时间为t1+t2；而第(3)步骤开启鼓风机进行曝气，因此此时生化池内主要以好氧反应为主，即好氧反应的时间为t3。
优选地，所述
优选地，所述进水泵的流量VA/t1＝0.1m3/h～240m3/h。
优选地，所述曝气方式为：在生化池底部设置多个曝气盘，将鼓风机与曝气盘连通，由曝气盘在生化池内竖直向上曝气。
优选地，所述鼓风机通过曝气盘向生化池曝气的流量为1Nm3/h～500Nm3/h。
优选地，在所述生化处理步骤之后，还依次包括沉淀步骤和滗水步骤。
优选地，所述沉淀步骤的时间S＝0.1h～1h，所述滗水步骤的时间D＝0.1h～2h；所述污水处理方法的运行周期T＝tN+S+D＝3h～12h，其中t为生化处理步骤中每次循环的周期。
优选地，所述滗水步骤的排水体积为V1，滗水步骤前生化池内水的总体积为V2，30％～60％。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，包括生化处理步骤，所述生化处理步骤包括第一次处理和第一次处理后的N次循环处理，每次处理依次进行缺氧反应和好氧反应，所述N≥1；所述好氧反应包括短程硝化反应，可将NH3氧化为NO2 -；所述缺氧反应包括短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，可将NO2 -还原为N2；在第一次处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A；在第一次处理后的N次循环处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A和循环污水B；所述新增污水A为未处理过的污水；所述循环污水B包括上一次缺氧反应和好氧反应处理过的污水；通过上述处理方法，可以有效提升缺氧反应中DNB菌异养过程相对于NOB菌自养过程的竞争优势，抑制NO3 -的生成，促进NO2 -向N2转化，从而稳定化地实现短程硝化反硝化及厌氧氨氧化，将污水中的COD降低至22±11mg/L，总氮降低至8.6±4mg/L。
(2)本发明一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，相比传统生化处理工艺的全程硝化反硝化，能够大幅降低进水对生化池内的水质扰动，不仅能适应进水的水质波动，同时也可以处理高中低不同浓度范围的多种类型污水，尤其对于浓度更低的污水具有优异的处理效果，无需额外碳源和酸碱调节，可节约60％的碳源需求，节省25％的曝气能耗，降低40％的污泥产量，脱氮运行成本较低。
附图说明
图1为本发明污水处理方法处理的生化池水体积随时间的变化曲线图。
具体实施方式
下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例选择南京市六合区某生活污水处理厂污水作为处理对象，该污水处理厂的工艺流程为进水→粗格栅→细格栅→曝气沉砂池→CAST生化池→高密度沉淀池→反硝化滤池→纤维转盘滤池→紫外消毒→出水。本实施例取该厂曝气沉砂池出水，其水质参数如表1所示。
表1、实施例1处理方法处理前后的污水中各成分含量以及污水排放标准
本实施例还提供一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，在长宽高尺寸为2432mm×1747mm×2000mm、有效水深约1800mm的生化池中进行操作，设定系统的运行周期T＝6h，依次包括5h20min的生化处理步骤、15min的沉淀步骤和25min的滗水步骤，具体可参照图1的曲线图。
其中生化处理步骤包括第一次处理和第一次处理后的3次的循环处理，每次循环的具体步骤为：
(1)开启进水泵向生化池进污水，进水泵流量设定为2.55m3/h，同时对生化池内的水进行搅拌，维持时间为t1＝20min，因此每次循环的进水量为0.85m3，整个运行周期的处理水量约为4*0.85m3＝3.4m3；
(2)关闭进水泵，继续对生化池内的水进行搅拌，维持时间为t2＝20min；
(3)停止搅拌操作，同时开启鼓风机对生化池内的水进行曝气，曝气方式为：在生化池底部设置多个曝气盘，将鼓风机与曝气盘连通，由曝气盘在生化池内竖直向上曝气，鼓风机流量为40m3/h，曝气时间为t3＝40min，关闭鼓风机；所述生化处理中每次循环的周期 t＝t1+t2+t3＝80min。
本实施例无外加任何碳源及酸碱，在上述工况条件下运行3个月以上，运行情况稳定，能耗较低，出水水质较稳定，具体出水水质如表1所示。
从表1可以看出，本实施例出水水质稳定且远高于国家对城市污水排放标准(GB18918-2002)一级标准的A标准，在进水C/N比较低为0.5～3.5的情况下，无需额外碳源完成高效脱氮，出水中含约2.9±1.9mg/L的亚硝酸盐NO2-，这充分说明了本实施例的污水处理方法主要过程为短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化，因此污水中的COD、氨氮和总氮含量得到了有效的降低。
实施例2
本实施例提供一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，在长宽高尺寸为2432mm×1747mm×2000mm、有效水深约1800mm的生化池中进行操作，设定系统的运行周期T＝6h，依次包括5h20min的生化处理步骤、15min的沉淀步骤和25min的滗水步骤，其中生化处理步骤中每次循环的周期t＝32min，具体可参照图1的曲线图；本实施例与实施例1的主要区别在于：生化处理步骤中第一次处理后的循环处理次数为10次。
本实施例无外加任何碳源及酸碱，在上述工况条件下运行3个月以上，运行情况稳定，能耗较低，出水水质较稳定，具体出水水质如表1所示。
将实施例2与实施例1对比可以发现，当生化处理步骤中的循环次数超过9次时，对于出水水质的改善并不大，因此为了减少循环次数增加带来的工艺繁琐以及设备能耗，将循环次数控制在1～9次为佳。
实施例3
本实施例提供一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，在长宽高尺寸为2432mm×1747mm×2000mm、有效水深约1800mm的生化池中进行操作，设定系统的运行周期T＝6h，依次包括5h20min的生化处理步骤、15min的沉淀步骤和25min的滗水步骤，具体可参照图1的曲线图；本实施例与实施例1的主要区别在于：在生化池的各曝气盘上部增加了竖直设置的水力环流功能导流套筒。
本实施例无外加任何碳源及酸碱，在上述工况条件下运行3个月以上，运行情况稳定，能耗较低，出水水质较稳定，具体出水水质如表1所示。
将实施例3与实施例1对比可以看到，增加导流套筒后使得曝气盘的曝气方向由原先的紊乱状态改变为竖直向上，进而向上曝气的水流在到达水面后向下流动，形成的曝气环流可以有效促进短程硝化反硝化反应的进行，因此出水的COD、氨氮和总氮含量都得到了进一步的降低，出水率得到进一步地提高。
对比例1
本对比例提供一种常规的污水处理方法，对比例采用相同装置，同样在在长宽高尺寸为 2432mm×1747mm×2000mm、有效水深约1800mm的生化池中进行操作，对比例采用常规的SBR工艺运行方式，运行步序为进水-缺氧-好氧-沉淀-滗水，不采用多步进水循环方式，整个运行周期控制控制为相同的T＝6h。
本对比例无外加任何碳源及酸碱，在上述工况条件下运行3个月以上，运行情况稳定，能耗较低，出水水质较稳定，具体出水水质如表1所示。
将对比例1与实施例1～3对比可以发现，常规的污水处理方法虽然能够使出水水质勉强达到国家对城市污水排放标准(GB18918-2002)一级标准的A标准，但是出水水质波动较大，出水中的COD、氨氮和总氮含量无法得到进一步的降低，这从出水的亚硝态氮含量也可看出，该处理方法主要以硝化反硝化反应为主，因此其对污水的处理效率和适应能力远低于本发明的处理方法，这也导致出率较低。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。“质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、 22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、 42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、 50-20和50-10”。
Claims (10)
1.一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，包括生化处理步骤，所述生化处理步骤包括第一次处理和第一次处理后的N次循环处理，每次处理依次进行缺氧反应和好氧反应，所述N≥1；所述好氧反应包括短程硝化反应，可将NH3氧化为NO2 -；所述缺氧反应包括短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，可将NO2 -还原为N2；
在第一次处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A；
在第一次处理后的N次循环处理中，所述缺氧反应和好氧反应所处理的污水包括新增污水A和循环污水B；
所述新增污水A为未处理过的污水；所述循环污水B包括上一次缺氧反应和好氧反应处理过的污水。
2.根据权利要求1所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述N＝1～9。
3.根据权利要求1所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述生化处理中每次循环的具体步骤为：
(1)开启进水泵向生化池添加新增污水A，同时对生化池内的水进行搅拌，维持时间为t1；
(2)关闭进水泵，继续对生化池内的水进行搅拌，维持时间为t2；
(3)停止搅拌操作，同时开启鼓风机对生化池内的水进行曝气，曝气时间为t3，关闭鼓风机；
所述生化处理中每次循环的周期t＝t1+t2+t3，t*N＝2.5h～11h；每次循环的新增污水A体积VA＝0.1m3～20m3。
4.根据权利要求3所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述
5.根据权利要求3所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述进水泵的流量VA/t1＝0.1m3/h～240m3/h。
6.根据权利要求3所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述曝气方式为：在生化池底部设置多个曝气盘，将鼓风机与曝气盘连通，由曝气盘在生化池内竖直向上曝气。
7.根据权利要求6所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述鼓风机通过曝气盘向生化池曝气的流量为1Nm3/h～500Nm3/h。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，在所述生化处理步骤之后，还依次包括沉淀步骤和滗水步骤。
9.根据权利要求8所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述沉淀步骤的时间S＝0.1h～1h，所述滗水步骤的时间D＝0.1h～2h；所述污水处理方法的运行周期T＝tN+S+D＝3h～12h，其中t为生化处理步骤中每次循环的周期。
10.根据权利要求8所述的一种促进短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化的污水处理方法，其特征在于，所述滗水步骤的排水体积为V1，滗水步骤前生化池内水的总体积为V2，V1/V2＝30％～60％。
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