CN113526656A - 一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，包括：提供海绵生物膜反应器，所述海绵生物膜反应器中固定设置有海绵生物膜填料层；向所述海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过所述海绵生物膜填料层；持续用所述游离氨废液浸泡所述海绵生物膜填料层至少24h；结束浸泡，将所述海绵生物膜反应器中的所述游离氨废液排空，并使得所述海绵生物膜反应器进行正常进水和曝气，控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在预定范围内，直至所述海绵生物膜填料层中的氨氧化菌恢复活性，而亚硝酸氧化菌活性依旧被抑制，所述海绵生物膜反应器进入短程硝化模式。本发明只需要进行一次冲击即可长期维持稳定的短程硝化。
Description
技术领域
本发明涉及生活污水处理技术领域，尤其涉及一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法。
背景技术
氮在生态系统中起着重要的作用，除固氮外，硝化、反硝化和厌氧氨氧化是微生物介导的氮循环的三个关键过程。其中硝化反应是氮循环的关键步骤，在废水处理过程中，它分为两个步骤，氨氮先在氨氧化细菌(AOB)介导下转化为亚硝酸盐，然后在亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的作用下被氧化成硝酸盐。传统的生物脱氮即是基于此，先通过氨化作用将有机氮转化为氨氮，再经由硝化和反硝化过程将氮最终转化为氮气使其从体系中逸出。其基本反应过程可以简化图1所示的步骤。
然而，传统生物脱氮技术在处理低C/N比废水时，具有一定的技术和经济限制。该方法在运行时需要长时间的曝气，这会消耗掉大量的碳源，导致后续反硝化没有充足的碳源，需要人为额外投加。在传统生物脱氮过程中，会经历一个
的过程，氮的化合价先上升后下降，存在能量浪费的情况。在此基础上，短程硝化作为一种新型的废水处理技术被提出，与传统生物脱氮相比，这一技术的节能优势如图2所示。
短程硝化是通过抑制NOB的生长，将硝化作用控制在亚硝氮阶段，因此实现短程硝化的关键即在于对NOB活性的抑制。鉴于NOB比AOB更容易被抑制，因此常常使用调节溶解氧(DO)、污泥停留时间(SRT)以及游离氨(FA)和游离亚硝氮(FNA)等方法进行抑制NOB，从而实现亚硝酸盐在反应器中的积累。目前常见的短程硝化工艺包括以下主要技术手段：缩短污泥龄持续冲洗出NOB细菌；进水中持续含有一定浓度的FA和FNA交替抑制NOB细菌；而这些工艺方法普遍存在以下缺陷：需要持续控制，且控制手段复杂精细，在实际大规模水厂中难于实现，同时经济成本较高，不可行。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，只需要进行一次冲击即可长期维持稳定的短程硝化。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，包括以下步骤：
S1：提供海绵生物膜反应器，所述海绵生物膜反应器中固定设置有海绵生物膜填料层；
S2：向所述海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过所述海绵生物膜填料层；
S3：持续用所述游离氨废液浸泡所述海绵生物膜填料层至少24h；
S4：结束浸泡，将所述海绵生物膜反应器中的所述游离氨废液排空，并使得所述海绵生物膜反应器进行正常进水和曝气，控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在预定范围内，直至所述海绵生物膜填料层中的氨氧化菌恢复活性，而亚硝酸氧化菌活性依旧被抑制，所述海绵生物膜反应器进入短程硝化模式。
优选地，所述海绵生物膜填料层是以聚氨酯海绵为填料形成生物滤床，并在所述生物滤床上培养有生物膜。
优选地，步骤S1中提供海绵生物膜反应器包括：将运行状态稳定且已经完全硝化的海绵生物膜反应器排空并停止曝气。
优选地，步骤S2中的所述游离氨废液中的游离氨的浓度为1000～3000mg/L。
优选地，步骤S2在向所述海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过所述海绵生物膜填料层之后还包括：向所述海绵生物膜反应器中通入碱液或酸液，以调节所述海绵生物膜反应器内的pH值至9～10。
优选地，其中的碱液为氢氧化钠溶液，酸液为稀硫酸溶液。
优选地，步骤S3中具体为：持续用所述游离氨废液浸泡所述海绵生物膜填料层24h～72h。
优选地，步骤S4中控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在预定范围内具体为：控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在0.5mg/L以下。
优选地，步骤S4中还包括将排空的所述游离氨废液进行回收，并通过加入碱液以调节pH值至9～10。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，不需要持续的添加游离氨和调节pH进行控制，只需要进行一次冲击即可长期维持稳定的短程硝化，是一种适用于大型水厂的短程硝化策略，同时冲击所用的游离氨废液很容易从污水厂的厌氧消化废水中获得，来源广泛成本低廉且可以循环使用，另外基于生物膜反应器可以轻松排干的特点，该方法也更为经济可行。
在进一步的方案中，通过在低溶解氧状态下，使用合适的FA浓度，对高生物量的海绵生物膜固定床反应器进行冲击处理，从而可以实现更加稳定的短程硝化。
附图说明
图1是硝化过程和反硝化过程的基本反应过程示意图；
图2是短程硝化相比全程硝化的节能优势示意图；
图3是本发明优选实施例的海绵生物膜反应器的结构示意图；
图4是本发明优选实施例的海绵生物膜反应系统的结构示意图；
图5是本发明优选实施例的利用游离氨冲击实现短程硝化的方法流程图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图3所示，本发明优选实施例提供一种海绵生物膜反应器10，该海绵生物膜反应器10可以基于用于处理市政生活污水来实现污水氨氮短程硝化，包括反应容器11、海绵生物膜填料层12、曝气盘13、两块带孔隔板14、15，其中两块带孔隔板14、15分别横向设置在反应容器11的内腔中以将反应容器11的内腔隔开成上、中、下三层空间111、112、113(上层空间111为上清液区，中层空间112为填料区，下层空间113为布水布气区)，海绵生物膜填料层12固定设置在两块带孔隔板14、15之间的中层空间112内，曝气盘13设置在反应容器11的下层空间113内，在反应容器10的下层空间13的侧壁上设有进水口16、进气口17和进游离氨废液口18，其中进气口17与曝气盘13连通，在反应容器10的上层空间11的侧壁上设有出水口19。其中，海绵生物膜填料层12是以聚氨酯海绵为填料填充满反应容器的中层空间以形成生物滤床，并且在生物滤床上培养有生物膜。在一些实施例中，在反应容器10的下层空间13的侧壁上还设有排空口，而在本实施例中，排空口和进水口16为同一孔洞形成。
如图4所示，本发明优选实施例提供一种海绵生物膜反应系统，包括海绵生物膜反应器10、供水模块20、供气模块30、供游离氨废液模块40、出水模块50和溶解氧控制模块60，供水模块20连接进水口16以向反应容器10中供应水，供气模块30连接进气口17以向曝气盘13供应气体，供游离氨废液模块40连接进游离氨废液口18以向反应容器10中供应游离氨废液，出水模块50连接出水口19以接收从出水口19排出的水。
具体地，供水模块20包括第一蠕动泵21和供水桶22，第一蠕动泵21的一端连接进水口16(或者是排空口)，另一端连接进水桶22(或者用于盛装排空出来的废液)。供气模块30包括曝气机31，曝气机31连接进气口17以向曝气盘13供应气体。供游离氨废液模块40包括第二蠕动泵41和供游离氨废液桶42，第二蠕动泵41的一端连接进游离氨废液口18，另一端连接供游离氨废液桶42。出水模块50包括出水桶51，出水桶51连接出水口19以用于盛装从反应容器10内溢流排出的水。溶解氧控制模块60包括溶解氧控制器61和溶解氧传感器62，溶解氧传感器62的端头插入到海绵生物膜填料层12中以测定海绵生物膜填料层12的溶解氧，溶解氧传感器62连接溶解氧控制器61以将测定的海绵生物膜填料层12的溶解氧数据传输给溶解氧控制器61，溶解氧控制器61连接曝气机31以根据海绵生物膜填料层12的溶解氧数据来实时控制曝气机31。更进一步地，溶解氧控制器61包括控制单元和显示单元，控制单元分别连接溶解氧传感器62和曝气机31，显示单元连接控制单元以用于显示绵生物膜填料层12中的溶解氧的数据和曝气机31的运行情况。
如图5所示，本发明优选实施例基于上述海绵生物膜反应系统提供一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，包括以下步骤：
S1：提供海绵生物膜反应器，海绵生物膜反应器中固定设置有海绵生物膜填料层，其中，海绵生物膜填料层是以聚氨酯海绵为填料形成生物滤床，并在生物滤床上培养有生物膜；
具体地，本发明提供的方法可以针对已经培养成熟的运行稳定的完全硝化的海绵生物膜系统，在提供海绵生物膜反应器时，将运行状态稳定且已经完全硝化的海绵生物膜反应器排空并停止曝气。
S2：向海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过海绵生物膜填料层(此时可以通过供游离氨废液模块40和进游离氨废液口18进行通入)，其中预定浓度为1000～3000mg/L。
进一步地，在向海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过海绵生物膜填料层之后还包括：向海绵生物膜反应器中通入碱液或酸液(此时可以通过供水模块20和进水口16通入，也可以通过供游离氨废液模块40和进游离氨废液口18进行通入)，调节海绵生物膜反应器内的pH值至9～10以确保游离氨的浓度。其中的碱液为氢氧化钠溶液，酸液为稀硫酸溶液。
S3：持续用游离氨废液浸泡所述海绵生物膜填料层至少24h；具体为24h～72h，例如48h。
S4：结束浸泡，将海绵生物膜反应器中的游离氨废液排空(此时可以通过供水模块20和进水口16排空)，并使得海绵生物膜反应器进行正常进水和曝气，控制海绵生物膜反应器内的溶解氧在预定范围内(例如为0.5mg/L以下)；大约恢复运行一周后系统内的的氨氧化菌恢复活性，而亚硝酸氧化菌活性依旧被抑制，此时海绵生物膜反应器进入短程硝化模式。其中，排空的游离氨废液可以进行回收，并通过加入碱液以调节pH值至9～10从而可以进一步用于步骤S2通入到海绵生物膜反应器中，实现冲击废液的循环使用。
其中正常进水是从供水模块20和进水口16通入市政生活污水，需要持续进水，曝气由溶解氧控制模块60控制，一般为间歇式曝气，目的在于维持溶解氧在0～0.5mg/L；同时因为向海绵生物膜反应器中持续进水，所以从出水口19持续出水。
上述方法中，在注入高浓度游离氨冲击液的过程中要监测和调节pH在9～10之间，确保FA的浓度足够高，FA浓度在1000～3000mg/L之间，pH调节剂一般为氢氧化钠溶液或稀硫酸。
上述方法中，在结束48h高浓度游离氨浸泡冲击后，体系中的AOB(氨氧化菌)和NOB(亚硝酸氧化菌)均遭到抑制，但是AOB的抑制程度没有NOB严重，容易率先恢复，同时通过控制体系中的溶解氧，实现对NOB的稳定持续抑制，此时生物膜的硝化菌体系只有AOB有活性，硝化反应将持续稳定地停留在亚硝化阶段，即出水以亚硝酸盐为主，亚硝酸盐积累率稳定在95％以上。
上述优选实施例提供的利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，具体为利用含高浓度游离氨的氨氮废液冲击抑制上述海绵生物膜反应器中的亚硝酸盐氧化细菌，使整个系统中绝大部分的氨氮转化化为亚硝氮，实现短程硝化。本方法工艺创新性强、效果稳定、可操作性强、效率高、原料来源广泛，不需要现有短程硝化工艺的复杂精密的持续调控，冲击一次后即可长期保持短程硝化稳定，克服了现有短程硝化技术存在的缺陷和不足。其中使用的高浓度氨氮废液来源广泛，例如：市政源分离尿液、化肥厂废液、合成氨工厂废液等等，并且冲击废液可以循环使用。另外上述提供的利用游离氨冲击实现短程硝化的方法不限于图4所示的海绵生物膜反应系统，在其他实施例中，该反应系统也可以为其他结构，在此不以为限。
下述结合具体实施例来对本发明优选实施例的利用游离氨冲击实现短程硝化的方法做进一步说明。其中对已经实现稳定完全硝化的海绵固定床生物膜反应器进行FA冲击，具体步骤为：
(1)将运行状态稳定并且已经完全硝化的聚氨酯海绵生物膜反应器排空并停止曝气；
(2)以一定流速通入事先设定好浓度的高游离氨废液并注满没过填料区，本例废液为人工拟合合成氨化工厂的高氨氮废水(4000～6000mgNH3-N/L)；其中4000～6000mgNH3-N/L对应的游离氨的浓度为1000～3000mg/L。
(3)向反应器内通入10％氢氧化钠溶液，调节反应器内pH值至对应高浓度FA的pH设定值(9～10)；
(4)持续用注入的高FA高氨氮废液浸泡聚氨酯海绵生物膜填料层48h；
(5)48h后，结束浸泡，排空并回收高FA冲击液，恢复海绵生物膜反应器的正常进水和曝气，控制溶解氧在0.5mg/L以下；
(6)大约恢复运行一周后系统内氨氧化菌(AOB)快速恢复活性，而亚硝酸氧化菌(NOB)由于低溶解氧活性恢复缓慢基本无活性，此时反应器进入短程硝化模式。
本发明的优点在于，与常规短程硝化工艺比不需要持续的添加游离氨和调节pH进行控制，只需要进行一次冲击即可长期维持稳定的短程硝化，是一种适用于大型水厂的短程硝化策略，同时冲击所用的高游离氨废液来源广泛成本低廉，并且可以循环使用。
本发明可以广泛应用于对现有的已经完全硝化的系统进行改造，成本低且效果好。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (9)
1.一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供海绵生物膜反应器，所述海绵生物膜反应器中固定设置有海绵生物膜填料层；
S2：向所述海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过所述海绵生物膜填料层；
S3：持续用所述游离氨废液浸泡所述海绵生物膜填料层至少24h；
S4：结束浸泡，将所述海绵生物膜反应器中的所述游离氨废液排空，并使得所述海绵生物膜反应器进行正常进水和曝气，控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在预定范围内，直至所述海绵生物膜填料层中的氨氧化菌恢复活性，而亚硝酸氧化菌活性依旧被抑制，所述海绵生物膜反应器进入短程硝化模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海绵生物膜填料层是以聚氨酯海绵为填料形成生物滤床，并在所述生物滤床上培养有生物膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中提供海绵生物膜反应器包括：将运行状态稳定且已经完全硝化的海绵生物膜反应器排空并停止曝气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中的所述游离氨废液中的游离氨的浓度为1000～3000mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2在向所述海绵生物膜反应器中通入预定浓度的游离氨废液以注满没过所述海绵生物膜填料层之后还包括：向所述海绵生物膜反应器中通入碱液或酸液，以调节所述海绵生物膜反应器内的pH值至9～10。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中的碱液为氢氧化钠溶液，酸液为稀硫酸溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中具体为：持续用所述游离氨废液浸泡所述海绵生物膜填料层24h～72h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在预定范围内具体为：控制所述海绵生物膜反应器内的溶解氧在0.5mg/L以下。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中还包括将排空的所述游离氨废液进行回收，并通过加入碱液以调节pH值至9～10。
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| CN202110823364.XA CN113526656A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种利用游离氨冲击实现短程硝化的方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115057590A (zh) * | 2022-07-08 | 2022-09-16 | 华南理工大学 | 一种基于沸石曝气生物滤池实现中低浓度氨氮废水稳定亚硝化方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102101720A (zh) * | 2011-01-11 | 2011-06-22 | 彭永臻 | 低cn高氨氮废水单级自养生物脱氮的装置与方法 |
| CN103663697A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-03-26 | 兰州交通大学 | 游离氨（FA）抑制结合pH值快速实现短程生物脱氮的装置及方法 |
| CN215327195U (zh) * | 2021-07-21 | 2021-12-28 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种海绵生物膜反应器及其系统 |
-
2021
- 2021-07-21 CN CN202110823364.XA patent/CN113526656A/zh active Pending
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