CN113683193B - 低no3--n浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的方法 - Google Patents

低no3--n浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的方法 Download PDF

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Abstract

低NO3 ‑N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的装置与方法,属于污水生物处理技术领域。针对长期闲置及活性较低的反硝化污泥,将NO3 ‑N废水和有机物进入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,短程反硝化细菌利用有机物将NO3 ‑N还原为最终产物NO2 ‑N;通过识别pH和ORP特征点控制搅拌时间,同时回收与持留颗粒污泥,强化NO2 ‑N积累效果。本发明能强化处理含NO3 ‑N废水,同时为颗粒污泥的形成与维持提供了保障,此外还能长期稳定的为厌氧氨氧化反应提供底物NO2 ‑N。

Description

低NO3--N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启 动的方法
技术领域
本发明涉及低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的装置与方法,属于污水生物处理技术领域。该方法通过调控污泥龄等参数与缺氧/好氧条件,使低活性或处于不利条件下的反硝化污泥活性快速恢复,强化NO3 --N的还原,同时促进NO2 --N积累以实现短程反硝化。通过回收与持留颗粒污泥,强化短程反硝化颗粒污泥系统运行稳定性,实现长期稳定地为厌氧氨氧化反应提供底物NO2 --N的目标。
背景技术
随着我国经济不断发展,由氮磷引起的富营养化现象越来越严重,开发新型高效节能的技术进行脱氮除磷成为本领域的重点。
厌氧氨氧化技术因其无需曝气、无需投加碳源、污泥产量低,节省运行费用和污泥处理费用等而备受青睐。短程反硝化可以为厌氧氨氧化过程提供底物NO2 --N。目前,获取NO2 --N普遍采用的方法是短程硝化过程,其是在有氧条件下,氨氧化细菌将NH4 +-N氧化为NO2 --N。但是在低氨氮浓度条件下,抑制或淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB)较为困难,短程硝化过程难以长期稳定的维持NO2 --N。另一种获得NO2 --N的方法是短程反硝化过程,其是指在缺氧条件下,有机物作为电子供体,NO3 --N被还原为NO2 --N,以NO2 --N为最终产物。该过程易于实现和稳定维持,能够长期稳定的为厌氧氨氧化菌提供基质NO2 --N,为厌氧氨氧化技术的推广应用提供了新的思路。
另一方面,厌氧氨氧化具有较高的脱氮负荷,因此需要基质的高效供给。颗粒污泥因具有沉降性能好、负荷率高、耐恶劣环境等诸多优势而被研究,目前研究主要集中在好氧颗粒污泥、厌氧氨氧化颗粒污泥、厌氧颗粒污泥等,而能够产生NO2 --N的缺氧反硝化颗粒污泥仍有待研究。
此外,污水生物处理系统在启动阶段往往会遇到反硝化活性低、启动时间长、效果不理想等问题,特别是对于新型的厌氧氨氧化工艺,尚未实现低浓度城市污水处理的工程化应用。
为解决上述问题,本发明通过反硝化污泥活性快速恢复、短程反硝化系统快速启动及颗粒污泥有效持留和稳定运行,实现在低氮素浓度条件下为厌氧氨氧化过程提供基质NO2 --N。
发明内容
本发明提出了低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的装置与方法,该方法可以在短时间内恢复短程反硝化颗粒污泥的活性,同时还会强化短程反硝化颗粒污泥系统运行稳定性,能够最大限度的将NO3 --N转化为NO2 --N,一定程度上解决了NO2 --N来源困难这一瓶颈问题,对实际的污水处理应用具有良好的参考意义。
为了实现上述目的,本发明提供了低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的装置,其特征在于,包括:含NO3 --N废水箱(1)、缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)、颗粒污泥梯级截留装置(3)、碳源投加装置(4)、特征参数实时控制装置(5)、出水箱(6)和信号控制主机(7);缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)设有进水口(2.1)、搅拌装置(2.2)、曝气装置(2.3)、排水口(2.4)、取样口(2.5)、排泥口(2.6)、碳源补给口(2.7)、自动排水阀(2.8);颗粒污泥梯级截留装置(3)设有第1级颗粒污泥筛网(3.1)、第2级颗粒污泥筛网(3.2)、絮体污泥排泥口(3.3);特征参数实时控制装置(5)设有pH在线监测装置(5.1)、ORP在线监测装置(5.2)。
含NO3 --N废水箱(1)通过进水泵(1.1)与缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)进水口(2.1)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)与pH在线监测装置(5.1)和ORP在线监测装置(5.2)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)排水口(2.4)通过自动排水阀(2.8)与出水箱(6)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)排泥口(2.6)与颗粒污泥梯级截留装置(3)相连;碳源投加装置(4)通过碳源投加泵(4.1)与缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)碳源补给口(2.7)相连;此外,搅拌装置(2.2)、碳源投加泵(4.1)、进水泵(1.1)、排水阀(2.8)、曝气泵(2.3)、颗粒污泥梯级截留装置(3)均与信号控制主机(7)相连;第1级颗粒污泥筛网(3.1)孔径为3mm~4.0mm、第2级颗粒污泥筛网(3.2)孔径为1.0mm~2.0mm。
低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)反硝化活性快速恢复:接种反硝化污泥于缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,接种污泥以NO3 --N为基质进行反硝化过程,平均比NO3 --N还原速率为1~10mgN/gVSS/h,接种后污泥浓度为2g/L~5gVSS/L;含NO3 --N废水箱中NO3 --N浓度为15~40mgN/L;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器每周期运行包括进水、搅拌、沉淀、排水和闲置;每周期开始时,开启进水泵,将含NO3 --N废水泵入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,进水结束时,开启碳源投加泵,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器初始COD与NO3 --N质量浓度比为2.8~4.0;开启搅拌装置,缺氧搅拌60~150min;关闭搅拌装置,沉淀30~60min,结束后将上清液排出,排水比为40%~60%;当出水NO3 --N浓度≤5mg/L时,缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器启动成功。
所述的权利要求(1)中,通过搅拌过程进行排泥,控制SBR污泥龄SRT为10~20天。
(2)短程反硝化快速启动:每周期开始时,开启进水泵,将含NO3 --N废水泵入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,进水结束时,开启碳源投加泵,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器进水结束后COD与NO3 --N质量浓度比为2.8~4.0;开启搅拌装置,缺氧搅拌75~180min;在搅拌结束前15~30min开启曝气装置,控制DO为0.2~0.5mg/L;停止搅拌和曝气,沉淀30~60min,将上清液排出,排水比为40%~60%;当出水NO3 --N浓度≤5mg/L,NO3 --N转化为NO2 --N的转化率≥60%,平均比NO3 --N还原速率≥30mgN/gVSS/h,短程反硝化污泥活性快速恢复。
所述的权利要求(2)中,通过在缺氧搅拌阶段进行排泥,控制SBR污泥龄SRT为10~20天;
所述的权利要求(2)中,每2~3天对第1级颗粒污泥筛网截留的大颗粒污泥进行回收与人工破碎,使颗粒污泥粒径≤2.0mm后重新投加入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器;定期对第2级颗粒污泥筛网截留的颗粒污泥进行回收,并重新投加入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器。
本发明提供的低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的装置与方法,具有以下优点:
(1)通过搅拌结束前对系统进行曝气及控制合适的污泥龄,可以在较短时间恢复反硝化菌的活性。
(2)通过识别pH和ORP曲线变化特征点控制反应时间,稳定维持短程反硝化颗粒污泥活性,从而最大限度的积累NO2 --N。
(3)颗粒污泥有效回收可以不断强化短程反硝化颗粒污泥活性,形成新的颗粒污泥,同时使缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器中NO3 --N的去除与NO2 --N积累的能力得到提升。
附图说明
图1是本发明的装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1结构图所示:含NO3 --N废水箱(1)、缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)、颗粒污泥梯级截留装置(3)、碳源投加装置(4)、特征参数实时控制装置(5)、出水箱(6)和信号控制主机(7);缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)设有进水口(2.1)、搅拌装置(2.2)、曝气装置(2.3)、排水口(2.4)、取样口(2.5)、排泥口(2.6)、碳源补给口(2.7)、自动排水阀(2.8);颗粒污泥梯级截留装置(3)设有第1级颗粒污泥筛网(3.1)、第2级颗粒污泥筛网(3.2)、絮体污泥排泥口(3.3);特征参数实时控制装置(5)设有pH在线监测装置(5.1)、ORP在线监测装置(5.2)。
含NO3 --N废水箱(1)通过进水泵(1.1)与缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)进水口(2.1)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)与pH在线监测装置(5.1)和ORP在线监测装置(5.2)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)排水口(2.4)通过自动排水阀(2.8)与出水箱(6)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)排泥口(2.6)与颗粒污泥梯级截留装置(3)相连;碳源投加装置(4)通过碳源投加泵(4.1)与缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)碳源补给口(2.7)相连;此外,搅拌装置(2.2)、碳源投加泵(4.1)、进水泵(1.1)、排水阀(2.8)、曝气泵(2.3)、颗粒污泥梯级截留装置(3)均与信号控制主机(7)相连;第1级颗粒污泥筛网(3.1)孔径为3mm~4.0mm、第2级颗粒污泥筛网(3.2)孔径为1.0mm~2.0mm。
具体运行过程如下:
(1)反硝化活性快速恢复:接种反硝化污泥于缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,接种污泥以NO3 --N为基质进行反硝化过程,平均比NO3 --N还原速率为3mgN/gVSS/h,接种后污泥浓度为2.6gVSS/L;含NO3 --N废水箱中NO3 --N浓度为30mgN/L;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器每周期运行包括进水、搅拌、沉淀、排水和闲置;每周期开始时,开启进水泵,将含NO3 --N废水泵入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,进水结束时,开启碳源投加泵,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器初始COD与NO3 --N质量浓度比为4.0;开启搅拌装置,缺氧搅拌90min;关闭搅拌装置,沉淀60min,结束后将上清液排出,排水比为60%;当出水NO3 --N浓度≤5mg/L时,缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器启动成功。
所述的权利要求(1)中,通过搅拌过程进行排泥,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器污泥龄SRT为20天。
(2)短程反硝化快速启动:每周期开始时,开启进水泵,将含NO3 --N废水泵入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,进水结束时,开启碳源投加泵,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器进水结束后COD与NO3 --N质量浓度比为3.0;开启搅拌装置,缺氧搅拌90min;在搅拌结束前15min开启曝气装置,控制DO为0.3mg/L;停止搅拌和曝气,沉淀30min,将上清液排出,排水比为60%;当出水NO3 --N浓度≤5mg/L,NO3 --N转化为NO2 --N的转化率≥60%,平均比NO3 --N还原速率≥30mgN/gVSS/h,短程反硝化污泥活性快速恢复。
所述的权利要求(2)中,通过在缺氧搅拌阶段进行排泥,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器污泥龄SRT为20天;
所述的权利要求(2)中,每2~3天对第1级颗粒污泥筛网截留的大颗粒污泥进行回收与人工破碎,使颗粒污泥粒径≤2.0mm后重新投加入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器;定期对第2级颗粒污泥筛网截留的颗粒污泥进行回收,并重新投加入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器。
上述实验结果表明:装置在连续稳定运行后,平均比NO3 --N还原速率≥30mgN/gVSS/h,NO3 --N转化为NO2 --N的转化率≥70%,后期可以为厌氧氨氧化反应提供底物NO2 --N。
以上对本发明所提供的低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的装置与方法,进行了详细介绍,并且应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想:对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式上均会有改变之处,因此,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.低NO3 --N浓度下短程反硝化颗粒污泥活性恢复与系统快速启动的方法,其特征在于,该方法所用装置包括:含NO3 --N废水箱(1)、缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)、颗粒污泥梯级截留装置(3)、碳源投加装置(4)、特征参数实时控制装置(5)、出水箱(6)和信号控制主机(7);缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)设有进水口(2.1)、搅拌装置(2.2)、曝气装置(2.3)、排水口(2.4)、取样口(2.5)、排泥口(2.6)、碳源补给口(2.7)、自动排水阀(2.8);颗粒污泥梯级截留装置(3)设有第1级颗粒污泥筛网(3.1)、第2级颗粒污泥筛网(3.2)、絮体污泥排泥口(3.3);特征参数实时控制装置(5)设有pH在线监测装置(5.1)、ORP在线监测装置(5.2);
含NO3 --N废水箱(1)通过进水泵(1.1)与缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)进水口(2.1)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)与pH在线监测装置(5.1)和ORP在线监测装置(5.2)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)排水口(2.4)通过自动排水阀(2.8)与出水箱(6)相连;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)排泥口(2.6)与颗粒污泥梯级截留装置(3)相连;碳源投加装置(4)通过碳源投加泵(4.1)与缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器(2)碳源补给口(2.7)相连;此外,搅拌装置(2.2)、碳源投加泵(4.1)、进水泵(1.1)、排水阀(2.8)、曝气泵(2.3)、颗粒污泥梯级截留装置(3)均与信号控制主机(7)相连;第1级颗粒污泥筛网(3.1)孔径为3mm~4.0mm、第2级颗粒污泥筛网(3.2)孔径为1.0mm~2.0mm;
包括以下步骤:
(1)反硝化活性快速恢复:接种反硝化污泥于缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,接种污泥以NO3 --N为基质进行反硝化过程,平均比NO3 --N还原速率为1~10mgN/gVSS/h,接种后污泥浓度为2g/L~5gVSS/L;含NO3 --N废水箱中NO3 --N浓度为15~40mgN/L;缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器每周期运行包括进水、搅拌、沉淀、排水和闲置;每周期开始时,开启进水泵,将含NO3 --N废水泵入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,进水结束时,开启碳源投加泵,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器初始COD与NO3 --N质量浓度比为2.8~4.0;开启搅拌装置,缺氧搅拌60~150min;关闭搅拌装置,沉淀30~60min,结束后将上清液排出,排水比为40%~60%;当出水NO3 --N浓度≤5mg/L时,缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器启动成功;
通过搅拌过程进行排泥,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器污泥龄SRT为10~20天;
(2)短程反硝化快速启动:每周期开始时,开启进水泵,将含NO3 --N废水泵入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器,进水结束时,开启碳源投加泵,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器进水结束后COD与NO3 --N质量浓度比为2.8~4.0;开启搅拌装置,缺氧搅拌75~180min;在搅拌结束前15~30min开启曝气装置,控制DO为0.2~0.5mg/L;停止搅拌和曝气,沉淀30~60min,将上清液排出,排水比为40%~60%;当出水NO3 --N浓度≤5mg/L,NO3 --N转化为NO2 --N的转化率≥60%,平均比NO3 --N还原速率≥30mgN/gVSS/h,短程反硝化污泥活性快速恢复;
通过在缺氧搅拌阶段进行排泥,控制缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器污泥龄SRT为10~20天。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,每2~3天对第1级颗粒污泥筛网截留的大颗粒污泥进行回收与人工破碎,使颗粒污泥粒径≤2.0mm后重新投加入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器;定期对第2级颗粒污泥筛网截留的颗粒污泥进行回收,并重新投加入缺氧/好氧交替序批式短程反硝化反应器。
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