CN113697948A - 两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的装置与方法属于污水生物处理领域。本发明设置两段气体提升的升流式气液循环反应器,以含有硝酸盐氮的废水为反应器进水,通过优化气体提升的运行方式,强化颗粒污泥的亚硝酸盐积累效率,为厌氧氨氧化提供基质亚硝酸盐氮。通过设置两段式反应区,提高内部气液混合和固液混合效果,强化微生物对基质的传递和转化效率,减少有机碳源投加量,建立稳定的颗粒污泥系统,提高亚硝酸盐氮产生负荷,为短程反硝化与厌氧氨氧化技术耦合提供了重要条件和运行方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种产亚硝酸盐型短程反硝化颗粒污泥快速培养的装置与方法,属于污水生物处理领域。
背景技术
上世纪90年代发现的厌氧氨氧化工艺,其可以将NH4 +和NO2 -在厌氧条件下转化为氮气,相比传统的硝化反硝化工艺具有很大的优势,如无需碳源,节省曝气量,污泥产率低,氮素去除效率高等,是迄今为止最经济高效的污水脱氮工艺。因此厌氧氨氧化工艺是实现我国污水处理厂节能降耗的重要技术手段。然而,当前厌氧氨氧化工艺广泛应用于高NH4 +废水的处理,而低NH4 +城市污水很少涉及,其主要瓶颈在于短程硝化难以稳定实现。
另一方面,NO3 -是氮素污染的主要组成部分之一,其主要来源于工农业生产(如金属洗涤过程,化肥过量使用)二级出水(进水碳源不足导致)。另外,厌氧氨氧化工艺在反应过程会产生少量的NO3 -,其当前应用于高NH4 +废水处理时出水常常伴随较高浓度的NO3 -。针对上述NO3 -废水的处理,采用传统的完全反硝化工艺虽然可以实现很好的氮素去除,但需要投加大量的外碳源,并且产生大量的活性污泥。此外,如果碳源量投加不当,还会导致出水含有过量的COD。因此,经济高效处理上述含NO3 -废水是一项值得深思的问题,基于短程反硝化(NO3 -→NO2 -)的厌氧氨氧化脱氮工艺是最佳的选择。
所谓的短程反硝化是指将NO3 -的还原过程控制到以NO2 -为终产物,其可以通过外在因素的诱导和反硝化污泥的筛选来实现。本课题组在前期试验中,分别通过上述两种途径实现了高NO2 -积累的短程反硝化(NO3 -到NO2 -的转化率大于70%),并且在长期运行中证明这种高NO2 -积累特性能稳定维持。因此,本课题基于短程反硝化和厌氧氨氧化技术,从工艺的开发、优化调控、微生物种群结构变化等方面研究了短程反硝化联合厌氧氨氧化技术处理NO3 -废水和低碳比生活污水的可行性。从而为经济高效的处理上述废水提供一种新的途径。
颗粒污泥是在一定环境条件下通过细胞间的自固定过程,形成的结构密实、外形规则的生物聚集体。相对于结构松散、无规则外形的絮体污泥,颗粒污泥一般具有以下优点:1)沉降速度快,泥水分离好;2)生物量大,容积去除负荷高;3)耐进水负荷及环境冲击。当前,关于颗粒污泥技术的研究主要聚集于好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥,研究者对其快速形成方法、颗粒特性、影响因素及污染物去除性能等方面做了大量研究。而缺氧的反硝化颗粒形成很少涉及,尤其是高NO2 -积累的短程反硝化过程。因此,本章考察了短程反硝化颗粒污泥的形成过程、颗粒特性及NO2 -产生特性,从而为今后联合厌氧氨氧化工艺处理NO3 -废水提供技术支撑。
发明内容
本发明提出了一种产亚硝酸盐型短程反硝化颗粒污泥快速培养的装置与方法,具体是向升流式短程反硝化反应器接种具有亚硝酸盐积累特性的反硝化污泥,硝酸盐废水箱中含硝酸盐废水与碳源连续泵入升流式短程反硝化反应器,通过控制外循环泵将沉淀区收集气体自底部向上循环,内部气体自下而上强化污泥流化效果,反应器上部沉淀区沉淀的污泥和上浮的颗粒污泥均流入颗粒回收装置,并控制进水COD/NO3 --N,最终强化颗粒污泥形成与亚硝酸盐产生。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
1、两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的装置,其特征在于,包括硝酸盐废水箱(1)、升流式短程反硝化反应器(2)、碳源投加装置(3);升流式短程反硝化反应器(2)包括进水口(2.1)、进水泵(2.2)、布水器(2.3)、第一反应区(2.4)、第一三相分离器(2.5)、第一气体提升管(2.6)、第二反应区(2.7)、第二三相分离器(2.8)、第二气体提升管(2.9)、第一内回流管(2.10)、第二内回流管(2.11)、气体外循环管(2.12)、排水阀(2.13)、排泥阀(2.14)、气体外循环泵(2.15);碳源投加装置(3)包括碳源储存箱(3.1)、碳源投加泵(3.2);碳源储存箱(3.1)通过碳源投加泵(3.2)与进水口(2.1)相连;硝酸盐废水箱(1)通过第一蠕动泵与升流式短程反硝化反应器进水口(2.1)相连,进水通过布水器(2.3)自下而上进入第一反应区(2.4),第一气体提升管(2.6)由第一反应区(2.4)与第二反应区(2.7)相通;第一三相分离器(2.5)与第二气体提升管(2.9)相连,通向第二三相分离器(2.8);第一内回流管(2.11)与第二内回流管(2.12)中混合液分别自上向下回流到升流式短程反硝化反应器底部和第一反应区底部;气体外循环管(2.13)通过外循环泵(2.15)将第二三相分离器(2.8)收集气体自升流式短程反硝化反应器底部向上循环。
2、两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的方法,其特征在于,利用权利要求1中所述装置,包括以下步骤:
向升流式短程反硝化反应器接种具有亚硝酸盐积累特性的反硝化污泥,接种后污泥浓度为2.0~4.0gVSS/L;接种的反硝化污泥将硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化效率≥70%;
硝酸盐废水箱中含硝酸盐废水连续泵入升流式短程反硝化反应器,废水中硝酸盐氮(NO3 --N)浓度为50~150mgN/L;碳源储存箱中的有机物通过碳源投加泵同时从底部进入反应器,控制进水后COD/NO3 --N为2.5~3.5;反应器进水氮负荷为1.0~5.0kgN/(m3·d);开启第一内回流泵和第二内回流泵,流量与进水流量比分别为50%~100%和20%~50%;开启气体外循环泵,流量与进水流量比20%~40%
当出水硝酸盐氮浓度高于5mg/L时,提高COD/NO3 --N或减小进水氮负荷,当出水硝酸盐氮浓度低于5mg/L,硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化效率低于70%时,降低COD/NO3 --N或增加进水氮负荷;当出水硝酸盐氮浓度低于5mg/L,硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化效率低于70%,污泥粒径不小于2.0mm的颗粒污泥占全部污泥质量比例高于20%时,系统启动成功。
本发明提供的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法,具有以下优势和特点:
(1)通过内部气体自循环与外部循环,联合强化污泥流化效果,提高水力剪切力,促进颗粒污泥形成与稳定化;
(2)形成短程反硝化颗粒污泥具有沉降速度快、泥水分离好、生物量大、容积去除负荷高,并在处理工业含高浓度硝酸盐废水时,具有较高的耐进水负荷及环境冲击能力;
(3)为联合厌氧氨氧化技术处理NO3 -废水和低碳比生活污水提供了新的思路和方法,有利于菌群的持留与富集,从而促进工艺的稳定运行与高效脱氮;
(4)充分利用气体循环产生的上升流速,降低反应器运行的能耗和运行操作复杂程度,控制简单。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
1——硝酸盐废水箱,2——升流式短程反硝化反应器,3——碳源投加装置,2.1——进水口、2.2——进水泵、2.3——布水器、2.4——第一反应区、2.5——第一三相分离器、2.6——第一气体提升管、2.7——第二反应区,2.8——第二三相分离器,2.9——第二气体提升管,2.10——第一内回流管,2.11——第二内回流管,2.12——气体外循环管,2.13——排水阀,2.14——排泥阀,2.15——气体外循环泵,3——碳源投加装置,3.1——碳源储存箱,3.2——碳源投加泵。
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的说明。
1、两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的装置,包括硝酸盐废水箱(1)、升流式短程反硝化反应器(2)、碳源投加装置(3);升流式短程反硝化反应器(2)包括进水口(2.1)、进水泵(2.2)、布水器(2.3)、第一反应区(2.4)、第一三相分离器(2.5)、第一气体提升管(2.6)、第二反应区(2.7)、第二三相分离器(2.8)、第二气体提升管(2.9)、第一内回流管(2.10)、第二内回流管(2.11)、气体外循环管(2.12)、排水阀(2.13)、排泥阀(2.14)、气体外循环泵(2.15);碳源投加装置(3)包括碳源储存箱(3.1)、碳源投加泵(3.2);碳源储存箱(3.1)通过碳源投加泵(3.2)与进水口(2.1)相连;硝酸盐废水箱(1)通过第一蠕动泵与升流式短程反硝化反应器进水口(2.1)相连,进水通过布水器(2.3)自下而上进入第一反应区(2.4),第一气体提升管(2.6)由第一反应区(2.4)与第二反应区(2.7)相通;第一三相分离器(2.5)与第二气体提升管(2.9)相连,通向第二三相分离器(2.8);第一内回流管(2.11)与第二内回流管(2.12)中混合液分别自上向下回流到升流式短程反硝化反应器底部和第一反应区底部;气体外循环管(2.13)通过外循环泵(2.15)将第二三相分离器(2.8)收集气体自升流式短程反硝化反应器底部向上循环。
2、利用上述装置,两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的方法包括以下步骤:
向升流式短程反硝化反应器接种具有亚硝酸盐积累特性的反硝化污泥,接种后污泥浓度为3.0gVSS/L;接种的反硝化污泥将硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化效率为80%;
硝酸盐废水箱中含硝酸盐废水连续泵入升流式短程反硝化反应器,废水中硝酸盐氮(NO3 --N)浓度为60mgN/L;碳源储存箱中的有机物通过碳源投加泵同时从底部进入反应器,控制进水后COD/NO3 --N为3.0;反应器进水氮负荷为1.44kgN/(m3·d);开启第一内回流泵和第二内回流泵,流量与进水流量比分别为50%和30%;开启气体外循环泵,流量与进水流量比25%。
当出水硝酸盐氮浓度高于5mg/L时,提高COD/NO3 --N或减小进水氮负荷,当出水硝酸盐氮浓度低于5mg/L,硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化效率低于70%时,降低COD/NO3 --N或增加进水氮负荷;当出水硝酸盐氮浓度低于5mg/L,硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化效率低于70%,污泥粒径不小于2.0mm的颗粒污泥占全部污泥质量比例高于20%时,系统启动成功。
连续试验结果表明,以含硝酸盐废水为处理对象,当平均进水NO3 --N浓度为60mg/L,COD/NO3 --N为3.0,运行120天,平均出水硝酸盐氮浓度为4.2mg/L,硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化效率达到82%,污泥粒径不小于2.0mm的颗粒污泥占全部污泥质量比例达到32%,系统能够实现稳定产生亚硝酸盐氮。
Claims (2)
1.两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的装置,其特征在于,包括硝酸盐废水箱(1)、升流式短程反硝化反应器(2)、碳源投加装置(3);升流式短程反硝化反应器(2)包括进水口(2.1)、进水泵(2.2)、布水器(2.3)、第一反应区(2.4)、第一三相分离器(2.5)、第一气体提升管(2.6)、第二反应区(2.7)、第二三相分离器(2.8)、第二气体提升管(2.9)、第一内回流管(2.10)、第二内回流管(2.11)、气体外循环管(2.12)、排水阀(2.13)、排泥阀(2.14)、气体外循环泵(2.15);碳源投加装置(3)包括碳源储存箱(3.1)、碳源投加泵(3.2);碳源储存箱(3.1)通过碳源投加泵(3.2)与进水口(2.1)相连;硝酸盐废水箱(1)通过第一蠕动泵与升流式短程反硝化反应器进水口(2.1)相连,进水通过布水器(2.3)自下而上进入第一反应区(2.4),第一气体提升管(2.6)由第一反应区(2.4)与第二反应区(2.7)相通;第一三相分离器(2.5)与第二气体提升管(2.9)相连,通向第二三相分离器(2.8);第一内回流管(2.11)与第二内回流管(2.12)中混合液分别自上向下回流到升流式短程反硝化反应器底部和第一反应区底部;气体外循环管(2.13)通过外循环泵(2.15)将第二三相分离器(2.8)收集气体自升流式短程反硝化反应器底部向上循环。
2.应用如权利要求1所述装置的方法,其特征在于,包括以下步骤:
向升流式短程反硝化反应器接种具有亚硝酸盐积累特性的反硝化污泥,接种后污泥浓度为2.0~4.0gVSS/L;接种的反硝化污泥将硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化效率≥70%;
硝酸盐废水箱中含硝酸盐废水连续泵入升流式短程反硝化反应器,废水中硝酸盐氮(NO3 --N)质量浓度为50~150mgN/L;碳源储存箱中的有机物通过碳源投加泵进入反应器,控制进水后化学需氧量(COD)质量浓度与NO3 --N质量浓度之比即COD/NO3 --N为2.0~4.0;反应器进水氮负荷为1.0~5.0kgN/(m3·d);开启第一内回流泵和第二内回流泵,流量与进水流量比分别为50%~100%和20%~50%;开启气体外循环泵,流量与进水流量比20%~40%;
当废水中被还原硝酸盐氮占原水硝酸盐氮的质量百分比<90%时,提高COD/NO3 --N,直至COD/NO3 --N=4.0;当废水中被还原硝酸盐氮占原水硝酸盐氮的质量百分比>90%,且硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化效率<70%时,降低COD/NO3 --N直至COD/NO3 --N=2.0;当废水中被还原硝酸盐氮占原水硝酸盐氮的质量百分比≤90%,且硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化效率≥70%,并且污泥粒径不小于1.0mm的颗粒污泥占全部污泥质量比例高于20%时,系统启动成功。
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CN202110949002.5A CN113697948A (zh) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | 两段式气体提升与气液循环强化产亚硝酸盐型颗粒污泥培养的装置与方法 |
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CN104671406A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-06-03 | 清华大学 | 一种气体自循环强化短程反硝化颗粒污泥培养的方法 |
CN111333185A (zh) * | 2020-02-29 | 2020-06-26 | 北京工业大学 | 基于脉冲气混式短程反硝化/厌氧氨氧化颗粒污泥系统的城市污水深度脱氮装置和方法 |
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2021
- 2021-08-18 CN CN202110949002.5A patent/CN113697948A/zh active Pending
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CN104671406A (zh) * | 2015-02-15 | 2015-06-03 | 清华大学 | 一种气体自循环强化短程反硝化颗粒污泥培养的方法 |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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毛佩玥等: "短程反硝化的启动及多参数优化下NO2—-N积累特性", 《中国环境科学》 * |
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