CN113697952A - 一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置和方法 - Google Patents

一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置和方法属于污水生物处理领域。(1)进水为城市污水，以厌氧/好氧运行；(2)硝化菌淘洗阶段。控制较低的曝气量和较短的好氧反应时间，抑制硝化菌的增长。同时，控制较短的污泥龄淘洗硝化菌。(3)氨氧化菌富集，短程硝化启动以及颗粒污泥形成阶段。延长污泥龄和好氧反应时间，增大曝气量，降低进水C/N，实现短程硝化的启动，低温不利环境下，微生物分泌大量的胞外聚合物促使污泥颗粒化的形成。(4)颗粒污泥短程硝化系统的稳定运行阶段。(5)以厌氧/好氧运行，实现碳磷同步去除。该发明可以快速在低温下实现短程硝化，操作简单，为厌氧氨氧化应用提供稳定的亚硝酸盐。

Description

一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的 装置和方法
技术领域
本发明涉及一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置和方法，属于污水生物处理技术领域
背景技术
目前，随着城镇化进程的加快以及工农业飞速发展，大量含有氮、磷等营养物质的污废水排放进入自然水体。水中氮素过多，主要有三点危害：1、危害水生生物生存，2、大量消耗水体中的氧气，引起水体氧气衰竭，3、引起水体富营养化。因此，污水脱氮势在必行！而相比于物理、化学方法脱氮，生物脱氮更加有效和经济。目前，全程硝化反硝化生物脱氮应用于绝大多数的污水处理厂中，但该过程存在曝气能耗大、药剂投加量大等限制和不足。不能满足节能高效、脱氮效率高等要求，寻求一种新的高效脱氮工艺迫在眉睫。而通过以亚硝为底物而进行的短程硝化脱氮，具有节省曝气能耗和减少碳源投加的潜能，得到了广泛的关注。
目前，实现短程硝化脱氮的方法主要可以分为两大类：1、直接选择性的抑制NOB。2、先同时淘洗/抑制AOB和NOB，再选择性的富集AOB。对于第一类实现短程硝化的方法，主要有以下几种：高温、短污泥龄、高FA、高FNA、低DO以及实时控制。但是这些方法都有其自身的限制和不足：1、实现短程硝化的时间较长，2、很难确定最佳的控制条件，3、在长期的抑制过程中，会出现NOB抑制不彻底、导致NOB适应不良环境从而发生短程硝化再次被破坏的现象。而相比于第一类实现短程硝化的方法，第二类实现短程硝化的方法操作简便，容易控制，不需要精确的控制条件。而且由于AOB和NOB同时受到淘洗和抑制，NOB将长期处于没有亚硝底物的环境中而大幅度衰减。一旦短程硝化实现，出现再次破坏的几率较小。
温度作为一个重要的运行参数，在AOB和NOB的竞争过程中起到很大的作用。众多文献表明，提高温度不仅会增加AOB的生长速率，而且还会加大AOB和NOB的比生长速率的差距。然而随着温度的降低，AOB和NOB的比生长速率的差距逐渐变小。当温度低于15℃时，AOB的生长速率要低于NOB的生长速率。这大大增强了低温下实现短程硝化的难度。目前，大部分对于短程硝化的研究都是集中在高温条件下进行的。而实际污水处理厂大部分时间处于低温和常温的状态，考虑将实际污水处理厂进水升高到高温非常不现实。如果能在低温下实现较高的亚硝积累和较强的微生物活性，这将会扩大短程硝化脱氮的应用范围，特别是应用在处理北方寒冷地区污水方面。因此，研究低温条件下短程硝化的启动具有很大的研究意义。
发明内容
本发明提供一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置和方法，属于污水生物处理技术，其包括以下内容：
所应用的装置包括城市污水原水桶(1)、水浴SBR反应器(2)、反应器出水桶(3)、制冷仪器(4)、进水泵(5)、排泥泵(6)、排泥桶(7)。SBR反应器的装置有：曝气头(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气泵(2.3)、水质在线检测仪WTW(2.4)、水浴夹层(2.5)、pH探头(2.6)、DO探头(2.7)、及搅拌器(2.8)；反应器运行方式如下：城市污水桶(1)中的城市污水通过进水泵(5)进入SBR反应器(2)内，溶解氧通过曝气泵(2.3)向水浴SBR反应器(2)内提供氧气，曝气量通过气体流量计(2.2)控制，出水进入反应器出水桶(3)。在反应器运行过程中，水浴SBR反应器(2)内的温度通过制冷仪器(4)控制水浴夹层(2.5)内水的温度，从而实现水浴SBR反应器(2)内的恒温。
阶段一，硝化菌淘洗阶段，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水，闲置；具体步骤如下：
反应器的启动：所需种泥为市政污水处理厂活性污泥，注入水浴SBR反应器(2)，接种污泥浓度为1900-2300mg/L。反应器进水为实际生活污水，进水C/N为2-4。SBR反应器每天运行4个周期，每个周期6h，排水比为70％。具体运行方式如下：首先启动制冷仪器(4)将水浴夹层(2.5)中的水温控制在14-16℃。原水桶(1)中的进水通过进水泵(5)进入水浴SBR反应器内(2)，同时开启搅拌器(2.8)进行厌氧搅拌3h；厌氧搅拌结束后，开启曝气泵(2.3)，进行好氧曝气，通过WTW(2.4)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，好氧阶段维持DO范围为0.1-1.0mg/L，好氧曝气时间为1h。好氧曝气阶段结束时，打开排泥泵(6)，从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(7)内，污泥龄控制为12天。接下来是50min的沉淀、10min的排水和1h的闲置。通过这样的运行方式运行一个月以上且维持反应器出水氨氮NH4 +-N去除率小于10％，出水亚硝NO2 --N和硝氮NO3 --N及总磷TP小于1mg/L，进入阶段二。
阶段二，氨氧化菌富集，短程硝化启动以及颗粒污泥形成阶段。具体操作步骤如下：
水浴SBR反应器(2)以厌氧/好氧运行，每天运行1-3个周期，排水比为70％。运行过程中，通过制冷仪器(4)控制水浴夹层(2.5)中的水温，使水浴SBR反应器(2)内的水温控制在14-16℃。
反应器进入C/N为2-4的城市生活污水。原水桶(1)中的进水通过进水泵(5)进入水浴SBR反应器内(2)，同时开启搅拌器(2.8)进行厌氧搅拌，厌氧反应时间控制在2h；厌氧搅拌结束后，开启曝气泵(2.3)进行好氧曝气，通过WTW(2.4)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，在好氧阶段维持DO范围为0.1-4.0mg/L，好氧曝气时间为3-8h。好氧曝气阶段结束时，打开排泥泵(6)，从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(7)内，污泥龄控制在25-40天。接下来是50min的沉淀、10min的排水和1h的闲置。通过这样的方式运行30天以上且亚硝积累率稳定维持在90％以上，认为氨氧化菌富集成功，系统短程硝化启动成功。
阶段三，颗粒污泥短程硝化系统的稳定运行阶段，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水，闲置；进水为实际生活污水。具体步骤如下：
首先启动制冷仪器(4)将水浴夹层(2.5)中的水温控制在14-16℃。原水桶(1)中的进水通过进水泵(5)进入水浴SBR反应器内(2)，同时开启搅拌器(2.8)进行厌氧搅拌2h；厌氧搅拌结束后，开启曝气泵(2.3)，进行好氧曝气，通过WTW(2.4)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，在好氧阶段维持DO范围为0.1-1.0mg/L，好氧曝气时间为6-8h。好氧曝气阶段结束时，打开排泥泵(6)，从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(7)内，污泥龄控制为40天。接下来是40min的沉淀和10min的排水。
附图说明
图1是低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置示意图，图1中的制冷仪器用于实验过程中实现低温所用。
图1所用的反应装置包括：城市污水原水桶(1)、水浴SBR反应器(2)、反应器出水桶(3)、制冷仪器(4)、进水泵(5)。SBR反应器的装置有：曝气头(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气泵(2.3)、水质在线检测仪WTW(2.4)、水浴夹层(2.5)、pH探头(2.6)、DO探头(2.7)及搅拌器(2.8)。
具体实施方式
如图1所示，一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的工艺，所用的装置包括城市污水原水桶(1)、水浴SBR反应器(2)、反应器出水桶(3)、制冷仪器(4)、进水泵(5)、排泥泵(6)、排泥桶(7)。SBR反应器的装置有：曝气头(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气泵(2.3)、水质在线检测仪WTW(2.4)、水浴夹层(2.5)、pH探头(2.6)、DO探头(2.7)、及搅拌器(2.8)。主要运行方式如下：城市污水桶(1)中的城市污水通过进水泵(5)进入到SBR反应器(2)内，溶解氧通过曝气泵(2.3)向水浴SBR反应器(2)内提供氧气，曝气量通过气体流量计(2.2)控制，出水进入反应器出水桶(3)。在反应器运行过程中，水浴SBR反应器(2)内的温度通过制冷仪器(4)控制水浴夹层(2.5)内水的温度，从而实现水浴SBR反应器(2)内的恒定低温。
具体实例中使用城市污水取自北京市某家属区化粪池，其中COD为150-300mg/L，NH4 +-N的浓度为60-80mg/L，PO4 3--P的浓度为4.0-8.0mg/L，其中COD/TIN为2-4，所需种泥为北京市某市政污水处理厂传统活性污泥，注入水浴SBR反应器(2)。
具体操作如下：
水浴SBR反应器(2)运行方式为厌氧/好氧运行模式，水浴SBR反应器(2)内的水温为14-16℃。反应器运行阶段控制排水比为70％。
阶段一为硝化菌淘洗阶段，厌氧搅拌时间为3h，好氧搅拌时间为1h，污泥龄控制为12天。在好氧阶段氨氮的降解量小于10mg/L，出水氨氮浓度在60-70mg/L，出水有机物浓度在70-100mg/L，有机物去除率大于50％，出水磷浓度在0.3-0.4mg/L，去除率大于90％。好氧阶段溶解氧浓度在0.1-1mg/L，运行时间为20天。
阶段二为氨氧化菌富集，短程硝化启动以及颗粒污泥形成阶段。反应器进入城市生活污水(Day21-40，进水C/N为3.63±0.67；Day41-55，进水C/N为1.16±0.12；Day56-86，进水C/N为2.74±0.41)。厌氧搅拌时间为2h，好氧搅拌时间为3-10h，污泥龄为25-40d。好氧阶段溶解氧为0.1-4mg/L。在Day56-86，出水氨氮浓度在5-10mg/L，有机物浓度为40-60mg/L，COD去除率为70-90％，出水亚硝NO2 --N积累率大于90％，出水NO3 --N浓度及总磷TP在1mg/L以下。稳定运行30d以上，氨氧化菌富集成功，硝化活性恢复，实现城市污水短程硝化。
阶段三颗粒污泥短程硝化系统的稳定运行阶段，反应器进入C/N为2.84±0.51的生活污水，厌氧搅拌时间为2h，好氧搅拌时间为6-8h，好氧阶段溶解氧为0.1-1mg/L，污泥龄控制为40d。阶段三出水氨氮浓度在3-5mg/L，有机物浓度为40-60mg/L，有机物去除率为80-90％，出水亚硝积累率高于90％，硝氮和TP浓度小于1mg/L以下。通过控制低溶解氧和出水剩余氨氮的方式实现短程硝化的长期稳定运行。
以上是本发明的具体实例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种在低温下启动与稳定运行城市污水颗粒污泥短程硝化的装置，其特征在于：
包括城市污水原水桶(1)、水浴SBR反应器(2)、反应器出水桶(3)、制冷仪器(4)、进水泵(5)、排泥泵(6)、排泥桶(7)；SBR反应器的装置有：曝气头(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气泵(2.3)、水质在线检测仪WTW(2.4)、水浴夹层(2.5)、pH探头(2.6)、DO探头(2.7)、及搅拌器(2.8)；水浴SBR反应器(2)运行方式如下：城市污水桶(1)中的城市污水通过进水泵(5)进入SBR反应器(2)内，溶解氧通过曝气泵(2.3)向水浴SBR反应器(2)内提供氧气，曝气量通过气体流量计(2.2)控制，出水进入反应器出水桶(3)；在反应器运行过程中，水浴SBR反应器(2)内的温度通过制冷仪器(4)控制水浴夹层(2.5)内水的温度，从而实现水浴SBR反应器(2)内的恒温。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：
阶段一，硝化菌淘洗阶段，每个周期包括进水，厌氧搅拌，曝气搅拌，沉淀，排水，闲置；具体步骤如下：
水浴SBR反应器(2)的启动：所需种泥为市政污水处理厂活性污泥，注入水浴SBR反应器(2)，接种污泥浓度为1900-2300mg/L；反应器进水为实际生活污水，进水C/N为2-4；SBR反应器每天运行4个周期，每个周期6h，排水比为70％；具体运行方式如下：首先启动制冷仪器(4)将水浴夹层(2.5)中的水温控制在14-16℃；原水桶(1)中的进水通过进水泵(5)进入水浴SBR反应器内(2)，同时开启搅拌器(2.8)进行厌氧搅拌3h；厌氧搅拌结束后，开启曝气泵(2.3)，进行好氧曝气，通过WTW(2.4)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，好氧阶段维持DO范围为0.1-1.0mg/L，好氧曝气时间为1h；好氧曝气阶段结束时，打开排泥泵(6)，从水浴SBR反应器(2)中进行排泥至排泥桶(7)内，污泥龄控制为12天；接下来是50min的沉淀、10min的排水和1h的闲置；通过这样的运行方式运行一个月以上且维持出水氨氮NH4 +-N去除率小于10％，出水亚硝NO2 --N和硝氮NO3 --N及总磷TP小于1mg/L，进入阶段二；
阶段二，氨氧化菌富集，短程硝化启动以及颗粒污泥形成阶段；具体操作步骤如下：
水浴SBR反应器(2)以厌氧/好氧运行，每天运行1-3个周期，排水比为70％；运行过程中，通过制冷仪器(4)控制水浴夹层(2.5)中的水温，使水浴SBR反应器(2)内的水温控制在14-16℃；
进C/N为2-4的城市生活污水；原水桶(1)中的进水通过进水泵(5)进入水浴SBR反应器内(2)，同时开启搅拌器(2.8)进行厌氧搅拌，厌氧反应时间控制在2h；厌氧搅拌结束后，开启曝气泵(2.3)进行好氧曝气，通过WTW(2.4)的DO探头(2.7)实时在线监测DO，在好氧阶段维持DO范围为0.1-4.0mg/L，好氧曝气时间为3-8h；好氧曝气阶段结束时，打开排泥泵(6)，从反应器(2)中进行排泥至排泥桶(7)内，污泥龄控制在25-40天；接下来是50min的沉淀、10min的排水和1h的闲置；通过这样的方式运行30天以上且亚硝积累率稳定维持在90％以上，认为氨氧化菌富集成功，系统短程硝化启动成功。
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