CN114956333A - 一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统与方法属于污水生物处理领域。稳定的短程硝化是厌氧氨氧化工艺应用的关键。本发明系统包括进水装置、序批式反应器(SBR)装置和排水装置。SBR可通过调节好氧时间、污泥龄、出水剩余氨氮实现部分短程硝化。在厌氧段实现短程反硝化，在好氧段实现部分短程硝化为后续实现厌氧氨氧化提供底物。在实现短程硝化的基础上，延长好氧时间、并对污泥饥饿处理，从而实现污泥颗粒化的形成，有助于部分短程硝化的实现和长期稳定，进而推动厌氧氨氧化工艺的应用。

Description

一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统与方法
技术领域
本发明涉及一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统与方法，属于污水生物处理领域。
背景技术
水体富营养化问题是当今世界面临的主要水污染问题之一，而氮、磷的过量排放是引起水体富营养化的主要因素。目前我国水体富营养化问题依然严峻，为此我国颁布了更加严格的污水排放标准。其中于城镇污水厂一级A排放标准规定城镇污水厂出水氨氮小于5mg/L，TN小于15mg/L，TP小于0.5mg/L。随着氮磷排放标准的日益严格，传统脱氮除磷工艺的不足逐渐凸显。传统脱氮除磷工艺中，生物脱氮和除磷均需要消耗有机物。但我国城市污水有机物浓度普遍偏低，碳源不足导致氮磷出水难以同时达标。为满足出水达标，常需投加外源有机物和化学除磷药剂，增加了运行费用，造成水体二次污染。
厌氧氨氧化(Anerobic Ammonia Oxidation,ANAMMOX)工艺，是一种新型废水生物脱氮工艺。与传统硝化/反硝化生物脱氮工艺相比，短程硝化-厌氧氨氧化(PartitialNitrification/Anammox,PN/A)工艺具有曝气需求小、节省碳源、剩余污泥产量少等明显优势。但短程硝化菌、厌氧氨氧化菌作为自养菌，生长速率缓慢易流失，有效富集和持留短程硝化菌和厌氧氨氧化菌是PN/A工艺推广的重要前提。因此，短程硝化过程中亚硝态氮的稳定供给是厌氧氨氧化工艺应用的主要瓶颈，尤其在主流城市污水领域。在此基础上，有望实现城市污水同步深度脱氮除磷。
发明内容
本发明所提供的技术问题是一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统与方法，旨在解决目前城市污水短程硝化难以稳定维持的问题。以全程硝化工艺为研究对象，在生物强化除磷的基础上，通过调节参数实现稳定的短程硝化颗粒污泥。其特征包括以下内容：
一种快速实现短程硝化部分短程硝化污泥颗粒化的装置，其特征在于，包括进水装置、SBR装置和排水装置三个部分。原水由进水箱(1)经进水泵(2)进入SBR(3)，通过搅拌器(3.1)进行搅拌，曝气由鼓风机(5)和流量计(4)控制，溶解氧控制在1-2mg/L以下。反应器通过加热棒(7)进行加热，温度控制在24-26℃，其中，PLC系统(11)由实时氨氮在线监测探头(8)、硝态氮在线监测探头(9)、控制继电器(10)组成。氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(8)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(9)反馈给PLC系统(11)，经PLC系统(11)处理后将控制信号传送给控制继电器(10)控制曝气时间。曝气结束后进行30min沉淀后进行排水操作，筛选完成上清液从第三排水阀门(3.5)排出。
本发明所述一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的方法，包括以下步骤：
1)接种污泥：SBR(3)接种污泥来自于粒径小于100μm的全程硝化絮体污泥；接种后，SBR中的污泥浓度在2200-2600mg/L。
2)温度控制在24-26℃的条件下运行SBR，SBR每天运行4个周期，每个周期为6h；具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌60min，聚磷菌(PAOs)菌分解体内的多聚磷酸盐颗粒生成正磷酸盐释放到溶液中，利用产生的ATP将溶液中的可挥发性脂肪酸合成聚羟基烷酸酯(Poly－hydroxyalkanoates,PHAs)贮存于体内；接着开启曝气泵(5)，进行60min的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1-2mg/L，此时聚磷菌(PAOs)则利用O2作为电子受体，分解PHAs作为碳源和能源，供细胞生长并过量地吸收溶液中的正磷酸盐，再次合成多聚磷酸盐颗粒。此时，聚磷菌消耗水中的易降解有机物；经30min的沉淀后，通过第三排水阀(3.5)排水10min，其余时间闲置；当SBR进出水氨氮下降持续低于2mg/L，并且表现出的硝化活性低于0.5kgN/(gVSS·h)、磷酸盐去除率高于99％时，系统主要以生物强化除磷为主，聚磷菌优先利用底物氧气，而硝化菌在竞争中处于劣势，从而导致其活性大幅度下降。此时被认为是生物强化除磷系统成功启动。
3)生物强化除磷系统启动后，继续运行SBR；SBR每天运行4个周期，每个周期为6h；具体为：原水桶(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌120min；接着开启曝气泵(5)，进行120-180min的好氧段，通过气体流量计(4)将DO控制在1-2mg/L；接下来是30min的沉淀，通过第三排水阀(3.5)排水10min，其余时间闲置；当SBR出水亚硝态氮与氨氮浓度比值处于1.2-1.4且亚硝积累率大于95％时，被认为部分短程硝化成功启动。在进行这一阶段10d后，将污泥置于5℃的冰箱中饥饿处理30d，处理完毕后再继续按照厌氧搅拌120min，好氧曝气180min的方式运行，运行20d后，此时SBR中污泥的粒径能达到200μm，被认为污泥颗粒化已形成。
附图说明
图1为一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统与方法结构示意图。
图1中：1为进水箱，2为进水泵，3为部分短程硝化SBR，4为流量计，5为鼓风机，6为排水箱，7为加热棒，8为氨氮在线检测探头，9为硝氮在线检测探头，10为控制继电器，11为PLC系统。3.1为搅拌器，3.2为曝气盘，3.3为进水阀，3.4放空阀，3.5为第一排水阀。
图2为系统中磷酸盐变化图。
图3为系统中氨氮、亚硝态氮、硝态氮变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施详细说明本发明的实施方案。
原水由进水箱(1)经进水泵(2)进入SBR(3)，通过搅拌器(3.1)进行搅拌，曝气由鼓风机(5)和流量计(4)控制，溶解氧控制在1-2mg/L。反应器通过加热棒(7)进行加热，温度控制在24-26℃。PLC系统(11)由实时氨氮在线监测探头(8)、硝态氮在线监测探头(9)、控制继电器(10)组成。氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(8)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(9)反馈给PLC系统(11)，经PLC系统(11)处理后将控制信号传送给控制继电器(10)控制曝气时间。曝气结束后进行30min沉淀后进行排水操作，筛选完成上清液从第三排水阀(3.5)排出。
本专利适用于城市污水的处理，进水水质如下：平均COD浓度为120-270mg/L，氨氮浓度为30.5-78.4mg/L，亚硝态氮浓度低于1mg/L，硝态氮浓度低于2mg/L,磷酸盐浓度为2.7-7.3mg/L。实验系统如图1所示，部分短程硝化SBR采用有机玻璃制作，部分短程硝化SBR有效体积为10L。
具体运行操作如下：
1)接种污泥：SBR(3)接种污泥来自于粒径小于100μm的全程硝化絮体污泥；接种后，SBR中的污泥浓度在2200-2600mg/L。
2)控制温度在24-26℃的条件下运行SBR，SBR每天运行4个周期，每个周期为6h。每周期具体运行如下：进水箱(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀门(3.3)进入到SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌120min；接着开启曝气泵(5)，通过流量计(4)将DO控制在1-2mg/L，好氧运行60min，；随后，沉淀30min并通过第三排水阀(3.5)排水10min，其余时间闲置。当SBR进出水氨氮差值持续低于2mg/L，硝化活性低于0.5kgN/gVSS/h且磷酸盐去除率高于99％时，生物强化除磷系统成功启动。
3)生物强化除磷系统启动后，继续运行SBR；SBR每天运行4个周期，每个周期为6h；具体为：进水箱(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌120min；接着开启曝气泵(5)，通过流量计(4)将DO控制在1-2mg/L，好氧运行180min；随后，沉淀30min并通过第三排水阀(3.5)排水10min，其余时间闲置。当SBR出水亚硝与氨氮比值处于1.2-1.4且亚硝积累率大于95％时，被认为部分短程硝化成功启动。在进行这一阶段10d后，将污泥置于5℃的冰箱中饥饿处理30d，处理完毕后再继续按照厌氧搅拌120min，好氧曝气180min的方式运行，运行20d后，SBR中污泥的粒径能达到200μm以上，被认为污泥颗粒化已形成。
稳定条件下，本发明的系统与方法，可实现良好的部分短程硝化效果，如图2、3所示。
此项发明的优势在于：
1)运行操作简单，便于现有工艺改造：本发明装置为SBR，只需控制厌氧和好氧时间，即可完成强化生物除磷和部分短程硝化工艺的启动，便于现有SBR工艺的改造和中小型污水处理厂的建造；2)高效经济，适于推广应用：本发明不借助药剂干预，即可实现氮磷的同步去除，同时污泥颗粒化可提高污泥沉降性能，从而强化功能菌种的持留，提高容积负荷，减少占地面积，适于推广应用；3)便于打造新的生物法污水处理技术：在本发明的基础上，可通过接种或自富集厌氧氨氧化菌构建部分短程硝化-厌氧氨氧化工艺。此外，也可以控制亚硝态氮的生成比例并增设后置缺氧段，强化内源性反硝化，从而实现同步深度脱氮除磷。
以上是本发明的具体实施例，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)

1.一种快速实现部分短程硝化污泥颗粒化的系统，其特征在于：
包括进水装置、SBR和排水装置三个部分；其中进水装置由进水箱(1)、进水泵(2)、进水阀门(3.3)组成；SBR(3)内设有加热棒(7)、底部曝气盘(3.2)经流量计(4)与鼓风机(5)相连；其中SBR(3)通过第三排水阀(3.5)进行排水；
原水由进水箱(1)经进水泵(2)进入SBR(3)，通过搅拌器(3.1)进行搅拌，曝气由鼓风机(5)和流量计(4)控制，通过加热棒(7)进行加热；PLC系统(11)由实时氨氮在线监测探头(8)、硝态氮在线监测探头(9)、控制继电器(10)组成；氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(8)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(9)反馈给PLC系统(11)，经PLC系统(11)处理后将控制信号传送给控制继电器(10)控制曝气时间；曝气结束后进行30min沉淀后进行排水操作，筛选完成上清液从第三排水阀(3.5)排出。
2.应用权利要求1所述系统的方法，其特征在于步骤如下：
1)接种污泥：SBR(3)接种污泥来自于粒径小于100μm的全程硝化絮体污泥；接种后，SBR中的污泥浓度在2200-2600mg/L；
2)控制温度在24-26℃的条件下运行SBR，SBR每天运行4个周期，每个周期为6h；每周期具体运行如下：进水箱(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀门(3.3)进入到SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌120min；接着开启曝气泵(5)，通过流量计(4)将DO控制在1-2mg/L，好氧运行60min；随后，沉淀30min并通过第三排水阀(3.5)排水10min，其余时间闲置；当SBR进出水氨氮差值低于2mg/L，硝化活性低于0.5kgN/gVSS/h且磷酸盐去除率高于99％时，生物强化除磷系统成功启动；
3)生物强化除磷系统启动后，继续运行SBR；SBR每天运行4个周期，每个周期为6h；具体为：进水箱(1)中的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.3)进入到SBR(3)中，同时开启搅拌器(3.1)进行厌氧搅拌120min；接着开启曝气泵(5)，通过流量计(4)将DO控制在1-2mg/L，好氧运行120-180min；随后，沉淀30min并通过第三排水阀(3.5)排水10min，其余时间闲置；当SBR出水亚硝态氮与氨氮质量浓度比值处于1.2-1.4且亚硝积累率大于95％时，被认为部分短程硝化成功启动；在进行这一阶段10d后，将污泥置于5℃的冰箱中饥饿处理30d，处理完毕后再继续按照厌氧搅拌120min，好氧曝气180min的方式运行20天以上，直至SBR中污泥的粒径能达到200μm以上，被认为污泥颗粒化已形成。
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