CN115520961A

CN115520961A - 一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法

Info

Publication number: CN115520961A
Application number: CN202211160170.7A
Authority: CN
Inventors: 宫徽; 卢丹丹; 戴晓虎; 顾国维
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2022-12-27

Abstract

本发明涉及一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，包括以下步骤：将高氨氮废水送入含有污泥的亚硝化反应池，加入硅藻土，污泥驯化成熟后得到“硅藻土‑氨氧化菌”复合悬浮污泥，同时得到经过处理的高氨氮废水，将后者排至沉淀池沉淀，污泥驯化成熟一段时间后，将前者送入硅藻土回收装置进行排泥，之后周期排泥，得到回收硅藻土和分离后的污泥，将前者回流至亚硝化反应池中，将后者外排；向所述亚硝化反应池中补加硅藻土。与现有技术相比，本发明通过形成“硅藻土‑氨氧化菌”复合悬浮污泥，有效提升污泥沉降性能、减少污泥流失、提升氨氧化菌生物量，最终提高系统亚硝化负荷，实现稳定、高效的高氨氮废水亚硝化处理。

Description

一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法。

背景技术

根据近年来的中国环境状况公报，氨氮仍是中国水体污染的主要指标之一。在废水处理领域，城市垃圾填埋场的渗滤液、餐厨沼液等废水均含有高浓度的氨氮。氮素对水环境的危害主要有以下三个方面：(1)当进入水中的氮过量时，导致水中的藻类等水生植物过度生长；(2)氨能够降低血红蛋白与氧的结合能力，使得水中动物缺氧而死；(3)氨氮和亚硝氮氧化消耗水中的氧，使水中的溶解氧降低，影响生态系统，所以高氨氮废水亟需高效、可靠的绿色低碳处理技术。

目前高氨氮废水处理大多数采用传统硝化反硝化工艺。然而，随着废水排放标准的愈加严格以及废水处理需求的增加，传统硝化反硝化工艺往往难以达到处理要求，药耗高、能耗高，处理成本高昂。近年来，出现了两种新工艺，有望满足低能耗、低药耗、低成本的处理要求：1)短程硝化反硝化技术(亚硝化+反硝化)，亚硝化过程是氨氧化菌将NH³⁺-N氧化成NO₂--N，反硝化过程是反硝化菌将NO₂--N还原成N₂。与传统硝化反硝化工艺比，理论上能耗降低了50％；2)全程自养脱氮技术(亚硝化+厌氧氨氧化)，厌氧氨氧化过程则是厌氧氨氧化菌以NH³⁺-N作为电子供体，NO₂--N作为电子受体，产生N₂。与传统硝化反硝化工艺比，理论上能耗降低了50％、药耗下降40％。这两种新型脱氮工艺相比传统工艺具有显著的优势，因此备受行业关注，有望在未来实现大规模应用。可以看到，两种新型脱氮工艺具有一个相同的核心步骤，即，亚硝化过程。因此高效、稳定的亚硝化技术对解决未来高氨氮废水处理具有重要意义。然而，高氨氮废水的亚硝化处理技术，目前尚不成熟，面临诸多挑战。常面临污泥沉降性能差、水力停留时间长等问题，污泥沉降性能参数主要看污泥容积指数(SVI)，取曝气池出口的混合液，经过30min沉淀后，每单位质量的干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积，SVI<100污泥的沉降性能好，SVI在100～200污泥沉降性能一般，SVI>200污泥沉降性能差，而高氨氮废水的亚硝化处理技术中，SVI在200～250，污泥沉降性能非常差。随着排放标准的提高，为了达到处理要求，就需要较长的水力停留时间，导致废水处理量降低，高氨氮废水的亚硝化处理技术中的水力停留时间在15～20h。因为沉降性能差，导致需要较长的污泥沉降时间，约2～3h，且即使沉降时间延长，其出水中仍具有较高的悬浮固体浓度。此外，亚硝化污泥沉降性能差会导致部分氨氧化菌流失，降低污泥浓度，导致微生物量减少，使得反应器运行负荷下降，同时也会使污泥以悬浮固体的形式进入后续工艺段并产生负面影响。

生物膜法有望解决上述污泥沉降性能差、水力停留时间长以及污泥沉降时间长问题。生物膜是由高度聚集的细菌、真菌等一系列微型生物附着在某种载体上构成的微型生态系统。生物膜的载体选择，是生物膜工艺能否成功的关键。生物膜的载体分为无机天然材料和有机人工合成载体材料，无机天然材料载体有沸石、卵石、炉渣和焦炭等，有机人工合成载体材料有聚乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等高分子聚合物。一般来说，有机载体比表面积相对较小(460-900m²/m³)，且生物亲和性较差，因此导致微生物与载体填料间紧密结合度不够，同时有机载体的表面光滑，也会导致不易挂膜。相比之下，天然无机材料一般比表面积大，如沸石的比表面积可1000m²/m³以上。此外，无机载体表面粗糙且具有宽阔的孔隙结构，可以保护生物膜微生物免受冲击负荷的损害。

硅藻土属于一种良好的天然无机生物膜载体。它是一种由单细胞水生藻类及其微生物硅质遗骸所形成的生物硅质岩。硅藻土的主要成分是无定型二氧化硅。硅藻土微观结构有圆盘状、针状直链状、羽状等。硅藻土具有吸水性、多孔隙和生物相容性等优点，吸水性使得它的密度大于水从而使得其能够在水中迅速沉降，多孔隙便于为内部微生物传质，生物相容性便于微生物附着在硅藻土上形成生物膜或颗粒污泥。硅藻土作为微生物载体，对某些微生物已经初步证实了可行性。例如，活性污泥能够以硅藻土为载体，实现附着生长。如专利“一种污水处理装置及以硅藻土为絮凝核心的污水处理方法(CN100352773C)”，发明一种污水处理装置及以硅藻土为絮凝核心的污水处理方法，在系统中投加硅藻土，使硅藻土的投加量为10～20mg/L，由于硅藻土的加入使得出水水量稳定、水质状况良好，SS的去除率达95％以上，COD的去除率为85％左右。然而，以硅藻土为载体，富集亚硝化菌的发明，尚未见报导。

此外，已有一些污水处理领域以硅藻土为载体的相关发明。如专利“一种生物炭-硅藻土复合材料及制备方法和应用(CN111875053A)”提出了将聚氨酯加热熔融，转化为液体胶状聚氨酯，用喷雾器喷出加入生物炭和硅藻土，形成以多孔性聚氨酯为粘合剂的生物炭-硅藻土复合材料，投加到好氧区中，进一步提升同步硝化反硝化性能；再如专利“一种磁性硅藻土复合粉末载体材料的制备方法及其应用(CN113087135A)”，制备磁性硅藻土复合粉末载体材料，在外加磁场的作用下，对污泥选择性分离具有显著作用，而制备的复合粉末载体材料具有丰富的孔隙结构，比表面积大，具有较多的活性位点，易于微生物附着生长。然而，目前这些专利的发明场景，均未涉及高氨氮废水的亚硝化过程。同时，也没有对硅藻土回收的考虑。若无法实现硅藻土回收，则会导致在污泥排放时硅藻土随污泥一起排出系统。为了维持了系统内硅藻土浓度的稳定，因此需要不断投加硅藻土，从而加大了系统药剂消耗量，进而导致了水处理成本的提升。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，可以有效解决污泥沉降性能差、水力停留时间长、污泥沉降时间长的问题。

本发明通过在亚硝化阶段加入硅藻土，驯化污泥，使其形成复合结构，再通过在亚硝化段后端加旋流分离器，通过离心力作用以及污泥和旋流分离器碰撞、摩擦，使密度大的硅藻土和密度小的污泥分离，实现硅藻土的回收利用。根据硅藻土的流失情况，再补加硅藻土，来维持系统中硅藻土的浓度。本发明提高了污泥的沉降性能，缩短了水力停留时间和沉降时间，减少了微生物的流失，提高了处理水量，提高了反应器的负荷，从而达到了实现稳定、高效的高氨氮废水亚硝化处理的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的是提供一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，包括以下步骤：

S1、将高氨氮废水送入亚硝化反应池，所述亚硝化反应池中含有污泥，控制所述亚硝化反应池温度和溶解氧，调节pH，补充碱度，进行曝气，在所述亚硝化反应池中加入硅藻土，污泥驯化成熟后得到“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥，同时得到经过处理的高氨氮废水；

S2、将S1所得经过处理的高氨氮废水排至沉淀池进行沉淀，得到沉淀后的高氨氮废水；

S3、当污泥驯化成熟一段时间后，将S1所得“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥送入硅藻土回收装置进行排泥，之后周期排泥，得到回收硅藻土和分离后的污泥，将所得分离后的污泥外排，将所得回收硅藻土回流至亚硝化反应池中；

S4、向所述亚硝化反应池中补加硅藻土。

进一步地，S1中所述亚硝化反应池的运行模式为SBR。

进一步地，S1中所述亚硝化反应池中含有污泥的量为1～6g/L。

进一步地，S1中所述亚硝化反应池pH为6.0～8.0，温度为34℃～35℃，溶解氧为0.8～2.5mg/L，曝气时间为7～13h，添加碳酸氢钠补充碱度，亚硝化反应池运行模式为SBR。

进一步优选地，所述溶解氧为0.8～1mg/L。

进一步优选地，所述曝气时间为10h。

进一步地，S1中根据污泥干重与硅藻土质量比为1:1～1:1.4一次性加入1～8.4g/L的硅藻土。

进一步优选地，S1中根据污泥干重与硅藻土质量比为1:1～1:1.4一次性加入5～7g/L的硅藻土。

进一步优选地，所述硅藻土平均粒径为30～200μm，型号为RS70～RS300。

进一步地，S2中所得沉淀后的高氨氮废水进入后续工艺段。

进一步地，S3中所述一段时间为5～10天，所述周期排泥为每5天进行一次排泥。

进一步地，S3中所述硅藻土回收装置为旋流分离器。

进一步优选地，所述旋流分离器进料流速为15～45mL/s，进料浓度为0.1～4g/L，溢流管与底部直径比为1.4～1.6。

排泥时利用离心力破坏“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥结构，“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥与旋流分离器发生碰撞，使得密度大的硅藻土与密度小的污泥分离，密度大的回收硅藻土从旋流分离器的底部排出回流至亚硝化池中，密度小的分离后的污泥从旋流分离器的上部排出。

进一步地，S4中所述补加硅藻土是在硅藻土回收率不足时，根据硅藻土流失情况进行补加。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，通过在亚硝化阶段加入硅藻土，驯化污泥，使其形成复合结构，再通过在亚硝化段后端加旋流分离器，通过离心力作用以及污泥和旋流分离器碰撞、摩擦，使密度大的硅藻土和密度小的污泥分离，实现硅藻土的回收利用，根据硅藻土的流失情况，再补加硅藻土，维持系统中硅藻土的浓度。

2、本发明提供的基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，选取具有良好吸水性、多孔性以及生物相容性的硅藻土，以硅藻土为载体，形成“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥形态，硅藻土的密度高于活性污泥，本发明涉及的复合污泥能够加快菌的沉降速度至5×10^-4～8×10^-4m/h，使得SVI下降到50～100，减少约10％～30％的污泥流失，水力停留时间缩短至8～10h，可以有效提高污泥的沉降性能，缩短水力停留时间和沉降时间，减少微生物的流失，提高处理水量，提高反应器的负荷，从而实现稳定、高效的高氨氮废水亚硝化处理。

3、本发明提供的基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，硅藻土提供了氨氧化菌附着生长的空间，提升了单位反应池体积内的氨氧化菌生物量，从而有助于系统亚硝化负荷的提升，能够将亚硝酸反应池的进水氮负荷由2～2.8kgN/m³·d提高到3～3.5kgN/m³·d。

4、本发明提供的基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，经济有效，节省成本。

附图说明

图1为本发明所提供的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法的工艺流程图。

图中标号说明：

1、亚硝化反应池，2、沉淀池，3、旋流分离器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

本技术方案在构思历程中充分意识到目前传统的亚硝化技术常面临污泥沉降性能差、水力停留时间长等挑战，往往需要较长的污泥沉降时间且其出水常具有较高的悬浮固体浓度，亚硝化污泥沉降性能差会导致部分氨氧化菌流失，同时也会使污泥以悬浮固体的形式进入后续工艺段并产生负面影响，便创新地选取具有良好吸水性、多孔性以及生物相容性的硅藻土，以硅藻土为载体，形成“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥形态。由于硅藻土的密度高于活性污泥，因此本发明涉及的“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥具有显著提升的沉降性能；该载体提供了氨氧化菌附着生长的空间，提升了单位反应器体积内的氨氧化菌生物量，从而有助于系统亚硝化负荷的提升；硅藻土回收装置(旋流分离器)可以通过物理机械作用，破坏复合悬浮污泥结构，使得硅藻土与亚硝化污泥分离，再利用硅藻土与亚硝化污泥密度的差异，使硅藻土与污泥实现分离，从而实现硅藻土的再生回收，回收后的硅藻土回到水处理系统重复利用，而分离后的污泥进行外排处理。

硅藻土型号为RS70～RS300，生产厂家为天津市登峰化学试剂厂。

实施例1

本实施例提供一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，处理的高氨氮废水为餐厨沼液，处理工艺为亚硝化+厌氧氨氧化，处理量为1600m³，亚硝化反应池中的污泥量为5g/L，如图1所示，为该方法的工艺流程图。

该方法包括以下步骤：

S1、将餐厨沼液送入亚硝化反应池，亚硝化反应池中含有5g/L的污泥，控制亚硝化反应池温度为34℃～35℃和溶解氧为0.8～1mg/L，调节pH为6.0～8.0，通过添加碳酸氢钠补充碱度，曝气10h，在亚硝化反应池中一次性投加5g/L的硅藻土，硅藻土平均粒径为70μm，亚硝化反应池的运行模式为SBR，污泥驯化成熟后得到“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥，菌的沉降速度提高至5×10^-4m/h，使得SVI下降到60～80，减少约30％的污泥流失，水力停留时间缩短至9h，同时得到经过处理的高氨氮废水；

S2、将S1所得经过处理的高氨氮废水排至沉淀池进行沉淀，得到的沉淀后的高氨氮废水进入后续工艺段；

S3、当污泥驯化成熟5天后，将S1所得“硅藻土-氨氧化菌”复合悬浮污泥送入旋流分离器进行排泥，之后5天排一次泥，得到回收硅藻土和分离后的污泥，将所得分离后的污泥外排，将所得回收硅藻土回流至亚硝化反应池中，其中旋流分离器的进料流速是30mL/s，进料浓度为2g/L，溢流管和底部直径比为1.4；

S4、每天出水硅藻土流失量约为0.5％，根据硅藻土流失量每天在亚硝化反应池中补加25mg/L的硅藻土。

上述方法处理后的亚硝氮累积率能够达到90％，亚硝酸反应池的进水氮负荷由2.8kgN/m³·d提高到3.5kgN/m³·d。

实施例2

本实施例提供一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，处理的高氨氮废水为污泥消化液，该消化液是高含固、C/N比低。

其余步骤同实施例1。

上述方法处理后的亚硝氮累积率能够达到95％，亚硝酸反应池的进水氮负荷由2.4kgN/m³·d提高至3kgN/m³·d，菌的沉降速度提高至7×10^-4m/h，使得SVI下降到70～90，减少约15％的污泥流失，水力停留时间缩短至8h。

实施例3

本实施例提供一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，池中污泥浓度为6g/L，硅藻土流失量为2％，S4中根据硅藻土流失量每天在亚硝化反应池中补加120mg/L的硅藻土。其余步骤同实施例1。

上述方法处理后的亚硝氮累积率能够达到90％，亚硝化反应池的进水氮负荷由2.2kgN/m³·d提高至3.2kgN/m³·d，菌的沉降速度提高至7.5×10^-4m/h，使得SVI下降到50～70，减少约25％的污泥流失，水力停留时间缩短至10h。

实施例4

本实施例提供一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，S1中投加的硅藻土的平均粒径为200μm。

其余步骤同实施例1。

上述方法处理后的亚硝氮累积率能够达到90％，亚硝酸反应池的进水氮负荷由2kgN/m³·d提高至3.1kgN/m³·d，菌的沉降速度提高至8×10^-4m/h，使得SVI下降到90～100，减少约25％的污泥流失，水力停留时间缩短至8h。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S4、向所述亚硝化反应池中补加硅藻土。

2.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S1中所述亚硝化反应池的运行模式为SBR；

所述亚硝化反应池中含有污泥的量为1～6g/L。

3.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S1中所述亚硝化反应池pH为6.0～8.0，温度为34℃～35℃，溶解氧为0.8～2.5mg/L，曝气时间为7～13h，添加碳酸氢钠补充碱度。

4.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S1中根据污泥干重与硅藻土质量之比1:1～1:1.4，一次性加入1～8.4g/L的硅藻土。

5.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，所述硅藻土平均粒径为30～200μm，型号为RS70～RS300。

6.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S2中所得沉淀后的高氨氮废水进入后续工艺段。

7.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S3中所述一段时间为5～10天，所述周期排泥为每5天进行一次排泥。

8.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S3中所述硅藻土回收装置为旋流分离器。

9.根据权利要求8所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，所述旋流分离器进料流速为15～45mL/s，进料浓度为0.1～4g/L，溢流管与底部直径比为1.4～1.6。

10.根据权利要求1所述的一种基于硅藻土强化的高氨氮废水亚硝化处理方法，其特征在于，S4中所述补加硅藻土是在硅藻土回收率不足时，根据硅藻土流失情况进行补加。