CN115745180B - 一种污水强化脱氮的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水强化脱氮的处理方法，涉及污水处理技术领域。采用的碳源包括有机碳源和无机碳源，有机碳源投入到缺氧段中强化反硝化去除硝酸盐氮，而无机碳源添加至好氧段，可强化微生物硝化效果，有机碳源添加在缺氧池，强化微生物反硝化作用。分步添加的方法也有助于硝化和反硝化微生物在不同的反应池形成优势菌种，强化生物脱氮过程，有效解决了在进水总氮浓度较高、活性污泥活性较低条件下总氮出水浓度较高的问题，且碳源成本较低，生物利用效率高，具有广泛的利用价值。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种污水强化脱氮的处理方法。
背景技术
近年来，随着城市化和工业化进程的加快，居民排放的生活污水含氮、磷等营养元素的浓度越来越高、量也越来越大，藻类及其它浮游生物大量繁殖，从而引起水体富营养化，对人类健康和水生态环境构成了巨大的威胁。因此，生活污水脱氮除磷技术的研究倍受水处理界的广泛关注和重视。微生物技术因高效、能耗低和二次污染小等优点而成为最有效的污水处理方式。生物脱氮除磷工艺因结构简单，工艺技术成熟、工程设计经验丰富，运行控制较容易及具有同步脱氮除磷等特点而被国内外城市污水处理企业广泛应用，目前城市污水处理厂广泛应用的脱氮除磷工艺包括A2O、氧化沟、CASS等。
相比于总磷去除，城市排水厂总氮处理难度更高，主要原因是对于除磷来说，即使生物除磷效果不佳，仍可以加入药剂进行化学除磷保证出水总磷达标，而脱氮过程目前只能靠微生物完成，主要通过硝化和反硝化作用去除水中的氨氮和硝酸盐氮。因此，控制碳源、碱度、温度、盐度和生长基质等因素处于最佳水平，对微生物达到最大的脱氮速率具有重要意义。
生物硝化和反硝化需要大量的碳源，理论上还原1g硝态氮至氮气需要2.86g BOD5碳源有机物，以实际污水作为碳源，由于只有部分快速可降解的BOD5可作为反硝化碳源，因此实际污水处理过程中对碳源的要求更高。而在实际污水处理过程中，超过50％的污水处理厂生物脱氮工艺进水的碳源浓度难以满足微生物对碳源的需求，碳源不足将严重影响脱氮效率，同时如果反硝化碳源不足，大量存在的NO3 --N将抑制生物除磷。随着污水排放标准的不断提高，碳源不足已成为污水厂脱氮除磷效率进一步提高的限制因素。因此，大部分城镇污水处理厂需要通过向污水处理系统内投加一定量的外碳源以提高系统脱氮效率。
目前，污水处理厂常用的碳源大部分是投入到反硝化过程中，主要包括传统碳源(如乙酸钠、乙醇、葡萄糖等简单有机物)以及新型的碳源(如剩余污泥、水解酸化液、纤维素类等)，最常用的为乙酸钠和葡萄糖，这些碳源分子量小，易于被微生物吸收利用，但存在由于产品含有结晶水导致的有效含量低、价格高昂，以及产泥量大等缺陷。而新型碳源往往分子量较大，难以被微生物直接摄取利用。
目前，现有的碳源投加方式普遍存在着脱氮效率不佳的问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水强化脱氮的处理方法，旨在显著提高脱氮的效率。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种污水强化脱氮的处理方法，包括：
将污水依次通过厌氧段、缺氧段和好氧段，在缺氧段投加有机碳源，在好氧段投加无机碳源；
无机碳源包括碳酸氢盐。
在可选的实施方式中，无机碳源包括碳酸氢钠和碳酸氢镁，碳酸氢钠和碳酸氢镁的投加量之比为15-25:1；
优选地，碳酸氢钠和碳酸氢镁的投加量之比为20-25:1。
在可选的实施方式中，无机碳源的投加总量为0.1g-0.15g/L；
优选地，无机碳源的投加总量为0.12-0.15g/L。
在可选的实施方式中，将碳酸氢钠先溶于水，再与碳酸氢镁混合，将混合溶液加入好氧段中。
在可选的实施方式中，按质量百分比计，有机碳源包括乙二醇90％-95％，余量为水。
在可选的实施方式中，乙二醇溶液的投加量为0.01-0.025g/L；
优选地，所述乙二醇溶液的投加量为0.015g/L-0.025g/L。
在可选的实施方式中，将污水依次通过厌氧段、缺氧段、好氧段和沉淀段，好氧段的污水内回流至缺氧段，沉淀段得到的污泥回流至厌氧段。
在可选的实施方式中，厌氧段的停留时间为0.5～1h，缺氧段的停留时间为0.5-2h，好氧段的停留时间为2-4h。。
在可选的实施方式中，好氧段的污水内回流至缺氧段的回流比为100％-200％；沉淀段得到的污泥回流至厌氧段的回流比为40％-60％。
在可选的实施方式中，好氧段的溶氧量为2-4mg/L，缺氧段的溶氧量为0.2-0.5mg/L，厌氧段的溶氧量为＜0.2mg/L。
本发明具有以下有益效果：采用的碳源包括有机碳源和无机碳源，有机碳源投入到缺氧段中强化反硝化去除硝酸盐氮，而无机碳源添加至好氧段，自养硝化菌可利用其卡尔文循环同化单碳化合物，由核酮糖1,5二磷酸羧化酶、加氧酶或RubisCO等催化完成氨氮的去除，不同的碳源在不同的区域投加可有利于微生物形成优势菌群，提高脱氮效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的污水强化脱氮的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种污水强化脱氮的处理方法，请参照图1，包括：将污水依次通过厌氧段、缺氧段和好氧段，在缺氧段投加有机碳源，在好氧段投加无机碳源。
需要说明的是，污水处理厂进水COD浓度偏低是广泛存在的问题，较低的碳源浓度难以硝化和反硝化脱氮作用微生物需求，因此污水厂大都需要额外添加碳源维持总氮的去除效率。传统的方式碳源大都只含有有机碳源成分，发明人创造性地利用有机碳源和无机碳源，不同的碳源在不同的区域投加，有利于硝化和反硝化微生物在不同的反应池形成优势菌群，提高脱氮效率。
在实际操作过程中，将污水依次通过厌氧段、缺氧段、好氧段和沉淀段，好氧段的污水内回流至缺氧段，沉淀段得到的污泥回流至厌氧段。在好氧段自养硝化菌可利用其卡尔文循环同化单碳化合物，由核酮糖1,5二磷酸羧化酶/加氧酶或RubisCO催化完成氨氮的去除；将好氧段的污水回流至缺氧段进行反硝化去除硝酸盐氮。在沉淀段使污泥沉淀下来，水排出，部分污泥回流至厌氧段。
在一些实施例中，厌氧段、缺氧段、好氧段和沉淀段可以均采用常规的反应池，分别为厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池，通过提升泵将污水输送至厌氧池中。
在一些实施例中，无机碳源包括碳酸氢盐，如碳酸氢钠、碳酸氢镁、碳酸氢钾等。优选地，无机碳源包括碳酸氢钠和碳酸氢镁，碳酸氢钠和碳酸氢镁的投加量之比为15-25:1；优选为20-25:1。采用碳酸氢钠和碳酸氢镁组合作为无机碳源，碳酸氢钠为硝化碳源，增强硝化细菌的生长繁殖能力；碳酸氢镁可以增强微生物絮凝，减少亚硝氮的累积量，增强硝化速率的同时调节污水碱度。
具体地，碳酸氢钠和碳酸氢镁的投加量之比可以为15:1、20:1、25:1、等，也可以为以上相邻取值之间的任意值。由于碳酸氢镁的价格较高，其投加量不宜过多，但其投加量过少会影响硝化速率。
在一些实施例中，无机碳源的投加总量为0.1g-0.15g/L；优选为0.12-0.15g/L。即碳酸氢钠和碳酸氢镁的投加总量可以为0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15g/L等，也可以为以上相邻取值之间的任意值。
在实际操作过程中，将碳酸氢钠先溶于水，再与碳酸氢镁混合，将混合溶液加入好氧段中。利用碳酸氢钠和碳酸氢镁先溶解后投加，有利于提升投加料分布的均匀性，促进反应的充分进行。
进一步地，按质量百分比计，有机碳源包括乙二醇90％-95％，余量为水。有机碳源为反硝化碳源，乙二醇常温下为液体，乙二醇分子量小，微生物利用效率高，COD化学当量为129万mg O2/kg，远高于常用葡萄糖(106.7万mg O2/kg)等有机碳源，可有效降低碳源成本。
在一些实施例中，乙二醇溶液的投加量为0.01-0.025g/L；优选为0.015g/L-0.025g/L。通过进一步控制乙二醇的投加量，以进一步提高脱氮效率。具体地，乙二醇的投加量可以为0.01g/L、0.015g/L、0.020g/L、0.025g/L等。
在实际操作过程中，将碳酸氢钠先溶于水中，再加入碳酸氢镁充分搅拌均匀之后随进水加入至好氧反应池中，碳酸氢钠与碳酸氢镁的投加量之比约为20：1左右，再将乙二醇溶液通过外加投加装置投加至缺氧池中。
进一步地，厌氧段的停留时间为0.5～1h(如0.5h、0.8h、1.0h等)，缺氧段的停留时间为0.5-2h(如0.5h、1.0h、1.5h、2.0h等)，好氧段的停留时间为2-4h(如2.0h、3.0h、4.0h等)。通过控制各段的停留时间，以保证反应的充分进行，提高脱氮的效果。
进一步地，好氧段的污水内回流至缺氧段的回流比为100％-200％，如100％、150％、200％，从好氧段返回至缺氧段的流量大于从缺氧段流入好氧段的流量。沉淀段得到的污泥回流至厌氧段的回流比为40％-60％，如可以为40％、50％、60％等。
进一步地，好氧段的溶氧量为2-4mg/L(如2mg/L、3mg/L、4mg/L等)，缺氧段的溶氧量为0.2-0.5mg/L(如0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L、0.5mg/L等)，厌氧段的溶氧量为＜0.2mg/L，通过控制溶氧量可以进一步促进硝化和反硝化的进行。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种污水强化脱氮的处理方法，请参照图1，包括以下步骤：
待处理污水：某工业园区污水处理厂，进水COD浓度为218±40mg/L，总氮浓度为65±10mg/L，进水C/N比仅为3.3：1。
采用分步投加碳源至生化池的方法，处理厂采用A2O工艺，污水经提升泵后依次进入厌氧池、缺氧池和好氧池，好氧池的消化液回流至缺氧池进行反硝化，回流比为150％左右，二沉池的污泥部分回流至厌氧池以补充体系内的污泥浓度，回流比控制在50％左右。
将乙二醇和水混合形成乙二醇溶液，乙二醇质量分数为95％，将乙二醇溶液投入至缺氧段，乙二醇溶液投加量为0.025g/L左右。
将碳酸氢钠先溶于水中，再加入碳酸氢镁充分搅拌均匀之后随进水加入至好氧反应池中，碳酸氢钠与碳酸氢镁的投加量之比约为20：1左右，投加总量为0.1g/L。
厌氧段的停留时间为0.5h，缺氧段的停留时间为2h，好氧段的停留时间为4h；好氧段的溶氧量为2.0-5.0mg/L，缺氧段的溶氧量为0.3-0.5mg/L，厌氧段的溶氧量为0-0.1mg/L(实际生化反应池中溶解氧常处于变化状态，各阶段溶氧量控制在上述范围内即可)。
经检测，总氮去除率达到85％以上，显著提升污泥硝化和反硝化速率，降低了后续处理的压力，增加了经济效益。
需要补充的是，在进水C/N不变的情况下，采用单一的葡萄糖作为碳源，在投加量不变的前提下，总氮去除率约为50-60％。
实施例2
本实施例提供一种污水强化脱氮的处理方法，请参照图1，包括以下步骤：
待处理污水：进水COD浓度范围为76-346mg/L，进水TN浓度范围为12.6-133mg/L。
处理厂采用改进的CASS工艺，污水经曝气沉砂池后依次进入改进CASS池前端的厌氧段和缺氧段，后进入好氧生物段。实际操作中，将碳酸氢钠和碳酸氢镁混合后投入至好氧段，投加总量为0.1g/L，将95％乙二醇以及5％水混合而成的液体碳源投入至缺氧段，投加浓度为10ppm。
经检测：与改进前使用单一葡萄糖相比，出水总氮浓度始终达到一级A标。由于分段添加碳源，碳源利用率显著提高，碳源投加的吨水成本从0.28元降至0.078元，平均每吨水降低碳源成本0.20元左右，同时污泥产生量从0.59kg/m3降低至0.38kg/m3，有效减少了污泥处置量，本实施例表明在实际的污水厂应用中，本发明碳源在维持出水总氮和氨氮达标排放情况下，具有显著的降本增效作用。
实施例3
本实施例提供一种污水强化脱氮的处理方法，分别在缺氧生物反应器和好氧生物反应器中测试反应速率。
复合碳源由有机碳源和无机碳源两部分组成，无机碳源主要成分为碳酸氢钠和碳酸氢镁为主，碳酸氢钠与碳酸氢镁的投加量之比约为25：1；有机碳源部分按质量分数计为：乙二醇约为90％，余量为水，各组分之和为100％。
将90％乙二醇、10％的水混合均匀即可制成复合碳源有机组分，连续投加至缺氧生物反应器测定反硝化速率(投加量约为0.27g/L)，进水NO3 --N浓度控制在50mg/L，实际测得反硝化速率平均为8.4mg NO3 --N/g·h，显著高于常用的葡萄糖(反硝化速率为5.8mgNO3 --N/g·h)。
实施例4
与实施例1的区别仅在于：碳酸氢钠与碳酸氢镁的投加量之比约为15：1，二者投加总量不变。
经检测：与实施例1相比，在相同时间内，对于氨氮的去除率提升了3.87％。
实施例5
与实施例1的区别仅在于：碳酸氢钠与碳酸氢镁的投加量之比约为5：1，二者投加总量不变。
经检测：与实施例1相比，在相同时间内，氨氮的去除率提升了12.70％，可见镁离子的加入会显著提升氨氮去除效率，但处理成本也上升了65.54％，由于实际污水处理考虑成本的影响，因此要在合理比例范围内进行药剂添加。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：将乙二醇替换为等量的葡糖糖，二者换算后投加的COD当量保持不变。
经检测：在相同时间段内，添加乙二醇后，TN可降低至4.67mg/L，而添加葡萄糖后TN为14.50mg/L，存在出水浓度超标的风险。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：将乙二醇替换为等量的乙酸钠，二者换算后投加的COD当量保持不变。
经检测：在相同时间段内，添加乙二醇后，TN可降低至4.08mg/L，而添加葡萄糖后TN为3.53mg/L，但由于乙酸钠添加会导致污泥大量生长、并且COD当量不高，换算下来成本比乙二醇更昂贵，因此考虑到成本因素，选择乙二醇较为合适。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种污水强化脱氮的处理方法，其特征在于，包括：
污水依次通过厌氧段、缺氧段和好氧段，在所述缺氧段投加有机碳源，在所述好氧段投加无机碳源；
所述无机碳源包括碳酸氢钠和碳酸氢镁，所述碳酸氢钠和所述碳酸氢镁的投加量之比为15-25:1，所述无机碳源的投加总量为0.1g-0.15g/L；
按质量百分比计，所述有机碳源包括乙二醇90％-95％，余量为水；所述乙二醇溶液的投加量为0.01-0.025g/L。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述无机碳源包括碳酸氢钠和碳酸氢镁，所述碳酸氢钠和所述碳酸氢镁的投加量之比为20-25:1。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述无机碳源的投加总量为0.12-0.15g/L。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，将碳酸氢钠先溶于水，再与碳酸氢镁混合，将混合溶液加入所述好氧段中。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述乙二醇溶液的投加量为0.015g/L-0.025g/L。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，将污水依次通过厌氧段、缺氧段、好氧段和沉淀段，所述好氧段的污水内回流至所述缺氧段，所述沉淀段得到的污泥回流至所述厌氧段。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述厌氧段的停留时间为0.5-1h，所述缺氧段的停留时间为0.5-2h，所述好氧段的停留时间为2-4h。
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述好氧段的硝化液内回流至所述缺氧段的回流比为100％-200％；所述沉淀段得到的污泥回流至所述厌氧段的回流比为40％-60％。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述好氧段的溶氧量为2-4mg/L，所述缺氧段的溶氧量为0.2-0.5mg/L，所述厌氧段的溶氧量为＜0.2mg/L。
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| CN109205968A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-15 | 韩晓宇 | 一种污水脱氮碳源投加工艺 |
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| 不同碳源对微生物反硝化性能的影响;楼超楠等;华 东 理 工 大 学 学 报（自 然 科 学 版）;第1-9页 * |
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