游離氨（FA）抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮的裝置及方法
【專利摘要】游離氨（FA）抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮的裝置及方法，屬于污水生物脫氮【技術(shù)領(lǐng)域】。主要包括原水水箱、進(jìn)水泵、進(jìn)水管、交替好氧/缺氧反應(yīng)器、空氣壓縮機(jī)、曝氣管、空氣擴(kuò)散器、碳源儲(chǔ)存箱、碳源投加泵、碳源投加管、攪拌器、pH測(cè)定儀、pH傳感器、排水管。短程硝化階段好氧曝氣，在溶解氧充足條件下，污泥中AOB將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，同時(shí)監(jiān)測(cè)pH值，當(dāng)pH出現(xiàn)“氨谷”特征點(diǎn)時(shí)，硝化反應(yīng)結(jié)束，立即停止曝氣；加入外碳源，進(jìn)行缺氧攪拌，同時(shí)監(jiān)測(cè)pH值，當(dāng)pH出現(xiàn)“亞硝酸鹽膝”特征點(diǎn)時(shí)，反硝化結(jié)束；沉淀、排水。pH值準(zhǔn)確控制硝化和反硝化時(shí)間，能夠快速實(shí)現(xiàn)并維持穩(wěn)定的短程硝化，解決了短程硝化的瓶頸問題。
【專利說明】游離氨(FA)抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高氨氮廢水快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮的裝置和方法，屬于污水生物脫氮【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]城市垃圾滲濾液是生活垃圾在堆放和填埋過程中由于消解和雨水的淋溶、沖刷，以及地表水和地下水的浸泡而產(chǎn)生的污水，其主要水質(zhì)特征如下:(I)氨氮含量較高。由于垃圾中含有大量的含氮物質(zhì)，所以其產(chǎn)生的滲濾液氨氮含量很高。滲濾液中的氮主要以氨氮的形式存在，新鮮滲濾液中氨氮的含量大約占總氮的85%~90%。垃圾滲濾液屬高濃度氨氮廢水，氨氮濃度可達(dá)2500mg/L以上。(2)低C/N比。垃圾滲濾液是各種不同填埋年限的滲濾液形成的混合污水，經(jīng)過了較長(zhǎng)時(shí)間的微生物作用，廢水中相當(dāng)部分易生物降解有機(jī)物己被去除，從而使可生物降解有機(jī)物的含量顯明降低。較低的C/N比不但對(duì)生物處理過程有較強(qiáng)的抑制作用，而且有機(jī)碳源的缺乏使得反硝化反應(yīng)難以有效的進(jìn)行。
[0003]廢水生物脫氮，一般由硝化和反硝化兩個(gè)過程完成，而硝化過程可分為兩個(gè)階段，分別是由氨氧化菌(Ammonia oxidizing bacteria, AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(Nitriteoxidizing bacteria, NOB)兩類細(xì)菌獨(dú)立催化完成。第一階段:在AOB的作用下,將氨氮化為亞硝態(tài)氮。第二階段，在NOB的作用下，將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮。由于硝化反應(yīng)是由兩類細(xì)菌獨(dú)立催化完成的兩類不同反應(yīng)，可以分開，故將硝化反應(yīng)控制在亞硝態(tài)氮階段，隨后以亞硝態(tài)氮為電子受體，以有機(jī)物為電子供體，直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)。與完全硝化和反硝化相比，短程硝化反硝化具有 如下優(yōu)點(diǎn):(1)由于AOB的時(shí)代周期比NOB短，所以污泥齡短；(2)硝化和反硝化速率加快，縮短了硝化和反硝化反應(yīng)時(shí)間；(3)硝化過程節(jié)省約25%的供氧量，反硝化過程節(jié)省約40%的外加碳源，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；(4)硝化反應(yīng)器容積可減少8%，反硝化反應(yīng)器容積可減少33%，節(jié)省基建投資；(5)硝化過程污泥產(chǎn)量24%~33%，反硝化過程污泥產(chǎn)量減少50%,減少污泥處理費(fèi)用。
[0004]實(shí)現(xiàn)短程硝化的難點(diǎn)在于如何將硝化反應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確的控制在亞硝化階段，避免亞硝態(tài)氮向硝態(tài)氮的繼續(xù)轉(zhuǎn)化，從而獲得持久、穩(wěn)定較高濃度的亞硝態(tài)氮積累。實(shí)現(xiàn)硝化過程亞硝態(tài)氮積累的途徑很多，主要包括控制低溶解氧(DO) (<0.5mg/L);高溫(>25°C)和較高游離氨(FA)抑制。這些途徑均利用AOB和NOB兩類細(xì)菌的生理特性差異，人為控制有利于AOB增殖的環(huán)境，從而選擇性抑制NOB的增殖或活性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中硝化菌群的優(yōu)化，進(jìn)而穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)短程硝化。
[0005]垃圾滲濾液內(nèi)較高氨氮所形成的FA是實(shí)現(xiàn)短程硝化的一個(gè)重要因素，通常認(rèn)為高氨氮對(duì)生物處理系統(tǒng)中的微生物會(huì)產(chǎn)生有害的抑制作用，在生物處理之前都采取物化等預(yù)處理工藝將氨氮降低到一定范圍之內(nèi)，這恰恰忽略和破壞了滲濾液本身實(shí)現(xiàn)短程硝化的固有水質(zhì)條件。因此，通過FA抑制實(shí)現(xiàn)滲濾液短程硝化，既利用了廢水，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，可
謂“一舉兩得”。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決垃圾滲濾液短短程生物脫氮的快速實(shí)現(xiàn)及穩(wěn)定維持的瓶頸難題，本發(fā)明基于長(zhǎng)期的探索研究，提出了 FA抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)程硝化的裝置和方法，實(shí)現(xiàn)交替好氧/缺氧反應(yīng)器工藝內(nèi)快速的亞硝態(tài)氮積累，并優(yōu)化工藝運(yùn)行，最后通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
[0007]本發(fā)明的目的是基于以下原理實(shí)現(xiàn)的:(I)垃圾滲濾液內(nèi)所形成的FA對(duì)AOB和NOB的活性均具有抑制作用，但相對(duì)于Ν0Β，Α0Β具有更強(qiáng)的耐FA抑制能力；(2)由于FA是氨氮濃度、溫度和PH值三者的函數(shù)，與三個(gè)參數(shù)正相關(guān)，因此在硝化反應(yīng)過程中，隨著反應(yīng)不斷進(jìn)行，氨氮濃度和PH值不斷降低，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)FA濃度不斷降低。當(dāng)硝化反應(yīng)完成時(shí)，極低的氨氮濃度和PH值使FA處于非常低的條件，因此失去了對(duì)NOB活性的抑制。此外，如果不能準(zhǔn)確控制氨氧化終點(diǎn)，過曝氣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)期在低FA條件下運(yùn)行，F(xiàn)A逐漸失去對(duì)NOB活性的抑制作用，難以形成穩(wěn)定的亞硝態(tài)氮氮積累；(3)短程硝化結(jié)束時(shí)，pH曲線上共出現(xiàn)“氨谷”特征點(diǎn)，可指示硝化完成。這不僅避免了過曝氣導(dǎo)致的FA對(duì)NOB活性抑制的失去，還可以避免曝氣導(dǎo)致工藝運(yùn)行費(fèi)用的增加。
[0008]本發(fā)明設(shè)計(jì)的游離氨抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水交替好氧/缺氧反應(yīng)器生物脫氮裝置，主要包括原水水箱(1)、進(jìn)水泵(2、進(jìn)水管(3)、交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)、空氣壓縮機(jī)(5)、曝氣管(6)、空氣擴(kuò)散器(7)、碳源儲(chǔ)存箱(8)、碳源投加泵(9)、碳源投加管(10)、攪拌器(11)、ρΗ測(cè)定儀(12)、pH傳感器(13)、排水管(14);原水水箱(1)經(jīng)由進(jìn)水泵
(2)通過進(jìn)水管(3)與交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)連接，交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)內(nèi)部設(shè)有攪拌器(11)、空氣擴(kuò)散器(7)和pH傳感器(13);在空氣壓縮機(jī)(5)通過曝氣管(6)和空氣擴(kuò)散器(7)向交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)內(nèi)提供溶解氧，pH傳感器(13)與pH測(cè)定儀(12)相連；外碳源存儲(chǔ)子碳源 儲(chǔ)存箱(8)中，碳源儲(chǔ)存箱(8)經(jīng)由碳源投加泵(9)通過碳源投加管(10)與交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)連接，交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)設(shè)有排水管(14)。
[0009]采用上述裝置游離氨(FA)抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮方法，其特征在于，包括以下4個(gè)步驟:
[0010]( I)進(jìn)水:基于設(shè)計(jì)水量使原水進(jìn)入交替好氧/缺氧反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置pH傳感器，與在線pH測(cè)定儀相連；
[0011](2)短程硝化階段好氧曝氣:開啟鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，在溶解氧濃度充足條件下，污泥中的AOB將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，即短程硝化，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合液pH值，當(dāng)pH曲線上出現(xiàn)“氨谷”特征點(diǎn)時(shí)，指示硝化反應(yīng)結(jié)束，立即停止曝氣，避免了過曝氣引起短程硝化的破壞；
[0012](3)短程反硝化階段缺氧攪拌:通過外碳源投加泵加入外碳源，開啟攪拌器進(jìn)行缺氧攪拌，同時(shí)監(jiān)測(cè)混合液的pH值，當(dāng)pH曲線上出現(xiàn)的“亞硝酸鹽膝”特征點(diǎn)時(shí)，指示反硝化結(jié)束；
[0013](4)沉淀、排水和閑置:反硝化完成后，停止攪拌，泥水混合液靜止沉淀，進(jìn)行泥水分離，然后排除上清液；
[0014]硝化開始時(shí)，初始FA濃度控制在11.2-45.9mg/L之間，其優(yōu)選值為16.2mg/L ；
【權(quán)利要求】
1.游離氨(FA)抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮的裝置，其特征在于，主要包括原水水箱(1)、進(jìn)水泵(2、進(jìn)水管(3)、交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)、空氣壓縮機(jī)(5)、曝氣管(6)、空氣擴(kuò)散器(7)、碳源儲(chǔ)存箱(8)、碳源投加泵(9)、碳源投加管(10)、攪拌器(11)、pH測(cè)定儀(12)、pH傳感器(13)、排水管(14);原水水箱(1)經(jīng)由進(jìn)水泵(2)通過進(jìn)水管(3)與交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4 )連接，交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4 )內(nèi)部設(shè)有攪拌器(11)、空氣擴(kuò)散器(7)和pH傳感器(13);在空氣壓縮機(jī)(5)通過曝氣管(6)和空氣擴(kuò)散器(7)向交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)內(nèi)提供溶解氧，pH傳感器(13)與pH測(cè)定儀(12)相連；外碳源存儲(chǔ)子碳源儲(chǔ)存箱(8 )中，碳源儲(chǔ)存箱(8 )經(jīng)由碳源投加泵(9 )通過碳源投加管(10 )與交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)連接，交替好氧/缺氧反應(yīng)器(4)設(shè)有排水管(14)。
2.采用權(quán)利要求1的裝置進(jìn)行游離氨(FA)抑制結(jié)合pH值快速實(shí)現(xiàn)短程生物脫氮方法，其特征在于，包括以下4個(gè)步驟: (1)進(jìn)水:基于設(shè)計(jì)水量使原水進(jìn)入交替好氧/缺氧反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置pH傳感器，與在線pH測(cè)定儀相連； (2)短程硝化階段好氧曝氣:開啟鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，在溶解氧濃度充足條件下，污泥中的AOB將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，即短程硝化，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混合液pH值，當(dāng)pH曲線上出現(xiàn)“氨谷”特征點(diǎn)時(shí)，指示硝化反應(yīng)結(jié)束，立即停止曝氣，避免了過曝氣引起短程硝化的破壞； (3)短程反硝化階段缺氧攪拌:通過碳源投加泵加入外碳源，開啟攪拌器進(jìn)行缺氧攪拌，同時(shí)監(jiān)測(cè)混合液的PH值，當(dāng)pH曲線上出現(xiàn)的“亞硝酸鹽膝”特征點(diǎn)時(shí)，指示反硝化結(jié)束； (4)沉淀、排水和閑置:反硝化完成后，停止攪拌，泥水混合液靜止沉淀，進(jìn)行泥水分離，然后排除上清液；` 硝化開始時(shí)，初始FA濃度控制在11.2-45.9mg/L之間；
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，反應(yīng)過程中，溫度控制在20-35°C之間。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，短程硝化開始時(shí)，pH值控制7.98-8.19之間，硝化結(jié)束時(shí)，pH值控制7.23-8.34之間；短程反硝化結(jié)束時(shí)，pH值控制8.39-9.45之間。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，反應(yīng)過程溫度為25°C。
6.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，硝化開始時(shí)，pH值為8.66 ;硝化結(jié)束時(shí)，pH值控為7.8 ;反硝化結(jié)束時(shí)，pH值控制為8.8。
7.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，原水為城市垃圾滲濾液。
【文檔編號(hào)】C02F3/30GK103663697SQ201310718175
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】孫洪偉 申請(qǐng)人:蘭州交通大學(xué)