利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和環(huán)境保護(hù)要求的逐漸提高，城市污水處理廠數(shù)量越來越多，污水處理總量也越來越多。傳統(tǒng)的城市污水脫氮工藝主要為是硝化一反硝化脫氮，該工藝在好氧曝氣環(huán)節(jié)消耗了大量的能量，屬于高能耗的污水處理工藝，污水處理費(fèi)用較高。由于城市污水一般碳氮比較低，難以滿足反硝化過程碳源需求，需投加甲醇等外碳源提高系統(tǒng)總氮(TN)去除率，而外碳源的投加則進(jìn)一步提高了脫氮系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。這樣不但增加了額外設(shè)施和處理成本，還會(huì)造成出水的COD升高，難以保證低碳源廢水脫氮效率。因此，如何降低成本和提高總氮去除率成為處理低碳源污水所面臨的主要問題。
[0003]近年來，厭氧氨氧化細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)給污水處理工藝的發(fā)展帶來了新的契機(jī)，使低能耗、可持續(xù)的污水處理技術(shù)成為可能，在實(shí)踐應(yīng)用方面也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。半短程硝化一厭氧氨氧化城市污水一體化自養(yǎng)脫氮技術(shù)集亞硝酸化與厭氧氨氧化與一體，即氨氧化菌(AOB)和厭氧氨氧化(Anammox)菌在同一反應(yīng)器中協(xié)同作用而完成脫氮。由于AOB和Anammox菌都是自養(yǎng)菌，且該工藝只需將約50 %的氨氮氧化成亞硝酸鹽，與傳統(tǒng)的硝化一反硝化工藝相比，半短程硝化一厭氧氨氧化城市污水一體化自養(yǎng)脫氮技術(shù)具有節(jié)省50%的氧耗和100%的外加碳源，且污泥產(chǎn)量少的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于厭氧氨氧化反應(yīng)無需有機(jī)物，可使污水中有機(jī)物盡可能多的用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，從而大大提高了城市污水的能量回收率。
[0004]實(shí)現(xiàn)城市污水一體化自養(yǎng)脫氮的關(guān)鍵在于抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的生長。目前，改工藝遇到的瓶頸問題是在低氨氮條件下長期運(yùn)行過程中，會(huì)因系統(tǒng)中NOB適應(yīng)新環(huán)境而逐漸增殖富集，導(dǎo)致亞硝化的破壞。這將導(dǎo)致Anammox菌難以競爭到足夠的基質(zhì)，出水硝氮增高，從而使整個(gè)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)崩潰。因此，在該系統(tǒng)出現(xiàn)NOB增多出水硝氮增高的情況下找到一種有效的恢復(fù)方法具有非常重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)城市污水短程-厭氧氨氧化一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器出現(xiàn)的出水硝態(tài)氮增高，NOB逐漸富集的問題，提出了利用低氧微曝和缺氧攪拌抑制亞硝氧化菌的城市污水自養(yǎng)脫氮恢復(fù)方法。針對(duì)穩(wěn)定性遭到破壞的城市污水連續(xù)曝氣一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，利用NOB在經(jīng)一定時(shí)長的缺氧攪拌后活性恢復(fù)滯后于AOB，AOB比亞硝酸氧化菌(NOB)對(duì)氧的親和力更高的現(xiàn)象，采用低氧微曝和缺氧攪拌以抑制NOB的增長。在反應(yīng)過程中，以低氧微曝時(shí)間7min，停曝21min的循環(huán)間歇曝氣方式運(yùn)行，直到周期結(jié)束，其中停曝時(shí)為缺氧攪拌，低氧微曝溶解氧為0.4-0.7mg/Lo在運(yùn)行過程中，計(jì)算每周期總氮去除量TNm和硝酸鹽增長量NO_3-Npro，以TNM/NO_3-Npro大于4.0或?yàn)樨?fù)值，并穩(wěn)定維持一周以上，即成功實(shí)現(xiàn)城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的恢復(fù)。
[0006]進(jìn)一步，缺氧攪拌的攪拌速度為40r/min，以達(dá)到既保證污泥混合均勻，又不至影響反應(yīng)器中污泥聚集形態(tài)的目的。
[0007]進(jìn)一步，缺氧攪拌溶解氧濃度小于0.05mg/L。
[0008]本發(fā)明所提供的利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的方法，通過循環(huán)間歇曝氣(曝氣7分鐘，停曝21分鐘)運(yùn)行方式，使NOB在反應(yīng)器運(yùn)行過程中活性受到抑制，控制NOB的增長，并隨排泥淘洗出系統(tǒng)內(nèi)，在序批式生物反應(yīng)器(SBR)中實(shí)現(xiàn)了城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的穩(wěn)定性恢復(fù)。
[0009]本發(fā)明專利具有以下優(yōu)勢(shì):
[0010]I)本發(fā)明操作簡單，對(duì)水質(zhì)沒有特殊要求，不需要額外添加藥品，具有較廣泛的工程意義。
[0011]2)城市污水一體化反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件之一是富集厭氧氨氧化菌，間歇曝氣運(yùn)行中有較長的缺氧時(shí)間，且前期好氧時(shí)間為厭氧氨氧化菌提供了亞硝酸鹽基質(zhì)，為厭氧氨氧化菌提高了適宜的生長環(huán)境，利于其生長富集。
[0012]3)在間歇曝氣運(yùn)行的缺氧時(shí)間段中，會(huì)發(fā)生部分反硝化作用，降低了出水中硝態(tài)氮的含量，是出水效果更好。
[0013]綜上所述，本發(fā)明具有操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，出水效果好的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明所用實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，但本發(fā)明不局限于此反應(yīng)裝置
[0015]圖2是是本發(fā)明所用實(shí)驗(yàn)裝置改為間歇曝氣運(yùn)行后每周期運(yùn)行方式示意圖
[0016]圖3是本發(fā)明所用實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)前城市污水一體化自養(yǎng)脫氮運(yùn)行效果圖
[0017]圖4是本發(fā)明所用實(shí)驗(yàn)裝置改為間歇曝氣運(yùn)行后城市污水一體化自養(yǎng)脫氮運(yùn)行效果圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例1
[0020]實(shí)驗(yàn)采用北京工業(yè)大學(xué)家屬區(qū)生活除碳污水作為原水，具體水質(zhì)如下:COD濃度為 60-90mg/L ；NH+4-N 濃度 58_87mg/L，NO>N 彡 0.5mg/L，NO>N 彡 0，5mg/L。
[0021]具體運(yùn)行操作如下:
[0022]I)小試階段:取城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器中污泥做缺氧攪拌時(shí)間對(duì)NOB的抑制小試，分別檢測(cè)嚴(yán)格缺氧5，10，15，20，25和30分鐘后NOB的活性恢復(fù)情況。結(jié)果表明，在缺氧時(shí)間20分鐘以上，轉(zhuǎn)為好氧曝氣后前8-9分鐘NOB的活性較低，隨后則恢復(fù)正常。
[0023]2)改變運(yùn)行條件階段:考慮到處理負(fù)荷和效率問題，選擇缺氧時(shí)間為20分鐘，同時(shí)考慮到實(shí)際運(yùn)行過程中停止曝氣后反應(yīng)器中溶解氧需要1-2分鐘才能降至0.05mg/L，將好氧曝氣時(shí)間定為7分鐘，將停曝時(shí)間定為21分鐘。將城市污水一體化連續(xù)曝氣自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器改為間歇曝氣，并檢測(cè)進(jìn)出水的氨氮，亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。
[0024]3)穩(wěn)定運(yùn)行階段:反應(yīng)器改為間歇曝氣運(yùn)行后，計(jì)算每周期總氮去除量TNm1和硝酸鹽增長量NO>Npro，即每周期進(jìn)水混合后和反應(yīng)結(jié)束后出水NO >Npro的質(zhì)量濃度差值，以mg/L計(jì)。經(jīng)過約30天后，TNm/NO_3-Npm的值穩(wěn)定在4.0以上或?yàn)樨?fù)值(出現(xiàn)負(fù)值的原因是反應(yīng)過程中存在少量反硝化情況，致使進(jìn)水結(jié)束后的NCT3-N濃度低于出水濃度)，并穩(wěn)定維持了一周以上，標(biāo)志著城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的成功恢復(fù)恢復(fù)。TNm/ΝΟ_3-Νρμ*ιΗ值時(shí)越大處理效果越好，為負(fù)值也表示效果好但與大小無關(guān)。
[0025]改變運(yùn)行條件前反應(yīng)器運(yùn)行效果如圖3。
[0026]本發(fā)明中前期運(yùn)行方式為連續(xù)曝氣，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧控制在0.1-0.3mg/L，不控制PHo經(jīng)過約60天的穩(wěn)定運(yùn)行，反應(yīng)器總氮去除率開始下降，TNmMT3-Npm低至2.0以下，表明氨氮被氧化生成亞硝態(tài)氮以后，大部分亞硝態(tài)氮被NOB氧化成硝態(tài)氮，而不是經(jīng)厭氧氨氧化反應(yīng)生成大量氮?dú)馀懦龇磻?yīng)器。至此，NOB逐漸富集，出水硝態(tài)氮升高，城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器穩(wěn)定性破壞。
[0027]改變運(yùn)行條件后反應(yīng)器運(yùn)行效果如圖4。
[0028]在第118天，將反應(yīng)器運(yùn)行方式由連續(xù)曝氣改為曝停時(shí)間為7/21分鐘的間歇曝氣，溶解氧控制在0.4-0.7mg/L，既保證足夠多的氨氮被氧化成亞硝態(tài)氮，又防止溶解氧濃度過高使NOB過多增長。通過利用缺氧攪拌引起的NOB活性恢復(fù)滯后現(xiàn)象，循環(huán)抑制NOB的活性，以達(dá)到NOB逐漸被淘洗的目的。經(jīng)過約20天后，TNmMT3-Npm逐漸開始上升(TN reffl/no_3-npj%負(fù)值的情況是由于反應(yīng)過程中硝態(tài)氮生成量少于缺氧攪拌過程中反硝化作用降解掉的硝態(tài)氮，使一個(gè)周期內(nèi)的硝態(tài)氮最終生成量為負(fù)值)，總氮去除率逐漸上升，至第170天左右達(dá)到80%，并一直穩(wěn)定維持，實(shí)現(xiàn)了城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的恢復(fù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的新方法，其特征在于: 采用低氧微曝和缺氧攪拌交替運(yùn)行以抑制NOB的增長；在反應(yīng)過程中，以低氧微曝時(shí)間7min，停曝21min的循環(huán)間歇曝氣方式運(yùn)行，直到周期結(jié)束，其中停曝時(shí)為缺氧攪拌，低氧微曝溶解氧為0.4-0.7mg/L ;在運(yùn)行過程中，計(jì)算每周期總氮去除量TNm和硝酸鹽增長量Ν0>Νρμ，以TNM/N0>Npro大于4.0或?yàn)樨?fù)值，并穩(wěn)定維持一周以上，即成功實(shí)現(xiàn)城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的方法，其特征在于:缺氧攪拌的攪拌速度為40r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的方法，其特征在于:缺氧狀態(tài)的溶解氧濃度小于0.05mg/Lo
【專利摘要】利用低氧微曝和缺氧攪拌恢復(fù)城市污水短程-厭氧氨氧化的方法，屬于污水生物處理領(lǐng)域。針對(duì)穩(wěn)定性遭到破壞，出水硝態(tài)氮增高，NOB逐漸富集的城市污水連續(xù)曝氣一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，采用低氧微曝和缺氧攪拌交替運(yùn)行以抑制NOB的增長。在反應(yīng)過程中，以低氧微曝時(shí)間7min，停曝21min的循環(huán)間歇曝氣方式運(yùn)行，計(jì)算每周期總氮去除量TNrem和硝酸鹽增長量NO-3-Npro，以TNrem/NO-3-Npro大于4.0或?yàn)樨?fù)值，并穩(wěn)定維持一周以上，即實(shí)現(xiàn)城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的恢復(fù)。反應(yīng)器改為間歇曝氣約55天后TNrem/NO-3-Npro維持在4.0以上或?yàn)樨?fù)值，同時(shí)總氮去除率達(dá)到80％，并穩(wěn)定維持100天以上。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了城市污水一體化自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的穩(wěn)定性恢復(fù)，具有操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，出水效果好的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C02F3-30
【公開號(hào)】CN104787889
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510213623
【發(fā)明人】彭永臻, 苗圓圓, 王淑瑩, 張倩, 韓金浩
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日