一種通過過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種通過過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法。本方法主要使用SBR裝置，通過逐步提高進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度（150～2000mg?NO2--N/L），以沉淀時(shí)間為選擇要素（沉淀時(shí)間為1～10min）采用DO-MSC（溶解氧的移動斜率變化）過程控制的方法對亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥進(jìn)行富集。本發(fā)明將DO-MSC過程控制應(yīng)用于亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的富集過程，節(jié)省反應(yīng)時(shí)間，節(jié)省曝氣量，實(shí)現(xiàn)了亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的快速富集，富集后污泥濃度達(dá)10g/L以上，其中NOB占細(xì)菌總量達(dá)80%以上，能完全處理進(jìn)水濃度為2000mg?NO2--N/L的廢水。
【專利說明】一種通過過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法，屬于廢水生物脫氮【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]亞硝酸鹽為致癌物質(zhì)，且來源廣泛，主要存在于化工、醫(yī)藥、食品、橡膠工業(yè)、印染工業(yè)、紡織工業(yè)和電鍍行業(yè)等的生產(chǎn)廢水中。目前，常用處理亞硝酸鹽廢水的方法主要為化學(xué)方法，如次氯酸鈉法、尿素分解法、氯化銨分解法、氨基磺酸分解法、光催化氧化法等，而化學(xué)方法普遍存在反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)生二次污染及處理費(fèi)用較高的缺點(diǎn)。使用生物處理的方法較少，這是因?yàn)檩^高濃度的亞硝酸鹽會形成高濃度的游離亞硝酸，會對亞硝態(tài)氮氧化菌產(chǎn)生抑制作用，影響對亞硝酸鹽的處理效果，且亞硝態(tài)氮氧化菌生長速率較低，難以持留，而通過對NOB進(jìn)行富集可以有效的解決這個(gè)問題。
[0003]NOB為自養(yǎng)菌，以亞硝酸鹽為唯一能源，以CO2為唯一碳源。大多數(shù)NOB適宜的生長條件為:溫度25~30°C，pH范圍7.5~8.0,亞硝氮濃度2~30mmol/L。NOB主要分為四個(gè)屬:Nitrobacter、Nitrococcus、Nitrospina、Nitrospira,其中，Nitrobacter 的菌株來自土壤和淡水樣品，其他三個(gè)屬的菌株基本上來自海洋樣品，具有較強(qiáng)的耐鹽能力。Nitrobacter菌株對亞硝酸鹽的耐受能力明顯強(qiáng)于其他三個(gè)屬，由于其長期生活在缺乏亞硝酸鹽的自然生境中，因此NitiObacter菌株的耐饑餓能力也很強(qiáng)。
[0004]好氧顆粒污泥是一種特殊形式的生物膜，具有顆粒直徑大、SVI值低、沉降速度高、生物量高等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢使生物反應(yīng)器可以保持非常高的生物量以及很好的沉降性能，在提高生物脫氮能力方面具有巨大潛能。好氧顆粒污泥多為以有機(jī)物為底物的細(xì)菌，而以無機(jī)物為底物的顆粒污泥較少存在。對亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥進(jìn)行富集，提高NOB對FNA的耐受能力，同時(shí)使污泥顆粒化，可以有效提高生物法處理高濃度亞硝酸鹽廢水的處理能力，且采用過程控制方法富集，提高富集效率，節(jié)約能源。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于解決生物法處理高濃度亞硝酸鹽廢水能力差且亞硝態(tài)氮氧化菌難以形成顆粒污泥的難題，提供一種過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法。
[0006]本發(fā)明所提供的方法通過過程控制的方式富集亞硝態(tài)氮氧化菌，逐漸提高進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度馴化污泥，提高富集程度，同時(shí)以沉淀時(shí)間為選擇要素使污泥顆?；?，優(yōu)化污泥性能，實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽廢水生物方法的高效處理。
[0007]本發(fā)明采用的裝置包括反應(yīng)器系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)(見圖1)；
[0008]反應(yīng)器系統(tǒng)一次包括進(jìn)水箱9、進(jìn)水泵12、SBR裝置5、攪拌器19、空氣泵1、曝氣頭
4、中間水箱6、污泥回流泵16、加熱裝置11 ；
[0009]自動控制系統(tǒng)包括溫度傳感器21、DO傳感器18、ORP傳感器20、DO數(shù)據(jù)采集裝置23、ORP數(shù)據(jù)采集裝置24、溫度數(shù)據(jù)采集裝置25、可編程過程控制器22，數(shù)據(jù)采集裝置23、24,25采集的信號通過數(shù)據(jù)傳輸線輸入到可編程過程控制器22中進(jìn)行處理，由可編程過程控制器22發(fā)出的控制指令通過數(shù)據(jù)輸出線控制曝氣繼電器2、攪拌器19、加熱棒11，SBR排水繼電器17、中間水箱排水繼電器7、進(jìn)水泵12、回流泵16通過數(shù)據(jù)傳輸線與可編程過程控制器22相連；
[0010]其特征在于，包括以下步驟(如圖2所示):
[0011]I設(shè)定反應(yīng)器進(jìn)水比為20%~30%，啟動進(jìn)水泵將原水加入SBR中，同時(shí)啟動風(fēng)機(jī)和攪拌器，并在線監(jiān)測DO和0RP，進(jìn)水結(jié)束后，關(guān)閉進(jìn)水泵；
[0012]II曝氣階段恒定曝氣量為0.10~0.20m3/h,同時(shí)為保證污水和污泥充分接觸一直開啟攪拌器；通過DO、ORP測定儀采集數(shù)據(jù)，編程可編程過程控制器在收集DO、ORP數(shù)據(jù)信號，每分鐘計(jì)數(shù)一次，十分鐘計(jì)算一次DO的平均值，同時(shí)計(jì)算溶解氧移動斜率變化(D0-MSC)，其中n=5，在DO-MSC在0.02~0.1范圍內(nèi)，意味著反應(yīng)結(jié)束；通過可編程過程控制器輸出信號，關(guān)閉風(fēng)機(jī)和攪拌器，停止曝氣和攪拌；
[0013]III通過可編程過程控制器計(jì)時(shí)，在沉淀I~IOmin后，進(jìn)入下一步工序；
[0014]IV設(shè)定反應(yīng)器排水比為20%~30%，通過可編程過程控制器控制，打開出水電動閥開始排水，排水結(jié)束后，關(guān)閉閥門；
[0015]V反應(yīng)器排水到中間水箱后，沉淀I~lOmin，設(shè)定中間水箱排水比為80%~90%排水結(jié)束后，關(guān)閉排水電動閥；
[0016]VI中間水箱排水結(jié)束后，通過可編程過程控制器對中間水箱內(nèi)液體與水箱總?cè)莘e的比例即容積比進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)容積比大于40%時(shí)，回流泵開啟，污泥回流到反應(yīng)器中，回流比為85%~95%，回流結(jié)束后關(guān)閉回流泵，進(jìn)入下一步驟；若沒有達(dá)到設(shè)定容積比則直接進(jìn)入下一步驟；
[0017]Vn對本周期曝氣時(shí)間進(jìn)行判定，若曝氣時(shí)間在300min以內(nèi)，則提升進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度，然后進(jìn)入下一周期；若曝氣時(shí)間大于300min，則直接進(jìn)入下一周期；其中，起始進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度為200mg/L，每次提升幅度為100~300mg/L，直至進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度提升到2000mg/L ；
[0018]檢測系統(tǒng)污泥的SVI值，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度提升到2000mg/L后，檢測系統(tǒng)SVI在10~50ml/g范圍內(nèi)，則視為富含亞硝態(tài)氮氧化菌的顆粒污泥培養(yǎng)成功，系統(tǒng)停止運(yùn)行。
[0019]綜上，本發(fā)明提供的通過過程控制快速富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法，針對高濃度亞硝酸鹽廢水較難通過生物方法處理的難題，提出一種高效節(jié)能的生物處理亞硝酸鹽廢水的方法。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1)本發(fā)明克服了高濃度FNA對亞硝態(tài)氮氧化菌處理亞硝酸鹽廢水的不利影響，能夠在FNA濃度為0.225-0.450mg HN02-N/L的范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0022]2)以沉淀時(shí)間為選擇要素使污泥顆?；?，改善了污泥的性能，提高處理效率。
[0023]3)通過過程控制的方式對NOB進(jìn)行富集，節(jié)省富集時(shí)間，節(jié)約能源，提高了富集效率。
[0024]4)引入DO-MSC參數(shù)作為過程控制參數(shù)，該信號穩(wěn)定、響應(yīng)靈敏，能保證每個(gè)周期反應(yīng)完全，且適用范圍廣泛，不受曝氣量大小的影響?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明的裝置示意圖。
[0026]圖1中，1-空氣泵，2-曝氣繼電器，3-曝氣管，4-曝氣頭，5-SBR裝置，6-中間水箱，7-中間水箱排水繼電器，8-中間水箱排水管，9-進(jìn)水箱，10-取樣口，11-加熱棒，12-進(jìn)水泵，13-進(jìn)水管，14-回流管，15-SBR排水管，16-回流泵，17-反應(yīng)器排水繼電器，18-D0傳感器，19-攪拌器，20-0RP傳感器，21-溫度傳感器，22-可編程過程控制器，23-D0數(shù)據(jù)采集器，24-0RP數(shù)據(jù)采集器，25-溫度數(shù)據(jù)采集器，26~35-數(shù)據(jù)信號接口。
[0027]圖2本發(fā)明通過過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法的過程控制流程圖。
[0028]圖3本發(fā)明運(yùn)行過程中典型周期的N02--N、NCV-N、DO、ORP, DO-MSC變化情況?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]SBR系統(tǒng)接種污泥取自處理實(shí)際生活污水的中試SBR，反應(yīng)器容積為12L，有效體積為10L。試驗(yàn)用水采用配水方式，其中原水中Ν02_-Ν濃度為200~2000mg/L，每升配水中，其他成分如下:0.4g NaHCO3, Ig KH2PO4,1.31g K2HPO4以及2ml的微量元素溶液；每升水中微量元素成分為:1.25gEDTA，0.55g ZnSO4.7Η20，0.4g CoCl2.6H20,1.275g MnCl2.4H20,0.4gCuS04.4H20,0.05g Na2MoO4.2H20,1.375g CaCl2.2H20，1.25g FeCl3.6H20，44.4gMgSO4.7Η20。采用逐步提高進(jìn)水濃度的方式進(jìn)行富集培養(yǎng)。系統(tǒng)條件為:ρΗ為7~7.5，溫度為25°C，曝氣量為0.12m3/h。每個(gè)周期具體操作步驟如下: [0030]I進(jìn)水每次進(jìn)水量為2L，由可編程過程控制器來控制，啟動進(jìn)水泵將原水打入SBR系統(tǒng)中，同時(shí)啟動攪拌器和空氣泵，并在線監(jiān)測系統(tǒng)的D0、0RP和溫度，進(jìn)水結(jié)束后進(jìn)水栗關(guān)閉，進(jìn)入下一步工序；
[0031]II曝氣和攪拌進(jìn)水結(jié)束后，空氣泵和攪拌器繼續(xù)開啟，曝氣階段曝氣量維持在
0.12m3/h，此過程為亞硝酸鹽氧化過程，同時(shí)監(jiān)測DO和0RP，并計(jì)算D0-MSC，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇删幊踢^程控制器，當(dāng)DO-MSC在0.02~0.1范圍內(nèi)，指示著反應(yīng)結(jié)束，即可由可編程過程控制器發(fā)出指令，關(guān)閉攪拌器和空氣泵，停止攪拌和曝氣，進(jìn)入下一步工序；
[0032]III排水停止攪拌和曝氣后，由可編程過過程控制器控制，系統(tǒng)沉淀5min后，開啟排水閥門，進(jìn)入下一步工序；
[0033]IV設(shè)定排水比為25%，由可編程過程控制器控制，排水結(jié)束后，關(guān)閉排水閥門；
[0034]V SBR系統(tǒng)排水到中間水箱后，靜置5min后，開啟中間水箱排水電動閥，排水比為90%,排水結(jié)束后關(guān)閉中間水箱排水電動閥，進(jìn)入下一步工序；
[0035]VI中間水箱排水結(jié)束后，通過可編程過程控制器對中間水箱內(nèi)液體與水箱總?cè)莘e的比例即容積比進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)容積比為40%時(shí)，回流泵開啟，污泥回流到反應(yīng)器中，回流比為95%，回流結(jié)束后關(guān)閉回流泵，進(jìn)入下一步驟；若沒有達(dá)到設(shè)定容積比則直接進(jìn)入下一步驟；
[0036]YD對本周期曝氣時(shí)間進(jìn)行判定，若曝氣時(shí)間在300min以內(nèi)，則提升進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度，然后進(jìn)入下一周期；若曝氣時(shí)間大于300min，則直接進(jìn)入下一周期；其中，起始進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度為200mg/L，每次提升幅度為100~300mg/L，直至進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度提升到2000mg/L ；
[0037]檢測系統(tǒng)污泥的SVI值，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度提升到2000mg/L后，檢測系統(tǒng)SVI在10~50ml/g范圍內(nèi)，則視為富含亞硝態(tài)氮氧化菌的顆粒污泥培養(yǎng)成功，系統(tǒng)停止運(yùn)行；
[0038]本發(fā)明實(shí)施例的裝置圖如圖1所示，SBR裝置5連接曝氣頭4、出水管15、進(jìn)水管13 ;水箱9通過進(jìn)水管3和進(jìn)水泵12與SBR裝置連接；中間水箱6通過出水管15和出水繼電器17與SBR裝置連接；曝氣頭4通過曝氣管3和曝氣繼電器2與空氣繼電器I連接；可編程過程控制器22通過數(shù)據(jù)輸出線與SBR排水繼電器17、中間水箱排水繼電器7、進(jìn)水泵12、回流泵16、攪拌器19相連；SBR裝置中設(shè)有的加熱棒11、DO傳感器18、ORP傳感器20、溫度傳感器21通過數(shù)據(jù)信號接口與可編程過程控制器22連接。
[0039]運(yùn)行期間典型周期如圖3所示，在DO-MSC在0.02~0.1范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)亞硝酸鹽氮全部轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，即可停止曝氣，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)水的FNA濃度為0.450mg HN02-N/L,其中pH為7.0，溫度為25°C ；
[0040]運(yùn)行后測得系統(tǒng)SVI為10ml/g，顯示已形成顆粒污泥。表明系統(tǒng)在沉淀時(shí)間選擇的條件下形成了亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥，且在高濃度的FNA條件下仍能夠保持活性，表明其能夠處理高濃度的亞硝酸鹽廢水``。
【權(quán)利要求】
1.一種通過過程控制富集亞硝態(tài)氮氧化菌顆粒污泥的方法，應(yīng)用如下反應(yīng)器系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)；反應(yīng)器系統(tǒng)包括進(jìn)水箱、進(jìn)水泵、SBR裝置、攪拌器、曝氣裝置、中間水箱、污泥回流泵；自動控制系統(tǒng)包括溫度、ORP和DO傳感器，數(shù)據(jù)采集裝置，繼電器，可編程過程控制器；傳感器通過測定儀與可編程過程控制器相連接，繼電器與可編程過程控制器直接相連；測定儀測得的數(shù)據(jù)輸入到可編程過程控制器中進(jìn)行處理，可編程過程控制器發(fā)出控制指令由繼電器執(zhí)行； 其特征在于，包括以下步驟: I設(shè)定反應(yīng)器進(jìn)水比為20%~30%，啟動進(jìn)水泵將原水加入SBR中，同時(shí)啟動風(fēng)機(jī)和攪拌器，并在線監(jiān)測DO和0RP，進(jìn)水結(jié)束后，關(guān)閉進(jìn)水泵； II曝氣階段恒定曝氣量為0.10~0.20m3/h,同時(shí)開啟攪拌器；通過DO、ORP測定儀采集數(shù)據(jù)，編程可編程過程控制器在收集DO、ORP數(shù)據(jù)信號的同時(shí)計(jì)算D0-MSC，當(dāng)DO-MSC在0.02~0.1范圍內(nèi)，意味著反應(yīng)結(jié)束；通過可編程過程控制器輸出信號，關(guān)閉風(fēng)機(jī)和攪拌器，停止曝氣和攪拌； III通過可編程過程控制器計(jì)時(shí)，沉淀I~IOmin后，進(jìn)入下一步工序； IV設(shè)定反應(yīng)器排水比為20%~30%，通過可編程過程控制器控制，打開出水電動閥開始排水，排水結(jié)束后，關(guān)閉閥門； V反應(yīng)器排水到中間水箱后，由可編程過程控制器計(jì)時(shí)，沉淀I~lOmin，設(shè)定中間水箱排水比為80%~90%，排水結(jié)束后，關(guān)閉排水電動閥； VI中間水箱排水結(jié)束后，通過可編程過程控制器對中間水箱內(nèi)液體與水箱總?cè)莘e的比例即容積比進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)容積比大于40%時(shí)，回流泵開啟，污泥回流到反應(yīng)器中，回流比為85%~95%，回流結(jié)束后關(guān)閉回流泵，進(jìn)入下一步驟；若沒有達(dá)到設(shè)定容積比則直接進(jìn)入下一步驟； Vn對本周期曝氣時(shí)間進(jìn)行判定，若曝氣時(shí)間在300min以內(nèi)，則提升進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度，然后進(jìn)入下一周期；若曝氣時(shí)間大于300min，則直接進(jìn)入下一周期； 其中，起始進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度為200mg/L，每次提升幅度為100~300mg/L，直至進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度提升到2000mg/L ； 檢測系統(tǒng)污泥的SVI值，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水亞硝態(tài)氮濃度提升到2000mg/L后，測得系統(tǒng)污泥體積指數(shù)SVI在10~50ml/g范圍時(shí)，視為富含亞硝態(tài)氮氧化菌的顆粒污泥培養(yǎng)成功，系統(tǒng)停止運(yùn)行。
【文檔編號】C02F11/02GK103482831SQ201310412733
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】彭永臻, 董怡君, 張宇坤 申請人:北京工業(yè)大學(xué)