一種在硝酸鹽還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽積累的方法
【專利摘要】一種在硝酸鹽還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽積累的方法，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，由以下步驟實(shí)現(xiàn)，首先選擇污泥類型和濃度，設(shè)定反應(yīng)器污泥濃度為1000-1500mg/L；選擇碳源和設(shè)定碳氮比，C/N達(dá)到2.5：1，將C/N比為2.5：1的原水瞬時(shí)注入預(yù)置污泥的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行泥水?dāng)嚢杌旌?，借助pH指示再次進(jìn)水，當(dāng)上一個(gè)周期結(jié)束后反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限或當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，pH值大于9.5時(shí)，停止反應(yīng)，沉淀10-15min，進(jìn)行泥水分離，在完成沉淀后進(jìn)行排水。本發(fā)明方法反硝化速率高，維護(hù)保養(yǎng)較簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，無(wú)需專業(yè)人員操作。
【專利說(shuō)明】一種在硝酸鹽還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽積累的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種污水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在中國(guó)，特別是北方地區(qū)，地下水是一類重要的飲用水源。然而，城市污水二級(jí)處理出水的未達(dá)標(biāo)排放使得大量的含N03_-N廢水進(jìn)入地表或地下水體，潛在威脅飲用水源的安全。因而，無(wú)論在城市還是農(nóng)村，污水的深度脫氮已日趨成為一大社會(huì)問(wèn)題。由于受到低碳氮(C/N)比的制約，對(duì)于城市污水的深度脫氮，目前，通過(guò)投加外碳源的后置反硝化工藝應(yīng)用較為廣泛。然而，該工藝在實(shí)現(xiàn)理想脫氮效果的同時(shí)往往會(huì)增加運(yùn)行成本和污泥處置難度。此外，外加碳源的不精確投加還會(huì)影響出水水質(zhì)，形成二次污染。
[0003]近年來(lái)，作為一項(xiàng)新型生物自養(yǎng)脫氮工藝，半短程硝化-厭氧氨氧化(PartialNitritation-Anammox)以NH4+_N作為電子供體，可將短程硝化產(chǎn)生的N02__N還原，最終產(chǎn)物為N2和少量的N03_-N。其因較高的效率和低能耗，有望成為低C/N比城市污水的有效脫氮途徑。但式I表明，在反應(yīng)完全充分的條件下，厭氧氨氧化反應(yīng)器中10%的氮元素仍以N03_-N的形式存在于出水中。
[0004]I NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3^ + 0.13 H+
—1.02 N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2Oa5Nai5 + 2.03 H2O (I)
由此看來(lái)，單一的半短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)深度脫氮?；趥鹘y(tǒng)后置反硝化與半短程硝化-厭氧氨氧化工藝的局限性，近年來(lái)，一種耦合半短程硝化-厭氧氨氧化和部分反硝化(NCV-N —N02_ N)的新型脫氮系統(tǒng)日趨受到關(guān)注。如附圖1所示，在該系統(tǒng)中，理論上，半短程硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)器出水中的N03_-N通過(guò)內(nèi)回流在部分反硝化反應(yīng)器中被還原為N02_-N，再次進(jìn)入半短程硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)器后，最終轉(zhuǎn)化成N2。
[0005]目前，科研和工程界大都致力于半短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與穩(wěn)定，并取得了良好效果。但對(duì)于部分反硝化(NCV-N —NO2- -N)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化的代謝產(chǎn)物分析(式2)可知，通過(guò)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，將N03_-N還原產(chǎn)物最大程度地控制為N02_-N并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的NO2 -N積累量是亟待解決的問(wèn)題。
[0006]NOf — NO2- — NO — N2O — N2(2)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是公開(kāi)一種在硝酸鹽還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽積累的方法，從而為部分反硝化(NOf-N — NO2^-N)系統(tǒng)耦合半短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供方法。
[0008]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的方案包括以下步驟:
㈠.選擇污泥類型和濃度
選擇污泥齡大于30d的缺氧/好氧活性污泥系統(tǒng)的剩余污泥作為試驗(yàn)污泥。在反應(yīng)開(kāi)始前進(jìn)行2-3小時(shí)的好氧曝氣，并放置2-3小時(shí)，使污泥中的微生物處于無(wú)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)存在的條件下，之后用去離子水清洗3遍，置于序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)中，設(shè)定反應(yīng)器污泥濃度為 1000-1500mg/L。
[0009]㈡.選擇碳源和設(shè)定碳氮比
選用乙酸鹽作為外加碳源，乙酸鹽是強(qiáng)堿弱酸鹽，其水溶液呈現(xiàn)弱堿性，且乙酸鹽的濃度和溶液PH值有一定的關(guān)聯(lián)性。如附圖2所示，在N03_-N還原過(guò)程中，伴隨乙酸鹽的消耗，PH曲線上出現(xiàn)先上升后下降的拐點(diǎn)，可精確指示乙酸鹽的耗盡。利用該P(yáng)H拐點(diǎn)可精確判斷溶液中COD濃度是否充足。其中乙酸鹽可以是乙酸鈉或乙酸鉀。
[0010]選定碳源后，根據(jù)要處理的no3_-n濃度，控制乙酸鹽加入含no3_-n的原水后，使乙酸鹽在溶液中所換算成的COD濃度與N03_-N濃度的比值——碳氮比(C/N)達(dá)到2.5:1。
[0011]㈢.泥水混合進(jìn)行反應(yīng)
通過(guò)SBR反應(yīng)器的進(jìn)水裝置，將C/N比為2.5:1的原水瞬時(shí)注入預(yù)置污泥的SBR反應(yīng)器內(nèi)。SBR反應(yīng)器采用磁力攪拌器攪拌槳或推流器等攪拌裝置進(jìn)行泥水的混合。附圖3的結(jié)果顯示，乙酸鹽存在的條件相比乙酸鹽耗盡的條件更有利于NOf-N還原過(guò)程中NOf-N的積累。因此，在pH曲線中出現(xiàn)先升后降的拐點(diǎn)時(shí)停止攪拌。
[0012]㈣.借助pH指示再次進(jìn)水
當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，在3min內(nèi)將含有乙酸鹽和N03__N的碳氮比為2.5的原水再次通過(guò)進(jìn)水裝置注入SBR反應(yīng)器。和步驟㈢相類似，當(dāng)pH曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，再次進(jìn)水，保證反應(yīng)器內(nèi)的乙酸鹽濃度始終充足，但 當(dāng)進(jìn)水后反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限時(shí)，停止進(jìn)水。
[0013]㈤.當(dāng)上一個(gè)周期結(jié)束后反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限或當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，PH值大于9.5時(shí)，停止反應(yīng)，沉淀10-15min，進(jìn)行泥水分離。
[0014]㈥.在完成沉淀后，通過(guò)SBR反應(yīng)器的排水裝置進(jìn)行排水。
[0015]當(dāng)需要繼續(xù)進(jìn)行處理時(shí)，重復(fù)步驟㈢至步驟㈥。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
①所選用的碳源一乙酸鹽和甲醇、葡萄糖相比，反硝化速率高，在效率上具有優(yōu)勢(shì)；同時(shí)其很容易從剩余污泥的厭氧發(fā)酵中獲取，是一種可再生的綠色碳源，在經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)勢(shì)。
[0017]②借助pH對(duì)乙酸鹽存在的精確指示實(shí)現(xiàn)了間歇進(jìn)水連續(xù)模式運(yùn)行下，N03_-N還原過(guò)程中N02_-N的穩(wěn)定積累。pH傳感器在實(shí)時(shí)控制中具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，維護(hù)保養(yǎng)較簡(jiǎn)單。
[0018]③該部分反硝化(N03_-N — NO2- N)系統(tǒng)，與半短程硝化-厭氧氨氧化聯(lián)用后，理論上提升的脫氮率為0.11-1 / (8.92+8.92r - r ? NAR)，其中r和NAR分別為半短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)出水回流至部分反硝化系統(tǒng)的回流比和部分反硝化系統(tǒng)N03_-N還原過(guò)程中NO2--N的積累率。
[0019]④本發(fā)明所述的控制方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需安裝昂貴的NO3--N和NO2--N在線傳感器，費(fèi)用低；設(shè)置PH值反饋系統(tǒng)后可實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化管理，無(wú)需專業(yè)人員操作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為半短程硝化-厭氧氨氧化耦合部分反硝化(N03_-N — N02_-N)系統(tǒng)流程圖； 圖2為以乙酸鈉為碳源的N03_-N還原過(guò)程中pH與COD、N03_-N、N02__N濃度變化的關(guān)系;
圖3為碳氮比為1.4-3.5條件下乙酸鈉充足與耗盡狀態(tài)下NO2--N積累率的比較；
圖4為在間歇進(jìn)水連續(xù)運(yùn)行模式下部分反硝化(N03_-N — N02_-N)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖4的實(shí)際運(yùn)行效果詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明:
㈠.選擇污泥類型和濃度
選擇污泥齡為40±2d的缺氧/好氧生物膜反應(yīng)器中的缺氧剩余污泥作為試驗(yàn)污泥。在反應(yīng)開(kāi)始前進(jìn)行2.5小時(shí)的好氧曝氣，并放置2.5小時(shí)，使污泥中的微生物處于無(wú)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)存在的條件下，之后用去離子水清洗3遍，置于有效容積為3L的序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)中，根據(jù)反應(yīng)器容積，設(shè)定污泥濃度為1200mg/L。
[0022]㈡.選擇碳源和設(shè)定碳氮比
選用乙酸鈉作為外加碳源。在N03_-N還原過(guò)程中，伴隨乙酸鈉的消耗，pH曲線上出現(xiàn)先上升后下降的相似拐點(diǎn)，可精確指示乙酸鈉的耗盡。利用該P(yáng)H拐點(diǎn)可精確判斷溶液中COD濃度是否充足。
[0023]將乙酸鈉投加到含N03_-N污水中，根據(jù)要處理的N03_-N濃度，控制乙酸鈉后形成的碳氮比(C/N)為2.5。
[0024]㈢.泥水混合進(jìn)行反應(yīng)
開(kāi)啟SBR反應(yīng)器的進(jìn)水裝置，通過(guò)蠕動(dòng)泵將C/N比為2.5的原水瞬時(shí)注入預(yù)置污泥的SBR反應(yīng)器內(nèi)。采用磁力攪拌器進(jìn)行泥水的混合。通過(guò)pH傳感器在線監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中的PH變化，當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)立刻停止攪拌。
[0025]㈣.借助pH指示再次進(jìn)水
當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，在3min內(nèi)將含有乙酸鈉和N03__N的碳氮比為2.5的原水再次通過(guò)進(jìn)水裝置注入SBR反應(yīng)器。和步驟㈢相類似，當(dāng)pH曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，再次進(jìn)水，保證反應(yīng)器內(nèi)的乙酸鈉濃度始終充足，但當(dāng)進(jìn)水后反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限時(shí)，停止進(jìn)水。
[0026]㈤.當(dāng)上一個(gè)周期結(jié)束后反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限或當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，PH值大于9.5時(shí)，停止反應(yīng)，沉淀10-15min，進(jìn)行泥水分離。
[0027]㈥.在完成沉淀后，通過(guò)SBR反應(yīng)器的排水裝置進(jìn)行排水。
[0028]以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的缺氧/好氧生物膜反應(yīng)器排放的二級(jí)出水為本底(C0D=32mg/L，已難生物降解；NOf-N=0.7 mg/L ；NO3^-N= 15 mg/L, NH4+-N=0.6 mg/L),通過(guò)投加 NaNO3 使N03_-N濃度達(dá) 到20.5mg/L,繼續(xù)向水中投加適量乙酸鈉，使其換算成的COD濃度與N03__N的比值為2.7。按照本發(fā)明所形成的方法運(yùn)行，在連續(xù)運(yùn)行3個(gè)周期的情況下，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)N03_-N還原過(guò)程中60%以上的N02_-N積累率。
【權(quán)利要求】
1.一種在硝酸鹽還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽積累的方法，其特征包括以下步驟: ㈠.選擇污泥類型和濃度 選擇污泥齡大于30d的缺氧/好氧活性污泥系統(tǒng)的剩余污泥作為試驗(yàn)污泥，在反應(yīng)開(kāi)始前進(jìn)行2-3小時(shí)的好氧曝氣，并放置2-3小時(shí)，使污泥中的微生物處于無(wú)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)存在的條件下，之后用去離子水清洗3遍，置于序批式活性污泥反應(yīng)器中，設(shè)定反應(yīng)器污泥濃度為1000-1500mg/L ； ㈡.選擇碳源和設(shè)定碳氮比 選用乙酸鹽作為外加碳源，根據(jù)要處理的NOf-N濃度，控制乙酸鹽加入含NOf-N的原水后，使乙酸鹽在溶液中所換算成的COD濃度與N03_-N濃度的比值——碳氮比C/N達(dá)到2.5:1，其中乙酸鹽是乙酸鈉或乙酸鉀； 曰.泥水混合進(jìn)行反應(yīng) 通過(guò)反應(yīng)器的進(jìn)水裝置，將C/N比為2.5:1的原水瞬時(shí)注入預(yù)置污泥的反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行泥水?dāng)嚢杌旌?，在PH曲線中出現(xiàn)先升后降的拐點(diǎn)時(shí)停止攪拌； ㈣.借助pH指示再次進(jìn)水 當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，在3min內(nèi)將含有乙酸鹽和N03__N的碳氮比為2.5:1的原水再次通過(guò)進(jìn)水裝置注入反應(yīng)器，當(dāng)PH曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，再次進(jìn)水，保證反應(yīng)器內(nèi)的乙酸鹽濃度始終充足，但當(dāng)進(jìn)水后反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限時(shí)，停止進(jìn)水； ?.當(dāng)上一個(gè)周期結(jié)束后`反應(yīng)器內(nèi)水量達(dá)到反應(yīng)器容積上限或當(dāng)pH曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)后，PH值大于9.5時(shí)，停止反應(yīng)，沉淀10-15min，進(jìn)行泥水分離； (六).在完成沉淀后，通過(guò)反應(yīng)器的排水裝置進(jìn)行排水。
【文檔編號(hào)】C02F3/12GK103601286SQ201310531233
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】霍明昕, 龔靈瀟, 楊武, 朱遂一, 楊霞, 王藝, 劉劍聰, 方帥 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)