本发明属于污水生物处理技术领域,具体涉及一种基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法。
背景技术:
氮素是我国水体污染物减排的主要指标之一,也是城镇污水处理厂污染物排放的重要控制项目。传统的硝化反硝化工艺作为一种有效的污水脱氮工艺,是当今污水处理厂的主要脱氮技术。但是,在全球普遍倡导可持续发展的今天,传统硝化反硝化脱氮工艺“高能耗、高消耗”的弊端日益凸显。随着微生物学的不断突破,短程硝化反硝化、亚硝化-厌氧氨氧化等高效、低耗的新型生物脱氮技术已成为污水脱氮领域的研究热点。
亚硝化技术在新型生物脱氮工艺中占有重要地位,短程硝化反硝化工艺和亚硝化-厌氧氨氧化工艺均需要亚硝化过程,亚硝化的效率及稳定性直接关系到整个工艺流程的处理效果。因此,亚硝化技术已成为新型污水生物脱氮工艺的关键技术之一。
亚硝化技术是指通过选择性抑制硝化细菌生长或活性,使得氨氮氧化过程停留在亚硝酸盐阶段,从而实现亚硝酸盐的积累。目前,选择性抑制硝化细菌而不影响亚硝化细菌的方法主要有:控制高温条件、控制低溶解氧、控制游离氨或游离亚硝酸抑制、控制周期性好氧-缺氧交替等。
基于控制高温条件开发的sharon反应器已成功应用于诸如污泥消化上清液的高温废水中,对于常温(甚至低温)、大流量的城市污水则有较大的局限性,能耗也较高。
控制低溶解氧或周期性好氧-缺氧交替在短期内可以较好实现亚硝酸盐的积累,但在长期运行中硝化细菌会对低溶解氧或周期性好氧-缺氧交替环境产生适应性,从而导致亚硝化工艺的失败。
对于低氨氮浓度的城市污水,控制游离氨或游离亚硝酸抑制需要额外投加氨或亚硝酸,成本较高,不符合“低消耗、低能耗”的发展理念。虽然可以通过侧流高氨氮废水(主要指污泥消化上清液)补充主流城市污水中游离氨或游离亚硝酸,但是大部分污水处理厂并没有污泥消化工艺,因此,该方法应用比较局限,难以得到推广。
技术实现要素:
为了克服现有技术的缺点和不足,解决常温、大流量、低氨氮浓度的城市污水亚硝化过程难以稳定实现的问题,本发明的目的在于提供一种基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在反应器中加入接种污泥,进行接种污泥驯化培养;
(2)采用uva波段紫外线对反应器中的污泥进行辐照,将预处理后的城市污水通入反应器中,控制以下工艺参数:反应器内溶解氧浓度在2~7mg/l,水力停留时间为8~48h,污泥龄为15~40天,ph值为7.5~8.5,温度为15~35℃,每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。
优选的,步骤(2)所述紫外辐照的波长为320nm~420nm。
优选的,步骤(2)所述的uva波段紫外线的来源为汞灯或紫外发光二极管,紫外辐照度为1000~2000μw/cm2,单位体积反应器的紫外灯功率为2~6w。
优选的,步骤(2)中所述预处理后的城市污水为经过一级处理(格栅-沉砂池)的城市污水,其中化学需氧量(cod)为50~500mg/l,氨氮浓度为20~50mgn/l,ph值为7.0~9.0,碱度(以caco3计)为50~500mg/l。
优选的,步骤(2)所述污泥的浓度为1000~2000mgvss/l。
优选的,步骤(2)中反应器体系的ph=7.8~8.5,可实现反应器出水亚硝酸盐积累率为80%~100%。
优选的,步骤(2)中控制反应器体系的ph=7.5~7.7,可实现反应器出水亚硝酸盐积累率为50%~60%。
优选的,步骤(1)所述的反应器为序批式反应器或连续式反应器,更优选的为连续式反应器中的膜生物反应器。
优选的,步骤(1)所述的驯化培养为连续培养法或间歇培养法。
优选的,步骤(1)所述的驯化培养为连续培养法,具体为:投加接种污泥,闷曝1~2天,然后连续进预处理后的城市污水培养,控制反应器内溶解氧浓度为2~7mg/l,温度为15~35℃,直至出水氨氮去除率超过90%,标志接种污泥驯化培养成功。
优选的,步骤(1)所述的接种污泥为具有生物脱氮功能的活性污泥,优选的为曝气池活性污泥或二沉池剩余污泥,更优选的为曝气池活性污泥。
本发明中,亚硝酸盐积累率=[亚硝酸盐氮]/([亚硝酸盐氮]+[硝酸盐氮])*100%。
本发明正常情况下反应器体系ph为7.8~8.5,反应器出水亚硝酸盐积累率为80%~100%,当控制体系ph为7.5~7.7时,反应器出水亚硝酸盐积累率下降到50%~60%,即反应器出水氨氮与亚硝酸盐氮的质量比为1:1~1:1.3,可作为后续厌氧氨氧化单元的进水。
本发明的创新之处:本发明利用uva波段紫外线促使反应器中微藻的生长,其在光合作用过程中释放活性氧,进而杀死反应器中的亚硝酸盐氧化菌(nob),使得亚硝酸盐氮不能进一步转化为硝酸盐氮,造成反应器中亚硝酸盐氮的积累,实现城市污水亚硝化。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和有益效果:
(1)本发明提供了一种高效、稳定的,适用于常温、低氨氮浓度、大流量城市污水亚硝化的实现方法,操作方法简单、不需要引入其它化学药剂。
(2)本发明采用的工艺控制参数皆为污水处理厂常规监测参数,无需昂贵的水质监测设备和传感器,另外,工艺参数的控制范围较宽,对自动化程度和精细化程度要求不高,是一种经济有效、易于控制的城市污水亚硝化实现方法。
(3)本发明采用的控制反应器内泥水混合液的ph值的方法,可实现对反应器出水中亚硝酸盐积累率的有效控制,以适应不同后续处理单元的进水要求,具有适应性强、应用范围广的优点。
(4)本发明提供的基于紫外辅助城市污水亚硝化技术,可以与短程硝化反硝化、厌氧氨氧化技术等新型污水生物脱氮技术相耦合,为这些新型污水生物脱氮工艺在城市污水中的推广应用奠定了基础。
附图说明
图1为序批式反应器(sbr)结构示意图。
图2为膜生物反应器(mbr)结构示意图。
图3为实施例1中反应器运行效果图。
图4为对比例1中反应器运行效果图。
图5为实施例2中反应器运行效果图。
图6为实施例3中反应器运行效果图。
具体实施方式
以下,利用实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明不限于这些实施例。
以下实施例和对比例所涉及的反应器有序批式反应器(sbr)和膜生物反应器(mbr),膜生物反应器(mbr)是连续式反应器的一种。其中,序批式反应器的结构如图1所示,主要包括:1-圆柱形反应器主体,2-uva波段紫外线灯(波长峰值365nm),3-进水系统(包括进水管路及水泵),4-排水系统(包括排水管路及电磁阀),5-曝气系统(包括进气管路、气泵及曝气头),6-ph自动控制系统(包括ph电极、控制器及酸碱投加泵),7-plc自动控制单元。
膜生物反应器(mbr)的结构如图2所示,主要包括:1-圆柱形反应器主体,2-uva波段紫外线灯(波长峰值365nm),3-膜组件(中空纤维膜),4-进水系统(包括进水管路及水泵),5-排水系统(包括排水管路及排水泵),6-曝气系统(包括进气管路、气泵及曝气头),7-ph自动控制系统(包括ph电极、控制器及酸碱投加泵),8-plc自动控制单元。uva波段紫外线灯的位置以能够满足单位体积反应器的紫外灯功率为6w和紫外辐照度为2000μw/cm2为准,不规定其具体位置。
实施例1
本实施方式采用序批式反应器(sbr)作为城市污水亚硝化技术的装置。序批式反应器一个周期6小时,包括进水20分钟,曝气5小时,沉淀30分钟,排水10分钟,每个周期的排水量为反应器总有效体积的一半,即容积交换率为50%,对应水力停留时间为12小时。
本实施方式采用上述反应器,具体运行及控制方法包括以下步骤:
(1)反应器接种a2/o工艺污水处理厂曝气池活性污泥,接种量为1500mgvss/l,闷曝1天后,通入预处理后的城市污水进行接种污泥的培养驯化,待出水氨氮去除率超过90%,标志接种污泥驯化培养完成。预处理后的城市污水主要水质指标为:化学需氧量(cod)为100~150mg/l,氨氮浓度为45~55mgn/l,ph值为7.5~8.0,碱度(以caco3计)为300~400mg/l。
(2)打开序批式反应器中uva波段紫外线灯,控制反应器内溶解氧浓度在4~5mg/l,通过每天定时排泥控制污泥龄在15~20天,反应器温度为25~30℃,整个过程不对反应器内ph值进行控制,此种情况下反应器内ph值为7.8~8.5,每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。
反应器运行结果如图3所示,由图3可得从反应器启动第11天开始,亚硝酸盐氮积累率达到80%以上,且稳定运行时间在1个月以上,表示城市污水稳定亚硝化实现。
实施例2
本实施方式采用序批式反应器(sbr)作为城市污水亚硝化技术的装置。序批式反应器一个周期6小时,包括进水20分钟,曝气5小时,沉淀30分钟,排水10分钟。每个周期的排水量为反应器总有效体积的一半,即容积交换率为50%,对应水力停留时间为12小时。
本实施方式采用上述反应器,具体运行及控制方法包括以下步骤:
(1)反应器接种a2/o工艺污水处理厂曝气池活性污泥,接种量为1500mgvss/l,闷曝1天后,通入预处理后的城市污水进行接种污泥的培养驯化。待出水氨氮去除率超过90%,标志接种污泥驯化培养完成。预处理后的城市污水主要水质指标为:化学需氧量(cod)为100~150mg/l,氨氮浓度为45~55mgn/l,ph值为7.5~8.0,碱度(以caco3计)为300~400mg/l。
(2)打开序批式反应器中uva波段紫外线灯,控制反应器内溶解氧浓度在4~5mg/l,通过每天定时排泥控制污泥龄在15~20天,反应器温度为25~30℃,通过ph自动控制系统控制反应器内的ph值为7.5~7.7,每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。
反应器运行结果如图5所示。通过控制ph值在7.5~7.7后,反应器出水亚硝酸盐积累率下降到50%~55%,反应器出水中氨氮和亚硝氮浓度在15mgn/l左右,即出水氨氮与亚硝氮比接近1:1,符合后续厌氧氨氧化单元的进水要求。
实施例3
本实施方式采用膜生物反应器(mbr)作为城市污水亚硝化技术的装置。膜生物反应器采用连续进水、连续出水,水力停留时间为12小时,膜通量为10l/m2/h。当膜组件完全污染(跨膜压差>70kpa)后,用含有0.01m的naoh及200mg/l的次氯酸钠的化学清洗液浸泡1~2小时,经化学清洗后重复使用。
本实施方式采用上述反应器,具体运行及控制方法包括以下步骤:
(1)反应器接种a2/o工艺污水处理厂曝气池活性污泥,接种量为1500mgvss/l,闷曝1天后,通入预处理后的城市污水进行接种污泥的培养驯化。待出水氨氮去除率超过90%,标志接种污泥驯化培养完成。预处理后的城市污水主要水质指标为:化学需氧量(cod)为100~150mg/l,氨氮浓度为45~55mgn/l,ph值为7.5~8.0,碱度(以caco3计)为300~400mg/l。
(2)打开膜生物反应器中uva波段紫外线灯,控制反应器内溶解氧浓度在4~6mg/l,通过每天定时排泥控制污泥龄在15~20天,反应器温度为25~30℃,整个过程不对反应器内ph值进行控制,此种情况下反应器中的ph值为7.8~8.5,每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。
反应器运行结果如图6所示,从图中可以得到,从反应器启动第21天开始,亚硝酸盐氮积累率达到80%以上,且稳定运行时间在1个月以上,表示城市污水稳定亚硝化实现。
对比例1
本实施方式采用序批式反应器(sbr)作为城市污水亚硝化技术的装置。序批式反应器一个周期6小时,包括进水20分钟,曝气5小时,沉淀30分钟,排水10分钟。每个周期的排水量为反应器总有效体积的一半,即容积交换率为50%,对应水力停留时间为12小时。
本实施方式采用上述反应器,具体运行及控制方法包括以下步骤:
(1)反应器接种a2/o工艺污水处理厂曝气池活性污泥,接种量为1500mgvss/l,闷曝1天后,通入预处理后的城市污水进行接种污泥的培养驯化。待出水氨氮去除率超过90%,标志接种污泥驯化培养完成。预处理后的城市污水主要水质指标为:化学需氧量(cod)为100~150mg/l,氨氮浓度为45~55mgn/l,ph值为7.5~8.0,碱度(以caco3计)为300~400mg/l。
(2)控制反应器内溶解氧浓度在4~6mg/l,通过每天定时排泥控制污泥龄在15~20天,整个过程不对反应器内ph值进行控制,ph值为7.8~8.5,反应器温度为25~30℃。反应器运行过程中,不打开反应器中uva波段紫外线灯。每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。
反应器运行结果如图4所示。可以看到,反应器并未出现亚硝酸盐氮的积累,即未实现亚硝化过程,与实施例1形成对比。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
技术特征:
1.一种基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在反应器中加入接种污泥,对接种污泥进行驯化培养;
(2)采用uva波段紫外线对反应器中驯化培养后的污泥进行辐照,将预处理后的城市污水通入反应器中,控制反应器内溶解氧浓度在2~7mg/l,水力停留时间为8~48h,污泥龄为15~40天,温度为15~35℃,每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(2)所述uva波段紫外线的波长为320nm~420nm。
3.根据权利要求2所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(2)所述的uva波段紫外线的来源为汞灯或紫外发光二极管,紫外辐照度为1000~2000μw/cm2,单位体积反应器的紫外灯功率为2~6w。
4.根据权利要求1~3任一项所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(2)所述的预处理后的城市污水的水质指标为:化学需氧量为50~500mg/l;氨氮浓度为20~50mgn/l;ph值为7.0~9.0;碱度,以caco3计为50~500mg/l。
5.根据权利要求1~3任一项所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(2)所述污泥的浓度为1000~2000mgvss/l。
6.根据权利要求1所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(2)中反应器体系的ph=7.8~8.5,反应器出水亚硝酸盐积累率为80%~100%。
7.根据权利要求1所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(2)中控制反应器体系的ph=7.5~7.7,反应器出水亚硝酸盐积累率为50%~60%。
8.根据权利要求1~3任一项所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(1)所述的反应器为序批式反应器或连续式反应器。
9.根据权利要求1~3任一项所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(1)所述的驯化培养为连续培养法或间歇培养法。
10.根据权利要求1~3任一项所述的基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法,其特征在于,步骤(1)所述的接种污泥为具有生物脱氮功能的活性污泥。
技术总结
本发明公开了一种基于紫外辅助的城市污水亚硝化方法。该方法包括如下步骤:(1)在反应器中加入接种污泥,进行接种污泥驯化培养;(2)采用UVA波段紫外线对反应器中的污泥进行辐照,将预处理后的城市污水通入反应器中,控制以下工艺参数:反应器内溶解氧浓度、水力停留时间、污泥龄、pH值和温度,每天监测反应器出水氨氮、亚硝氮和硝氮的浓度。利用UVA波段紫外线促使反应器中微藻的生长,其在光合作用过程中释放活性氧,进而杀死反应器中的亚硝酸盐氧化菌(NOB),使得亚硝酸盐氮不能进一步转化为硝酸盐氮,造成反应器中亚硝酸盐氮的积累,实现城市污水亚硝化。
技术研发人员:储昭瑞;苏一魁;荣宏伟
受保护的技术使用者:广州大学
技术研发日:.08.07
技术公布日:.02.21
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