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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