CN110759467A - 基于对氯间二甲基苯酚快速启动与维持城市污水短程硝化的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
基于对氯间二甲基苯酚快速启动与维持城市污水短程硝化的装置与方法，属于污水生物处理领域。本发明装置主要由城市污水原水箱，城市污水短程硝化装置，对氯间二甲基苯酚污泥处理装置和污泥回流装置组成；该方法为，首先在第一个周期向反应器内投加60mg/L～70mg/L对氯间二甲基苯酚，进行15h～20h的搅拌，抑制硝化细菌的活性，之后不再向反应器内投加抑制剂，而是侧流处理部分活性污泥，一方面使AOB快速恢复活性，另一方面持续抑制NOB的活性，从而实现亚硝酸盐的积累，启动城市污水常温短程硝化。本发明能够最快速度地恢复AOB的活性并逐步淘洗NOB，并且能够维持稳定的短程硝化。
Description
技术领域
本发明属于污水生物处理领域，涉及基于对氯间二甲基苯酚快速启动与稳定维持城市污水常温短程硝化的装置与方法，尤其适用于低碳氮比的城市污水生物脱氮处理。
背景技术
随着经济的发展和人民生活水平的提高，水环境问题特别是水体富营养化问题越来越得到人们的关注和讨论。传统的活性污泥法虽然是目前污水处理厂脱氮除磷的主要方法，但也面临着碳源不足，耗能大等问题，因此探索高效节能的污水处理方法迫在眉睫。
近年来，不断有人提出将短程硝化反硝化工艺，短程硝化厌氧氨氧化工艺运用到实际污水处理厂中。在1975年，Votes等在处理高浓度氨氮废水中发现，在硝化阶段出现了亚硝酸盐的富集，首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮理论。 1997年荷兰代尔夫特理工大学提出并成功开发了基于短程硝化的SHARON工艺， SHARON工艺是首次应用短程硝化反硝化技术进行实际污水处理的工艺。基于短程硝化的工艺有着许多优点，如：硝化阶段时间缩短，提高了硝化速率，同时减少了污泥产量；硝化阶段节约了25％左右的曝气量，并且在反硝化阶段可以节约40％左右的外加碳源；水力停留时间的缩短，使得构筑物体积减少，降低了基建费用等。尽管如此，短程硝化工艺仍未得到普及，主要原因为实际工艺中难以维持稳定的短程硝化过程，不能保证稳定的亚硝酸盐来源，从而影响后续工艺的进行。
目前，用于实现短程硝化的主要方法有高游离氨(FA)、高游离亚硝酸(FNA)、高温、高pH、低溶解氧(DO)、低污泥龄(SRT)、通过DO，pH等水质参数实时控制和缺好氧间歇曝气等方式，这些方法虽然能够启动短程硝化，但通常存在不适合低氨氮城市污水，启动时间较长，短程硝化启动成功后易被破坏等问题。相关文献报道，通过投加硫化物、氯酸盐、羟胺等抑制剂也能够启动短程硝化，但通常运行一段时间后，都会出现NOB对抑制剂产生适应性的现象。除此之外，硫化物容易导致硫化氢气体产生，严重污染空气，影响身体健康。污水中硫化物浓度过高时可能还会引起丝状硫磺细菌的生长，导致活性污泥发生膨胀，沉降性能变差，影响出水水质；氯酸盐属于易制爆化学品，对污水处理厂的安全造成极大的隐患，此外氯酸盐会破坏红血球，影响血液运输氧气的功能，影响人的健康；羟胺的经济成本较高，而且性质不稳定，室温下吸收水和二氧化碳，迅速分解，对呼吸系统、皮肤、眼部及黏膜具有刺激性。总之，这些抑制剂均不适合大规模生产使用。本发明采用对氯间二甲基苯酚作为抑制剂来启动城市污水常温短程硝化，并且通过抑制剂侧流处理部分活性污泥的方法来强化短程硝化过程，实现短程硝化的长期稳定运行。对氯间二甲基苯酚是一种广谱抗菌剂，它既可以应用于医院消毒，又可以作为普通用药，而且可以作为普通的消毒洗剂，在日常生活中应用十分广泛，例如杀菌皂、洗手液、洗发水等，其在消毒洗剂中的体积浓度为 4％～5％，在洗护用品中的体积浓度也能达到0.25％。本发明中对氯间二甲基苯酚的体积浓度在0.01％以下，因此对氯间二甲基苯酚是一种相对安全的抑制剂，可应用于实际污水处理厂城市污水常温短程硝化的启动。
发明内容
本发明的目的在于提出一套启动并稳定维持城市污水常温短程硝化的装置和方法，本发明利用对氯间二甲基苯酚对活性污泥进行厌氧搅拌预处理，抑制硝化细菌的活性，然后通过曝气恢复氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB) 的活性，利用AOB比NOB更容易恢复活性的特点，快速启动短程硝化。随后，通过抑制剂侧流处理装置定期对部分污泥进行对氯间二甲基苯酚污泥处理，强化短程硝化的稳定运行，为城市污水主流厌氧氨氧化等工艺提供稳定的亚硝酸盐来源。
一种基于对氯间二甲基苯酚快速启动与稳定维持城市污水常温短程硝化的装置，其特征在于：包括城市污水原水箱(1)、城市污水短程硝化装置(9)、对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)和中间水箱(10)组成；
城市污水短程硝化装置(9)通过第一进水阀(3)、第一进水泵(2)和流量计(5)与城市污水原水箱(1)连接，曝气泵(4)与置于城市污水短程硝化装置(9)底部的曝气盘(6)连接，城市污水短程硝化装置(9)的侧面设有第一排水阀(7)和第一污泥阀(8)；第一污泥阀(8)与中间水箱(10)连接，中间水箱(10)通过第一回流泵(11)、第二污泥阀(12)与对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)连接；对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)内设有搅拌器(16)，同时还配有加药泵(17)和第二排水阀(15)，对氯间二甲基苯酚污泥处理装置 (18)的侧面通过第三污泥阀(13)、第二回流泵(14)与城市污水短程硝化装置(9)连接。加药泵(17)用于对氯间二甲基苯酚加药。
采用上述装置进行基于对氯间二甲基苯酚快速启动与稳定维持短程硝化的方法，是在常温较高DO条件下，通过对氯间二甲基苯酚对活性污泥进行侧流预处理，利用AOB和NOB活性受抑制后不同的恢复情况，最终快速启动短程硝化的方法；具体步骤如下：
短程硝化过程的启动：
1)接种絮状污泥于城市污水短程硝化装置(9)内：接种污泥为城市污水处理厂二沉池回流全程硝化污泥，使得接种污泥浓度为3500～4000mg/L；
2)向城市污水短程硝化装置(9)内投加浓度为60mg/L～70mg/L对氯间二甲基苯酚，进行15h～20h的搅拌，利用对氯间二甲基苯酚抑制硝化细菌的活性；搅拌结束后，用自来水清洗三次活性污泥；
3)在常温条件下，将城市污水从城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2) 进入城市污水短程硝化装置(9)内，反应器水力停留时间为3h，反应器排水比为50％，进水结束后开启曝气泵(4)，通过流量计(5)控制DO在2～4mg/L；采用序批式反应，单周期运行方式如下：进水10min，曝气150min(其中在曝气停止前15min进行污泥部分交换即部分排除及回流操作)，沉淀20min，排水 10min，闲置50min；在此运行模式下，恢复活性污泥中AOB的活性；此后，每个周期不再直接向城市污水短程硝化装置(9)内投加对氯间二甲基苯酚，而是进行活性污泥的部分交换实现对氯间二甲基苯酚侧流抑制处理。
周期进行污泥部分交换即部分排除及回流操作步骤：
利用对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)进行活性污泥的对氯间二甲基苯酚侧流处理；城市污水短程硝化反应装置(9)曝气阶段结束前15min，1/2～1/4 活性污泥通过第一污泥阀(8)流进中间水箱(10)；然后将对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)内的活性污泥通过第三污泥阀(13)和第二回流泵(14)进入城市污水短程硝化反应器(9)；最后再将中间水箱(10)内的活性污泥，通过第一回流泵(11)和第二污泥阀(12)进入对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)，至此完成污泥回流操作。
侧流抑制处理强化短程硝化：
当城市污水短程硝化反应装置(9)和对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18) 通过污泥回流装置交换污泥后，根据侧流抑制剂预处理时间(从加对氯间二甲基苯酚到交换的时间，优选为15h～20h)设定计时器来控制搅拌器(16)开关，并通过加药泵(17)将60mg/L～70mg/L的对氯间二甲基苯酚加入对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)，污泥处理装置和污泥回流装置每天运行一次。
曝气结束后监测出水亚硝积累率是否达到85％以上；若亚硝积累率达到85％以上且稳定运行7天以上，说明城市污水常温短程硝化启动成功；稳定运行一段时间后，可降低投加对氯间二甲基苯酚的处理交换频率为三天一次；若出水亚硝积累率未达到85％以上，则按照原来每天一次的处理频率，直到亚硝积累率达到 85％以上且稳定运行7天以上；可逐渐缩短处理频率，最终停止对氯间二甲基苯酚侧流处理，维持稳定的短程硝化过程。
本发明通过对氯间二甲基苯酚侧流污泥预处理的方法，成功启动城市污水常温短程硝化。本发明有益效果在于：
(1)本发明适用于低氨氮城市污水，可为城市污水主流厌氧氨氧化工艺提供稳定亚硝酸盐来源；
(2)本发明装置主要为两套SBR反应器，运行控制方便，易于操作，可行性较强；
(3)本发明利用对氯间二甲基苯酚能够快速启动城市污水常温短程硝化，并且辅以侧流处理装置，能够长期抑制NOB的活性，并且不影响主流反应器内 AOB的活性，从而淘洗掉NOB，实现持久稳定的城市污水常温短程硝化。
附图说明
图1为本发明所采用的装置的结构示意图，如图1：1-城市污水原水箱；2- 第一进水泵；3-第一进水阀；4-曝气泵；5-流量计；6-曝气盘；7-第一排水阀； 8-第一污泥阀；9-城市污水短程硝化装置；10-中间水箱；11-第一回流泵；12-第二污泥阀；13-第三污泥阀；14-第二回流泵；15-第二排水阀；16-搅拌器；17-加药泵；18-对氯间二甲基苯酚污泥处理装置；
图2为实例1短程硝化不同阶段NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N以及亚硝酸盐积累率的变化情况；
图3为实例2短程硝化不同阶段NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N以及亚硝酸盐积累率的变化情况。
具体实施方式
下面结合试验实例对本发明的技术方案进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
本方法采用的城市污水常温短程硝化装置为SBR反应器，材质为有机玻璃，有效容积为9L，反应器排水比为50％。反应器底部安装曝气装置，通过曝气泵压缩空气，利用微孔曝气头释放空气；对氯间二甲基苯酚污泥处理装置也为SBR 反应器，材质为有机玻璃，有效容积为5L；两者均由蠕动泵进水，电动排水阀出水，回流蠕动泵进行污泥的回流，并由时控定时器自动控制。
反应器接种的活性污泥来自北京的某市政污水处理厂二沉池的剩余污泥，取回的剩余污泥经多次清洗后接种到反应器中，接种后，污泥浓度为3000～3500 mg/L。反应器运行期间，温度为常温(20±3℃)，pH在7.0～8.5之间。短程硝化SBR每个周期包括进水10min，曝气150min(曝气停止前15min进行污泥排除及回流操作)，沉淀20min，排水10min，闲置50min五个阶段。
试验期间采用实际城市污水，水质特征为：NH4 +-N为75.07±15.23mg/L， NO2 --N为1.23±0.24mg/L，NO3 --N为0.75±0.21mg/L，总氮(TN)为77.05± 15.68mg/L，COD为250.12±55.98mg/L。
通过曝气使污泥活性恢复到正常水平后，开始利用对氯间二甲基苯酚进行污泥处理，启动城市污水常温短程硝化。首个周期，向城市污水短程硝化反应装置 (9)内投加65mg/L对氯间二甲基苯酚，进行18h的搅拌，利用对氯间二甲基苯酚抑制硝化细菌的活性；搅拌结束后，用自来水清洗三次活性污泥；
在常温条件下，将城市污水从城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2)进入城市污水短程硝化反应装置(9)内，反应器水力停留时间为3h，反应器排水比为50％，进水结束后开启曝气泵(4)，通过流量计(5)控制DO在2～4mg/L；单周期运行方式如下：进水10min，曝气150min(曝气停止前15min进行污泥排除及回流操作)，沉淀20min，排水10min，闲置50min；在此运行模式下，恢复活性污泥中AOB的活性。此后，不再直接向城市污水短程硝化反应器(9) 内投加对氯间二甲基苯酚，而是通过污泥回流装置进行部分活性污泥的对氯间二甲基苯酚侧流抑制处理。
利用对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)进行活性污泥的对氯间二甲基苯酚侧流处理；城市污水短程硝化反应装置(9)曝气阶段结束前15min，1/3活性污泥通过第一污泥阀(8)流进中间水箱(10)；然后将对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)内的活性污泥通过第三污泥阀(13)和第二回流泵(14)进入城市污水短程硝化反应器(9)；最后再将中间水箱(10)内的活性污泥，通过第一回流泵(11)和第二污泥阀(12)进入对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)，至此完成污泥回流操作；
当城市污水短程硝化反应装置(9)和对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18) 通过污泥回流装置交换污泥后，并开启搅拌器(15)进行18h的污泥对氯间二甲基苯酚预处理，并通过加药泵(17)将65mg/L的对氯间二甲基苯酚加入污泥处理装置，污泥处理装置和污泥回流装置每天运行一次；
短程硝化启动及稳定运行过程中的三氮参数变化如图2所示。本实施例分为五个阶段，阶段I为启动阶段(每天一次)，阶段II为稳定运行阶段(每天一次)，阶段III为三天一次处理频率阶段，阶段IV为五天一次处理频率阶段，阶段V 为停止处理阶段。启动初期，氨氧化作用逐渐受到抑制，同时亚硝酸盐氧化作用也受到了明显的抑制，出水主要以氨氮和亚硝酸盐氮为主。在第20天的时候，氨氧化作用恢复正常，氨氮去除率达到98％以上，此时出水主要以亚硝酸盐为主，亚硝积累率达到81％，说明通过对氯间二甲基苯酚的部分污泥侧流强化处理，能够使AOB逐渐恢复活性的同时持续抑制NOB的活性，最终淘洗掉NOB，实现短程硝化。稳定运行到第34天，亚硝积累率达到90％以上，NOB没有恢复活性的迹象；短程硝化稳定运行30天后，降低侧流处理频率为三天一次，继续运行了30天，氨氮去除率维持在98％以上，亚硝酸盐积累率依旧维持在90％以上；接下来在第97天至第127天，进一步考察利用对氯间二甲基苯酚实现短程硝化的稳定性，将处理频率改为五天一次，在此期间亚硝积累率依旧维持在90％左右，说明NOB已经逐步被淘洗，即使侧流抑制剂处理频率降低，也不会导致短程的破坏；从第128天到第160天，停止进行侧流对氯间二甲基苯酚污泥处理，反应器亚硝积累率依旧在90％以上，短程硝化效果良好，城市污水常温短程硝化能够长期稳定运行。
实施例2
本实施方式与实施例1不同的是：利用对氯间二甲基苯酚快速启动短程硝化并通过侧流抑制剂污泥处理强化短程硝化过程后，直接停止侧流抑制剂处理，而不是逐步减少处理频率。其他步骤与参数与实例1相同。
短程硝化启动及稳定运行过程中的三氮参数变化如图2所示。本实施例分为三个阶段，阶段I启动阶段(每天一次)，阶段II稳定运行阶段(每天一次)，阶段III停止侧流处理阶段。阶段I启动阶段和阶段II稳定运行阶段与实施例1情况相似，先利用对氯间二甲基苯酚抑制活性污泥硝化细菌的活性，大概15天， AOB的活性基本恢复到正常水平，同时保证了NOB的活性很低，从而使亚硝积累率达到80％以上；稳定运行阶段，本实施例亚硝积累率稳定维持在85％以上，并且保证了氨氮去除率在98％以上；与实施例1不同的是阶段III停止侧流处理阶段，目的为探究利用对氯间二甲基苯酚实现的短程硝化对抑制剂的依赖性以及短程硝化的稳定性。停止侧流处理的170天内，亚硝积累率基本维持在85％到 90％之间，依旧能够维持稳定的短程硝化，说明本发明一旦利用对氯间二甲基苯酚实现短程硝化并稳定运行一段时间，便可停止抑制剂的使用，依旧能够维持良好的短程效果。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好地理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种基于对氯间二甲基苯酚快速启动与稳定维持城市污水常温短程硝化的装置，其特征在于：包括城市污水原水箱(1)、城市污水短程硝化装置(9)、对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)和中间水箱(10)组成；
城市污水短程硝化装置(9)通过第一进水阀(3)、第一进水泵(2)和流量计(5)与城市污水原水箱(1)连接，曝气泵(4)与置于城市污水短程硝化装置(9)底部的曝气盘(6)连接，城市污水短程硝化装置(9)的侧面设有第一排水阀(7)和第一污泥阀(8)；第一污泥阀(8)与中间水箱(10)连接，中间水箱(10)通过第一回流泵(11)、第二污泥阀(12)与对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)连接；对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)内设有搅拌器(16)，同时还配有加药泵(17)和第二排水阀(15)，对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)的侧面通过第三污泥阀(13)、第二回流泵(14)与城市污水短程硝化装置(9)连接；加药泵(17)用于对氯间二甲基苯酚加药。
2.采用权利要求1装置进行基于对氯间二甲基苯酚快速启动与稳定维持短程硝化的方法，其特征在于，是在常温较高DO条件下，通过对氯间二甲基苯酚对活性污泥进行侧流预处理，利用AOB和NOB活性受抑制后不同的恢复情况，最终快速启动短程硝化的方法；具体步骤如下：
短程硝化过程的启动：
1)接种絮状污泥于城市污水短程硝化装置(9)内：接种污泥为城市污水处理厂二沉池回流全程硝化污泥，使得接种污泥浓度为3500～4000mg/L；
2)向城市污水短程硝化装置(9)内投加浓度为60mg/L～70mg/L对氯间二甲基苯酚，进行15h～20h的搅拌，利用对氯间二甲基苯酚抑制硝化细菌的活性；搅拌结束后，用自来水清洗三次活性污泥；
3)在常温条件下，将城市污水从城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2)进入城市污水短程硝化装置(9)内，反应器水力停留时间为3h，反应器排水比为50％，进水结束后开启曝气泵(4)，通过流量计(5)控制DO在2～4mg/L；采用序批式反应，单周期运行方式如下：进水10min，曝气150min(其中在曝气停止前15min进行污泥部分交换即部分排除及回流操作)，沉淀20min，排水10min，闲置50min；在此运行模式下，恢复活性污泥中AOB的活性；此后，每个周期不再直接向城市污水短程硝化装置(9)内投加对氯间二甲基苯酚，而是进行活性污泥的部分交换实现对氯间二甲基苯酚侧流抑制处理。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，周期进行污泥部分交换即部分排除及回流操作步骤：
利用对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)进行活性污泥的对氯间二甲基苯酚侧流处理；城市污水短程硝化反应装置(9)曝气阶段结束前15min，1/2～1/4活性污泥通过第一污泥阀(8)流进中间水箱(10)；然后将对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)内的活性污泥通过第三污泥阀(13)和第二回流泵(14)进入城市污水短程硝化反应器(9)；最后再将中间水箱(10)内的活性污泥，通过第一回流泵(11)和第二污泥阀(12)进入对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)，至此完成污泥回流操作；
侧流抑制处理强化短程硝化：
当城市污水短程硝化反应装置(9)和对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)通过污泥回流装置交换污泥后，根据侧流抑制剂预处理时间(从加对氯间二甲基苯酚到交换的时间，优选为15h～20h)设定计时器来控制搅拌器(16)开关，并通过加药泵(17)将60mg/L～70mg/L的对氯间二甲基苯酚加入对氯间二甲基苯酚污泥处理装置(18)。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，曝气结束后监测出水亚硝积累率是否达到85％以上；若亚硝积累率达到85％以上且稳定运行7天以上，说明城市污水常温短程硝化启动成功；稳定运行一段时间后，可降低投加对氯间二甲基苯酚的处理交换频率为三天一次；若出水亚硝积累率未达到85％以上，则按照原来每天一次的处理频率，直到亚硝积累率达到85％以上且稳定运行7天以上；可逐渐缩短处理频率，最终停止对氯间二甲基苯酚侧流处理，维持稳定的短程硝化过程。
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