申请日2012.12.06
公开(公告)日2013.12.11
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34
摘要
抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法及其装置，它涉及污水处理装置及方法。本发明要解决现有单级短程硝化/厌氧氨氧化脱氮工艺存在启动困难、运行不稳定容易向全程硝化转化、占地面积大、运行费用高等的技术问题。进水箱的出水口与进水管的进水口通过进水泵连通，进水管的出水口位于主反应筒的正上方，外循环导管的出口与主反应筒上部的进口连通，外循环导管上安装有外循环泵，外循环导管内壁上固定有填料。方法：先挂膜，再将城市污水通入主反应筒中，进行单级短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮。本发明占地面积小，管理简便，处理效率高，对污水脱氮无需曝气，节省大量运行成本，分阶段添加硫化物的方法能实现对硝酸菌的快速有效抑制。
1.抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法，其特征在于抑制硝酸菌以实现城 市污水单级自养脱氮的方法是通过下述步骤实现的：
步骤一、按mlss=3g/L～4g/L向主反应筒(7)内加入厌氧氨氧化污泥 ，然后通入营养 液，同时开启外循环泵(9)，并将反应温度控制在25～30℃进行挂膜，每天更换2～3次营 养液，其中营养液中NH4+-N为60mg/L，NO2--N为80mg/L，以CaCO3计碱度为500mg/L， PO43--P为10mg/L，挂膜驯化30天后向主反应筒(7)内加入接种量为3g/L亚硝酸细菌， 同时按城市污水每天增加5%的比例将营养液逐渐替换为城市污水，待出水的NH4+-N平均 浓度<1mg/L及对氨氮的去除率稳定在90%以上，即挂膜成功，关闭外循环泵(9);
步骤二、将进水箱(1)内的城市污水用进水泵(2)通过进水管(13)通入主反应筒 (7)内，当污水充满主反应筒(7)后，关闭进水泵(2)，然后启动外循环泵(9)，调节 外循环泵(9)使主反应筒(7)的溶解氧控制在0.03～0.05mg/L，水力停留时间为6～8小时， 每1～2个小时向主反应筒(7)中投加8～10mg/L硫化物，将处理后的城市污水通过排泥管 (11)排出，即实现了城市污水单级自养脱氮。
2.根据权利要求1所述的抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法，其特征在 于步骤二中主反应筒(7)内的溶解氧控制在0.04mg/L。
3.根据权利要求1所述的抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法，其特征在 于步骤二所述水力停留时间为7小时。
4.根据权利要求1所述的抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法，其特征在 于步骤二所述每1个小时向主反应筒(7)中投加8mg/L硫化物。
5.根据权利要求1所述的抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法，其特征在 于步骤二所述的硫化物为九水硫化钠、硫化铵、硫化钾、硫化钙或硫化镁。
说明书
抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法
技术领域
本发明涉及污水处理的方法;具体抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的装置及 方法。
背景技术
现有单级短程硝化/厌氧氨氧化脱氮工艺存在启动困难。在单级短程硝化/厌氧氨氧化 脱氮工艺中，由于体系内存在氧气，硝酸菌会和厌氧氨氧化菌竞争底物亚硝酸盐，从而造 成体系极易向全程硝化转变。基于此，国内外学者对实现硝酸菌的抑制提出了多种控制途 径，如控制体系DO、温度、pH、氮负荷、游离氨和游离亚硝酸盐等。在处理高氨氮的废 水时，通常是采用限氧的方法以抑制系统中的硝酸菌的增长同时实现单级短程硝化/厌氧 氨氧化自养脱氮。在处理低氨氮污水(如城市污水)时，由于基质浓度低，体系耗氧速率低， 容易出现供氧速率大于耗氧速率的情况，使体系溶解氧升高，难以持续实现对硝酸菌抑制， 耦合反应不稳定，容易向全程硝化转变等问题，而且现有工艺还存在占地面积大、运行费 用高等问题。
发明内容
本发明要解决现有单级短程硝化/厌氧氨氧化脱氮工艺存在启动困难、运行不稳定容 易向全程硝化转化、占地面积大、运行费用高等的技术问题;而提供了抑制硝酸菌以实现 城市污水单级自养脱氮的装置及方法。
本发明中抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的装置包括进水箱、进水泵、DO 测定仪、DO探头、pH测定仪、pH探头、主反应筒、外循环导管、外循环泵、排泥管、 取样口和进水管，主反应筒侧壁上设有数个取样口，进水箱的出水口与进水管的进水口通 过进水泵连通，进水管的出水口位于主反应筒的正上方，主反应筒内设置DO探头和pH 探头，DO探头与DO测定仪连接，主反应筒底部的出口与外循环导管的进口连通，外循 环导管的出口与主反应筒上部的进口连通，外循环导管上安装有外循环泵，主反应筒底部 设有排泥管，外循环导管内壁表面呈锯齿状。
主反应筒为缺氧区，外循环导管中形成厌氧区。
本发明中抑制硝酸菌以实现城市污水单级自养脱氮的方法是通过下述步骤实现的：
步骤一、按mlss=3g/L～4g/L向主反应筒内加入厌氧氨氧化污泥，然后通入营养液， 同时开启外循环泵，并将反应温度控制在25～30℃，在外循环导管内壁表面挂膜，每天更 换2～3次营养液，其中营养液中NH4+-N为60mg/L，NO2--N为80mg/L，碱度(以CaCO3计)为500mg/L，PO43--P为10mg/L，挂膜驯化30天后向主反应筒内加入接种量为3g/L亚 硝酸细菌，同时按城市污水每天增加5%的比例将营养液逐渐替换为城市污水，待出水的 NH4+-N平均浓度<1mg/L及对氨氮的去除率稳定在90%以上，即挂膜成功，关闭外循环 泵;
步骤二、将进水箱内的城市污水用进水泵通过进水管通入主反应筒内，当污水充满主 反应筒后，关闭进水泵，然后启动外循环泵，调节外循环泵使主反应筒的溶解氧控制在 0.03～0.05mg/L，水力停留时间为6～8小时，每1～2个小时向主反应筒中投加8～10mg/L 硫化物，将处理后的城市污水通过排泥管排出，即实现了城市污水单级自养脱氮。
本发明利用亚硝化菌和厌氧氨氧化菌的代谢机理和对环境的适应性，针对生活污水低 基质浓度和耦合反应不稳定，容易向全程硝化转变等问题，而开发出的一套城市污水自养 脱氮的装置和方法，有效抑制硝酸菌活性，把污水里的氨态氮直接转化为氮气。
本发明利用硫化物对亚硝酸菌(AOB)和硝酸菌(NOB)产生了选择性抑制作用， NOB的活性大大降低，硝化产物主要是NO2--N，硝化类型为短程硝化，反应如下： 2NH4++1.5O2=NH4++NO2-+2H2O+2H+，而厌氧氨氧化菌利用其反应产物NO2--N和体系中 剩余的NH4+-N，发生如下反应：NH4++1.32NO2-→1.02N2+0.26NO3-+2H2O，实现了本发 明的单级短程硝化/厌氧氨氧化联合脱氮工艺。
外循环一方面提供混合动力，强化了泥水传质过程。另一方面将污水导入外循环导管， 外循环导管内壁表面为粗糙度较大的锯齿结构，其内壁表面所挂生物膜外层主要是亚硝化 细菌和异氧菌，厌氧氨氧化菌则处于生物膜内层，进入外循环导管的溶解氧，首先被外部 的亚硝化细菌消耗，NO2--N和NH4--N通过扩散转移到内层。环境中存在充足的底物，厌 氧氨氧化菌得到了繁殖，从而形成亚硝化-厌氧氨氧化共生菌团，体系中大量的氮以氮气 的形式被去除。
通过投加硫化物抑制硝酸菌的活性，生成亚硝酸盐，亚硝酸盐和氨氮被厌氧氨氧化菌 利用，从而实现本发明的单级短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮工艺，对提高城市污水脱氮效 率、降低污水处理成本和实现工艺的稳定维持具有重大的现实意义。
本发明利用大气附氧和进水少量溶解氧作为亚硝化反应的电子受体，而无需曝气，节 省大量运行成本，采用非外加曝气形式另一方面能为厌氧氨氧化菌创造有利的厌氧环境。 与传统的全程硝化-反硝化工艺相比，本发明单级自养脱氮工艺还节省了50%的耗碱量，且 无需投加有机碳源，降低了污水处理成本，另外，由于本发明采用了ANAMMOX菌的细 胞产率远远低于反硝化菌，耦合工艺的污泥产量只有传统脱氮过程的15%，大大减少剩余 污泥量。
本发明提出分阶段添加硫化物的方法能实现对硝酸菌的快速有效抑制，硝酸菌对于亚 硝酸盐竞力的下降，有利于厌氧氨氧化菌的繁殖，同时使出水硝酸盐维持在较低水平，保 证了出水水质。
本发明以外循环导管的形式构建生物膜区，一方面减少了占地面积，另一方面增加了 生物膜与污水的接触面积，为亚硝化菌和厌氨氧化菌的结构分布提供了有利的附着环境， 亚硝化菌附着在生物膜的外层，厌氧氨氧化菌附着在生物膜的内层，从而形成亚硝化-厌氧 氨氧化共生菌团。
本发明装置是减少构筑物的有效容积，管理简便，处理效率高，运行成本低等，对生 活污水基质溶度低、水量大的特点特别有针对性。为实现短程硝化/厌氧氨氧化单级自养脱 氮工艺的快速启动和稳定维持提供了一种新的策略。