一种通过Cu²⁺抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法

一种通过Cu²⁺抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法
【专利摘要】一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法，属于污水处理领域。装置主要包括原水水箱、序批式反应器SBR、PLC控制箱、计算机。所述方法中的SBR硝化反硝化系统的运行方式为：进水5min，进水的同时开始搅拌，缺氧搅拌90?150min，好氧曝气150?210min，沉淀30?60min，排水5min，闲置5min。其中，缺氧搅拌进行反硝化反应，好氧曝气进行硝化反应。此方法首先在开始进水后的第一min内投加CuSO4溶液，使Cu2+在反应器的初始浓度为5mg/L，然后利用Cu2+对NOB的抑制启动短程硝化，当NO2?积累率稳定达到85％，短程硝化启动成功；利用计算机输出控制硝化过程，通过氨谷点实时控制维曝气时间以持短程硝化的长期进行。本发明操作简单，快速有效，可解决短程硝化启动缓慢的问题。
【专利说明】
一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法，属于 污水处理间歇式活性污泥法应用领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，水体污染事件频发，其中水中氮素超标而引起的"水体富营养化"现象愈 发严重。由于污水排放标准的日益严格给污水处理领域带来重大挑战，污水处理技术已从 单一去除有机物阶段进入到去除有机物同时脱氮除磷的深度处理阶段。
[0003 ]目前，生物脱氮新技术主要有短程硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术。其中厌氧氨 氧化技术是在缺氧条件下，利用污水中氨氮与亚硝态氮生成氮气和硝态氮的过程。厌氧氨 氧化菌生长缓慢并且其反应过程中无需有机物和氧气，因此大大节约了外加碳源、曝气与 污泥处置的费用。尽管厌氧氨氧化技术有如此多的优点，其反应底物中的亚硝态氮却很难 稳定得到。
[0004] 短程硝化反硝化技术是选择性抑制亚硝酸盐氧化菌(Ν0Β)的生长，同时强化氨氧 化菌(Α0Β)的活性得以实现即控制硝化过程只发生到氨氧化阶段。在此过程中，Α0Β在好氧 条件下将氨氮完全氧化为亚硝态氮，Ν0Β活性被抑制因此不能将亚硝态氮完全氧化为硝态 氮;然后在缺氧条件下反硝化菌利用污水中的有机物将亚硝态氮还原为氮气，从而达到从 水中去除氮素的目的。短程硝化反硝化相比于传统硝化反硝化具有节省曝气、节约能源的 优点。
[0005] 现多数研究将厌氧氨氧化技术与短程硝化技术耦合，但如何使硝化反应停止在亚 硝化阶段（出现亚硝酸盐积累），并维持其长期稳定，是短程生物脱氮技术的关键。

【发明内容】

[0006] 针对当前短程硝化启动、维持困难的问题，本发明提供了一种通过Cu2+抑制亚硝酸 盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法，为厌氧氨氧化技术等提供基础，以期在生物深度脱 氮过程中节能降耗。本发明操作简单，快速有效，可解决短程硝化启动缓慢的问题。
[0007] -种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化系统，其特征在于:该系统 包括顺序连接的城市污水原水箱（1)、短程硝化反硝化SBR反应器(2)、PLC控制箱（3)、计算 机(4);城市污水原水箱（1)包括溢流管（1.1)和放空管（1.2);城市污水原水箱（1)通过进水 管（2.1)和进水栗（2.2)与短程硝化反硝化SBR反应器(2)相连;所述短程硝化反硝化SBR反 应器(2)设有搅拌器(2.3)、气栗(2.4)、曝气管和气体流量计(2.5)、曝气头(2.6)、pH传感器 (2.7)、D0传感器（2.8)、排水阀（2.9)、放空管（2.10)、CuS04溶液储存箱（2.13)、进液管 (2.12)和进液栗(2.11);所述PLC控制箱(3)和计算机(4)实时接收、转化各传感器采集的信 号并输出相应操作。
[0008] -种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法，主要包括以下几 个步骤：
[0009] 1)接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于短程硝化反硝化SBR反应器(2)中，保持 其污泥浓度在2500-4000mg/L，污泥龄12-15d。
[0010] 2)城市污水由城市污水原水箱（1)经进水管(2.1)和进水栗(2.2)栗入短程硝化反 硝化SBR反应器（2);开始进水后的第一 min内利用CuS〇4溶液的进液管（2.12)和进液栗 (2.11)将CuS〇4溶液快速栗入短程硝化反硝化SBR反应器(2)，使Cu 2+在反应器的初始浓度为 5mg/L，利用Cu2+对Ν0Β活性进行抑制;进水的同时搅拌器(2.3)开始搅拌，利用污水中的有机 物与上周期反应剩余的Ν0Γ及Ν0 3??行缺氧反硝化反应，在提高TN去除率的同时有效利用 了原水中的资源;缺氧反应阶段的D0浓度低于0.2mg/L，反应时间90-150min。
[0011] 3)缺氧搅拌结束后，搅拌器（2.3)停止搅拌，气栗（2.4)开启，调节气体流量计 (2.5)控制D0浓度为2-3mg/L，由于Ν0Β活性被Cu 2+抑制，其无法将N02-转化为N〇3-，所以好氧 曝气阶段进行短程硝化反应，好氧反应150_210min;D0传感器和pH传感器将采集到的信号 传输至PLC控制箱(3)和计算机(4)。
[0012] 4)好氧曝气结束后，气栗（2.4)关闭，静止沉淀30-60min后泥水分离，上清液通过 排水阀（2.9)排放，排水比为50 % ;排水结束后闲置5min。运行系统，当短程硝化反硝化SBR 反应器（2)出水中N〇2--N和N〇3--N的质量浓度满足MV/ (N〇2-+N〇3-)即N〇2-积累率连续3天以 上大于85%，即可认为短程硝化反硝化启动成功。
[0013] 5)由于Cu是重金属，所以其对生物有毒害作用，因此短程硝化反硝化启动成功后， 停止CuS〇4溶液的投加。
[0014] 6)系统启动成功后，采用pH传感器、D0传感器、PLC控制箱(3)和计算机(4)，通过监 测好氧曝气阶段pH的变化来控制曝气时间，当好氧曝气阶段的pH由降低变为升高即出现氨 谷点时，停止曝气，以达到长期运行短程硝化反硝化系统的目的。
[0015] 一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的方法，具有下列优点：
[0016] 1)采用SBR，其装置简单，整个工艺运行采用PLC和计算机控制，操作简便。
[0017] 2)CuS04抑制剂价格便宜，而且其用量较少，节省费用。
[0018] 3)系统效率高，在运行7天(28个周期)后，N02-积累率稳定大于85%。
[0019] 4)采用pH、D0实时控制维持短程硝化，其可靠性好。
【附图说明】
[0020] 图1为一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化系统的结构示意图。 [0021 ]图1中：1为城市污水原水箱，2为短程硝化反硝化SBR反应器，3为PLC控制箱，4为计 算机，1.1为城市污水原水箱溢流管，1.2为城市污水原水箱放空管，2.1为进水管，2.2为进 水栗，2.3为搅拌器，2.4为气栗，2.5为曝气管和气体流量计，2.6为曝气头，2.7为pH传感器， 2.8为D0传感器，2.9为排水阀，2.10为短程硝化反硝化SBR反应器放空管，2.11为CuS〇4溶液 进液栗，2.12为CuS〇4溶液进液管，2.13为CuS〇4溶液储存箱。
[0022]图2为一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化方法的流程图。 [0023]图3为试验期间系统进/出水效果图 [0024]图4为系统典型反应周期效果图
【具体实施方式】
[0025] 一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化的系统，其特征在于:该系 统包括顺序连接的城市污水原水箱（1)、短程硝化反硝化SBR反应器(2)、PLC控制箱(3)、计 算机(4);城市污水原水箱（1)包括溢流管（1.1)和放空管（1.2);城市污水原水箱（1)通过进 水管（2.1)和进水栗(2.2)与短程硝化反硝化SBR反应器(2)相连;所述短程硝化反硝化SBR 反应器(2)设有搅拌器(2.3)、气栗(2.4)、曝气管和气体流量计(2.5)、曝气头(2.6)、pH传感 器(2.7)、D0传感器(2.8)、排水阀（2.9)、放空管（2.10)、CuS〇4溶液储存箱（2.13)、进液管 (2.12)和进液栗(2.11);所述PLC控制箱(3)和计算机(4)实时接收、转化各传感器采集的信 号并输出相应操作。
[0026]试验期间进水具体水质如下：
[0028]试验系统如图1所示，短程硝化反硝化SBR反应器(2)有效容积5L，反应器采用有机 玻璃制成。
[0029] 具体操作如下
[0030] 1)接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于短程硝化反硝化SBR反应器(2)中，保持 其污泥浓度在3000mg/L，污泥龄12d。
[0031] 2)城市污水由城市污水原水箱（1)经进水管(2.1)和进水栗(2.2)栗入短程硝化反 硝化SBR反应器（2);开始进水后的第一 min内利用CuS〇4溶液的进液管（2.12)和进液栗 (2.11)将CuS〇4溶液快速栗入短程硝化反硝化SBR反应器(2)，使Cu 2+在反应器的初始浓度为 5mg/L，利用Cu2+对Ν0Β活性进行抑制;进水的同时搅拌器(2.3)开始搅拌，利用污水中的有机 物与上周期反应剩余的Ν0Γ及Ν0 3??行缺氧反硝化反应，在提高TN去除率的同时有效利用 了原水中的资源;缺氧反应阶段的D0浓度低于0.2mg/L，反应时间120min。
[0032] 3)缺氧搅拌结束后，搅拌器（2.3)停止搅拌，气栗（2.4)开启，调节气体流量计 (2.5)控制D0浓度为2-3mg/L，由于Ν0Β活性被Cu 2+抑制，其无法将N02-转化为N〇3-，所以好氧 曝气阶段进行短程硝化反应，好氧反应180min;D0传感器和pH传感器将采集到的信号传输 至PLC控制箱(3)和计算机(4)。
[0033] 4)好氧曝气结束后，气栗(2.4)关闭，静止沉淀50min后泥水分离，上清液通过排水 阀（2.9)排放，排水比为50% ;排水结束后闲置5min。运行系统，当短程硝化反硝化SBR反应 器（2)出水中N〇2--N和N〇3--N的质量浓度满足NO〗-/ (N〇2-+N〇3-) 即N〇2-积累率连续5天大于 85%，即可认为短程硝化反硝化启动成功。
[0034] 5)由于Cu是重金属，所以其对生物有毒害作用，因此短程硝化反硝化启动成功后， 停止CuS〇4溶液的投加。
[0035] 6)系统启动成功后，采用pH传感器、D0传感器、PLC控制箱(3)和计算机(4)，通过监 测好氧曝气阶段pH的变化来控制曝气时间，当好氧曝气阶段的pH由降低变为升高即出现氨 谷点时，停止曝气，以达到长期运行短程硝化反硝化系统的目的。
[0036] 试验结果表明：系统运行7天（28个周期）后亚硝积累稳定；系统运行稳定后，城市 污水通过短程硝化反硝化SBR反应器出水：C0D为25.57-49.65，顺4+为0-1.09mg/L，N0 3一为 0.95-2.07mg/L，N02-为11.63-16.31mg/L。试验期间效果如图3所示:前7天为系统启动阶段， 中间15天为系统稳定阶段，最后5天为实时控制阶段。系统稳定后一个典型周期结果如图4 所示。由图可以看出短程硝化反硝化已成功启动并可稳定运行。
[0037] 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的理解和应用本 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。
【主权项】
1. 一种通过Cu2+抑制亚硝酸盐氧化菌启动短程硝化反硝化系统，其特征在于:该系统包 括顺序连接的城市污水原水箱（1)、短程硝化反硝化SBR反应器(2)、PLC控制箱（3)、计算机 (4);城市污水原水箱（1)包括溢流管（1.1)和放空管（1.2);城市污水原水箱（1)通过进水管 (2.1)和进水栗（2.2)与短程硝化反硝化SBR反应器(2)相连;所述短程硝化反硝化SBR反应 器(2)设有搅拌器(2.3)、气栗（2.4)、曝气管和气体流量计（2.5)、曝气头（2.6)、pH传感器 (2.7)、DO传感器（2.8)、排水阀（2.9)、放空管（2.10)、CuS〇4溶液储存箱（2.13)、进液管 (2.12)和进液栗(2.11);所述PLC控制箱(3)和计算机(4)实时接收、转化各传感器采集的信 号并输出相应操作。2. 应用如权利要求1所述系统启动短程硝化反硝化的方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于短程硝化反硝化SBR反应器(2)中，保持其污 泥浓度在2500-4000mg/L，污泥龄12-15d ; 2) 城市污水由城市污水原水箱（1)经进水管(2.1)和进水栗(2.2)栗入短程硝化反硝化 SBR反应器(2);开始进水后的第一分钟内利用CuSO4溶液的进液管（2.12)和进液栗（2.11) 将CuS〇4溶液栗入短程硝化反硝化SBR反应器(2)，使Cu 2+在反应器的初始浓度为5mg/L，进水 的同时搅拌器(2.3)开始搅拌，缺氧反应阶段的00浓度低于0.211^/1，反应时间90-1501^11; 3) 缺氧搅拌结束后，搅拌器(2.3)停止搅拌，气栗(2.4)开启，调节气体流量计（2.5)控 制DO浓度为2-3mg/L，好氧反应150-210min;D0传感器和pH传感器将采集到的信号传输至 PLC控制箱(3)和计算机(4); 4) 好氧曝气结束后，气栗（2.4)关闭，静止沉淀30-60min后泥水分离，上清液通过排水 阀（2.9)排放，排水比为50% ;排水结束后闲置5min;运行系统，当短程硝化反硝化SBR反应 器(2)出水中N02--N和N03--N的质量浓度满足N02--N/ ( N02--N+N03--N) 即NO2-积累率连续3天 以上大于85%，即认为短程硝化反硝化启动成功； 5) 短程硝化反硝化启动成功后，停止CuSO4溶液的投加。
【文档编号】C02F3/30GK105884027SQ201610440250
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】彭永臻, 张婷, 张健伟, 王淑莹
【申请人】北京工业大学