一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法

1.本发明涉及污水生物处理技术，属于节能环保领域，尤其是涉及一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法。


背景技术：

2.氮磷含量超标是导致水体富营养化的主要原因，严重威胁着我国生态环境健康。污水处理厂作为水污染防治的重要技术保障手段，其传统脱氮工艺采用硝化和反硝化技术，即首先利用氨氧化菌和亚硝酸氧化菌协同作用将水体中氨氮依次转化为亚硝氮和硝氮，然后利用反硝化菌将硝氮还原为氮气，从而完成水体中氮素的去除。然而，在硝化过程中需要消耗大量曝气能耗，在反硝化过程中需要投加大量有机碳源，其能耗和药剂成本高达整个污水处理工艺的45～75％，因此亟待研发节能低耗的污水处理新工艺。
3.厌氧氨氧化菌的发现，大大缩短了原有生物脱氮反应路径，可直接利用氨氮和亚硝氮反应生成氮气，其脱氮过程不需要外加碳源，且节约了曝气能耗并降低了污泥产量，因此厌氧氨氧化工艺被公认为是目前最为节能降耗的新型污水生物脱氮技术。迄今为止，厌氧氨氧化工艺已成功应用于高氨氮废水的处理，然而其在城市污水等低氨氮废水的处理中仍存在技术瓶颈。厌氧氨氧化反应所需的基质之一亚硝氮的获取来源于氨氮的半程氧化，如何保障低氨氮废水能够稳定实现短程硝化(即控制氨氮只氧化为亚硝氮，而不是硝氮)成为制约厌氧氨氧化工艺推广应用的难题。目前高氨氮废水处理中采用的控制溶解氧、污泥停留时间、游离氨抑制等策略在低氨氮废水处理中均不能达到良好的短程硝化效果，而目前研究提出的采用游离亚硝酸、羟胺、超声等措施在实际应用过程中也缺乏经济性和可行性，因此低氨氮废水快速实现短程硝化仍需要新的技术方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法，采用侧流添加的方式，通过高浓度乙酸的选择性抑制作用，对氨氧化菌和亚硝酸氧化菌进行筛选，由于高浓度乙酸对亚硝酸氧化菌的抑制更加强烈，因此降低了亚硝酸氧化菌的活性，减缓了亚硝氮转化为硝氮的反应速率，从而积累硝化过程的中间产物亚硝氮，能够快速实现短程硝化，以促进污水自养脱氮，节能降耗。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法，包括以下步骤：
6.s1、将活性污泥接种到反应器中，活性污泥接种体积：反应器总体积为(2-3l)：10l，污泥浓度0.5-1.5g vss/l；
7.s2、进水段：进水桶中的低氨氮废水通过进水泵连续泵入反应器底部；
8.s3、生化反应段：搅拌器充分混合污泥和污水，曝气设备提供溶解氧，定期从反应器中取出泥水混合液，放入储泥瓶中，再向储泥瓶中添加乙酸，混合后连续缺氧搅拌18-24h，然后倒回反应器中；
9.s4、静置沉淀段：搅拌器和曝气设备停止工作，污泥自由沉淀；
10.s5、排水段：上清液通过排水泵排入出水桶中，定期采集进出水水样，并测定；
11.s6、停止段：反应器停止工作阶段；
12.s7、重复步骤s2-s6，长期连续运行。
13.优选的，所述步骤s1中反应器采用序批式反应器，反应器总体积10l，工作体积6l，反应器体积交换比为0.5，接种污泥取自污水处理厂二沉池回流污泥。
14.优选的，所述步骤s2中低氨氮废水泵入反应器底部的体积为2.5-3.5l，低氨氮废水浓度为50-100mg n/l，水力停留时间为12-16h，运行ph为7.5-8.5。
15.优选的，所述步骤s3中搅拌器的转速为200-500rpm，曝气设备增氧量为0.5-2l/min，溶解氧为2-5mg/l；从反应器中取出的泥水混合液占反应总体积的15-25％，乙酸的浓度为2000-5000mg/l。
16.优选的，所述序批式反应器运行周期为120d，一天设定为4个循环周期，一个循环周期包括进水段10min、生化反应段4h、静置沉淀段1.5h、排水段10min和停止段10min；其中0-75d生化反应段不添加乙酸，76-120d生化反应段添加乙酸。
17.优选的，所述污泥的停留时间srt为15-20d。
18.一种上述的乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法应用于污水生物处理。
19.本发明所述的一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法的优点和积极效果是：
20.1、本发明申请不需要精密控制溶解氧的浓度，易于工程实践操作。
21.2、本发明申请采用短程脱氮路径，节省曝气能耗。
22.3、乙酸来源广泛，并且可以利用污泥发酵原位获得，节省了外加碳源药剂成本，降低了污泥处置量。
23.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
24.图1为本发明一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法实施例的反应流程图；
25.图2为本发明一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法实施例的进出水氮素浓度变化示意图；
26.图3为本发明一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法实施例的氮素转化率示意图。
27.附图标记
28.1、搅拌器；2、反应器；3、曝气设备；4、进水泵；5、进水桶；6、乙酸；7、储泥瓶；8、排水泵；9、出水桶；10、ph电极监测仪；11、do电极监测仪。
具体实施方式
29.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
30.实施例
31.图1为一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法的流程图。将污水处理厂活性污泥接种到反应器2中，采用序批式操作运行，每个运行周期包含进水段、生化反应段、静置沉淀段、排水段和停止段。进水段，进水桶5中的低氨氮废水通过进水泵4连续泵入反应器2底部；生化反应段，搅拌器1充分混合污泥和污水，曝气设备3提供溶解氧，每天定期从生化反应段取出固定体积泥水混合液，放入储泥瓶7中，再向储泥瓶7中添加一定浓度的乙酸6，混合后连续缺氧搅拌，维持24h后倒回反应器2中，并替换反应器2中新鲜的泥水混合液。通过ph电极监测仪10和溶解氧(do)电极监测仪11维持反应过程中的理化条件；静置沉淀段，搅拌器1和曝气设备3停止工作，污泥自由沉淀；排水段，上清液通过排水泵8排入出水桶9中，定期采集进出水水样，分析测定水样中氨氮、亚硝氮和硝氮浓度，计算氮素转化率。
32.一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法，包括以下步骤：
33.s1、将活性污泥接种到序批式反应器中，接种量为2.5l，污泥浓度0.5-1.5gvss/l，反应器总体积10l，工作体积6l，反应器体积交换比为0.5，接种污泥取自污水处理厂二沉池回流污泥；
34.s2、进水段：通过进水泵向反应器底部泵入低氨氮废水3.0l，低氨氮废水浓度为50mg n/l，水力停留时间为14h，运行ph为7.5-8.5；
35.s3、生化反应段：搅拌器充分混合污泥和污水，曝气设备提供溶解氧，每天在一个运行周期的生化反应段从反应器中取出1.5l(约占反应总体积的25％)泥水混合液，放入储泥瓶中，再向储泥瓶中添加2000-5000mg/l乙酸溶液，混合后连续磁力搅拌24h，然后倒回反应器中；其中搅拌器的转速为350rpm，曝气设备增氧量为0.5-2l/min，溶解氧为2-5mg/l；其中0-75d不添加乙酸，76-120d添加乙酸；
36.s4、静置沉淀段：搅拌器和曝气设备停止工作，污泥自由沉淀；
37.s5、排水段：上清液通过排水泵排入出水桶中，定期采集进出水水样，并测定；
38.s6、停止段：反应器停止工作阶段；
39.s7、重复步骤s2-s6，长期连续运行。
40.序批式反应器运行周期为120d，一天设定为4个循环周期，一个循环周期包括进水段10min、生化反应段4h、静置沉淀段1.5h、排水段10min和停止段10min。反应器污泥的停留时间srt为15-20d。
41.在反应过程中定期监测反应器进水和排水中的氨氮、亚硝氮和硝氮浓度，并计算反应器氮素转化率。
42.结果如图2和图3所示。连续试验表明0-75d未添加乙酸时，进水氨氮(nh
4+
)全部转化成出水硝氮(no
3-)，过程中无亚硝氮(no
2-)积累；当76-120d添加2000-5000mg/l乙酸时，反应器出水中快速出现亚硝氮(no
2-)的积累，最终稳定在40mg n/l(图2所示)，亚硝氮累积率大于95％(图3所示)，实现了良好的短程硝化反应。
43.因此，本发明采用一种乙酸添加快速实现低氨氮废水短程硝化的方法，通过侧流添加的方式，利用高浓度乙酸的选择性抑制作用，对氨氧化菌和亚硝酸氧化菌进行筛选，由于高浓度乙酸对亚硝酸氧化菌的抑制更加强烈，因此降低了亚硝酸氧化菌的活性，减缓了亚硝氮转化为硝氮的反应速率，从而积累硝化过程中的中间产物亚硝氮，能够快速实现短程硝化，以促进污水自养脱氮，节能降耗。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。