生活汙水的生物脫氮方法與流程
2023-04-27 02:04:46
本發明屬於汙水處理技術領域，具體涉及一種生活汙水的生物脫氮方法。
背景技術：
氮是水環境中一個很重要的汙染因子，隨著石化、食品和製藥等工業的發展以及人民生活水平的提高，城市汙水、工業汙水和垃圾滲透液中的氮含量急劇上升，氮在汙水中的主要存在形態有分子態氮、有機態氮、氨態氮、亞硝態氮和硝態氮，而在未處理的原廢水中，有機態氮和氨態氮是氮的主要存在形式；經二級生化處理後出水中氨態氮和硝態氮是氮的主要存在形式。據報導，城市生活汙水、工業廢水、畜禽養殖廢水中均含有大量的氮素汙染物。因此，廢水的脫氮處理已經成為環境工作者研究的熱點，脫氮處理有生物法和物理化學方法，物理化學方法主要有空氣吹脫法、選擇性離子交換法、折點氯化法、磷酸銨鎂沉澱法等，但上述方法成本高，容易造成二次汙染，因此，其推廣受到限制。而生物脫氮法具有經濟、有效、易操作、無二次汙染等特點，被公認為具有發展前途的方法。脫氮一般包括硝化和反硝化，先是異養型細菌把有機氮轉化為氨態氮，氨態氮被自養型硝化菌氧化為亞硝態氮氮，亞硝態氮再被自養型硝化菌氧化為硝態氮，最後異養型反硝化菌將亞硝態氮和硝態氮還原為氣態氮從汙水中去除。然而生物脫氮過程存在以下矛盾：硝化菌是嚴格好氧菌，硝化反應需要好樣環境，而反硝化菌是兼性厭氧菌，需要在缺氧環境下進行。其次，硝化反硝化對有機物的存在也是矛盾的，自養硝化菌在大量有機物存在時，對氧氣和營養物的競爭不如好氧異養菌，而反硝化反應由需要有機物充當電子供體來完成脫氧過程。上述矛盾進一步加重了汙水的脫氮難度。不僅如此，傳統的生物脫氮工藝，如A/O法，A2/O法等硝化階段進行曝氣通常需要消耗大量的能量，為中和硝化過程中產生的酸度，需加鹼中和，增加處理費用。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種生活汙水的生物脫氮方法，該方法可以快速有效的去除汙水中的氨氮。
本發明提供的技術方案是生活汙水的生物脫氮方法，汙水經預處理後，依次經過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經分配井同時流入好氧段和缺氧段，好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，剩餘的出水進入二沉池進行沉澱分離，出水經排放口排出；在好氧段中投加沸石粉和葡萄籽單寧，其重量比為1～3：0.5～1.8。
汙水預處理包括粗格柵以及曝氣沉砂池處理，粗格柵可以攔截較大直徑的懸浮物(SS)，曝氣沉砂池可以沉澱汙水中的砂子。
傳統硝化作用由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)共同完成。亞硝酸鹽氧化菌NOB將亞硝酸鹽進一步氧化成硝酸鹽。亞硝酸氧化還原酶(Nor)在硝化反應過程中可以將亞硝態氮氧化成硝態氮，在反硝化過程中還可以將NO還原成N2。亞硝酸氧化還原酶(Nor)可以分為兩種，一種是異源二聚體寡聚酶，該酶有兩個亞基，NorB和NorC，NorB是具有催化活性的亞基，可以將釋放出的電子通過細胞色素c氧化酶，傳遞給O2，並產生ATP，這種酶在硝化過程中發揮作用；另一種是單體酶，但是它的電子供體是對苯二酚，也不能氧化細胞色素c，消耗ATP，產生NAD(P)H,這種酶在反硝化過程中發揮作用。也就是說，在硝化過程中，亞硝酸鹽氧化菌獲取能源的方式為通過NorB基因編碼的亞硝酸氧化還原酶(Nor)將亞硝態氮氧化成硝態氮。在好氧段中投加沸石粉和葡萄籽單寧，其重量比為1～3：0.5～1.8，可以分解NorB，起到滅活異源二聚體寡聚酶活性的作用，通過切斷亞硝酸鹽氧化菌生長繁殖所需能量的獲取路徑，使得亞硝酸鹽無法進一步氧化為硝酸鹽，而進入反硝化過程時，亞硝酸鹽氮可直接還原成N2，有效縮短了脫氮時間。另外，沸石粉和葡萄籽單寧的添加又不會影響單體酶的活性，即不會影響反硝化過程中NO還原成N2。
沸石粉和葡萄籽單寧的投加總量為0.5～5kg/噸汙水。
沸石粉的吸附能力極強，可以吸附亞硝酸氧化菌，還可以吸附葡萄籽單寧，從而將葡萄籽單寧和亞硝酸氧化菌粘接在一起，使得葡萄籽單寧較好的發揮切斷亞硝酸氧化菌繁殖的效果。
初沉池的出水分配至好氧段和缺氧段，缺氧段分配60～80％，好氧段分配20～40％，進入缺氧段的汙水配比高，有機物含量多，反硝化菌大量繁殖；進入好氧段的汙水配比較少，有機物含量相對較少，可以增強硝化細菌，尤其增強氨氧化菌的競爭力和繁殖能力，產生大量亞硝酸鹽。由於初沉池的出水流入，缺氧段中反硝化菌大量繁殖，好氧段的出水流入缺氧段後，在大量反硝化菌的作用下，大量的亞硝酸鹽直接還原成N2，脫氮速率極快，極大的提高了脫氮效果。缺氧段的出水一部分回流至好氧段，可將缺氧段無法處理的氨氮回流至好氧段氧化成亞硝態氮，進一步提高系統的脫氮效果。
作為優選，缺氧段出水的回流率為40～50％。
好氧段的DO為0.8～1.0mg/L。由於好氧段的硝化反應為短程硝化，只需將氨氮氧化成亞硝態氮，而不需進一步氧化成硝態氮，因此，好氧段需氧量大大降低，可以降低能耗。
缺氧段的DO為0.2～0.5mg/L。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
1)在好氧段投加沸石粉和葡萄籽單寧，可截斷亞硝酸鹽氧化菌獲取能源的方式，使得亞硝酸鹽氧化菌無法正常繁殖，最終導致亞硝酸鹽無法進一步氧化為硝酸鹽，從而實現短程硝化。
2)由於好氧段的硝化反應為短程硝化，只需將氨氮氧化成亞硝態氮，而不需進一步氧化成硝態氮，因此，好氧段需氧量大大降低，可以降低能耗。
3)好氧段的硝化產物為亞硝酸，而亞硝酸值比硝酸的pH值高，不容易導致好氧段中pH值急劇降低，因而也無需向好氧段中加鹼調節pH值。
4)缺氧段中適宜pH值為7～8，缺氧段中反硝化菌的大量繁殖，再加之反硝化菌只需亞硝態氮還原成N2，硝化菌可以在較短的時間內將好氧段產生的亞硝態氮還原成N2，因此，就避免出現亞硝酸過量導致缺氧段中pH值上升，而需要額外投加鹼來調節pH值。
具體實施方式
以下具體實施例對本發明作進一步闡述，但不作為對本發明的限定。
實施例1
汙水經粗格柵和曝氣沉砂池預處理後，依次經過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經分配井同時流入好氧段和缺氧段，60％分配至缺氧段，剩餘的40％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為40％，剩餘的出水進入二沉池進行沉澱分離，出水經排放口排出；在好氧段中投加沸石粉和葡萄籽單寧，其重量比為1：0.5；沸石粉和葡萄籽單寧的投加總量為0.5kg/噸汙水；好氧段的DO為0.8mg/L；缺氧段的DO為0.2mg/L。
對比例1
汙水經粗格柵和曝氣沉砂池預處理後，依次經過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經分配井同時流入好氧段和缺氧段，60％分配至缺氧段，剩餘的40％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為40％，剩餘的出水進入二沉池進行沉澱分離，出水經排放口排出；好氧段的DO為2.5mg/L；缺氧段的DO為0.2mg/L。由於在處理過程中，系統中PH過低，需要投加鹼液進行調PH.
實施例2
汙水經粗格柵和曝氣沉砂池預處理後，依次經過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經分配井同時流入好氧段和缺氧段，80％分配至缺氧段，剩餘的20％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為50％，剩餘的出水進入二沉池進行沉澱分離，出水經排放口排出；在好氧段中投加沸石粉和葡萄籽單寧，其重量比為3：1.8；沸石粉和葡萄籽單寧的投加總量為5kg/噸汙水；好氧段的DO為1.0mg/L；缺氧段的DO為0.5mg/L。
實施例3
汙水經粗格柵和曝氣沉砂池預處理後，依次經過初沉池、生物池和二沉池進行處理，所述生物池包括好氧段和缺氧段；初沉池的出水經分配井同時流入好氧段和缺氧段，70％分配至缺氧段，剩餘的30％分配至好氧段；好氧段的出水進入缺氧段處理，缺氧段的出水一部分回流至好氧段，回流率為45％，剩餘的出水進入二沉池進行沉澱分離，出水經排放口排出；在好氧段中投加沸石粉和葡萄籽單寧，其重量比為1：1.8；沸石粉和葡萄籽單寧的投加總量為2.5kg/噸汙水；好氧段的DO為0.9mg/L；缺氧段的DO為0.4mg/L。
將本發明實施例1的汙水處理工藝應用於城市生活汙水的處理，具體參數為：試驗規模Q＝100m3/d，初沉池的水力負荷為3m3/m3·d，初沉池水力停留時間為3h，生物池的容積總負荷為30kgCOD/m3·d，生物池水力停留總時間為8h，二沉池水力負荷為3m3/m3·d，二沉池的水力停留時間為3h。進出水水質監測結果如下表：
進出水水質監測結果
實施例1的出水完全達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準。
將對照例1的工藝應用於城市生活汙水的處理，具體參數為：試驗規模Q＝100m3/d，初沉池的水力負荷為3m3/m3·d，初沉池水力停留時間為3h，生物池的容積總負荷為30kgCOD/m3·d，生物池水力停留總時間為18h，二沉池水力負荷為3m3/m3·d，二沉池的水力停留時間為3h。進出水水質監測結果如下表：
進出水水質監測結果