专利名称：苯酚抑制耦合低温实现短程脱氮的方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种含酚含氮废水短程硝化的启动方法，尤其是低温条件下实现短程脱氮工艺，适用于北方较寒冷地区的工业废水处理和城镇污水酚类化合物毒性抑制的技术参考。
背景技术：
污水生物处理脱氮过程，分为全程硝化反硝化和短程硝化反硝化。其中，短程硝化反硝化以其独特的优势受到越来越多的关注能耗降低25%、有机碳源减少40%、反应时间缩短63%、污泥产量低减少50%、反硝化的容积可减少30 40%、减少投加碱度和外加
碳源的量等。短程硝化反硝化的两个主要反应步骤中，反硝化技术容易控制，关键在于将NH4+-N 氧化控制在NO2--N阶段，阻止其进一步氧化。短程硝化反应的控制取决于对两种硝化菌的控制。两种细菌在生理机制及动力学特征上存在的固有差异，导致了某些影响因素对两种硝化菌存在不同的抑制作用，从而影响硝化形式。经过研究，能够抑制亚硝化氧化菌，造成氨氧化菌在硝化系统中占优势的因素主要有高游离氨浓度、游离HNO2浓度、高pH、高温、 低D0、从缺氧状态到好氧状态的滞后时间、游离羟氨浓度以及投加硝化反应选择性化学抑制剂。氨氧化菌和亚硝酸氧化菌均为自养菌，生长缓慢世代周期长。如何快速有效启动短程硝化反硝化过程，并长期保持稳定运行效果是科研工作者亟待解决的问题。含酚废水是一种污染范围广，危害性大的工业废水。如不经处理直接排放会对水体、鱼类、农作物、环境等带来严重危害。苯酚是工业废水中常见毒性物质，目前，我国很多水体都受到含酚废水的严重污染，是当前我国急需解决的三废治理对象之一。目前虽然化工厂有设置相应的苯酚水处理工艺，如吸附法、萃取法、膜过滤、电化学催化、厌氧处理等等，但处理效果、有无新污染、运行是否稳定都是有待考虑的问题。因此，生物法短程硝化反硝化处理含酚含氮废水的启动维持变得很重要。
发明内容
本发明的目的在于寻求一种含酚工业废水能够稳定实现短程深度脱氮的方法，尤其是对于北方季节温度变化较明显地区，是一种简单便捷操作灵活的生物发发。利用苯酚对微生物抑制程度的不同，选择性的影响氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)新陈代谢速率，富集A0B，不断抑制N0B，从而达到稳定短程硝化反硝化。苯酚抑制耦合低温实现短程脱氮的装置，包括原水箱12、进水泵3、连接有药箱的加药泵2、鼓风机4、温控装置5、磁力搅拌器9、曝气器8、取样口和出水口 10、DO传感器6、 PH传感器7、在线监测装置11、控制装置I ;其特征在于原水箱12通过进水泵3与反应器13相连接，鼓风机4与曝气器8相连，反应器13内有DO传感器6、pH传感器7和温控装置5，在线监测装置11与DO传感器
6、鼓风机4连接，控制装置I与连接有药箱的加药泵2、进水泵3、磁力搅拌器9的电器阀门设备相连，控制阀门的开启。苯酚抑制耦合低温实现短程脱氮的方法，包括以下内容(I)接种污泥为城市污水处理厂剩余活性污泥，启动污泥浓度为3000_3500mg/L ； 原水为生活污水，pH在7. 02-8. 14，氨氮初始浓度50-70mg/L，COD浓度在180_270mg/L ；(2) 1-15天温度从初始25°C线性下降为23°C ；(3) 16-30天加药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为15mg/L;温度从23°C线性下降为21°C ;(4)31-45天加药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为30mg/L ;温度从21°C线性下降为19°c ；(5)46-60天加药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为60mg/L ;温度从19°C线性下降为17°C ;系统排泥维持污泥浓度4000mg/L ；(6)61-75天药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为90mg/L ;温度从 17°C线性下降为15°C ;系统排泥维持污泥浓度5000mg/L ；反应器每隔6小时进水，缺氧搅拌后，通过曝气和排水维持DO为0. 5-1. 3mg/L。3、本发明主要特征在于(I)系统为SBR反应器前置反硝化运行方式，充分原水和苯酚化合物作为碳源，不投加外加碳源，通过进水、缺氧搅拌、好氧曝气、沉淀、排水和静置五个步骤实现对污水的生物处理。(2)苯酹浓度为l_30mg/L时,系统不排泥；苯酹浓度60mg/L时,系统排泥维持污泥浓度4000mg/L ;苯酹浓度90mg/L时,维持污泥浓度5000mg/L。(3)低浓度苯酚(0-30mg/L)，亚硝积累率增长较缓慢，Omg/L时小于5%，30mg/L末期达到22% ;60mg/L末期为43% ;高浓度苯酚(90mg/L)对系统污泥组成结构影响较大，末期亚硝积累率达91 %，并稳定维持在90%以上。4、本发明中启动并维持短程硝化的特点为(I)系统温度由25°C下降至15°C时，在既定步骤下系统性能不但没有降低，硝化作用反而稍有增强的趋势，污泥沉降性变得良好。这为冬季短程脱氮的实现维持提供了技术支持。(2)AOB比NOB具有更强的抗冲击特性。本发明采用序批式活性污泥法，间歇曝气使得系统内的溶解氧呈现周期性的波动，而AOB “饱食饥饿”的性质使其能够经受住溶解氧的更替变换，逐渐成为优势菌种。(3)在不同浓度苯酚梯度下，运行时间不变，然而污泥浓度在不同阶段呈现不同的数值苯酹浓度为Omg/L、15mg/L和30mg/L时系统不排泥,该阶段对硝化细菌的富集有着至关重要的作用。硝化菌属于自养菌，生长周期较长，较长的污泥龄保证了系统生物量的同时强化了系统去除有机物和脱氮的效果。(4)酚是一种中等强度的化学毒物，可与细胞原浆中的蛋白质发生化学反应，低浓度时使细胞变性，高浓度时使蛋白质凝固。研究表明，苯酚对硝化细菌的抑制作用为非竞争抑制，抑制解除后可恢复至原来活性。苯酚可作为碳源被不断利用，一方面为微生物提供充足的可降解物质，另一方面苯酚降解减小了对系统微生物的抑制作用。高浓度梯度下生物增殖较快，通过排泥控制污泥浓度，苯酚的选择作用使得微生物组成结构发生变化，AOB在系统逐渐g集。(5)前置反硝化的设置为反硝化菌提供可降解有机物的同时也为硝化细菌提供了一个缓冲的平台，自身降解与抑制的解除保证了系统的污水处理性能。
图I苯酚投加梯度及温度变化图2装置示意中，I-控制系统；2_进水泵；3_加药泵；4_鼓风机；5_温控装置；6_pH传感器； 7-D0传感器；8_砂盘曝气器；9_磁力搅拌器；10_出水口及进样口 ；ll_pH/D0在线监测系统；12_加药箱。
具体实施例方式I、苯酹浓度为Omg/L :采用前置反硝化模式,先缺氧搅拌75min后曝气180min, DO 维持在0. 5-1. 3mg/L。接种污泥浓度为3000mg/L，温度为25°C。每周期测定进出水水质变化，监测N02--N/N03--N比例。该运行周期为15天，温度由25 °C逐渐变为23 °C。2、苯酹浓度15mg/L :采用前置反硝化模式,先缺氧搅拌75min后曝气180min, DO 维持在0. 5-1. 3mg/L。进水的同时使用加药泵调整系统苯酚初始浓度为15mg/L。每周期测定进出水水质变化和no2_-n/no3_-n比例，并在典型周期中测定苯酚浓度变化。该运行周期为15天，温度由23°C逐渐变为21 °C。3、苯酹浓度30mg/L :采用前置反硝化模式,先缺氧搅拌75min后曝气180min, DO 维持在0. 5-1. 3mg/L。进水的同时使用加药泵调整系统苯酚初始浓度为30mg/L。每周期测定进出水水质变化和no2_-n/no3_-n比例，并在典型周期中测定苯酚浓度变化。该运行周期为15天，温度由21 °C逐渐变为19°C。4、苯酹浓度60mg/L :采用前置反硝化模式,先缺氧搅拌75min后曝气180min, DO 维持在0. 5-1. 3mg/L。进水的同时使用加药泵调整系统苯酚初始浓度为60mg/L。每周期测定进出水水质变化和no2_-n/no3_-n比例，并在典型周期中测定苯酚浓度变化。通过规律性排泥控制污泥浓度在4000mg/L。该运行周期为15天，温度由19°C逐渐变为17°C。5、苯酹浓度90mg/L :采用前置反硝化模式,先缺氧搅拌75min后曝气180min, DO 维持在0. 5-1. 3mg/L。进水的同时使用加药泵调整系统苯酚初始浓度为90mg/L。每周期测定进出水水质变化和no2_-n/no3_-n比例，并在典型周期中测定苯酚浓度变化。通过规律性排泥控制污泥浓度在5000mg/L。该运行周期为15天，温度由17°C逐渐变为15°C。实施案例实施案例I :反应器容积为5L，原水来自某生活小区生活污水。COD = 190-270mg/L, NH:_N = 50 69mg/L, pH = 7. 20-7. 80。接种污泥取自北京市某城市污水处理厂二沉池回流污泥，属全程硝化性能良好的污泥。各阶段通过排泥控制系统内污泥浓度保持在设定水平，DO维持在0. 5-1. 3mg/L,实施过程中温度随着气温的降低由25 °C逐渐降低为15°C。I、苯酹浓度为Omg/L、15mg/L、30mg/L :接种污泥浓度为3000mg/L,运行15天后,温度由 25°C逐渐变为 19°C，出水 COD = 32-54mg/L，NH4+-N < lmg/L, NO2^-N = 2_4mg/L ；NO3^-N =15-20mg/L ;N02--N/N03--N值维持在9% -22%之间，没有太大的明显变化。2、苯酚浓度60mg/L :运行15天后，温度由19 °C逐渐变为17 °C，出水COD = 34. 5-58mg/L, NH4+_N < lmg/L, NOf-N = 6_9mg/L ；NO3^-N = ll_14mg/L ;N(V_N/N(V-N 值由 22%增至 55%03、苯酚浓度90mg/L :运行15天后，温度由17 °C逐渐变为15 °C，出水COD = 47-64mg/L, NH4+-N < lmg/L, NO2^-N = 16_20mg/L ;N(V_N = 2_6mg/L ;N(V_N/N(V-N值由 55% 增至91%04、系统稳定短程后，对系统进行短时间的过曝气冲击，亚硝积累率稳定保持在 90%以上。实施案例2 反应器容积为10L，原水来自某居民生活区生活污水。COD = 206 260mg/L, NH4+_N = 51 70mg/L, pH = 7. 43-8. 13。接种污泥取自某脱氮效果良好的中试反应器二沉污泥。各阶段通过排泥控制系统内污泥浓度保持在设定水平，DO维持在0. 5-1. 3mg/L，实施过程中控制温度由25°C逐渐降低为15°C。I、苯酹浓度为0-30mg/L :接种污泥浓度为3000mg/L,运行15天后,温度由25°C逐渐变为 19°C，出水 COD = 39-5lmg/L，NH4+-N < lmg/L, NO2^-N = l_5mg/L ；N03_-N = 17_23mg/ L ;N02_-N/N03_-N值为5% -15%之间，亚硝积累率变化较小。2、苯酚浓度60mg/L :运行15天后，温度由19 °C逐渐变为17 °C，出水COD = 44_65mg/L, NH4+-N < lmg/L, NO2^-N = 8_14mg/L ；NO3^-N = 10_14mg/L ;N02--N/N<V-N 值增至 43%。3、苯酚浓度90mg/L :运行15天后，温度继续降低，由17°C逐渐变为15°C，出水COD =52-68mg/L，NH4+-N < lmg/L, NO2^-N = 16_20mg/L ；NO3^-N = l_6mg/L ;N(V_N/N(V-N 值由 43%增至 94%。4、系统稳定短程后，对系统进行短时间的过曝气冲击，亚硝积累率稳定保持在 90%以上。
权利要求
1.苯酚抑制耦合低温实现短程脱氮的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(12)、 进水泵(3)、连接有药箱的加药泵(2)、鼓风机(4)、温控装置(5)、磁力搅拌器(9)、曝气器(8)、取样口和出水口(10)、DO传感器(6)、pH传感器(7)、在线监测装置(11)、控制装置 ⑴；原水箱(12)通过进水泵(3)与反应器(13)相连接，鼓风机⑷与曝气器⑶相连，反应器(13)内有DO传感器(6)、pH传感器(7)和温控装置(5)，在线监测装置(11)与DO传感器(6)、鼓风机(4)连接，控制装置(I)与连接有药箱的加药泵(2)、进水泵(3)、磁力搅拌器(9)的电器阀门设备相连，控制阀门的开启；其特征在于，所述方法步骤如下(1)接种污泥为城市污水处理厂剩余活性污泥，启动污泥浓度为3000-3500mg/L;原水为生活污水，pH在7. 02-8. 14，氨氮初始浓度50-70mg/L，COD浓度在180_270mg/L ；(2)1-15天温度从初始25°C线性下降为23°C ；(3)16-30天加药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为15mg/L ;温度从 23°C线性下降为21°C ;(4)31-45天加药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为30mg/L;温度从 21 °C线性下降为19°C ；(5)46-60天加药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为60mg/L;温度从 19°C线性下降为17°C ;系统排泥维持污泥浓度4000mg/L ；(6)61-75天药泵向反应器内投加苯酚，反应器初始苯酚浓度为90mg/L;温度从17°C 线性下降为15°C ;系统排泥维持污泥浓度5000mg/L ；反应器每隔6小时进水，缺氧搅拌后，通过曝气和排水维持DO为0. 5-1. 3mg/L。
全文摘要
苯酚抑制耦合低温实现短程脱氮的方法属于污水处理领域。采用SBR反应器前置反硝化运行方式，充分利用原水和苯酚化合物作为碳源，不投加外加碳源。温度由25℃线性降低至15℃，苯酚浓度为0-30mg/L时，系统不排泥；苯酚浓度60mg/L时，维持污泥浓度为4000mg/L；苯酚浓度90mg/L时，维持污泥浓度5000mg/L。低浓度苯酚亚硝积累率增长较缓慢，0mg/L时小于5％，30mg/L末期达到22％；60mg/L末期为43％；高浓度苯酚对系统污泥组成结构影响较大，末期亚硝积累率达91％，并稳定维持在90％以上。本发明适用于北方较寒冷地区的工业废水处理和城镇污水酚类化合物毒性抑制技术参考。
文档编号C02F101/38GK102531175SQ20121005951
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者张琼, 彭永臻, 曹旭, 王淑莹, 葛士建, 路聪聪 申请人:北京工业大学