CN102531172A - 城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法 - Google Patents

Abstract

城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法，它涉及污水处理装置及方法。本发明解决现有硝化-厌氧氨氧化工艺存在占地面积大、运行费用高的技术问题。反应装置主体内设置有外筒、内筒和导流罩，内筒的下端面与外筒固定连接，导流罩罩在内筒的外侧，内筒内设置有环形布水器和环形微孔曝气管。方法：采用间歇挂膜方式挂膜，通入城市污水，在外筒完成COD的去除并生成少量NO₂ ^--N。向外筒内注入亚硝化和厌氧氨氧化混合污泥，实现亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮。本装置是采用连续运行方式，占地面积小，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，对生活污水基质浓度低，水量大的特点特别有针对性。

Description

城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法

技术领域

本发明涉及污水处理装置及方法；具体涉及城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法。

背景技术

目前，我国和世界其他国家城市生活污水的处理方法主要采用好氧处理(如活性污泥法等)、厌氧处理(如USAB等)，虽然能达到较好的处理效果，但仍存在许多问题，好氧处理存在的问题：(1)能耗高；(2)污泥产量高；(3)需要投加有机碳源；(4)管理不方便。厌氧处理存在的问题：(1)处理后出水的COD、BOD值较高；(2)水力停留时间较长并产生恶臭。

短程硝化-厌氧氨氧化集成工艺与传统的全程硝化-反硝化工艺相比较可以发现，新工艺能节省62.5％的曝气量和50％的耗碱量，并且无需投加有机碳源；另外，由于ANAMMOX菌的细胞产率远远低于反硝化菌，新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。

目前对于短程硝化-厌氧氨氧化的研究，根据耦合方式的不同，可将部分亚硝化/厌氧氨氧化工艺分为两段式和单段式，两段式虽然易于调控，但占地面积大，运行费用高。

随着人们对环境要求越来越高，污水排放指标越来越严格，如果能采用单段式亚硝化耦合厌氧氨氧化工艺处理日益增长的城市生活污水，将能很大程度地减少能耗，达到低碳污水处理的理念。

发明内容

本发明要解决现有硝化-厌氧氨氧化工艺存在占地面积大、运行费用高的技术问题；而提供了城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法。

本发明中城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置包括进水箱、进水泵、气体流量计、鼓风机、顶盖、内筒、外筒、导流罩、环形布水器、环形微孔曝气管、排泥管、挡块、排气管、出水箱、取样口、悬浮填料和拉筋，反应装置主体内设置有外筒、内筒和导流罩，内筒可拆卸安装在外筒底板上，导流罩罩在内筒的外侧，导流罩的顶端面与顶盖固定连接，顶盖上安装有排气管，顶盖与外筒通过拉筋固定连接，内筒内设置有环形布水器和环形微孔曝气管，环形布水器位于环形微孔曝气管上方，环形布水器的进水口与进水箱的出水口通过进水泵连通，环形微孔曝气管的进气口与鼓风机的出气口通过气体流量计连通，外壳的中上部设有挡块，外壳侧壁上设有数个取样口，外壳上部的出水口与出水箱的进水口连通，内筒中装有悬浮填料。

内筒与外筒底板之间形成好氧区，内筒与外筒及挡块之间形成缺氧区。

本发明中城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法是按下述步骤进行的：

步骤一、向内筒内加入城市污水厂曝气池活性污泥，接种后MLSS＝3g/L～4g/L，然后通入营养液直到完全浸没悬浮填料，再投加碳酸氢钠调节pH值为7.5，利用环形微孔曝气管进行微曝气，微曝气的曝气量为60L/h～100L/h，并将反应温度控制在25～30℃进行挂膜，每天更换2～3次营养液膜，COD去除率达80％以上挂膜成功；

步骤二、将城市污水通入进水箱，再利用进水泵通过环形布水器通入内筒内，运行温度为常温，溶解氧控制在1.5～2mg/L，然后调整水力停留时间使内筒内的COD去除率在80％以上，并且内筒出水的COD在40mg/L，即完成内筒区域内的启动；

步骤三、再向外筒注入接种量为8g/L的氨氧化细菌(AOB)与厌氧氨氧化颗粒污泥混污泥，氨氧化细菌与厌氧氨氧化颗粒污泥比例为1∶2，通过调节内筒的曝气量使内筒与外筒之间的溶解氧控制在0.1～0.15mg/L进行亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应，水力停留时间为1～2小时，出水排放自然环境中，即实现了城市污水亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮；步骤一所述营养液由氯化铵、葡萄糖、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、微量元素和水组成，营养液中氯化铵的浓度为120～180mg/L、葡萄糖的浓度为150～220mg/L、碳酸氢钠的浓度为220～260mg/L，磷酸二氢钾的浓度为20～30mg/L，微量元素的浓度为0.1～0.5mL/L，所述微量元素按重量份数比由1.5重量份FeCl₃·6H₂O、0.15重量份H₃BO₃、0.03重量份CuSO₄、0.18重量份KI、0.1重量份MnSO₄·H₂O、0.06重量份Na₂MOO₄·H₂O、0.12重量份ZnSO₄·7H₂O、0.18重量份CoSO₄·7H₂O和10重量份EDTA组成。

上述内筒和导流罩均为喇叭形等上窄下宽形状。

本发明利用氨氧化细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，而开发出的一套城市污水自养脱氮的装置和方法，把污水里的氨态氮直接转化为氮气。

亚硝化过程是氨氮被氨氧化细菌氨化为亚硝酸盐的过程，氨氧化菌对DO的亲和力比亚硝酸盐氧化菌强，所以较低的DO浓度可以限制亚硝酸盐氧化菌的生长从而实现NO₂-的积累。厌氧氨氧化是厌氧氨氧化菌利用NH₄ ⁺-N为电子供体，NO₂ ^--N为电子受体，把NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N最终转化为N₂和少量NO₃ ^--N的过程。

2NH₄ ⁺+1.50₂＝NH₄ ⁺+NO₂ ^-+2H₂O+2H⁺(短程硝化反应)

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-→1.02N₂+0.26NO₃ ^-+2H₂O(厌氧氨氧化反应)

本发明装置的内筒注入挂有城市污水厂曝气池活性污泥的填料，城市污水在好氧区内完成大部分COD的降解，并把少量的NH₄ ⁺-N氧化成NO₂ ^--N，此阶段不产生NO₂ ^--N的累积，没有NO₃ ^--N的生成，气流上升为好氧区提供上升流速，部分氧气溶解在水中，以水携氧的形式为缺氧区提供溶解氧。

携带着溶解氧的好氧区出水进入导流罩，缺氧区内水流弯道式扩散上升，加上内筒微曝气所提供的一定混合动力，强化了泥水传质过程。由于缺氧区进水COD很低，反应立即进入硝化阶段。因为处于限氧环境下，硝酸菌受到仰制，亚硝化细菌大量增殖，体系中仍存在微量溶解氧，厌氧氨氧化菌受到仰制，系统还停留在亚硝化阶段。但由于基质充分，亚硝化细菌处于对数增长期，分泌出大量粘性胞外产物，逐渐地把厌氧氨氧化颗粒包裹在其中，从而形成亚硝化-厌氧氨氧化共生菌团。由于被包裹的是成熟的厌氧氨氧化污泥，在低溶解氧的环境下厌氧氨氧化菌的活性很快得到恢复，利用体系中剩余的NH₄ ⁺-N和生成的NO₂ ^--N最终转化为氨气。

本发明具有以下优点：

与传统的全程硝化-反硝化工艺相比较可以发现，亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮工艺能节省62.5％的曝气量和50％的耗碱量，并且无需投加有机碳源；另外，由于ANAMMOX菌的细胞产率远远低于反硝化菌，新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。

本装置内筒利用产气提供的动力，使泥水充分接触，外筒水流利用重力势能，加上内筒微曝气所提供的一定混合动力，无需外加动力就能实现泥水混合，降低运行成本；导流罩口的喇叭形设计，使缺氧区内水流呈弯道式扩散上升，使外筒泥水充分混合。导流管中的水流是以水携氧的形式进入缺氧区，这种微氧环境，既能仰制亚硝酸盐氧化菌的生长，又能给氨氧化细菌提供足够的溶解氧并且不会影响厌氧氨氧化菌的活性。在不需添加酸碱中和剂、不消耗碳源和降低氧气消耗量的情况下实现城市污水的生物脱氮，且将污水处理温度降到常温，有巨大的节能效益。

本装置是采用连续运行方式，占地面积小，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，对生活污水基质浓度低，水量大的特点特别有针对性。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1进行说明，本实施方式中城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置包括进水箱1、进水泵2、气体流量计3、鼓风机4、顶盖5、内筒6、外筒7、导流罩8、环形布水器9、环形微孔曝气管10、排泥管11、挡块12、排气管13、出水箱14、取样口15、悬浮填料16和拉筋17，反应装置主体内设置有外筒7、内筒6和导流罩8，内筒可拆卸安装在外筒底板上，导流罩8罩在内筒6的外侧，导流罩8的顶端面与顶盖5固定连接，顶盖5上安装有排气管13，顶盖5与外筒7通过拉筋17固定连接，内筒6内设置有环形布水器9和环形微孔曝气管10，环形布水器9位于环形微孔曝气管10上方，环形布水器9的进水口与进水箱1的出水口通过进水泵2连通，环形微孔曝气管10的进气口与鼓风机4的出气口通过气体流量计3连通，外壳7的中上部设有挡块12，外壳侧壁上设有数个取样口15外壳上部的出水口与出水箱14的进水口连通，内筒6中装有悬浮填料16。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：内筒6和导流罩8均为倒漏斗形。其它与具体实施方式一相同。

导流罩设计使缺氧区内水流呈弯道式扩散上升，使外筒泥水充分混合。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：以体积计悬浮填料的填充度为60％～70％。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法是按下述步骤进行的：

步骤一、向内筒6内加入城市污水厂曝气池活性污泥，接种后MLSS＝3g/L～4g/L，然后通入营养液直到完全浸没悬浮填料16，再投加碳酸氢钠调节pH值为7.5，利用环形微孔曝气管10进行微曝气，微曝气的曝气量为60L/h～100L/h，并将反应温度控制在25～30℃进行挂膜，每天更换2～3次营养液膜，COD去除率达80％以上挂膜成功；

步骤二、将城市污水通入进水箱1，再利用进水泵2通过环形布水器9通入内筒6内，运行温度为常温，溶解氧控制在1.5～2mg/L，然后调整水力停留时间使内筒6内的COD去除率在80％以上，并且内筒6出水的COD在40mg/L，即完成内筒6区域内的启动；

步骤三、再向外筒7注入接种量为8g/L氨氧化细菌(AOB)与厌氧氨氧化颗粒污泥混合污泥，氨氧化细菌与成熟厌氧氨氧化颗粒污泥比例为1∶2，通过调节内筒6的曝气量使内筒6与外筒7之间的溶解氧控制在0.1～0.15mg/L进行亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应，水力停留时间为1～2小时，出水排放自然环境中，即实现了城市污水亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮；步骤一所述营养液由氯化铵、葡萄糖、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、微量元素和水组成，营养液中氯化铵的浓度为120～180mg/L、葡萄糖的浓度为150～220mg/L、碳酸氢钠的浓度为220～260mg/L，磷酸二氢钾的浓度为20～30mg/L，所述微量元素按重量份数比由1.5重量份FeCl₃·6H₂O、0.15重量份H₃BO₃、0.03重量份CuSO₄、0.18重量份KI、0.1重量份MnSO₄·H₂O、0.06重量份Na₂MOO₄·H₂O、0.12重量份ZnSO₄·7H₂O、0.18重量份CoSO₄·7H₂O和10重量份EDTA组成。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一所述的微曝气的曝气量为70L/h～80L/h。其它步骤和参数与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤二所述溶解氧控制在1.8mg/L。其它步骤和参数与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤一所述营养液中氯化铵的浓度为153mg/L、葡萄糖的浓度为205mg/L、碳酸氢钠的浓度为243mg/L，磷酸二氢钾的浓度为25mg/L，微量元素的浓度为0.3mL/L。其它步骤和参数与具体实施方式四至六之一相同。

采用下述试验验证发明效果：

试验一：采用图1所述装置进行污水处理；具体城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法是按下述步骤进行的：

步骤一、按MLSS＝4g/L向内筒6内加入活性污泥，然后通入营养液直到完全浸没悬浮填料16，再投加碳酸氢钠调节pH值为7.5，利用环形微孔曝气管10进行微曝气，微曝气的曝气量为60L/h～100L/h，并将反应温度控制在25℃进行挂膜，每天更换2～3次营养液膜，COD去除率达80％以上挂膜成功；

步骤二、将城市污水通入进水箱1，再利用进水泵2通过环形布水器9通入内筒6内，运行温度为常温，溶解氧控制在1.5mg/L，然后调整水力停留时间使内筒6内的COD去除率在80％以上，并且内筒6出水的COD在40mg/L，即完成内筒6区域内的启动；

步骤三、再向外筒7注入接种量为8g/L氨氧化细菌(AOB)与厌氧氨氧化颗粒污泥混合物，氨氧化细菌与成熟厌氧氨氧化颗粒污泥比例为1∶2，通过调节内筒6的曝气量使内筒6与外筒7之间的溶解氧控制在0.1mg/L进行亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应，水力停留时间为1～2小时，然后排放自然环境中，即完成了污水处理；步骤一所述营养液中氯化铵的浓度为153mg/L、葡萄糖的浓度为205mg/L、碳酸氢钠的浓度为243mg/L，磷酸二氢钾的浓度为25mg/L，微量元素的浓度为0.3mL/L，所述微量元素按重量份数比由1.5重量份FeCl₃·6H₂O、0.15重量份H₃BO₃、0.03重量份CuSO₄、0.18重量份KI、0.1重量份MnSO₄·H₂O、0.06重量份Na₂MOO₄·H₂O、0.12重量份ZnSO₄·7H₂O、0.18重量份CoSO₄·7H₂O和10重量份EDTA组成。

装置出水的NH₄ ⁺-N小于1mg/L，NO₂ ^--N小于0.5mg/L，COD小于10mg/L，代表完成了城市污水的全程自养脱氮过程。

Claims (7)

1.城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置，它包括进水箱(1)、进水泵(2)、气体流量计(3)、鼓风机(4)、顶盖(5)、内筒(6)、外筒(7)、导流罩(8)、环形布水器(9)、环形微孔曝气管(10)、排泥管(11)、挡块(12)、排气管(13)、出水箱(14)、取样口(15)、悬浮填料(16)和拉筋(17)，其特征在于反应装置主体内设置有外筒(7)、内筒(6)和导流罩(8)，内筒(6)可拆卸安装在外筒(7)底板上，导流罩(8)罩在内筒(6)的外侧，导流罩(8)的顶端面与顶盖(5)固定连接，顶盖(5)上安装有排气管(13)，顶盖(5)与外筒(7)通过拉筋(17)固定连接，内筒(6)内设置有环形布水器(9)和环形微孔曝气管(10)，环形布水器(9)位于环形微孔曝气管(10)上方，环形布水器(9)的进水口与进水箱(1)的出水口通过进水泵(2)连通，环形微孔曝气管(10)的进气口与鼓风机(4)的出气口通过气体流量计(3)连通，外壳(7)的中上部设有挡块(12)，外壳侧壁上设有数个取样口(15)外壳上部的出水口与出水箱(14)的进水口连通，内筒(6)中装有悬浮填料(16)。

2.根据权利要求1所述城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置，其特征在于内筒(6)和导流罩(8)均为喇叭形。

3.根据权利要求1所述城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置，其特征在于以体积计悬浮填料(16)的填充度为60％～70％。

4.利用城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法，其特征在于城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法是按下述步骤进行的：

步骤一、按MLSS＝3g/L～4g/L向内筒(6)内加入城市污水厂曝气池活性污泥，然后通入营养液直到完全浸没悬浮填料(16)，再投加碳酸氢钠调节pH值为7.5，利用环形微孔曝气管(10)进行微曝气，微曝气的曝气量为60L/h～100L/h，并将反应温度控制在25～30℃进行挂膜，每天更换2～3次营养液膜，COD去除率达80％以上挂膜成功；

步骤二、将城市污水通入进水箱(1)，再利用进水泵(2)通过环形布水器(9)通入内筒(6)内，运行温度为常温，溶解氧控制在1.5～2mg/L，然后调整水力停留时间使内筒(6)内的COD去除率在80％以上，并且内筒6出水的COD在40mg/L，即完成内筒(6)区域内的启动；

步骤三、再向外筒(7)注入接种量为8g/L氨氧化细菌与厌氧氨氧化颗粒污泥混合污泥，氨氧化细菌与成熟厌氧氨氧化颗粒污泥比例为1∶2，通过调节内筒(6)的曝气量使内筒(6)与外筒(7)之间的溶解氧控制在0.1～0.15mg/L进行亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应，水力停留时间为1～2小时，然后排放自然环境中，即实现了城市污水亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮；步骤一所述营养液由氯化铵、葡萄糖、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、微量元素和水组成，营养液中氯化铵的浓度为120～180mg/L、葡萄糖的浓度为150～220mg/L、碳酸氢钠的浓度为220～260mg/L、磷酸二氢钾的浓度为20～30mg/L、微量元素的浓度为0.1～0.5mL/L；所述微量元素按重量份数比由1.5重量份FeCl₃·6H₂O、0.15重量份H₃BO₃、0.03重量份CuSO₄、0.18重量份KI、0.1重量份MnSO₄·H₂O、0.06重量份Na₂MOO₄·H₂O、0.12重量份ZnSO₄·7H₂O、0.18重量份CoSO₄·7H₂O和10重量份EDTA组成。

5.根据权利要求4所述的城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法，其特征在于步骤一所述的微曝气的曝气量为70L/h～80L/h。

6.根据权利要求4或5所述的城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法，其特征在于步骤二所述溶解氧控制在1.8mg/L。

7.根据权利要求6所述的城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法，其特征在于步骤一所述营养液中氯化铵的浓度为153mg/L、葡萄糖的浓度为205mg/L、碳酸氢钠的浓度为243mg/L，磷酸二氢钾的浓度为25mg/L，微量元素的浓度为0.3mL/L。

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