CN102557356B - 半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法，属于污水生物处理技术领域，所述工艺包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、半短程硝化SBR反应器、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器；将污泥按污泥龄分开，避免了异养菌的快速繁殖对自养脱氮菌群的影响，硝化系统采用半段短程硝化，使其更易稳定维持短程，保证硝化系统的亚硝化率，为系统脱氮稳定性提供保障。将厌氧氨氧化技术应于生活污水的深度脱氮处理中，使耗氧量与传统脱氮方式相比降低60％，并无需外加碳源，无需中和剂，实现了高效低能耗的城市污水处理。
Description
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法。
背景技术
能源是战略性的经济资源。随着我国经济的快速发展，能源的需求与日俱增。城市污水处理是能源密集的行业之一，在常规的城市污水处理厂的运行成本中，电费约占三分之一多。而污水生物处理系统中曝气电耗占污水处理厂全厂电耗的40％-50％。近年来污水处理排放标准日益严格，而随着处理要求的提高，污水处理过程的能耗也随之提高。
现有的污水处理厂多采用传统生物脱氮工艺，以有机物作为碳源，通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，存在曝气时间长，处理效率不高，运行费用高等问题。因此，寻求高效低能耗的城市污水处理工艺显得越来越迫切。厌氧氨氧化菌的发现给传统脱氮除磷工艺的改善提供了一个契机，与传统脱氮工艺相比优势明显，无需外加碳源，与传统工艺相比节约60％的曝气量，温室气体排放量少。目前厌氧氨氧化污水自养脱氮工艺的研究，已经成功应用于高氨氮废水处理，而对低氨氮废水自养脱氮工艺的研究相对较少。
因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题，通过半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺处理城市污水使厌氧氨氧化技术成功应用在生活污水的深度脱氮处理中，采用半短程硝化技术，使硝化系统更易稳定维持短程，具有低耗氧量，无需外加碳源，无需中和剂等诸多优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法，采用厌氧氨氧化技术脱氮解决传统工艺曝气量高，处理效率低，需外加碳源，运行费用高等问题，实现了高效低能耗的城市污水处理。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺，包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、半短程硝化SBR反应器、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器；其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR反应器相连；除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连；第一调节水箱通过进水泵与半短程硝化SBR反应器相连；半短程硝化SBR反应器出水阀与第二调节水箱相连；第一调节水箱底部通过超越管与第二调节水箱相连并配有蠕动泵调节流量；最终第二调节水箱中污水进入自养脱氮UASB反应器。
进一步地，所述除有机物SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。
进一步地，所半短程硝化SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。
进一步地，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述第一调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述自养脱氮反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。
本发明还提供了一种半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷的方法，包括：
将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝2500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，曝气量恒定50～300L/h，沉淀排水，排水比为20～60％，当除有机物SBR反应器处理水COD＜80mg/L，且硝化率＜5％，出水P＜1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动；出水排入第一调节水箱；
将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加至半短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS＝2500-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从第一调节水箱抽入反应器，曝气搅拌，控制反应器内溶解氧为0.5～2mg/L，曝气1.5h～3h，沉淀排水，排水比为20～60％，当半短程硝化SBR反应器处理水NH4 +-N∶NO2 --N＝1∶1～1∶1.3时，完成半短程硝化SBR反应器的启动；出水排入第二调节水箱；
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2排出系统，当UASB反应器处理水NH4 +-N浓度＜1mg/L，或NO2 --N浓度＜1mg/L，完成UASB反应器的启动调试；
三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，生活污水全部进入除有机物SBR反应器，实现有机物的去除，并通过厌氧好氧过程实现磷的释放与吸收，其处理水排入第一调节水箱，半短程硝化SBR反应器处理水全部来自除有机物SBR反应器出水并将处理水排入第二调节水箱，最终污水进入UASB反应器实现厌氧氨氧化去除总氮。
综上，本发明提供的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法，将异养菌、氨氧化菌与厌氧氨氧化菌分开于三个独立的系统中，利于各系统的高效运行，保证系统运行的稳定性。将污泥按污泥龄分开，避免了异养菌的快速繁殖对自养脱氮菌群的影响，将好氧菌与厌氧菌分开避免了氧对厌氧氨氧化菌的抑制作用，进而保证厌氧菌的高效性。
将厌氧氨氧化技术应于生活污水的深度脱氮处理中，使耗氧量与传统脱氮方式相比降低60％，并无需外加碳源，无需中和剂。
硝化系统进水全部为去除有机物后的原水，易提高该系统中自养硝化细菌的浓度。
硝化系统采用半段短程硝化，使其更易稳定维持短程，保证硝化系统的亚硝化率，为系统脱氮稳定性提供保障。该系统无须在线监测装置及反馈装置，反应器结构简单。
采用UASB反应器培养厌氧氨氧化菌易于形成颗粒污泥，保证系统具有较强的生物持留能力，提高系统抗冲击性能。
除有机物反应器排放的剩余污泥中富含大量有机物，可用于产甲烷，最大程度的实现能量的回收利用。同时剩余污泥中含磷量较高，可对污泥进一步处理，实现磷资源的回收利用。
附图说明
图1是本发明半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示结构图，1为生活污水原水箱；2为除有机物SBR反应器；3为第一调节水箱；4为半短程硝化SBR反应器；5为第二调节水箱；6为第二调节水箱氨氮与亚硝浓度泵；7为自养脱氮UASB反应器；其中1.1为生活污水原水箱溢流管，1.2为放空管(第一调节水箱和第二调节水箱与原水水箱结构相同)；2.1为进水泵，2.2为搅拌器，2.3为搅拌桨，2.4为曝气头，2.5为气体流量计，2.6为气泵，2.7为排泥放空管，2.8为排水阀(半短程硝化SBR反应器与除有机物SBR反应器结构相同)；7.1为自养脱氮反应器进水泵，7.2为取样口，7.3为三相分离器，7.4为溢流堰，7.5为排气管，7.6为出水管。
半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、半短程硝化SBR反应器、第二调节水箱、自养脱氮反应器；除有机物SBR反应器和半短程硝化SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门；原水水箱、第一调节水箱和第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管；自养脱氮反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。
其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR反应器相连；除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连；第一调节水箱通过进水泵与半短程硝化SBR反应器相连；半短程硝化SBR反应器出水阀与第二调节水箱相连；第一调节水箱底部通过超越管与第二调节水箱相连并配有蠕动泵调节流量；最终第二调节水箱中污水进入自养脱氮UASB反应器。
城市污水在此装置中的处理流程为：城市污水首先进入除有机物SBR反应器完成有机物的去除或吸附，将污水中有机物富集到污泥中，可对剩余污泥进行产甲烷发酵以实现能量的回收，同时通过厌氧释磷好氧吸磷实现对污水中磷的去除；除有机物SBR反应器出水排入第一调节水箱；半短程硝化SBR反应器的进水全部来自第一调节水箱，对污水进行半短程硝化，将水中氨氮部分转化为亚硝酸盐氮，出水排入第二调节水箱；最终第二调节水箱内污水进入UASB反应器实现厌氧氨氧化，达到将氮从生活污水中脱除的目的。
污水处理方法具体包括以下步骤：
将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝2500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，曝气量恒定50～300L/h，沉淀排水，排水比为20～60％，当除有机物SBR反应器处理水COD＜80mg/L，且硝化率＜5％，出水P＜1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动；出水排入第一调节水箱；
将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加至半短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS＝2500-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从第一调节水箱抽入反应器，曝气搅拌，控制反应器内溶解氧为0.5～2mg/L，曝气1.5h～3h，沉淀排水，排水比为20～60％，当半短程硝化SBR反应器处理水NH4 +-N∶NO2 --N＝1∶1～1∶1.3时，完成半短程硝化SBR反应器的启动；出水排入第二调节水箱；
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2排出系统，当UASB反应器处理水NH4 +-N浓度＜1mg/L，或NO2 --N浓度＜1mg/L，完成UASB反应器的启动调试；
三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，除有机物SBR反应器处理水排入第一调节水箱，半短程硝化SBR反应器处理水全部来自除有机物SBR反应器出水并将处理水排入第二调节水箱，最终污水进入UASB反应器实现厌氧氨氧化去除总氮。
具体试验用水取自北京工业大学家属区生活污水，其水质如下：COD190mg/L～289mg/L；NH4 +-N 50mg/L～89mg/L；NO2 --N＜1mg/L；NO3 --N 0.12mg/L～1.0mg/L；P 4mg/L～7mg/L。试验系统如图1所示，自养脱氮UASB反应器采用有机玻璃制成，反应区内径为6cm，有效容积为1.5L；除有机物SBR反应器有效容积为10L，短程硝化SBR反应器有效容积为10L。
具体运行操作如下：
系统启动：
1)将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝3500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌20min，随后曝气搅拌20min，曝气量恒定300L/h，沉淀排水，排水比为40％。每天运行8个周期，并按污泥浓度排泥。驯化3周后，除有机物SBR反应器处理水达到COD＜90mg/L，且硝化率＜3％，出水P＜1mg/L，完成SBR除有机物反应器的启动；将出水排入第一调节水箱。
2)将短程硝化污泥投加至半短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS＝3000-4500mg/L，每周期曝气搅拌1.5-2.5h，控制反应器内溶解氧恒定为2mg/L，沉淀排水，排水比为60％，系统SRT为15d。通过不断的排泥将NOB淘洗出反应器，经过30天的驯化，短程硝化SBR反应器处理水为NH4 +-N∶NO2 --N＝1∶1～1∶1.3，完成半短程硝化SBR反应器的启动；出水排入第二调节水箱。
3)采用人工配水，控制第二调节水箱内NH4 +-N浓度20mg/L，NO2 --N浓度26mg/L，添加微生物生长必须的微量元素；将厌氧氨氧化颗粒污泥及絮状污泥投入UASB反应器，启动进水泵，通过40d的污泥驯化，系统成功启动，厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2排出系统，UASB反应器处理水NH4 +-N浓度＜1mg/L，或NO2 --N浓度＜1mg/L。
系统运行调试：
三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，除有机物SBR反应器处理水排入第一调节水箱，半短程硝化SBR反应器处理水排入第二调节水箱，最终污水进入UASB反应器实现厌氧氨氧化，其中当半短程硝化反应器出水中NH4 +-N，NO2 --N的浓度比例不在1∶1～1∶1.3范围内，可通过6水泵进行调节。
试验结果表明：运行稳定后，自养脱氮反应器最大氮去除速率约为10kgN/m3·d，处理水COD为35-50mg/L，NH4 +-N＜3mg/L，NO2 --N＜1mg/L，P＜1mg/L。
本发明半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法可广泛用于城市污水及其他低氨氮有机工业废水处理。
以上对本发明所提供的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺，其特征在于，包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、半短程硝化SBR反应器、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器；其中，所述原水水箱通过第一进水泵与除有机物SBR反应器相连，所述除有机物SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门；除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连；第一调节水箱通过第二进水泵与半短程硝化SBR反应器相连；半短程硝化SBR反应器出水阀与第二调节水箱相连；第一调节水箱底部通过超越管与第二调节水箱相连并配有蠕动泵调节流量；最终第二调节水箱中污水进入自养脱氮UASB反应器，所述自养脱氮UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。
2.根据权利要求1所述的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺，其特征在于，所述半短程硝化SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。
3.根据权利要求1所述的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺，其特征在于，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
4.根据权利要求1所述的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺，其特征在于，所述第一调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
5.根据权利要求1所述的半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺，其特征在于，所述第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
6.半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，包括：
将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS=2500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，曝气量恒定50～300L/h，沉淀排水，排水比为20～60%，当除有机物SBR反应器处理水COD<80mg/L，且硝化率<5%，出水P<1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动；出水排入第一调节水箱；
将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加至半短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS=2500-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从第一调节水箱抽入反应器，曝气搅拌，控制反应器内溶解氧为0.5～2mg/L，曝气1.5h～3h，沉淀排水，排水比为20～60%，当半短程硝化SBR反应器处理水NH4 +-N：NO2 --N=1：1～1：1.3时，完成半短程硝化SBR反应器的启动；出水排入第二调节水箱；
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2排出系统，当UASB反应器处理水NH4 +-N浓度<1mg/L，或NO2 --N浓度<1mg/L，完成UASB反应器的启动调试；
三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，生活污水全部进入除有机物SBR反应器，实现有机物的去除，并通过厌氧好氧过程实现磷的释放与吸收，其处理水排入第一调节水箱，半短程硝化SBR反应器处理水全部来自除有机物SBR反应器出水，通过固定曝气时间实现污水的半短程硝化，并将其处理水排入第二调节水箱，最终污水进入自养脱氮UASB反应器实现厌氧氨氧化去除总氮。
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