CN103121752B - 污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化处理城市污水硝化液的方法 - Google Patents

Abstract

污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化处理城市污水硝化液的方法属于生化法污水处理技术领域。通过水解酸化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌的共同作用，在同一空间内实现废水总氮的高效去除。具体是在单一反应器内，利用初沉污泥在水解酸化过程产生的短链脂肪酸将NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N和N₂，并通过厌氧氨氧化反应将反硝化过程积累的NO₂ ^--N与水解酸化过程释放的氨氮得以去除。从而使出水总氮浓度大大降低，同时完成了初沉污泥的减量化。本技术适用于城市污水硝化出水的深度处理。

Description

污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化处理城市污水硝化液的方法

技术领域

本发明涉及一种应用初沉污泥水解酸化产碳源强化反硝化及厌氧氨氧化技术来处理低碳氮比城市生活污水硝化出水的方法，属于生化法污水处理技术领域。通过水解酸化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌的共同作用，在同一空间内实现废水总氮的高效去除。具体是在单一反应器内，利用初沉污泥在水解酸化过程产生的短链脂肪酸将NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N和N₂，并通过厌氧氨氧化反应将反硝化过程积累的NO₂ ^--N与水解酸化过程释放的氨氮得以去除。从而使出水总氮浓度大大降低，同时完成了初沉污泥的减量化。本技术适用于城市污水硝化出水的深度处理。

背景技术

当前，我国城市污水处理厂大多采用传统的硝化反硝化工艺来去除污水中的氮素，由于污水中有机物含量相对较低，以及在硝化过程中有机物被异养菌的降解，使得在反硝化过程因碳源不足而导致氮的去除率大大降低，出水中含有大量的硝态氮。

为了解决日益严重的水体富营养化问题，2002年我国颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》中要求出水氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L（一级A标准）。许多污水处理厂为了达到排放标准，不得不投加外碳源，这无疑提高了污水处理厂的运行费用，同时也增加了污泥产量。为了降低运行成本，我国许多污水处理厂面临着工艺的升级改造。

我国城市污水处理厂大多都设有初次沉淀池，其排放的污泥中含有大量的有机物，经过水解酸化作用，能产生大量的短链脂肪酸，可以作为反硝化过程的碳源。因此可以利用初沉泥在水解酸化过程产生的碳源来强化反硝化作用，同时对污泥进行了减量化处理。

然而，污泥在水解酸化过程产生碳源的同时，也释放出大量的氨氮，高永青等在研究pH值对剩余污泥的水解酸化时，其实验结果得出氨氮的最大释放量达到200mg/L，虽然初沉泥释放的氨氮要比剩余污泥小很多，但其出水氨氮浓度很难达到一级A标准中的5mg/L，这成为制约其在实际污水处理厂应用的最大障碍。

发明内容

本发明成功的解决了传统硝化反硝化过程中碳源不足的问题，在单一反应器内，利用初沉污泥在水解酸化过程产生的短链脂肪酸将NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N和N₂，并通过厌氧氨氧化反应同步去除水解酸化过程产生的氨氮，同时完成了初沉污泥的初步减量化。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种初沉污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化装置，其特征在于：设有污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化反应器5，反硝化菌和水解酸化菌以絮体状生长于反应器内，厌氧氨氧化菌附着在海绵填料载体表面，通过栅格14使其浸没在液面以下。硝化液原水池1、储泥池2、排水池3及排泥池4；原水池1通过进水泵19与主反应器5的进水口相连、储泥池2通过进泥泵20与主反应器5的进泥口相连，主反应器5的排水口通过阀门17与排水池3相连，主反应器5的排泥口通过阀门18与排泥池4相连。主反应器5采用密闭结构，设有水封装置21和搅拌装置9，上方顶盖设有集气口22，主反应器5中产生的气体通过集气口22由缓冲瓶11进入集气罐10，主反应器上方还设有温控系统，其由加热棒12、温度探头13和控制装置8组成，用于提供适宜的反应温度，主反应器5安装有PH测定仪6和ORP测定仪7，用于实时监测反应的进程。

利用上述初沉污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化装置进行脱氮和污泥处理方法，主要包括以下步骤：

1）向进水池和储泥池中分别注满硝化液与初沉污泥，进水池中NO₃ ^--N浓度控制在80mg/L以下，储泥池中初沉污泥浓度控制在12000-20000mgMLSS/L。

2）将初沉污泥和接种的水解酸化耦合反硝化污泥，按体积比为1:2将其混合后注入主反应器中，控制系统中混合污泥浓度在4000-5000mgMLSS/L；

3）接种附着有厌氧氨氧化菌活性的海绵填料，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在200-350mgMLSS/L，添加到反应器内，并用栅格固定上，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面以下；

4）开启进泥泵，将储泥池中初沉污泥打入主反应器中，每一周期进泥体积为反应器有效容积的1/20，进泥结束后，进入下一道工序；

5）启动进水泵，将进水池中硝化液打入主反应器中，并开启温控系统，温度设定为30摄氏度，每一周期进水量为反应器有效容积的2/3，系统开始进入反应阶段；

6）反应过程中，当系统中ORP测定仪数值小于-300mv或pH测定仪中数值不再上升时，结束反应，关闭搅拌系统和温控系统，系统进入沉淀阶段；

7）沉淀1h后，开启电动排水阀，系统开始排水，排水体积为反应器有效容积的2/3；

8）排水结束后，开启搅拌系统和排泥泵，排出1/20反应器有效容积的混合污泥；

9）关闭搅拌系统，进入闲置阶段；

10）闲置2h后，系统从步骤4）到9）不断循环，进入连续运行状态。

技术原理

初沉污泥在水解酸化过程中产生短链脂肪酸，通过引入硝化液，使其进行反硝化作用。在NO₃ ^--N还原过程中，低浓度碳源易形成NO₂ ^--N的积累，水解酸化产碳源过程是缓慢进行的，系统中必会有一定的NO₂ ^--N累积；另外，污泥水解酸化过程会释放一定的氨氮，两者通过厌氧氨氧化菌的作用而被去除，从而使系统出水总氮浓度大大降低。从微生物学角度上讲，水解酸化细菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌能够很好的共存于一个系统中，首先，系统中低浓度的COD不会抑制厌氧氨氧化菌的作用，相反，有研究表明会有一定的促进作用；其次，在污泥的水解酸化过程中，其释放的短链脂肪酸和氨氮的过程是缓慢的，当系统中产生一点碳源，由于硝酸盐氮的存在，会被迅速消耗，而释放的氨氮与系统中累积的亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化菌的作用，也会慢慢的被去除，由于产生的短链脂肪酸和氨氮立即被消耗，这又促进了水解酸化的进程；另外，反硝化过程和厌氧氨氧化过程会使系统PH值升高，而水解酸化过程会使PH值降低，三者的共同作用，可以使系统维持在一个相对稳定的外部环境。

本发明的技术优势主要体现在：

1）利用污水厂自身排放的初沉污泥作为反硝化碳源，节省了因外加碳源而产生的费用，同时对初沉污泥进行了减量化；

2）很好的解决了污泥在水解酸化过程中释放的氨氮，系统出水总氮能达到国家标准，无需太多后处理就可以排放；

3）采用海绵填料将厌氧氨氧化菌固定，排泥时不会导致厌氧氨氧化菌的流失；

4）整个系统操作方便，控制简单，出水总氮浓度低。

附图说明

图1为污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化装置的结构示意图。

图1中，1为硝化液进水池；2为储泥池；3为出水池；4为排泥池；5为污泥发酵同步反硝化厌氧氨氧化主反应器；6为PH测定仪；7为ORP测定仪；8为温控系统；9为搅拌装置；10为集气罐；11为缓冲瓶；12为加热棒；13为温度探头；14为栅格；15为海绵填料；16为取样口；17为排水阀；18为排泥阀；19为进水泵；20为进泥泵；21为水封装置；22为集气口。

具体实施方式

结合附图和实例对本发明做进一步说明：如图1所示，污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化集污泥减量装置设有污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化主反应器5、硝化液进水池1、储泥池2、排水池3及排泥池4；原水池1通过进水泵19与主反应器5的进水口相连、储泥池2通过进泥泵20与主反应器5的进泥口相连，主反应器5的排水口通过阀门17与排水池3相连，主反应器5的排泥口通过阀门18与排泥池4相连。

主反应器5采用密闭结构，设有水封装置21和搅拌装置9，反应器上方顶盖设有集气口22，主反应器5中产生的气体通过集气口22由缓冲瓶11进入集气罐10，主反应器上方还设有温控系统，其由加热棒12、温度探头13和温控装置8组成，用于控制反应过程温度的恒定，主反应器5安装有PH测定仪和ORP测定仪，用于监测反应的进行状况。

具体实验用水为一小区化粪池污水经曝气后的硝化液（pH=6.4-7.6，COD=40-65mg/L，NH₄ ⁺-N=0-2mg/L，NO₂ ^--N=0-0.8mg/L，NO₃ ^--N=30-60mg/L），实验接种污泥为水解酸化耦合反硝化污泥和固定在海绵填料上的厌氧氨氧化污泥，实验每天所加污泥为一大型污水处理厂浓缩后的初沉污泥（SS：16080-20310mg/L；VSS=8450-10650 mg/L），所用主反应器有效容积为6L，每一周期进水4L，反应器内混合液NO₃ ^--N浓度大约在20-40mg/L，反应器内初始污泥浓度4000-5000mg/L，反应温度控制在30℃。具体过程如下：

1）向进水池和储泥池中分别注满硝化液与初沉污泥；

2）将初沉污泥和接种的水解酸化耦合反硝化污泥，按体积比为1:2将其混合后注入有效容积为6L的主反应器中，控制系统中混合污泥浓度在4000-5000mgMLSS/L；

3）接种附着有厌氧氨氧化菌活性的海绵填料，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在200-350mgMLSS/L，添加到反应器内，并用栅格固定上，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面以下；

4）开启进泥泵，将储泥池中初沉污泥打入主反应器中，每一周期进泥体积为反应器有效容积的1/20，进泥结束后，进入下一道工序；

5）启动进水泵，将进水池中硝化液打入主反应器中，并开启温控系统，温度设定为30摄氏度，每一周期进水量为反应器有效容积的2/3，系统开始进入反应阶段；

6）反应过程中，当系统中ORP测定仪数值小于-300mv或pH测定仪中数值不再上升时，结束反应，关闭搅拌系统和温控系统，系统进入沉淀阶段；

7）沉淀1h后，开启电动排水阀，系统开始排水，排水体积为反应器有效容积的2/3；

8）排水结束后，开启搅拌系统和排泥泵，排出1/20反应器有效容积的混合污泥；

9）关闭搅拌系统，进入闲置阶段；

10）闲置2h后，系统从步骤4）到9）不断循环，进入连续运行状态。

利用初沉污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化集污泥减量装置处理低碳氮比城市生活污水硝化出水，在温度为30℃，每一周期进反应器有效容积1/20的初沉污泥，进水NO₃ ^--N浓度为30-60mg/L，最终出水氨氮浓度小于3mg/L，出水TN浓度小于5mg/L，每一周期平均VSS减量达11%。系统成功实现了污泥的水解酸化与反硝化和厌氧氨氧化的耦合，使出水总氮浓度大大降低，并对初沉污泥进行了减量化处理。

Claims (1)

1.污泥发酵与反硝化耦合厌氧氨氧化处理城市污水硝化液的方法，应用如下装置，该装置包括硝化液进水池（1）、储泥池（2）、出水池（3）、排泥池（4）、污泥发酵同步反硝化厌氧氨氧化主反应器（5）、pH测定仪（6）、ORP测定仪（7）、温控装置（8）、搅拌装置（9）、集气罐（10）、缓冲瓶（11）、加热棒（12）、温度探头（13）、栅格（14）、海绵填料（15）、取样口（16）、排水阀（17）、排泥阀（18）、进水泵（19）、进泥泵（20）、水封装置（21）、集气口（22）；

进水池（1）通过进水泵（19）与主反应器（5）的进水口相连、储泥池（2）通过进泥泵（20）与主反应器（5）的进泥口相连，主反应器（5）的排水口通过排水阀（17）与出水池（3）相连，主反应器（5）的排泥口通过阀门（18）与排泥池（4）相连；主反应器（5）还设有温控系统，由加热棒（12）、温度探头（13）和温控装置（8）组成，并安装有pH测定仪（6）和ORP测定仪（7），用于实时监测反应的进程；

其特征在于，所述方法步骤如下：

1）向进水池和储泥池中分别注满硝化液与初沉污泥，进水池中NO₃ ^--N浓度控制在80mg/L以下，储泥池中初沉污泥浓度控制在12000-20000mgMLSS/L；

2）将初沉污泥和接种的水解酸化耦合反硝化污泥，按体积比为1:2将其混合后注入主反应器中，控制系统中混合污泥浓度在4000-5000mgMLSS/L；

3）接种附着有厌氧氨氧化菌活性的海绵填料，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在200-350mgMLSS/L，添加到反应器内，并用栅格固定上，使海绵填料悬浮于反应器内并浸没在液面以下；

4）开启进泥泵，将储泥池中初沉污泥打入主反应器中，每一周期进泥体积为反应器有效容积的1/20，进泥结束后，进入下一道工序；

5）启动进水泵，将进水池中硝化液打入主反应器中，并开启温控系统，温度设定为30摄氏度，每一周期进水量为反应器有效容积的2/3；

6）反应过程中，当系统中ORP测定仪数值小于-300mv或pH测定仪中数值不再上升时，关闭搅拌系统和温控系统，系统进入沉淀阶段；

7）沉淀1h后，开启电动排水阀，系统开始排水，排水体积为反应器有效容积的2/3；

8）排水结束后，开启搅拌系统和排泥泵，排出1/20反应器有效容积的混合污泥；

9）关闭搅拌系统，进入闲置阶段；

10）闲置2h后，系统从步骤4）到9）不断循环，进入连续运行状态。

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