CN103864206B - 污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法 - Google Patents

污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法 Download PDF

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Abstract

污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法，属于污水生物处理技术领域，所述装置包括原水水箱、反硝化除磷反应器、第一调节水箱、半短程硝化反应器、第二调节水箱、厌氧氨氧化反应器、出水水箱；所述方法为：污泥消化液先进入反硝化除磷反应器，聚磷菌利用原水中的碳源释磷，之后再利用回流的厌氧氨氧化出水中的NO3 --N进行反硝化除磷，出水排入半短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器实现原水中氨氮的去除；厌氧氨氧化反应器出水一部分排放，一部分回流至反硝化除磷反应器用于反硝化除磷。该方法可用于低CN比高氨氮废水的生物脱氮除磷中，与传统脱氮除磷工艺相比节省了氧耗、能耗，且大大提高了脱氮除磷率。

Description

污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法
背景技术
污泥是污水处理厂在污水处理过程中的副产物，剩余污泥和初沉污泥在污泥消化池中进行消化时，在产甲烷的同时伴随着有机氮的氨化，并转移到污泥消化液中，使得污泥消化液成为典型的高氨氮、低CN比废水。虽然，污泥消化液的水量只占全厂的2%，但氨氮负荷占到了整个污水处理厂的15%～25%，如不进行单独处理而回流到主反应区，一方面增加了氨氮负荷增加，碳源不足的问题进一步突出；另一方面，为使得出水水质达标，必须增加曝气池的体积，延长硝化时间，投资成本显著增加。因此，开发合理的污泥消化液单独处理技术日益受到国内外研究学者的重视。
在脱氮方面，针对污泥消化液氨氮浓度高，C/N低的特点，半短程硝化接厌氧氨氧化脱氮可有效解决传统脱氮过程中碳源不足的问题。首先，半短程硝化技术仅需将一半的氨氮进行短程硝化，与传统硝化相比可节省62.5%的氧耗，减少30%～35%的污泥产量，降低了运行能耗；其次，厌氧氨氧化技术可在厌氧条件下直接将氨氮和亚硝态氮转化为氮气，不需曝气，不需外加有机碳源，污泥产量低，进一步节省了运行费用；最后，污泥消化液温度高，氨氮含量高，可稳定实现半短程硝化，其水质特点适合厌氧氨氧化工艺。
在除磷方面，反硝化除磷与传统厌氧/好氧除磷相比，在节省氧耗的同时降低了运行能耗；并且，反硝化除磷与厌氧氨氧化脱氮相结合进行脱氮除磷，可有效利用厌氧氨氧化过程产生的硝态氮，在实现消化液除磷的同时，可进一步的提高系统脱氮率。
发明内容
本发明的目的就是提供一种污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法，针对污泥消化液高氨氮、高磷、低C/N的水质特点，在力求节能降耗、高效稳定的基础上，实现污泥消化液的脱氮除磷。通过游离氨FA抑制和溶解氧DO抑制逐渐将亚硝酸盐氧化菌NOB逐渐淘洗出去，实现半短程硝化；通过两级半短程硝化厌氧氨氧化SBR工艺，实现污泥消化液的脱氮；通过反硝化除磷过程实现回流液厌氧氨氧化出水中NO3 --N的去除和污泥消化液中磷的吸收。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置，其特征在于，包括原水水箱1、反硝化除磷SBR反应器2、第一调节水箱3、半短程硝化SBR反应器4、第二调节水箱5、厌氧氨氧化UASB反应器6、第三调节水箱7；其中所述原水水箱1通过第一进水泵2.1与反硝化除磷SBR反应器2相连接；反硝化除磷SBR反应器2第一出水阀2.9与第一调节水箱3相连接；第一调节水箱3通过第二进水泵4.1与半短程硝化SBR反应器4相连接；半短程硝化SBR反应器4第二出水阀4.9与第二调节水箱5相连接；第二调节水箱5通过第三进水泵6.1与厌氧氨氧化UASB反应器6相连接；厌氧氨氧化UASB反应器6第三出水阀6.4与第三调节水箱7相连接；第三调节水箱7通过第四进水泵2.11与反硝化除磷SBR反应器2相连接；
所述反硝化除磷SBR反应器2内置有第一搅拌浆2.3、第一气泵2.4、第一气体流量计2.6、第一曝气头2.7、、第一出水阀2.9、第一排泥口2.10；
所述半短程硝化SBR反应器4内置有第二搅拌浆4.3、第二气泵4.4、第二气体流量计4.6、第二曝气头4.7、第二出水阀4.9、第二排泥口4.10；
所述厌氧氨氧化UASB反应器6内置有三相分离器6.2、气体收集袋6.3、第三出水阀6.4。
污水在此装置中的处理流程为：污泥消化液通过第一进水泵2.1由原水水箱1抽入反硝化除磷SBR反应器2，在反硝化除磷SBR反应器2内聚磷菌PAOs利用污泥消化液中的挥发性脂肪酸VFA厌氧释磷，同时合成内碳源PHA，厌氧释磷结束后启动第四进水泵2.11将一部分厌氧氨氧化出水从第三调节水箱7中回流至反硝化除磷SBR反应器2，反硝化除磷菌DPAOs利用厌氧氨氧化出水中的NO3 --N进行反硝化除磷，出水排入通过第一出水阀2.9排入调节水箱3。启动第二进水泵4.1将反硝化除磷SBR反应器2的出水抽入半短程硝化SBR反应器4，通过DO抑制和FA抑制实现氨氮的半短程硝化，将反硝化除磷SBR反应器2出水中的一半NH4 +-N的氧化成NO2 --N，出水通过第二出水阀4.9排入第二调节水箱5。启动第三进水泵6.1将半短程硝化SBR反应器4的出水抽入厌氧氨氧化UASB反应器6，厌氧氨氧化菌以NO2 --N为电子受体将NH4 +-N氧化成N2和部分NO3 --N，出水通过第三出水阀6.4排入第三调节水箱7，其中一部分出水通过第四出水阀7.1直接排出，一部分回流至反硝化除磷SBR反应器2进行反硝化除磷。
本发明还提供了一种污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的方法，其具体的启动和操作步骤如下：
1）将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷脱氮SBR反应器2，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L；将污泥消化液加入原水水箱1，启动第一进水泵2.1将污泥消化液抽入反硝化除磷SBR反应器2，厌氧搅拌60～240min；启动第四进水泵2.11将厌氧氨氧化UASB反应器6出水从第三调节水箱7回流至反硝化除磷SBR反应器2，回流体积比为200%～400%，缺氧搅拌120～240min，再控制反硝化除磷SBR反应器4内DO浓度为1～2mg/L并曝气搅拌60～180min，沉淀排水，排水比为40～80%；出水通过第一出水阀2.9排入第一调节水箱3；反硝化除磷SBR反应器4运行时需排泥，使反硝化除磷SBR反应器4内污泥浓度维持在2500～4000mg/L范围内；
2）将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加到半短程硝化SBR反应器4，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L；半短程硝化SBR反应器4运行时，污泥龄控制在8～15d，每周期曝气搅拌60～360min，并通过调节第二气体流量计4.6使半短程硝化SBR反应器4内溶解氧浓度为0.5～3mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为40%～80%，出水通过第二出水阀4.9排入第二调节水箱5；
半短程硝化SBR反应器4运行时，通过调整溶解氧浓度使出水NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比为1～1.3；当NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比小于1时，增加曝气量提高溶解氧浓度或延长曝气搅拌时间，当两者质量浓度比大于1.3时，减小曝气量降低溶解氧浓度或缩短曝气搅拌时间；
3）将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化UASB反应器6，接种泥量占厌氧氨氧化UASB反应器6总体积的25%～35%；启动第三进水泵6.1将半短程硝化SBR反应器4出水由第二调节水箱5抽入厌氧氨氧化UASB反应器6；厌氧氨氧化UASB反应器6运行时，水力停留时间为4～20h。
本发明的污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置和方法，具有以下优点：
1针对污泥消化液本身具有高氨氮、高磷、低C/N的水质特点，结合SBR实时控制技术更易于实现稳定的半短程硝化和厌氧氨氧化，且半短程硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮与传统硝化相比减少85%的NO3 --N产生量，更易于实现出水中TN的达标排放。
2污泥消化液中所含的氨氮先后经半短程硝化和厌氧氨氧化而得以去除，脱氮过程中不需有机碳源，与传统硝化反硝化相比减少了62.5%的氧耗，且污泥产量低。
3将反硝化除磷应用于污泥消化液的除磷过程中，消化液中的有机碳源均用来除磷，避免了除磷菌和脱氮菌在碳源方面的竞争；反硝化除磷可在除磷的同时去除厌氧氨氧化出水中NO3 --N，在保证除磷率的基础上提高了脱氮率。
4通过调整厌氧氨氧化出水回流比，可以实现出水TN达标排放。
附图说明
图1为本发明污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置的结构示意图。
图中1为原水水箱1；2为反硝化除磷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为厌氧氨氧化UASB反应器；7为第三调节水箱；1.1为第一溢流管；1.2为第一放空管；2.1为第一进水泵；2.2为第一搅拌器；2.3为第一搅拌桨；2.4为第一气泵；2.5为第一电磁阀；2.6为第一气体流量计；2.7为第一曝气头；2.8为第一采样口；2.9为第一出水阀；2.10为第一排泥口；3.1为第二溢流管；3.2为第二放空管；4.1为第二进水泵；4.2为第二搅拌器；4.3为第二搅拌桨；4.4为第二气泵；4.5为第二电磁阀；4.6为第二气体流量计；4.7为第二曝气头；4.8为第二采样口；4.9为第二出水阀；4.10为第二排泥口；5.1为第三溢流管；5.2为第三放空管；6.1为第三进水泵；6.2为三相分离器；6.3为气体收集袋；6.4为第三出水阀；6.5为回流管；6.6为第第三采样口；6.7为第四采样口；6.8为第五采样口；7.1为第四出水阀；7.2为第四放空管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：如图1所示，污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置，包括原水水箱1、反硝化除磷SBR反应器2、第一调节水箱3、半短程硝化SBR反应器4、第二调节水箱5、厌氧氨氧化UASB反应器6、第三调节水箱7；其中所述原水水箱1通过第一进水泵2.1与反硝化除磷SBR反应器2相连接；反硝化除磷SBR反应器2第一出水阀2.9与第一调节水箱3相连接；第一调节水箱3通过第二进水泵4.1与半短程硝化SBR反应器4相连接；半短程硝化SBR反应器4第二出水阀4.9与第二调节水箱5相连接；第二调节水箱5通过第三进水泵6.1与厌氧氨氧化UASB反应器6相连接；厌氧氨氧化UASB反应器6第三出水阀6.4与第三调节水箱7相连接；第三调节水箱7通过第四进水泵2.11与反硝化除磷SBR反应器2相连接；
所述反硝化除磷SBR反应器2内置有第一搅拌浆2.3、第一气泵2.4、第一气体流量计2.6、第一曝气头2.7、第一出水阀2.9、第一排泥口2.10；
所述半短程硝化SBR反应器4内置有第二搅拌浆4.3、第二气泵4.4、第二气体流量计4.6、第二曝气头4.7、第二出水阀4.9、第一排泥口4.10；
所述厌氧氨氧化UASB反应器6内置有三相分离器6.2、气体收集袋6.3、第三出水阀6.4。
试验过程中，具体实验用水取自北京工业大学污泥发酵UASB反应器出水，具体水质如下：COD浓度为274～598mg/L，NH4 +-N浓度为215～439mg/L，NO2 --N浓度＜2mg/L，NO3 --N浓度＜2mg/L，P浓度8.3～27.6mg/L，pH为6.8～8.6。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制作，反硝化除磷SBR反应器2有效容积为11L，半短程硝化SBR反应器4有效容积为11L，厌氧氨氧化ASBR反应器6有效容积为4L，总容积为8L。
具体运行操作如下：
1）将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷脱氮SBR反应器2，使接种后反应器内活性污泥浓度达到3500mg/L；将污泥消化液加入原水水箱1，启动第一进水泵2.1将2L污泥消化液抽入反硝化除磷SBR反应器2，厌氧搅拌210min，启动第四进水泵2.11将6L厌氧氨氧化UASB反应器6出水从第三调节水箱7抽入反硝化除磷SBR反应器2，缺氧搅拌180min，再控制反硝化除磷SBR反应器4内DO浓度为2mg/L并曝气搅拌90min，沉淀排水，排水比为75%，出水通过第一出水阀2.9排入第一调节水箱3；反硝化除磷SBR反应器2运行时需排泥，使反硝化除磷SBR反应器4内污泥浓度维持在3500mg/L左右；
2）将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加到半短程硝化SBR反应器4，使接种后反应器内活性污泥浓度达到3500mg/L；半短程硝化SBR反应器4运行时，污泥龄控制在12d，每周期进水11L，曝气搅拌300min，并通过调节第二气体流量计4.6使半短程硝化SBR反应器4内溶解氧浓度为0.5～1mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为75%，出水通过第二出水阀4.9排入第二调节水箱5；
半短程硝化SBR反应器4运行时，通过调整溶解氧浓度使出水NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比为1～1.3；当NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比小于1时，增加曝气量提高溶解氧浓度或延长曝气搅拌时间，当两者质量浓度比大于1.3时，减小曝气量降低溶解氧浓度或缩短曝气搅拌时间。
3）将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化UASB反应器6，接种泥量占厌氧氨氧化UASB反应器6总体积的30%；启动第三进水泵6.1将半短程硝化SBR反应器4出水由第二调节水箱5抽入厌氧氨氧化UASB反应器6；厌氧氨氧化UASB反应器6运行时，水力停留时间为8h。
试验结果表明：运行稳定后，系统出水COD浓度为43～65mg/L，NH4 +-N浓度为＜5mg/L，NO2 --N为＜1mg/L，NO3 --N＜10mg/L，P＜0.5mg/L，TN低于15mg/L，该系统出水TN和磷均可达到一级A排放标准。

Claims (2)

1.污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置，其特征在于，包括原水水箱(1)、反硝化除磷SBR反应器(2)、第一调节水箱(3)、半短程硝化SBR反应器(4)、第二调节水箱(5)、厌氧氨氧化UASB反应器(6)、第三调节水箱(7)；其中所述原水水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与反硝化除磷SBR反应器(2)相连接；反硝化除磷SBR反应器(2)的第一出水阀(2.9)与第一调节水箱(3)相连接；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与半短程硝化SBR反应器(4)相连接；半短程硝化SBR反应器(4)的第三出水阀(4.9)与第二调节水箱(5)相连接；第二调节水箱(5)通过第三进水泵(6.1)与厌氧氨氧化UASB反应器(6)相连接；厌氧氨氧化UASB反应器(6)第三出水阀(6.4)与第三调节水箱(7)相连接；第三调节水箱(7)通过第四进水泵(2.11)与反硝化除磷SBR反应器(2)相连接；
所述反硝化除磷SBR反应器(2)内置有第一搅拌浆(2.3)、第一气泵(2.4)、第一气体流量计(2.6)、第一曝气头(2.7)、第一出水阀(2.9)、第一排泥口(2.10)；
所述半短程硝化SBR反应器(4)内置有第二搅拌浆(4.3)、第二气泵(4.4)、第二气体流量计(4.6)、第二曝气头(4.7)、第二出水阀(4.9)、第二排泥口(4.10)；
所述厌氧氨氧化UASB反应器(6)内置有三相分离器(6.2)、气体收集袋(6.3)、第三出水阀(6.4)。
2.应用权利要求1所述的污泥消化液半短程硝化厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合系统的装置的方法，其特征在于，包括以下内容：
1)将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷SBR反应器(2)，使接种后反应器(2)内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L；将污泥消化液加入原水水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)将污泥消化液抽入反硝化除磷SBR反应器(2)，厌氧搅拌60～240min；启动第四进水泵(2.11)将厌氧氨氧化UASB反应器(6)出水从第三调节水箱(7)回流至反硝化除磷SBR反应器(2)，回流体积比为200％～400％，缺氧搅拌120～240min，再控制反硝化除磷SBR反应器(4)内DO浓度为1～2mg/L并曝气搅拌60～180min，沉淀排水，排水比为40～80％；出水通过第一出水阀(2.9)排入第一调节水箱(3)；反硝化除磷SBR反应器(4)运行时需排泥，使反硝化除磷SBR反应器(4)内污泥浓度维持在2500～4000mg/L范围内；
2)将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加到半短程硝化SBR反应器(4)，使接种后反应器(4)内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L；半短程硝化SBR反应器(4)运行时，污泥龄控制在8～15d，每周期曝气搅拌60～360min，并通过调节第二气体流量计(4.6)使半短程硝化SBR反应器(4)内溶解氧浓度为0.5～3mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为40％～80％，出水通过第二出水阀(4.9)排入第二调节水箱(5)；
半短程硝化SBR反应器(4)运行时，通过调整溶解氧浓度使出水NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比为1～1.3；当NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比小于1时，增加曝气量提高溶解氧浓度或延长曝气搅拌时间，当两者质量浓度比大于1.3时，减小曝气量降低溶解氧浓度或缩短曝气搅拌时间；
3)将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化UASB反应器(6)，接种泥量占厌氧氨氧化UASB反应器(6)总体积的25％～35％；启动第三进水泵(6.1)将半短程硝化SBR反应器(4)出水由第二调节水箱(5)抽入厌氧氨氧化UASB反应器(6)；厌氧氨氧化UASB反应器(6)运行时，水力停留时间为6～20h。
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