CN104058555B

CN104058555B - 基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统及处理工艺

Info

Publication number: CN104058555B
Application number: CN201410321155.5A
Authority: CN
Inventors: 郑兴灿; 杨敏; 孙永利; 夏琼琼
Original assignee: China Public Works North China Design Studies Zong Yuan Co Ltd
Current assignee: China Public Works North China Design Studies Zong Yuan Co Ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104058555A

Abstract

本发明是一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统及处理工艺，包括生物吸附、厌氧氨氧化、亚硝化、膜技术和厌氧消化单元，其中生物吸附单元包括曝气池和沉淀池。曝气池与沉淀池连接，沉淀池与厌氧氨氧化池连接，厌氧氨氧化池与设置有膜组件的亚硝化池连接，厌氧消化单元为单独的污泥处理单元。本发明工艺流程短、系统启动时间短、脱氮性能稳定高效、出水总氮达标、运行能耗物耗低、剩余污泥产量低。利用生物吸附对城市污水中的有机物进行生物吸附去除，并对生物吸附段排放的富含有机物的污泥经中温厌氧消化处理产沼气，用于中温厌氧消化池自身和低温下厌氧氨氧化池的加热保温，既可实现城市污水有机物的资源化，又进一步降低工艺运行能耗。

Description

基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统及处理工艺

技术领域

本发明涉及一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统及处理工艺，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

我国城市污水进水普遍具有碳氮比低的水质特征，据统计，2008年我国城镇污水处理厂进水BOD₅/TN均值仅为3.49，60%的城镇污水处理厂进水BOD₅/TN低于4。

对于低碳氮比城市污水的脱氮处理，通常采用传统的生物脱氮工艺，即硝化-反硝化工艺，包括硝化反应和反硝化反应，硝化反应是在好氧条件下，通过亚硝化细菌和硝化细菌的作用，将氨氮氧化为硝酸盐氮，反硝化反应是在缺氧条件下，反硝化细菌以有机物为电子供体，将硝酸盐氮还原为氮气。但传统硝化反硝化生物脱氮工艺存在运行能耗物耗高、需消耗有机碳源、剩余污泥产量大、碳排放量大、资源利用率低等问题，不是一种可持续的污水处理工艺。

厌氧氨氧化是20世纪90年代中期由荷兰Delft大学开发的一种新型生物脱氮技术，是指在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化细菌以NH₄-N为电子供体，以NO₂-N为电子受体，将NH₄-N和NO₂-N转化为N₂的生物反应。与传统硝化反硝化生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化技术具有节省能量、剩余污泥产量低、投资和运行费用低、可持续性等优点，在废水生物脱氮领域具有良好的开发应用前景。

目前，厌氧氨氧化已成功应用于污泥消化液、养猪场废水、焦化废水等高氨氮浓度废水的生物脱氮处理，但对于低氨氮浓度的城市污水的脱氮处理，由于存在倍增时间较长（11d）的厌氧氨氧化细菌难以富集、工艺系统启动时间长等技术问题，尚处于试验研究阶段。

研究表明，膜技术可有效解决厌氧氨氧化细菌在反应器中的生物持留问题，可加速厌氧氨氧化反应器的启动，还可提高系统污泥浓度，有利于提高厌氧氨氧化的脱氮效率。并且随着科技的发展和膜技术的国产化，目前膜技术已成功应用于城市污水处理领域，如MBR工艺，因此，借鉴膜技术在城市污水处理领域的成功应用经验，可为膜技术与厌氧氨氧化技术耦合应用于城市污水脱氮处理提供条件。

一般来说，有机物是厌氧氨氧化反应的重要影响因素，其会对自养型厌氧氨氧化菌产生不利影响。为减缓进水有机物对厌氧氨氧化反应的不利影响，有研究认为可采取通过曝气池对有机物进行生物氧化的措施，但从污水资源化角度考虑，此种措施并不合理，应考虑污水中有机物的资源化利用，而污水处理工艺AB法的A段就可以实现污泥对进水大部分有机物的生物吸附，进而可为城市污水有机物的资源化利用提供条件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统及处理工艺，解决传统硝化反硝化生物脱氮工艺处理城市污水存在的运行能耗物耗高、需消耗有机碳源、剩余污泥产量大、碳排放量大、资源利用率低等问题。

按照本发明提供的技术方案，所述基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统，其特征是，包括依次设置的曝气池、沉淀池、厌氧氨氧化池、亚硝化池、中温污泥厌氧消化池，曝气池的进口端与城市污水进水管道连接，曝气池的出口端与沉淀池的进口端连接，沉淀池的出口端与厌氧氨氧化池的进口端连接，厌氧氨氧化池的出口端与亚硝化池的进口端连接，亚硝化池中设置膜组件，膜组件的出水端连接膜出水管道，在膜出水管道上设置抽吸泵，亚硝化池的出口端通过混合液回流管道和剩余污泥管道分别连接厌氧氨氧化池和中温污泥厌氧消化池，中温污泥厌氧消化池上连接沼气管道；所述沉淀池底部的污泥出口分别通过污泥回流管道和沉淀池排泥管道连接曝气池和中温污泥厌氧消化池。

所述膜组件采用中空纤维膜组件。

所述基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮处理工艺，其特征是，包括以下步骤：

a、城市污水由城市污水进水管道进入曝气池，在曝气池内由来自沉淀池的回流污泥对城市污水进行生物吸附，处理时间为20～40min，污泥回流比为20～50%；曝气池排出的泥水混合液进入沉淀池进行泥水分离，处理时间为1.5～2小时，曝气池1的MLSS为1.5～2.0g/L，DO浓度为0.2～0.4mg/L；

b、沉淀池排出的城市污水再与亚硝化池的回流液混合后一起进入厌氧氨氧化池，回流液流量与城市污水流量的比例为200～400%，在厌氧氨氧化池内在厌氧条件下进行3～4h的厌氧氨氧化反应；厌氧氨氧化池的MLSS为7～12g/L，SRT为50～60天d，DO浓度宜不超过0.2mg/L；

c、厌氧氨氧化池的出水混合液进入亚硝化池，亚硝化池的HRT为1～2h，MLSS为7～12g/L，DO浓度为1.5～2mg/L；

d、亚硝化池的混合液经设置在亚硝化池中的膜组件过滤后作为出水由膜出水管道通过抽吸泵排出。

所述沉淀池经沉淀池排泥管道排放的污泥与亚硝化池经剩余污泥管道排入的剩余污泥一起进入中温厌氧消化池进行约14～20天的污泥厌氧消化而产生沼气，沼气由沼气管道排出。

本发明具有以下优点和积极效果：

（1）充分结合厌氧氨氧化技术、膜技术、AB法和厌氧消化技术的优点，工艺将厌氧氨氧化技术、膜技术、生物吸附技术和厌氧消化技术有机耦合，具有系统启动时间短、脱氮性能稳定高效、出水水质达标、剩余污泥产量低、污水有机物资源化利用率高、运行能耗物耗低、节省占地等优点；

（2）膜技术与厌氧氨氧化技术耦合，可加速厌氧氨氧化工艺的启动，可提高系统污泥浓度，工艺系统抗冲击负荷能力强，脱氮性能稳定高效，膜出水TN能稳定达到一级A标准（GB18918-2002）；

（3）采用该工艺对城市污水进行脱氮处理的同时，还可实现城市污水有机物的资源化利用，主要用于中温污泥厌氧消化池自身和低温下厌氧氨氧化单元的加热保温，可进一步降低工艺运行能耗；

（4）该工艺是一种基于厌氧氨氧化的可持续生物脱氮工艺，适用于低氨氮浓度城市污水的脱氮处理，可为低碳氮比城市污水处理提供新思路。

附图说明

图1为本发明所述城市污水脱氮系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示：所述基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统包括曝气池1、沉淀池2、厌氧氨氧化池3、亚硝化池4、膜组件5、抽吸泵6、城市污水进水管道7、膜出水管道8、污泥回流管道9、混合液回流管道10、沉淀池排泥管道11、剩余污泥管道12、中温污泥厌氧消化池13、沼气管道14等。

如图1所示，本发明包括依次设置的曝气池1、沉淀池2、厌氧氨氧化池3、亚硝化池4、中温污泥厌氧消化池13，曝气池1的进口端与城市污水进水管道7连接，曝气池1的出口端与沉淀池2的进口端连接，沉淀池2的出口端与厌氧氨氧化池3的进口端连接，厌氧氨氧化池3的出口端与亚硝化池4的进口端连接，亚硝化池4中设置膜组件5，膜组件5的出水端连接膜出水管道8，在膜出水管道8上设置抽吸泵6，亚硝化池4的出口端通过混合液回流管道10和剩余污泥管道12分别连接厌氧氨氧化池3和中温污泥厌氧消化池13，中温污泥厌氧消化池13上连接沼气管道14；所述沉淀池2底部的污泥出口分别通过污泥回流管道9和沉淀池排泥管道11连接曝气池1和中温污泥厌氧消化池13。

上述城市污水脱氮系统中，曝气池1和沉淀池2为生物吸附单元，生物吸附单元即污水处理工艺AB法的A段，设置的主要目的是利用污泥对进水大部分有机物进行生物吸附去除，以减轻进水有机物对后续厌氧氨氧化反应产生不利影响，并为城市污水有机物的资源化利用提供条件。

所述的厌氧氨氧化池3设置在亚硝化池4之前，通过较高回流比的亚硝化池混合液回流为厌氧氨氧化反应提供亚硝酸盐氮基质，同时可实现提高厌氧氨氧化单元脱氮效率的目的。

所述的亚硝化池4设置在厌氧氨氧化池3之后，采用限制供氧的运行控制方式，通过亚硝化细菌将一定的进水NH₄-N氧化为NO₂-N，以为厌氧氨氧化反应提供基质NO₂-N。

所述的亚硝化池4设置在工艺末端，既可保证出水NH₄-N稳定达到一级A标准（GB18918-2002），又可保证工艺出水中含一定浓度的DO。

所述的膜组件5采用中空纤维膜组件，与厌氧氨氧化技术耦合，可加速厌氧氨氧化工艺的启动和提高厌氧氨氧化工艺的脱氮效率，并且其设置在工艺末端的亚硝化池中，有利于减缓膜污染。

所述的中温污泥厌氧消化池13是城市污水有机物资源化的重要单元，对生物吸附工艺段的富含大部分进水有机物的排泥和厌氧氨氧化工艺段产生的剩余污泥进行厌氧消化处理而产沼气，沼气可用于中温厌氧消化池自身和低温下厌氧氨氧化单元的加热保温等。

上述的厌氧氨氧化池3和亚硝化池4的池型可以自行选择，池型可以是长方形的推流式结构，也可以是沟道型结构，厌氧氨氧化池3的搅拌方式可采用水下推进器，搅拌器的数量根据搅拌功率密度（2W/m³左右）和池容进行确定。

实施例一：一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮处理工艺，包括以下步骤：

a、经预处理（粗细格栅、沉砂池）后的城市污水由城市污水进水管道7进入曝气池1，在曝气池1内由来自沉淀池2的回流污泥对城市污水中大部分有机物进行生物吸附，处理时间为20min，污泥回流比为20%；曝气池1排出的泥水混合液进入沉淀池2进行泥水分离，处理时间为1.5小时；曝气池1的MLSS（混合液污泥浓度）为1.5g/L，DO（溶解氧）浓度为0.2mg/L；

b、沉淀池2排出的城市污水再与亚硝化池4的回流液混合后一起进入厌氧氨氧化池3，回流液流量与城市污水流量的比例为200%，在厌氧氨氧化池3内由以活性污泥形式存在的自养厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下进行4h的厌氧氨氧化反应（以氨氮和亚硝酸盐氮为基质，氨氮由城市污水本身含有的氨氮提供，亚硝酸盐氮来自于亚硝化池4的回流液）；厌氧氨氧化池的MLSS为7g/L，SRT（污泥停留时间）为50天，DO浓度宜不超过0.2mg/L；

c、厌氧氨氧化池3的出水混合液进入亚硝化池4，在亚硝化池4内由亚硝化细菌在低氧条件下将约50%的进水氨氮氧化为亚硝酸盐氮；亚硝化池4的HRT（水力停留时间）为2h，MLSS为7g/L，DO浓度为1.5mg/L；

d、亚硝化池4的混合液经设置在亚硝化池4中的膜组件5过滤后作为出水由膜出水管道8通过抽吸泵6排出；

e、沉淀池2经排泥泵排放的富含有机物的污泥与亚硝化池4经排泥泵排放的剩余污泥分别经沉淀池排泥管道11和剩余污泥管道12一起进入中温厌氧消化池13进行约14天的污泥厌氧消化而产生沼气，沼气由沼气管道14排出，沼气用于中温厌氧消化池13自身和低温下厌氧氨氧化池3的加热保温等。

实施例二：一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮处理工艺，包括以下步骤：

a、经预处理（粗细格栅、沉砂池）后的城市污水由城市污水进水管道7进入曝气池1，在曝气池1内由来自沉淀池2的回流污泥对城市污水中大部分有机物进行生物吸附，处理时间为40min，污泥回流比为50%；曝气池1排出的泥水混合液进入沉淀池2进行泥水分离，处理时间为2小时；曝气池1的MLSS（混合液污泥浓度）为2.0g/L，DO（溶解氧）浓度为0.4mg/L；

b、沉淀池2排出的城市污水再与亚硝化池4的回流液混合后一起进入厌氧氨氧化池3，回流液流量与城市污水流量的比例为400%，在厌氧氨氧化池3内由以活性污泥形式存在的自养厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下进行3h的厌氧氨氧化反应（以氨氮和亚硝酸盐氮为基质，氨氮由城市污水本身含有的氨氮提供，亚硝酸盐氮来自于亚硝化池4的回流液）；厌氧氨氧化池的MLSS为12g/L，SRT（污泥停留时间）为60天，DO浓度宜不超过0.2mg/L；

c、厌氧氨氧化池3的出水混合液进入亚硝化池4，在亚硝化池4内由亚硝化细菌在低氧条件下将约50%的进水氨氮氧化为亚硝酸盐氮；亚硝化池4的HRT（水力停留时间）为1h，MLSS为12g/L，DO浓度为2mg/L；

e、沉淀池2经排泥泵排放的富含有机物的污泥与亚硝化池4经排泥泵排放的剩余污泥分别经沉淀池排泥管道11和剩余污泥管道12一起进入中温厌氧消化池13进行约20天的污泥厌氧消化而产生沼气，沼气由沼气管道14排出，沼气用于中温厌氧消化池13自身和低温下厌氧氨氧化池3的加热保温等。

实施例三：一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮处理工艺，包括以下步骤：

a、经预处理（粗细格栅、沉砂池）后的城市污水由城市污水进水管道7进入曝气池1，在曝气池1内由来自沉淀池2的回流污泥对城市污水中大部分有机物进行生物吸附，处理时间为30min，污泥回流比为30%；曝气池1排出的泥水混合液进入沉淀池2进行泥水分离，处理时间为2小时；曝气池1的MLSS（混合液污泥浓度）为2g/L，DO（溶解氧）浓度为0.3mg/L；

b、沉淀池2排出的城市污水再与亚硝化池4的回流液混合后一起进入厌氧氨氧化池3，回流液流量与城市污水流量的比例为300%，在厌氧氨氧化池3内由以活性污泥形式存在的自养厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下进行3.5h的厌氧氨氧化反应（以氨氮和亚硝酸盐氮为基质，氨氮由城市污水本身含有的氨氮提供，亚硝酸盐氮来自于亚硝化池4的回流液）；厌氧氨氧化池的MLSS为10g/L，SRT（污泥停留时间）为55天，DO浓度宜不超过0.2mg/L；

c、厌氧氨氧化池3的出水混合液进入亚硝化池4，在亚硝化池4内由亚硝化细菌在低氧条件下将约50%的进水氨氮氧化为亚硝酸盐氮；亚硝化池4的HRT（水力停留时间）为1.5h，MLSS为10g/L，DO浓度为1.5mg/L；

e、沉淀池2经排泥泵排放的富含有机物的污泥与亚硝化池4经排泥泵排放的剩余污泥分别经沉淀池排泥管道11和剩余污泥管道12一起进入中温厌氧消化池13进行约17天的污泥厌氧消化而产生沼气，沼气由沼气管道14排出，沼气用于中温厌氧消化池13自身和低温下厌氧氨氧化池3的加热保温等。

Claims

1.一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统，其特征是，包括依次设置的曝气池（1）、沉淀池（2）、厌氧氨氧化池（3）、亚硝化池（4）、中温污泥厌氧消化池（13），曝气池（1）的进口端与城市污水进水管道（7）连接，曝气池（1）的出口端与沉淀池（2）的进口端连接，沉淀池（2）的出口端与厌氧氨氧化池（3）的进口端连接，厌氧氨氧化池（3）的出口端与亚硝化池（4）的进口端连接，亚硝化池（4）中设置膜组件（5），膜组件（5）的出水端连接膜出水管道（8），在膜出水管道（8）上设置抽吸泵（6），亚硝化池（4）的出口端通过混合液回流管道（10）和剩余污泥管道（12）分别连接厌氧氨氧化池（3）和中温污泥厌氧消化池（13），中温污泥厌氧消化池（13）上连接沼气管道（14）；所述沉淀池（2）底部的污泥出口分别通过污泥回流管道（9）和沉淀池排泥管道（11）连接曝气池（1）和中温污泥厌氧消化池（13）。

2.如权利要求1所述的基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮系统，其特征是：所述膜组件（5）采用中空纤维膜组件。

3.一种基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮处理工艺，其特征是，包括以下步骤：

a、城市污水由城市污水进水管道（7）进入曝气池（1），在曝气池（1）内由来自沉淀池（2）的回流污泥对城市污水进行生物吸附，处理时间为20～40min，污泥回流比为20～50%；曝气池（1）排出的泥水混合液进入沉淀池（2）进行泥水分离，处理时间为1.5～2小时，曝气池（1）的MLSS为1.5～2.0g/L，DO浓度为0.2～0.4mg/L；

b、沉淀池（2）排出的城市污水再与亚硝化池（4）的回流液混合后一起进入厌氧氨氧化池（3），回流液流量与城市污水流量的比例为200～400%，在厌氧氨氧化池（3）内在厌氧条件下进行3～4h的厌氧氨氧化反应；厌氧氨氧化池的MLSS为7～12g/L，SRT为50～60天，DO浓度宜不超过0.2mg/L；

c、厌氧氨氧化池（3）的出水混合液进入亚硝化池（4）进行亚硝化反应，亚硝化池（4）的HRT为1～2h，MLSS为7～12g/L，DO浓度为1.5～2mg/L；

d、亚硝化池（4）的混合液经设置在亚硝化池（4）中的膜组件（5）过滤后作为出水由膜出水管道（8）通过抽吸泵（6）排出。

4.如权利要求3所述的基于厌氧氨氧化的低碳氮比城市污水脱氮处理工艺，其特征是：所述沉淀池（2）经沉淀池排泥管道（11）排放的污泥与亚硝化池（4）经剩余污泥管道（12）排入的剩余污泥一起进入中温厌氧消化池（13）进行14～20天的污泥厌氧消化而产生沼气，沼气由沼气管道（14）排出。