CN104276657B - Anammox-pd同步处理高氮素废水和城市污水装置与方法 - Google Patents
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Abstract
ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水装置及方法，属于废水生物处理领域。所述装置由进水箱、厌氧氨氧化反应器、中间水箱、碳源储备箱和部分反硝化反应器构成，运行方法是高氮素废水进入厌氧氨氧化反应器，将进水中的亚硝酸盐氮和氨氮去除，含有过量硝酸盐氮的废水进入部分反硝化反应器，同时泵入一定量的城市生活污水，反硝化菌利用生活污水中的有机物将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，含有亚硝酸盐氮和氨氮的出水再回流到厌氧氨氧化反应器进行脱氮。本发明能够大大降低厌氧氨氧化反应出水的氮素浓度，实现高浓度氮素废水深度脱氮的目的，并且对城市生活污水中有机物和氨氮进行同步去除。本发明操作方便，控制简单，氮素去除率高，能够大大降低费用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种利用厌氧氨氧化与部分反硝化技术同步处理高氮素废水与城市生活污水的方法，属于污水生物处理技术领域。该方法以城市生活污水中的碳源作为电子供体，将高氮素废水厌氧氨氧化反应器出水中的NO3 --N通过部分反硝化作用还原为NO2 --N，再与城市生活污水中的氨氮通过厌氧氨氧化作用去除。该方法不仅实现了对高氮素废水厌氧氨氧化出水的深度脱氮，而且同时对城市生活污水进行了有机物与氨氮的去除。
背景技术
近几年来，由水体中氮、磷浓度过量导致的富营养化现象日趋严重，严重影响水域生态环境和人类的健康，为此我国对城市污水处理厂的出水水质,尤其是对出水的氮、磷指标提出了更加严格的要求，当前我国的城市污水处理厂出水必须符合2002年颁布的污水排放标准中的一级A标准，出水总氮小于15mg/L。
生物脱氮是目前应用最广泛的污水脱氮技术，也是相对比较经济的一种脱氮途径，但其仍然是一高能耗大户，尤其在处理低碳氮比城市污水时，需要额外投加外碳源来提高处理效果，进一步增加了污水厂的运行费用。
污水生物脱氮过程中会产生大量的剩余污泥，其含有大量的有机物。传统的处理方式是将污泥浓缩后直接填埋或脱水后进行焚烧，这不仅对环境造成二次污染也浪费了这部分有机碳源。为降低污水处理运行成本，当前大型污水处理厂对剩余污泥主要采取厌氧消化的处理方式，这样不仅产生了可燃气体，进行发电，而且对污泥进行了减量化处理。但污泥厌氧处理时的消化液和脱水液中含有大量的氨氮，如果回流到污水处理工艺曝气池中，会增加系统处理负荷，进而影响处理效果，因此往往需要单独进行处理。
厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐氮为电子受体，与氨氮发生反应转化为氮气的生物过程。在这个反应中需要亚硝酸盐氮，因此在应用该技术处理实际的氨氮废水时常常设置一道短程硝化工序以产生所需要的亚硝酸盐氮。污泥消化液和脱水液属于高浓度氨氮废水，其在硝化过程中容易实现稳定的亚硝酸盐氮积累，因而可以采用厌氧氨氧化工艺进行单独处理，该过程无需有机碳源、污泥产量低和无需曝气，可以大大减少污水处理工程的运行费用和污泥的处置费用。但在厌氧氨氧化脱氮过程中，其最大氮素去除率为89％，会产生11％的进水总氮的硝酸盐氮，因此在高浓度氮素废水时，其出水仍需进一步处理。
在硝酸盐还原的反硝化过程中，一定条件下可以实现较高的亚硝酸盐积累。我们之前的试验表明，在污泥发酵耦合反硝化系统中，可以驯化出一种高亚硝酸盐积累率的反硝化污泥，该污泥在长期运行过程中亚硝酸盐积累率能够稳定维持在80％左右。
城市生活污水中含有一定的有机碳源可供反硝化菌利用。因此本发明在高氮素污泥消化液厌氧氨氧化处理出水串联部分反硝化反应器，以生活污水中的有机碳源作为还原NO3 --N为NO2 --N的电子供体，然后再与生活污水中的氨氮通过厌氧氨氧化反应去除，从而达到深度处理高氮素废水和城市生活污水的目的。
发明内容
本发明根据实际污水处理厂中存在的高能耗特点和厌氧氨氧化装置的巨大优势，提供了一种ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的装置与方法，低能耗的实现了高氮素厌氧氨氧化出水的深度脱氮，同时对城市生活污水进行了有机物和氮素的深度去除。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水装置，包括进水箱、厌氧氨氧化UASB反应器、第一中间水箱、生活污水储存箱、部分反硝化SBR反应器和第二中间水箱；其中，所述的进水箱通过第一蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器底部第一进水口相连；厌氧氨氧化反应器回流口通过第二蠕动泵与第一中间水箱相连；第一中间水箱通过第三蠕动泵与部分反硝化SBR反应器第一进水口相连；生活污水储存箱通过第四蠕动泵与部分反硝化反应器第二进水口相连；部分反硝化SBR反应器出水口与第二中间水箱相连；第二中间水箱通过第五蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器第二进水口相连。
另外，所述的厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气口、集气瓶、进水口、出水口、取样口和排泥阀。
所述的部分反硝化SBR反应器包括有搅拌装置、pH或ORP插口、进水口、出水口、取样口和排泥阀。
本发明中ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的方法是按以下过程进行的：
在进水箱中注入含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水，其中氨氮浓度与亚硝酸盐氮质量浓度比为1:1.32；然后接种处理高浓度氮素废水的厌氧氨氧化颗粒污泥，投入UASB反应器内，接种后UASB反应器内污泥浓度维持在4000～8000mg/L；开启第一蠕动泵将进水箱中的废水泵入UASB反应器内，使氨氮和亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化反应去除，在这一过程中第二蠕动泵处于关闭状态，当出水氨氮或亚硝酸盐氮浓度小于1mg/L时，厌氧氨氧化反应启动调试完成。
厌氧氨氧化反应启动调试完成后，将部分反硝化污泥投入SBR反应器内，该污泥在反硝化过程中亚硝酸盐氮积累率大于80％，控制接种后污泥浓度MLSS在反应过程中为2000～4000mg/L；在生活污水储存箱中注入城市生活污水，控制污水中溶解性化学需氧量(SCOD)与氨氮的质量浓度比为3.0～6.0,同时开启第二蠕动泵，将厌氧氨氧化反应器的出水泵入第一中间水箱。
同时开启第三蠕动泵和第四蠕动泵，分别将生活污水和第一中间水箱内废水泵入部分反硝化SBR反应器内，控制两种废水的进水量与质量浓度乘积之比r在0.5～0.7，r如式(1)所示。进水完毕，关闭第三蠕动泵和第四蠕动泵，开启搅拌系统，反应30～60min，关闭搅拌系统，沉淀30～90min，出水排入第二中间水箱，排水比为1/3～2/3。
r＝v1c1/v2c2(1)，
其中v1为生活污水的进水量；c1为生活污水氨氮的质量浓度；v2为第一中间水箱内废水的进水量；c2为第一中间水箱内硝酸盐氮的质量浓度。
开启第五蠕动泵，将含有氨氮和亚硝酸盐氮的第二中间水箱内废水回流到UASB反应器内，使其通过厌氧氨氧化作用去除，控制第五蠕动泵的流速为第二蠕动泵的(1+v1/v2)倍。
本发明提供的ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的装置与方法，具有以下优势和特点：
1)该装置实现了高基质废水的深度脱氮，相比单一的厌氧氨氧化反装置，出水氮素浓度大大降低，无需后处理即可直接排放；
2)同步实现了对城市生活污水中有机物和氨氮的深度处理，相比传统的硝化反硝化装置，无需好氧曝气和外加碳源，污泥产量减少，大大降低了污水处理过程的费用及污泥处置费用；
3)部分反硝化SBR反应器出水回流到厌氧氨氧化反应器底部，降低了UASB反应器中亚硝酸盐氮的浓度，减少了厌氧氨氧化菌被高浓度亚硝酸盐氮的抑制作用。
附图说明
图1是ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的装置结构图。
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为进水箱、2为厌氧氨氧化UASB反应器、2.1为第一蠕动泵、2.2为厌氧氨氧化反应器第一进水口、2.3为三相分离器、2.4为回流口、2.5为第二蠕动泵、2.6为排气口、2.7为集气瓶、2.8为出水口、2.9为第五蠕动泵、2.10为厌氧氨氧化反应器第二进水口、2.11为厌氧氨氧化反应器排泥口、2.12为厌氧氨氧化反应器取样口、3为第一中间水箱、4为生活污水储存箱、5为部分反硝化SBR反应器、5.1为第三蠕动泵、5.2为部分反硝化反应器第一进水口、5.3为第四蠕动泵、5.4为部分反硝化反应器第二进水口、5.5为搅拌装置、5.6为pH/ORP插口、5.7为取样口、5.8为部分反硝化反应器排水口、5.9为部分反硝化反应器排泥口、6为第二中间水箱。
ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水装置，包括进水箱、厌氧氨氧化UASB反应器、第一中间水箱、生活污水储存箱、部分反硝化SBR反应器和第二中间水箱；其中，所述的进水箱通过第一蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器底部第一进水口相连；厌氧氨氧化反应器回流口通过第二蠕动泵与第一中间水箱相连；第一中间水箱通过第三蠕动泵与部分反硝化SBR反应器第一进水口相连；生活污水储存箱通过第四蠕动泵与部分反硝化反应器第二进水口相连；部分反硝化SBR反应器出水口与第二中间水箱相连；第二中间水箱通过第五蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器第二进水口相连。
另外，所述的厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气口、集气瓶、进水口、出水口、取样口和排泥阀。
所述的部分反硝化SBR反应器包括有搅拌装置、pH或ORP插口、进水口、出水口、取样口和排泥阀。
ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的方法是按以下过程进行的：
在进水箱中注入含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水，其中氨氮浓度与亚硝酸盐氮浓度质量比为1:1.32；然后接种处理高浓度氮素废水的厌氧氨氧化颗粒污泥，投入UASB反应器内，接种后UASB反应器内污泥浓度维持在4000～8000mg/L；开启第一蠕动泵将进水箱中的废水泵入UASB反应器内，使氨氮和亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化反应去除，在这一过程中第二蠕动泵处于关闭状态，当出水氨氮或亚硝酸盐氮浓度小于1mg/L时，厌氧氨氧化反应启动调试完成。
厌氧氨氧化反应启动调试完成后，将部分反硝化污泥投入SBR反应器内，该污泥在反硝化过程中亚硝酸盐氮积累率大于80％，控制接种后污泥浓度MLSS在反应过程中为2000～4000mg/L；在生活污水储存箱中注入城市生活污水，控制污水中溶解性化学需氧量(SCOD)与氨氮的质量浓度比为3.0～6.0,同时开启第二蠕动泵，将厌氧氨氧化反应器的出水泵入第一中间水箱。
同时开启第三蠕动泵和第四蠕动泵，分别将生活污水和第一中间水箱内废水泵入部分反硝化SBR反应器内，控制两种废水的进水量与质量浓度乘积之比r在0.5～0.7，r如式(1)所示。进水完毕，关闭第三蠕动泵和第四蠕动泵，开启搅拌系统，反应30～60min，关闭搅拌系统，沉淀30～90min，出水排入第二中间水箱，排水比为1/3～2/3。
r＝v1c1/v2c2(1)，
其中v1为生活污水的进水量；c1为生活污水氨氮的质量浓度；v2为第一中间水箱内废水的进水量；c2为第一中间水箱内硝酸盐氮的质量浓度。
开启第五蠕动泵，将含有氨氮和亚硝酸盐氮的第二中间水箱内废水回流到UASB反应器内，使其通过厌氧氨氧化作用去除，控制第五蠕动泵的流速为第二蠕动泵的(1+v1/v2)倍。
具体试验用水为含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水(NH4 +-N＝260mg/L、NO2 --N＝340mg/L、COD＝55mg/L)，试验厌氧氨氧化UASB反应器有效容积为3L,接种污泥来自处理高氮素废水的厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后UASB反应器内污泥浓度MLSS在5000mg/L左右，水力停留时间HRT为6h。城市生活污水取自一校区化粪池(溶解性化学需氧量SCOD浓度为240mg/L，NH4 +-N浓度为60mg/L，NOX --N浓度在0.2mg/L)，所用部分反硝化SBR反应器有效容积为6L，接种污泥在反硝化过程亚硝酸盐积累率能稳定保持在80％以上，接种后SBR反应器污泥浓度MLSS在2800mg/L。整个运行过程在常温下进行，温度为24～32℃。
具体运行过程如下：
在进水箱中注入含有高氨氮废水半短程硝化后的出水，接种厌氧氨氧化颗粒污泥，投入UASB反应器内；开启第一蠕动泵将进水箱中的废水泵入UASB反应器内，使其通过厌氧氨氧化反应去除，在这一过程中第二蠕动泵处于关闭状态，当出水氨氮或亚硝酸盐氮浓度小于1mg/L时，厌氧氨氧化反应启动调试完成。
接种部分反硝化污泥投入SBR反应器内，在生活污水储存箱中注入城市生活污水，同时开启第二蠕动泵，将厌氧氨氧化反应器的出水泵入第一中间水箱。第二蠕动泵的流速与第一蠕动泵相同，均为0.5L/h。
同时开启第三蠕动泵和第四蠕动泵，分别将生活污水和第一中间水箱内废水泵入部分反硝化SBR反应器内，两种废水的进水量分别为1.2L和1.8L，进水完毕，关闭第三蠕动泵和第四蠕动泵，开启搅拌系统，反硝化菌利用生活污水中有机物作为电子供体，将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮，反应完毕，关闭搅拌系统，沉淀，排出3L含有NH4 +-N和NO2 --N的废水到第二中间水箱中。部分反硝化SBR反应器采用间歇的运行方式，每天8周期，每一周期3h，其中进水5min、反应40min、沉淀30min、排水5min、以及闲置100min。
开启第五蠕动泵，将第二中间水箱内废水回流到UASB反应器内，使其通过厌氧氨氧化作用去除，控制第五蠕动泵的流速为第二蠕动泵的5/3倍。
连续试验结果表明：装置运行稳定后，系统最终出水TN浓度小于12mg/L，NH4 +-N浓度小于3mg/L，NO3 --N浓度小于8mg/L，NO2 --N浓度小于1mg/L，实现了同步深度处理高氮素废水和城市生活污水的目的。
以上对本发明所提供的ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的装置与方法进行了详细介绍，并且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；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水装置，其特征在于：包括进水箱、厌氧氨氧化UASB反应器、第一中间水箱、生活污水储存箱、部分反硝化SBR反应器和第二中间水箱；其中，所述的进水箱通过第一蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器底部第一进水口相连；厌氧氨氧化反应器回流口通过第二蠕动泵与第一中间水箱相连；第一中间水箱通过第三蠕动泵与部分反硝化SBR反应器第一进水口相连；生活污水储存箱通过第四蠕动泵与部分反硝化反应器第二进水口相连；部分反硝化SBR反应器出水口与第二中间水箱相连；第二中间水箱通过第五蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器第二进水口相连；
另外，所述的厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气口、集气瓶、进水口、出水口、取样口和排泥阀；
所述的部分反硝化SBR反应器包括有搅拌装置、pH或ORP插口、进水口、出水口、取样口和排泥阀。
2.应用如权利要求1所述装置进行ANAMMOX-PD同步处理高氮素废水和城市生活污水的方法，其特征在于：是按以下过程进行的：
在进水箱中注入含有氨氮和亚硝酸盐氮的废水，其中氨氮浓度与亚硝酸盐氮质量浓度比为1:1.32；然后接种处理高浓度氮素废水的厌氧氨氧化颗粒污泥，投入UASB反应器内，接种后UASB反应器内污泥浓度维持在4000～8000mg/L；开启第一蠕动泵将进水箱中的废水泵入UASB反应器内，使氨氮和亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化反应去除，在这一过程中第二蠕动泵处于关闭状态，当出水氨氮或亚硝酸盐氮浓度小于1mg/L时，厌氧氨氧化反应启动调试完成；
厌氧氨氧化反应启动调试完成后，将部分反硝化污泥投入SBR反应器内，该污泥亚硝酸盐氮积累率大于80％，控制接种后反应器内污泥浓度MLSS为2000～4000mg/L；在生活污水储存箱中注入城市生活污水，控制污水中溶解性化学需氧量SCOD与氨氮的质量浓度比为3.0～6.0,同时开启第二蠕动泵，将厌氧氨氧化反应器的出水泵入第一中间水箱；
同时开启第三蠕动泵和第四蠕动泵，分别将生活污水和第一中间水箱内废水泵入部分反硝化SBR反应器内，控制两种废水的进水量与质量浓度乘积之比r在0.5～0.7，r如式(1)所示；进水完毕，关闭第三蠕动泵和第四蠕动泵，开启搅拌系统，反应30～60min，关闭搅拌系统，沉淀30～90min，出水排入第二中间水箱，排水比为1/3～2/3；
r＝v1c1/v2c2(1)，
其中v1为生活污水的进水量；c1为生活污水中氨氮的质量浓度；v2为第一中间水箱内废水的进水量；c2为第一中间水箱内硝酸盐氮质量浓度；
开启第五蠕动泵，将含有氨氮和亚硝酸盐氮的第二中间水箱内废水回流到UASB反应器内，使其通过厌氧氨氧化作用去除，控制第五蠕动泵的流速为第二蠕动泵的(1+v1/v2)倍。
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