CN104291529B - 部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种部分反硝化-厌氧氨氧化同步处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置与方法，属于污水生物处理领域。硝酸盐废水与城市污水进入部分反硝化反应器，异养反硝化菌利用城市污水中的可生物降解有机碳源将硝酸盐还原为亚硝酸盐，出水进入厌氧氨氧化反应器，城市污水中的氨氮和亚硝酸盐通过厌氧氨氧化反应生成氮气，实现高浓度硝酸盐废水与城市污水同步脱氮，无需外加碳源，运行管理方便，降低运行成本，节省能耗，脱氮效率高。

Description

部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置与方法，属于污水生物处理的技术领域，具体是将硝酸盐废水与城市污水按比例同时进入部分反硝化反应器，其中一类具有不完全反硝化特性的反硝化菌群利用城市污水中可生物降解的有机碳源将硝酸盐还原为亚硝酸盐，城市污水中的氨氮和反硝化积累的亚硝酸盐再通过厌氧氨氧化反应得到去除，实现高浓度硝酸盐废水与城市污水同时脱氮。

背景技术

随着经济建设的高速发展，由氮、磷过量引起的水体富营养化问题日趋严重，为强化污水中氮磷等营养元素的去除、保护受纳水体的生态功能，我国污水处理的氮磷排放标准也不断提高，对氮、磷等污染物质的总量控制也日益重视。控制点源污染中氮、磷等营养元素向天然水体排放，是水体富营养化防治的重要手段之一，而城镇污水和工业废水氮磷污染物去除仍然是目前水污染防治和污水再生水回用的重点和难点。高浓度硝酸盐废水是一种氮负荷较高的废水，污水处理厂中污泥消化液好氧硝化的出水及其他工业废水均可产生高浓度硝酸盐，不但加大了污水处理厂脱氮的负荷，还增加了运行处理费用，而有机碳源不足则会影响反硝化效果，影响出水水质，经济有效地进行高浓度硝酸盐废水脱氮是污水处理中的重要工作。

传统生物脱氮是通过反硝化过程，其是反硝化菌利用可生物降解有机物将硝酸盐完全还原为氮气，从而达到污水脱氮的目的。对于高浓度硝酸盐废水，将其完全反硝化需要消耗大量有机物，既浪费了有机碳源，又增加了处理所需的运行操作费用，并不符合目前低能耗高效脱氮的原则。部分反硝化是指通过控制反硝化过程中适宜的碳氮比和缺氧反应时间，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，而不进行亚硝酸盐还原为氮气的过程，从而实现反硝化过程中亚硝酸盐的积累。亚硝酸盐是厌氧氨氧化自养脱氮过程的反应基质之一，因此可以通过厌氧氨氧化作用得到去除。厌氧氨氧化过程因其不需要外加碳源、剩余污泥产量低等优势受到广泛关注，因此，将部分反硝化与厌氧氨氧化相结合为高浓度硝酸盐废水处理提供了新的途径。

城市污水主要包括氨氮和大量可生物降解有机物，这部分有机物可作为反硝化过程中的有机碳源被反硝化菌利用，将硝酸盐还原。利用传统硝化反硝化方法进行城市污水脱氮浪费了原水中大量有机碳源，脱氮效果并不理想，仍需外加碳源提高反硝化效果，因此增加了运行费用。而城市污水短程硝化过程亚硝积累难以实现和维持稳定，是城市污水厌氧氨氧化实现的瓶颈。

利用部分反硝化与厌氧氨氧化相结合，同时处理高浓度硝酸盐废水和城市污水，是解决污水脱氮的一种经济、有效的新途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置与方法，具体是将硝酸盐废水与城市污水按比例同时进入部分反硝化反应器，其中一类具有不完全反硝化特性的反硝化菌群利用城市污水中可生物降解的有机碳源将硝酸盐还原为亚硝酸盐，城市污水中的氨氮和反硝化积累的亚硝酸盐再通过厌氧氨氧化反应得到去除，实现高浓度硝酸盐废水与城市污水同时脱氮。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置其特征在于，包括硝酸盐废水水箱1、城市污水水箱2、部分反硝化反应器3、中间水箱4、部分反硝化过程控制系统5、厌氧氨氧化反应器6；

硝酸盐废水水箱1通过第一蠕动泵1.1与部分反硝化反应器3进水管相连；城市污水水箱2通过第二蠕动泵2.1与部分反硝化反应器进水管相连；部分反硝化反应器设有第一搅拌装置3.1、第一出水口3.2，第一出水口通过出水管与排水阀3.3相连；部分反硝化反应器与中间水箱4相连；部分反硝化过程控制系统5与部分反硝化反应器相连；中间水箱通过第三蠕动泵6.1与厌氧氨氧化反应器6进水管相连；厌氧氨氧化反应器设有第二搅拌装置6.2、温度控制装置6.3和第二出水口6.4；

所述的部分反硝化过程控制系统包括pH传感器5.1、pH测定仪5.2、计算机5.3、过程控制器5.4；所述的部分反硝化反应器中设有pH传感器，pH传感器与pH测定仪相连，pH测定仪通过信号数据线与计算机信号输入端口相连，计算机与过程控制器相连，过程控制器的信号输出端口与第一搅拌装置的开关和排水阀的开关相连。

部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接种具有不完全反硝化特性的反硝化污泥于部分反硝化反应器中，控制接种后反应器内污泥浓度为2000～4000mg/L；所接种的反硝化污泥亚硝酸盐积累率达到80％～100％；

接种厌氧氨氧化污泥于厌氧氨氧化反应器中，控制接种后反应器内污泥浓度为1500～3000mg/L；所接种的厌氧氨氧化污泥总氮去除率达到70％～90％；

城市污水水箱中的城市污水与硝酸盐废水水箱中的硝酸盐废水按体积比为5:1～10:1进入到部分反硝化反应器，硝酸盐废水中硝酸盐氮浓度为400～800mg/L；部分反硝化反应器进水后缺氧搅拌1～3h，在线监测部分反硝化反应器内pH值变化，pH值信号通过pH测定仪传入并由计算机进行计算，当pH上升曲线出现拐点时信号传入过程控制器，并控制搅拌装置开关关闭，搅拌停止；搅拌结束后静置沉淀0.5～1h；排水阀开关开启，将上清液排出至中间水箱，控制排水比50％～70％；

中间水箱中的废水泵入厌氧氨氧化反应器；进水后缺氧搅拌5～8h，温度控制为28～32℃；搅拌结束后静置沉淀0.5～1h，沉淀结束后将上清液排出，控制排水比50％～70％。

技术原理：

部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水是将高浓度硝酸盐废水和城市污水首先按一定比例进入部分反硝化反应器中，该反应器中含有一类具有不完全反硝化特性的反硝化菌，其只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐，而不进行亚硝酸盐还原为氮气的过程。硝酸盐废水水箱中的硝酸盐废水按体积比为5:1～10:1进入到部分反硝化反应器，进水后硝酸盐废水被城市污水稀释，同时保证反应器内初始COD与硝酸盐氮质量浓度之比在2.0～3.5，反硝化菌利用城市污水中含有可被微生物利用的有机物，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，部分反硝化在线监测反应器内pH值变化，当pH上升曲线出现拐点时停止搅拌，出水亚硝酸盐积累率可以达到80％～100％且维持稳定，使出水中的氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度的比例为1:1～1:1.3。出水进入到厌氧氨氧化反应器中，氨氮和亚硝酸盐氮通过厌氧氨氧化作用生成氮气，实现高浓度硝酸盐废水与城市污水的同步脱氮。

本发明涉及的部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水具有以下优点：

1)相比完全反硝化，高浓度硝酸盐废水进行部分反硝化可以节省有机碳源，降低运行费用；

2)充分利用城市污水中可生物降解有机物，为部分反硝化提供电子供体，无需外加碳源；

3)高浓度硝酸盐废水中的硝酸盐利用不完全反硝化特性的菌群实现较高亚硝酸盐积累率，同步与城市污水中的氨氮通过自养脱氮得到去除，降低运行成本，减少剩余污泥产量。

附图说明

图1是部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明：

部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置其特征在于，包括高浓度硝酸盐废水水箱1、城市污水水箱2、部分反硝化反应器3、中间水箱4、部分反硝化过程控制系统5、厌氧氨氧化反应器6。

硝酸盐废水水箱1通过第一蠕动泵1.1与部分反硝化反应器3进水管相连；城市污水水箱2通过第二蠕动泵2.1与部分反硝化反应器进水管相连；部分反硝化反应器设有第一搅拌装置3.1、第一出水口3.2，出水口通过出水管与排水阀3.3相连；部分反硝化反应器与中间水箱4相连；部分反硝化过程控制系统5与部分反硝化反应器相连；中间水箱通过第三蠕动泵6.1与厌氧氨氧化反应器6相连；厌氧氨氧化反应器设有第二搅拌装置6.2、温度控制装置6.3和第二出水口6.4。

所述的部分反硝化过程控制系统包括pH传感器5.1、pH测定仪5.2、计算机5.3、过程控制器5.4；所述的部分反硝化反应器中设有pH传感器，pH传感器与pH测定仪相连，pH测定仪通过信号数据线与计算机信号输入端口相连，计算机与过程控制器相连，过程控制器的信号输出端口与搅拌装置的开关和排水阀的开关相连。

具体包括以下过程：

接种具有不完全反硝化特性的反硝化污泥于部分反硝化SBR反应器中，接种后反应器内污泥浓度MLSS为3500mg/L；该反硝化污泥来自运行6个月以上的反硝化SBR反应器，出水中亚硝酸盐积累率达到85％；接种厌氧氨氧化污泥与厌氧氨氧化SBR反应器中，接种后反应器内污泥浓度MLSS为2000mg/L；该厌氧氨氧化污泥来自运行6个月以上的厌氧氨氧化SBR反应器，总氮去除率达到75％。

实验所用城市污水采用北京工业大学家属院生活污水，主要参数为：COD为200～300mg/L，氨氮浓度为60～85mg/L，总氮浓度60～90mg/L；该生活污水收集到城市污水水箱中；实验所用高浓度硝酸盐废水采用某城市污水处理厂污泥消化液好氧硝化后的出水，其硝酸盐浓度为450～600mg/L，收集到硝酸盐废水水箱中。

部分反硝化SBR反应器有效容积为12L，每周期处理总污水量为7.2L；城市污水水箱的城市污水与硝酸盐废水水箱中的硝酸盐废水按体积比为6.2:1同时泵入部分反硝化反应器；每周期硝酸盐废水进水体积为1L，城市生活污水进水体积为6.2L；部分反硝化反应器进水结束后缺氧搅拌结束时间为1～3h之间某一时刻，且通过pH传感器监测反应器内pH值变化，pH值信号通过pH测定仪传入计算机，进行求导计算，当pH上升曲线出现拐点时计算机通过数据线将信号输入过程控制器，过程控制器控制搅拌装置开关关闭，搅拌停止；搅拌结束后静置沉淀30min；过程控制器控制排水阀开关开启，将上清液排出至中间水箱，排水体积为7.2L，排水比60％，出水氨氮与亚硝酸盐的浓度比例在1:1～1:1.3之间。

中间水箱中的废水泵入厌氧氨氧化SBR反应器；该SBR反应器有效容积12L，每周期进水体积7.2L，进水后缺氧搅拌6h，温度控制为30℃；搅拌结束后静置沉淀1h，沉淀结束后将7.2L上清液排出，排水比为60％。出水氨氮浓度<5mg/L，硝酸盐浓度<5mg/L，总氮<10mg/L，总氮去除率达到90％～95％。

连续试验结果表明：

部分反硝化SBR反应器污泥浓度MLSS为3500mg/L，城市污水水箱的城市污水与高浓度硝酸盐废水水箱中的硝酸盐废水按体积比为6.2:1作为进水，缺氧搅拌1～3h，部分反硝化在线监测反应器内pH值变化，当pH上升曲线出现拐点时停止搅拌，排水比60％；厌氧氨氧化SBR反应器MLSS为2000mg/L，缺氧搅拌6h，排水比为60％；整个系统每周期处理总污水量为7.2L，无需外加碳源，出水氨氮浓度<5mg/L，硝酸盐浓度<5mg/L，总氮<10mg/L，总氮去除率达到90％～95％，能够实现城市污水与高浓度硝酸盐废水同步高效脱氮。

Claims (2)

1.部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的装置，其特征在于，包括硝酸盐废水水箱(1)、城市污水水箱(2)、部分反硝化反应器(3)、中间水箱(4)、部分反硝化过程控制系统(5)、厌氧氨氧化反应器(6)；

硝酸盐废水水箱(1)通过第一蠕动泵(1.1)与部分反硝化反应器(3)进水管相连；城市污水水箱(2)通过第二蠕动泵(2.1)与部分反硝化反应器进水管相连；部分反硝化反应器设有第一搅拌装置(3.1)、第一出水口(3.2)，第一出水口通过出水管与排水阀(3.3)相连；部分反硝化反应器与中间水箱(4)相连；部分反硝化过程控制系统(5)与部分反硝化反应器相连；中间水箱通过第三蠕动泵(6.1)与厌氧氨氧化反应器(6)进水管相连；厌氧氨氧化反应器设有第二搅拌装置(6.2)、温度控制装置(6.3)和第二出水口(6.4)；

所述的部分反硝化过程控制系统包括pH传感器(5.1)、pH测定仪(5.2)、计算机(5.3)、过程控制器(5.4)；所述的部分反硝化反应器中设有pH传感器，pH传感器与pH测定仪相连，pH测定仪通过信号数据线与计算机信号输入端口相连，计算机与过程控制器相连，过程控制器的信号输出端口与第一搅拌装置的开关和排水阀的开关相连。

2.应用权利要求1所述装置进行部分反硝化-厌氧氨氧化处理高浓度硝酸盐废水与城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接种具有不完全反硝化特性的反硝化污泥于部分反硝化反应器中，控制接种后反应器内污泥浓度为2000～4000mg/L；所接种的反硝化污泥亚硝酸盐积累率达到80％～100％；

接种厌氧氨氧化污泥于厌氧氨氧化反应器中，控制接种后反应器内污泥浓度为1500～3000mg/L；所接种的厌氧氨氧化污泥总氮去除率达到70％～90％；

城市污水水箱中的城市污水与硝酸盐废水水箱中的硝酸盐废水按体积比为5:1～10:1进入到部分反硝化反应器，硝酸盐废水中硝酸盐氮浓度为400～800mg/L；部分反硝化反应器进水后缺氧搅拌1～3h，在线监测部分反硝化反应器内pH值变化，pH值信号通过pH测定仪传入并由计算机进行计算，当pH上升曲线出现拐点时信号传入过程控制器，并控制搅拌装置开关关闭，搅拌停止；搅拌结束后静置沉淀0.5～1h；排水阀开关开启，将上清液排出至中间水箱，控制排水比50％～70％；

中间水箱中的废水泵入厌氧氨氧化反应器；进水后缺氧搅拌5～8h，温度控制为28～32℃；搅拌结束后静置沉淀0.5～1h，沉淀结束后将上清液排出，控制排水比50％～70％。