CN104529056B - 一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法 - Google Patents

一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法。城市污水首先进入高负荷活性污泥反应器，将污水中的有机物吸附至活性污泥中，而后其出水经中间水箱进入絮体污泥与颗粒污泥共生的自养脱氮反应器，实现同步短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮；自养脱氮反应器通过设置旋流分离器将混合污泥筛分为颗粒污泥和絮体污泥；通过每天定期排放絮体污泥控制絮体污泥的污泥龄；定期采用亚硝酸盐处理絮体污泥，控制絮体污泥中亚硝酸盐氧化菌的增长，维持系统稳定短程硝化；通过上述措施实现城市污水稳定短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮，达到节能降耗的目的。

Description

一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
厌氧氨氧化自养脱氮技术已在世界范围内成功应用于100多个高氨氮污水处理工程，实现了污水生物脱氮节能降耗。近年来世界各国科学家和工程师一致认为厌氧氨氧化技术若能应用于城市污水处理厂，则有望使城市污水处理厂由能耗大户转变为能量自给或能量外供的企业。这是因为，一方面城市污水厌氧氨氧化自养脱氮过程耗氧量降低，所以曝气所消耗的能量降低；另一方面自养脱氮过程无需有机物做为碳源，使得城市污水中有机污染物可最大程度地用于厌氧产甲烷，可实现城市污水中能量的回收利用。但目前限制城市污水厌氧氨氧化脱氮的瓶颈是为厌氧氨氧化提供底物亚硝酸盐的短程硝化过程难以稳定实现。
最新研究发现缺氧条件下亚硝酸盐处理活性污泥对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用大于对氨氧化菌的抑制作用，因此可以将亚硝酸盐处理后的活性污泥回流至生物脱氮反应器，实现硝化过程中的亚硝酸盐的积累。若采用亚硝酸盐处理短程硝化厌氧氨氧化反应器的混合污泥，则亚硝酸盐在抑制亚硝酸盐氧化菌的同时，也会抑制厌氧氨氧化菌。与此同时研究发现，颗粒污泥与絮体污泥共生的活性污泥系统中，氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌主要富集在絮体污泥中，而厌氧氨氧化菌则主要存在于颗粒污泥中。在此研究背景下，如何能够在抑制亚硝酸盐氧化菌活性的同时，保持的厌氧氨氧化菌的活性，对于实现城市污水短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是针对城市污水自养脱氮系统短程硝化难以稳定实现的瓶颈问题，提出了一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法，该方法首先在高负荷活性污泥反应器中将污水中的有机污染吸附到污泥中，该污泥再用来厌氧发酵产甲烷以回收污水中的能量；而后污水再在自养脱氮反应器中，通过同步短程硝化厌氧氨氧化作用将氨氮转化为氮气从而实现脱氮的目的；关键是采用旋流分离器将混合污泥筛分为颗粒污泥和絮体污泥，而后定期用亚硝酸盐处理絮体污泥，控制亚硝酸盐氧化菌的增长，在实现控制絮体污泥中亚硝酸盐氧化菌增长的同时，避免对颗粒污泥中厌氧氨氧化菌的抑制，最终突破城市污水自养脱氮反应器难以稳定维持短程硝化的瓶颈。
本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮装置设有城市污水原水箱1、高负荷活性污泥反应器2、二沉池3、中间水箱4、自养脱氮反应器5、污泥处理反应器6；城市污水原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；城市污水原水箱1通过高负荷活性污泥反应器进水泵2.1与高负荷活性污泥反应器2进水管相连接；高负荷活性污泥反应器2分为数个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，设有高负荷活性污泥反应器曝气头2.3、空压机2.7、气体流量计2.6与气量调节阀2.5；高负荷活性污泥反应器2通过二沉池连接管2.4与二沉池3连接；二沉池3通过污泥回流泵2.2与高负荷活性污泥反应器2的进水管相连接；二沉池3出水管与中间水箱4连接；中间水箱4设有中间水箱放空管4.1与自养脱氮反应器进水泵4.2；自养脱氮反应器5为一敞口池体，设有自养脱氮反应器进水管5.1、自养脱氮反应器放空管5.2、自养脱氮反应器曝气头5.3、自养脱氮反应器搅拌器5.6、排水阀5.8；通过设置污泥泵5.4与旋流分离器5.5将絮体污泥与颗粒污泥分开，而后将絮体污泥通过排泥阀5.7排放，或排至污泥处理反应器6进行处理；污泥处理反应器为一敞口池体，设有污泥处理反应器放空管6.1、污泥回流泵6.2、加药管6.3、污泥处理反应器搅拌器6.4与进泥管6.5。
城市污水在此装置中的处理流程为：城市污水与二沉池回流污泥一起进入高负荷活性污泥反应器，将水中的有机污染物吸附到污泥中；而后高负荷活性污泥反应器出水进入中间水箱调节水质水量；中间水箱的污水通过自养脱氮反应器进水泵向自养脱氮反应器进水；然后自养脱氮反应进入第一个缺氧搅拌阶段，反应器内的反硝化菌会利用污水中残余的有机物进行反硝化，将自养脱氮反应器中的硝态氮还原为氮气；随后自养脱氮反应器进入曝气充氧阶段，将部分氨氮转化为NO- 2-N，然后再进入缺氧搅拌段，通过厌氧氨氧化作用将氨氮和NO- 2-N转化为氮气；随后再次好氧/缺氧交替运行，重复以上作用；最终达到将氮从污水中脱除的目的。
絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮装置实现自养脱氮的方法，其特征在于包含以下内容：
1)启动系统：接种城市污水厂普通活性污泥投加至高负荷活性污泥反应器2，使污泥浓度为2000-4000mg/L；将厌氧氨氧化颗粒污泥与城市污水厂曝气池絮体污泥混合后投加至自养脱氮反应器5，使絮体污泥浓度达到1500-3000mg/L，在上述污泥浓度范围内调整絮体污泥浓度和颗粒污泥浓度，使反应器内好氧氨氧化速率与厌氧氨氧化速率之比为1.1-1.5；；
2)运行时调节操作如下：
2.1)高负荷活性污泥反应器2的污泥龄控制为3-5天，好氧区溶解氧浓度控制为1.0-2.0mg/L，污泥回流比为30-100％，水力停留时间为30-60min；
2.2)自养脱氮反应器5每周前6天运行，最后1天停止运行，而污泥处理反应器6则在每周最后1天运行；
2.3)自养脱氮反应器5的运行方式为，首先进水10-60min，而后搅拌20-60min与曝气充氧15-30min交替运行12次，曝气充氧阶段溶解氧浓度控制在0.3-0.7mg/L，第12次曝气结束后再搅拌30-60min，然后沉淀30-60min后将上清液通过排水阀5.8排出；每天通过污泥泵5.4将5-8％的混合污泥输送至旋流分离器5.5，将颗粒污泥和絮体污泥分开，颗粒污泥返回至自养脱氮反应器5，将絮体污泥作为剩余污泥排放；通过调整絮体污泥排放量控制系统絮体污泥的污泥龄为13-20天；
2.4)每周最后1天将自养脱氮反应器5停止运行，与此同时启动污泥泵5.4将自养脱氮反应器内所有混合污泥输送至旋流分离器5.5，进行颗粒污泥和絮体污泥的分离，颗粒污泥返回至自养脱氮反应器5，而絮体污泥则输送至污泥处理反应器6；然后向污泥处理反应器6投加亚硝酸钠，使反应器内亚硝酸盐氮浓度为200-1000mg/L，再搅拌运行12-20h，在搅拌过程中通过投加酸或碱控制污泥处理反应器6内pH为5.5-6.5，上述搅拌结束后，再投加乙酸钠使其浓度为1400-7000mg/L，再搅拌2-4h，最后再通过污泥回流泵6.2将絮体污泥输送至自养脱氮反应器5。
本发明絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法，与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：
1)城市污水中的有机物被吸附到活性污泥中，而后该污泥被用于发酵产甲烷，从而可实现城市污水中能量的回收利用。
2)通过旋流分离器将混合污泥筛分为颗粒污泥和絮体污泥，而仅采用亚硝酸盐处理絮体污泥，从而在控制亚硝酸盐氧化菌增长的条件下，避免了亚硝酸盐对厌氧氨氧化菌的抑制。
3)短程硝化厌氧氨氧化技术需氧量低，使得污水厂能耗大幅降低。
4)厌氧氨氧化菌代谢过程中无N2O生成，本工艺温室气体排放量少。
附图说明
图1为本发明絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮装置的结构示意图。
图中1为城市污水原水箱、2为高负荷活性污泥反应器、3为二沉池、4为中间水箱、5为自养脱氮反应器、6为污泥处理反应器；1.1为溢流管、1.2为放空管；2.1为高负荷活性污泥反应器进水泵、2.2为污泥回流泵、2.3为高负荷活性污泥反应器曝气头、2.4为二沉池连接管、2.5为气量调节阀、2.6为气体流量计、2.7为空压机；3.1为二沉池回流污泥管阀门，3.2为排泥管阀，3.3为二沉池出水管；4.1为中间水箱放空管，4.2为自养脱氮反应器进水泵；5.1为自养脱氮反应器进水管、5.2为自养脱氮反应器放空管、5.3为自养脱氮反应器曝气头、5.4为污泥泵、5.5为旋流分离器、5.6为自养脱氮反应器搅拌器、5.7为排泥阀、5.8为排水阀；6.1为污泥处理反应器放空管、6.2为污泥回流泵、6.3为加药管、6.4为污泥处理反应器搅拌器、6.5为进泥管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮装置设有城市污水原水箱1、高负荷活性污泥反应器2、二沉池3、中间水箱4、自养脱氮反应器5、污泥处理反应器6；城市污水原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；城市污水原水箱1通过进水泵2.1与高负荷活性污泥反应器2进水管相连接；高负荷活性污泥反应器2分为数个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，设有高负荷活性污泥反应器曝气头曝气头2.3、空压机2.7、气体流量计2.6与气量调节阀2.5；高负荷活性污泥反应器2通过二沉池连接管2.4与二沉池3连接；二沉池3通过污泥回流泵2.2与高负荷活性污泥反应器2的进水管相连接；二沉池3出水管与中间水箱4连接；中间水箱4设有中间水箱放空管4.1与自养脱氮反应器进水泵4.2；自养脱氮反应器5为一敞口池体，设有自养脱氮反应器进水管5.1、自养脱氮反应器放空管5.2、自养脱氮反应器曝气头5.3、自养脱氮反应器搅拌器5.6、排水阀5.8；通过设置污泥泵5.4与旋流分离器5.5将絮体污泥与颗粒污泥分开，而后将絮体污泥通过排泥阀5.7排放，或排至污泥处理反应器6进行处理；污泥处理反应器为一敞口池体，设有污泥处理反应器放空管6.1、污泥回流泵6.2、加药管6.3、污泥处理反应器搅拌器6.4与进泥管6.5。
试验采用某小区生活污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为130-280mg/L；浓度为60-89mg/L，试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，生物吸附反应器有效体积为16L，均分为2个格室；自养脱氮反应器有效容积为10L；污泥处理反应器有效体积为5L。
具体运行操作如下：
1)启动系统：接种城市污水厂普通活性污泥投加至高负荷活性污泥反应器2，使污泥浓度为3000mg/L；将厌氧氨氧化颗粒污泥与城市污水厂曝气池絮体污泥混合后投加至自养脱氮反应器，使絮体污泥浓度达到3000mg/L，在上述污泥浓度范围内调整絮体污泥浓度和颗粒污泥浓度，使反应器内好氧氨氧化速率与厌氧氨氧化速率之比为1.4；
2)运行时调节操作如下：
2.1)高负荷活性污泥反应器的污泥龄控制为3天，好氧区溶解氧浓度控制为1.0-2.0mg/L，污泥回流比为50％，水力停留时间为60min；
2.2)自养脱氮反应器每周前6天运行，最后1天停止运行，而污泥处理反应器则在每周最后1天运行；
2.3)自养脱氮反应器的运行方式为，首先进水10min，而后搅拌30min与曝气充氧30min交替运行12次，曝气充氧阶段溶解氧浓度控制在0.3-0.7mg/L，第12次曝气结束后再搅拌60min，然后沉淀30min后将上清液通过排水排水阀排出；每天通过污泥泵将6.5％的混合污泥输送至旋流分离器，将颗粒污泥和絮体污泥分开，颗粒污泥返回至自养脱氮反应器，将絮体污泥作为剩余污泥排放；通过调整絮体污泥排放量控制系统絮体污泥的污泥龄为15天；
2.4)每周最后1天将自养脱氮反应器停止运行，与此同时启动污泥泵将自养脱氮反应器内所有混合污泥输送至旋流分离器，进行颗粒污泥和絮体污泥的分离，颗粒污泥返回至自养脱氮反应器，而絮体污泥则输送至污泥处理反应器；然后向污泥处理反应器投加亚硝酸钠，使反应器内亚硝酸盐氮浓度为250mg/L，再搅拌运行18h，在搅拌过程中通过投加酸或碱控制污泥处理反应器内pH为5.5-6.0，上述搅拌结束后，再投加乙酸钠使其浓度为1500mg/L，再搅拌3h，最后再通过污泥回流泵将絮体污泥输送至自养脱氮反应器。
试验结果表明：运行稳定后，高负荷活性污泥反应器出水COD浓度为50-80mg/L, 浓度55-80mg/L，浓度为0.1-3.5mg/L,浓度0.1-1.0mg/L；自养脱氮反应器出水COD浓度为30-60mg/L,浓度0-10mg/L，浓度为0-1.0mg/L,浓度1.0-7.3mg/L。

Claims (1)

1.一种絮体污泥与颗粒污泥共生实现城市污水自养脱氮的方法，其特征在于，应用如下装置：设有城市污水原水箱(1)、高负荷活性污泥反应器(2)、二沉池(3)、中间水箱(4)、自养脱氮反应器(5)、污泥处理反应器(6)；城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通过高负荷活性污泥反应器进水泵(2.1)与高负荷活性污泥反应器(2)进水管相连接；高负荷活性污泥反应器(2)分为数个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，设有高负荷活性污泥反应器曝气头(2.3)、空压机(2.7)、气体流量计(2.6)与气量调节阀(2.5)；高负荷活性污泥反应器(2)通过二沉池连接管(2.4)与二沉池(3)连接；二沉池(3)通过污泥回流泵(2.2)与高负荷活性污泥反应器(2)的进水管相连接；二沉池(3)出水管与中间水箱(4)连接；中间水箱(4)设有中间水箱放空管(4.1)与自养脱氮反应器进水泵(4.2)；自养脱氮反应器(5)为一敞口池体，设有自养脱氮反应器进水管(5.1)、自养脱氮反应器放空管(5.2)、自养脱氮反应器曝气头(5.3)、自养脱氮反应器搅拌器(5.6)、排水阀(5.8)；通过设置污泥泵(5.4)与旋流分离器(5.5)将絮体污泥与颗粒污泥分开，而后将絮体污泥通过排泥阀(5.7)排放，或排至污泥处理反应器(6)进行处理；污泥处理反应器为一敞口池体，设有污泥处理反应器放空管(6.1)、污泥回流泵(6.2)、加药管(6.3)、污泥处理反应器搅拌器(6.4)与进泥管(6.5)；
方法的步骤为：
1)启动系统：接种城市污水厂普通活性污泥投加至高负荷活性污泥反应器(2)，使污泥浓度为2000-4000mg/L；将厌氧氨氧化颗粒污泥与城市污水厂曝气池絮体污泥混合后投加至自养脱氮反应器(5)，使絮体污泥浓度达到1500-3000mg/L，在上述污泥浓度范围内调整絮体污泥浓度和颗粒污泥浓度，使反应器内好氧氨氧化速率与厌氧氨氧化速率之比为1.1-1.5；
2)运行时调节操作如下：
2.1)高负荷活性污泥反应器(2)的污泥龄控制为3-5天，好氧区溶解氧浓度控制为1.0-2.0mg/L，污泥回流比为30-100％，水力停留时间为30-60min；
2.2)自养脱氮反应器(5)每周前6天运行，最后1天停止运行，而污泥处理反应器(6)则在每周最后1天运行；
2.3)自养脱氮反应器(5)的运行方式为，首先进水10-60min，而后搅拌20-60min与曝气充氧15-30min交替运行12次，曝气充氧阶段溶解氧浓度控制在0.3-0.7mg/L，第12次曝气结束后再搅拌30-60min，然后沉淀30-60min后将上清液通过排水阀(5.8)排出；每天通过污泥泵(5.4)将5-8％的混合污泥输送至旋流分离器(5.5)，将颗粒污泥和絮体污泥分开，颗粒污泥返回至自养脱氮反应器(5)，将絮体污泥作为剩余污泥排放；通过调整絮体污泥排放量控制系统絮体污泥的污泥龄为13-20天；
2.4)每周最后1天将自养脱氮反应器(5)停止运行，与此同时启动污泥泵(5.4)将自养脱氮反应器内所有混合污泥输送至旋流分离器(5.5)，进行颗粒污泥和絮体污泥的分离，颗粒污泥返回至自养脱氮反应器(5)，而絮体污泥则输送至污泥处理反应器(6)；然后向污泥处理反应器(6)投加亚硝酸钠，使反应器内亚硝酸盐氮浓度为200-1000mg/L，再搅拌运行12-20h，在搅拌过程中通过投加酸或碱控制污泥处理反应器(6)内pH为5.5-6.5，上述搅拌结束后，再投加乙酸钠使其浓度为1400-7000mg/L，再搅拌2-4h，最后再通过污泥回流泵(6.2)将絮体污泥输送至自养脱氮反应器(5)。
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