CN104556376B - 基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法。城市污水首先进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，首先生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；污水再进入缺氧区，生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；最终实现连续流城市污水剩余除磷与自养脱氮，降低城市污水厂处理能耗。

Description

基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法

技术领域

本发明涉及一种基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

厌氧氨氧化菌的发现改变了人们对氮循环途径的认识，使污水自养脱氮成为可能。与传统异养生物脱氮相比，厌氧氨氧化自养脱氮可以节省曝气量，因为仅需将污水中一半的氨氮氧化为亚硝态氮，而传统异养生物脱氮则需将全部的氨氮氧化为硝态氮；与此同时，厌氧氨氧化自养脱氮无需有机碳源，因为厌氧氨氧化菌以无机碳作为碳源，这就可以将污水中的有机物最大程度地用于厌氧产甲烷作用，以提高污水中能量的回收率。

目前污水短程硝化厌氧氨氧化技术主要应用于消化污泥脱水液等高氨氮污水脱氮。若能将厌氧氨氧化技术推广至城市污水处理，则有望使城市污水厂有能耗大户转变化能量自给或外供的企业。限制厌氧氨氧化技术在城市污水处理厂应用的瓶颈是厌氧氨氧化反应的底物亚硝酸盐不能得到稳定供应。目前认为获得亚硝酸盐的主要途径是通过氨氧化菌将污水中氨氮氧化为亚硝酸盐，同时避免亚硝酸盐进一步被亚硝酸盐氧化菌氧化为硝酸盐，即实现短程硝化。最新研究表明厌氧环境持留的生物膜可进行短程反硝化作用，即可将硝态氮还原为亚硝态氮，从而使反硝化过程出现亚硝态氮的积累，从而有望为厌氧氨氧化菌提供底物亚硝态氮。因此若能基于短程反硝化提供亚硝态氮实现城市污水自养脱氮则可为厌氧氨氧化技术在城市污水厂的应用提供技术支持。

发明内容

本发明的目的就是针对城市污水处理过程中亚硝态氮难以稳定获取的难题，提出了一种基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，该方法首先使城市污水进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，该区生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；污水再进入缺氧区，生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；最终实现连续流城市污水生物除磷与自养脱氮，降低城市污水厂处理能耗。

本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮装置设有城市污水原水箱1、生物除磷脱氮反应器2、二沉池3；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与生物除磷脱氮反应器进水管2.2相连接；生物除磷脱氮反应器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；第一个格室为设有悬浮填料的厌氧区2.3，第二、三格室为设有悬浮填料的缺氧区2.4，其余格室为好氧区2.5；厌氧区和缺氧区设有搅拌器2.10，好氧区通过设有空压机2.8、气体流量计2.9、气量调节阀2.11及曝气头2.12的曝气系统进行充氧；生物除磷脱氮反应器2通过二沉池连接管2.13与二沉池3连接；二沉池3通过污泥回流泵2.6与生物除磷脱氮反应器进水管2.2相连接；硝化液回流泵2.7将最后一格好氧区和第一个缺氧格室连接起来。

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生物除磷脱氮反应器的厌氧区进行短程反硝化、厌氧氨氧化与厌氧释磷；而后与回流硝化液一起进入缺氧区，发生短程反硝化、厌氧氨氧化与反硝化除磷；然后进入好氧区发生好氧硝化作用，从而达到将氮从污水中脱除的目的；混合污泥最后进入二沉池进行泥水分离，上清液作为系统出水排放，部分沉淀污泥作为剩余污泥排放，部分沉淀污泥回流至反应器前端的厌氧区。

基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮的方法，其特征在于包含以下内容：

1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至生物除磷脱氮反应器(2)，使污泥浓度为1500-3000mg/L；接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至生物除磷脱氮反应器的厌氧区和缺氧区，填充体积比为15-40％。

2)运行时调节操作如下：

2.1)城市污水与二沉池回流污泥混合后进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，该区悬浮填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；厌氧区的泥水混合液和回流硝化液一起进入缺氧区，该区悬浮填料生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；

2.2)生物除磷脱氮反应器好氧区污泥回流比为50-100％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20天；

2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧区的充氧量，控制好氧区前端溶解氧浓度为0.5-1.5mg/L，好氧区最后一个格室中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/L；

2.4)生物除磷脱氮反应器的水力停留时间为8-14h，其中厌氧水力停留时间为1.5-3h，缺氧水力停留时间为3-6h；

2.5)硝化液回流比为100-200％；当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/L时，降低硝化液回流比；当好氧区出水硝态氮浓度大于10mg/L时，提高硝化液回流比。

本发明基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，与传统生物除磷脱氮工艺相比具有以下优势：

1)污水中的氨氮一半通过厌氧氨氧化反应去除，所以仅有剩下的另外一半氨氮进入好氧区，因此好氧区的需氧量可降低一半，进而可节省系统运行能耗。

2)好氧区氧化的氨氮量降低一半，使得回流的硝化液中的硝态氮浓度降低一半，进而使得缺氧需要还原的硝态氮的量降低一半；同时硝态氮只需还原为亚硝态氮，无需进一步还原为氮气，因此可大幅降低反硝化探源需求量。

3)自养脱氮污泥产量低，可减少污水厂污泥处置费用。

附图说明

图1为本发明基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮装置的结构示意图。

图中1为城市污水原水箱、2为生物除磷脱氮反应器、3为二沉池；1.1为溢流管、1.2为放空管；2.1为进水泵、2.2为生物除磷脱氮反应器进水管、2.3为厌氧区、2.4为缺氧区、2.5好氧区、2.6为污泥回流泵、2.7为硝化液回流泵、2.8为空压机、2.9为气体流量计、2.10为搅拌器、2.11为气量调节阀、2.12为曝气头、2.13为二沉池连接管；3.1为回流污泥阀、3.2为排泥阀、3.3为出水管。

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)、生物除磷脱氮反应器(2)、二沉池(3)；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)与生物除磷脱氮反应器进水管(2.2)相连接；生物除磷脱氮反应器(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；第一个格室为设有悬浮填料的厌氧区(2.3)，第二、三格室为设有悬浮填料的缺氧区(2.4)，其余格室为好氧区(2.5)；厌氧区和缺氧区设有搅拌器(2.10)，好氧区通过设有空压机(2.8)、气体流量计(2.9)、气量调节阀(2.11)及曝气头(2.12)的曝气系统进行充氧；生物除磷脱氮反应器(2)通过二沉池连接管(2.13)与二沉池(3)连接；二沉池(3)通过污泥回流泵(2.6)与生物除磷脱氮反应器进水管(2.2)相连接；硝化液回流泵(2.7)将最后一格好氧区和第一个缺氧格室连接起来。

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180-300mg/L；浓度为57-82mg/L，试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，生物除磷脱氮反应器有效体积为28L，均分为7个格室。

具体运行操作如下：

1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至生物除磷脱氮反应器(2)，使污泥浓度为3000mg/L；接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至生物除磷脱氮反应器的厌氧区和缺氧区，填充体积比为40％。

2)运行时调节操作如下：

2.1)城市污水与二沉池回流污泥混合后进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，该区悬浮填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；厌氧区的泥水混合液和回流硝化液一起进入缺氧区，该区悬浮填料生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；

2.2)生物除磷脱氮反应器好氧区污泥回流比为50％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15天；

2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧区的充氧量，控制好氧区前端溶解氧浓度为0.5-1.0mg/L，好氧区最后一个格室中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/L；

2.4)生物除磷脱氮反应器的水力停留时间为14h，其中厌氧水力停留时间为3h，缺氧水力停留时间为6h；

2.5)硝化液回流比为200％；当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/L时，降低硝化液回流比；当好氧区出水硝态氮浓度大于10mg/L时，提高硝化液回流比。

试验结果表明：运行稳定后，除有机物反应器出水COD浓度为60-90mg/L,浓度50-75mg/L，浓度为0-2.5mg/L,浓度0-1.0mg/L；自养脱氮反应器出水COD浓度为30-58mg/L,浓度0-3mg/L，浓度为0-0.5mg/L,浓度7.0-13.5mg/L。

Claims (1)

1.基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，其特征在于，应用如下装置：设有城市污水原水箱(1)、生物除磷脱氮反应器(2)、二沉池(3)；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)与生物除磷脱氮反应器进水管(2.2)相连接；生物除磷脱氮反应器(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；第一个格室为设有悬浮填料的厌氧区(2.3)，第二、三格室为设有悬浮填料的缺氧区(2.4)，其余格室为好氧区(2.5)；厌氧区和缺氧区设有搅拌器(2.10)，好氧区通过设有空压机(2.8)、气体流量计(2.9)、气量调节阀(2.11)及曝气头(2.12)的曝气系统进行充氧；生物除磷脱氮反应器(2)通过二沉池连接管(2.13)与二沉池(3)连接；二沉池(3)通过污泥回流泵(2.6)与生物除磷脱氮反应器进水管(2.2)相连接；硝化液回流泵(2.7)将最后一格好氧区和第一个缺氧格室连接起来；

方法的步骤为：

1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至生物除磷脱氮反应器(2)，使污泥浓度为1500-3000mg/L；接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至生物除磷脱氮反应器的厌氧区和缺氧区，填充体积比为15-40％；

2)运行时调节操作如下：

2.1)城市污水与二沉池回流污泥混合后进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，该区悬浮填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；厌氧区的泥水混合液和回流硝化液一起进入缺氧区，该区悬浮填料生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；

2.2)生物除磷脱氮反应器好氧区污泥回流比为50-100％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20天；

2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧区的充氧量，控制好氧区前端溶解氧浓度为0.5-1.5mg/L，好氧区最后一个格室中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/L；

2.4)生物除磷脱氮反应器的水力停留时间为8-14h，其中厌氧水力停留时间为1.5-3h，缺氧水力停留时间为3-6h；

2.5)硝化液回流比为100-200％；当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/L时，降低硝化液回流比；当好氧区出水硝态氮浓度大于10mg/L时，提高硝化液回流比。