CN104817178A

CN104817178A - 一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法

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Publication number: CN104817178A
Application number: CN201510251554.3A
Authority: CN
Inventors: 王淑莹; 吉建涛; 委燕; 何岳兰; 李健伟; 彭永臻
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-05-17
Filing date: 2015-05-17
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2035-05-17
Also published as: CN104817178B

Abstract

一种基于污泥旁侧预处理的城市污水短程反硝化除磷的装置和方法属于污水处理领域。装置包括：城市污水原水箱、反硝化除磷反应器、中间水箱、短程硝化反应器、一号污泥预处理反应器、二号污泥预处理反应器。方法是城市污水先进入反硝化除磷反应器，同时投加经FNA预处理的污泥，微生物摄取原水和预处理污泥中的有机物转化为PHAs。接着，污水进入短程硝化反应器中发生短程硝化；通过污泥旁侧预处理，即将部分剩余污泥用FNA处理后再回流到反应器中抑制亚硝酸盐氧化菌的增长，实现并维持系统短程硝化的稳定。经短程硝化的污水实现同步脱氮除磷。此方法快速稳定实现短程反硝化除磷，节省碳源，且使污泥减量，降低污水处理的能耗。

Description

一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法

技术领域：

本发明涉及一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法，属于低C/N比城市污水处理及剩余污泥生化处理减量技术领域。

背景技术：

随着水体富营养化问题的日益加剧，生物脱氮除磷工艺被广泛研究和应用。我国城市污水存在碳氮比(C/N)低、碳源不足的问题，造成传统工艺处理污水中氮、磷同时达标尤为困难。反硝化除磷技术因其具有同步脱氮除磷、降低碳源和能源的需求、污泥产量低等优势而成为目前研究的热点。该技术的原理是将反硝化和除磷两个过程合二为一，反硝化除磷菌(DPAO)通过NO₃ ^-还原作用产生能量，并用于细胞增值、糖原再生、PO₄ ^3-的吸收和多聚磷酸盐(Ploy-P)的合成过程，达到同步脱氮除磷的目的。最近研究发现亚硝酸盐亦可作为DPAO吸磷的电子受体，因此若采用短程硝化可进一步节省能源，降低污水处理能耗。

目前，短程反硝化除磷工艺研究的瓶颈主要有短程硝化的长期稳定运行和NO₂ ^-对反硝化除磷菌的毒性作用。最新研究发现在缺氧条件下，亚硝酸盐对亚硝酸盐氧化菌的灭活效果要强于对氨氧化菌的灭活效果。若能基于亚硝酸盐的这种选择性灭菌效应实现亚硝酸盐氧化菌的稳定控制，则有望解决上述难题一。而针对上述难题二，可通过改变进水方式降低NO₂ ^-的浓度，使其在微生物的耐受阀值一下，有望实现短程反硝化除磷。

污水生物处理能够有效地去除有机物并达到脱氮除磷的目的，但该过程往往伴随着大量的剩余污泥产生。剩余污泥不仅含有可回收利用的资源，而且含有病原体、重金属等危害性物质，易造成二次污染，且有关研究表明其处理处置费用高，占污水处理厂运行总费用的60％。因此，有效减少剩余污泥的产量是至关重要的。最新研究表明FNA(游离亚硝酸)预处理可以提升污泥的可降解性，有利于开发内碳源，并使污泥减量。因此，在污水生物处理的过程中应用FNA旁侧预处理部分剩余污泥，再回流至主流反应器中开发内碳源，回收利用，不仅可以使污泥减量，而且可以节省碳源，有望大大减低污水处理的费用。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于污泥旁侧预处理污泥的短程反硝化除磷的装置和方法，实现将短程反硝化除磷技术应用于城市污水的同步脱氮除磷处理中，使耗氧量与传统方式相比降低，节省碳源，并开发内碳源，使污泥减量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于污泥旁侧预处理污泥的短程反硝化除磷的装置，包括：城市污水原水箱(1)、反硝化除磷反应器(2)、中间水箱(3)、短程硝化反应器(4)、一号污泥预处理反应器(5)、二号污泥预处理反应器(6)；其特征在于，所述城市污水原水箱(1)设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2)；所述反硝化除磷反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.3)、曝气头Ⅰ(2.4)、空气压缩机Ⅰ(2.5)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.6)、出水阀Ⅰ(2.2)；所述中间水箱(3)设有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2)；所述短程硝化反应器(4)设有搅拌装置Ⅱ(4.3)、曝气头Ⅱ(4.4)、空气压缩机Ⅱ(4.5)、DO/pH在线测定仪Ⅱ(4.6)、出水管和出水阀Ⅱ(4.2)；所述一号污泥预处理反应器(5)设有进药口Ⅰ(5.2)、pH在线测定仪Ⅰ(5.3)、搅拌子Ⅰ(5.4)、磁力搅拌器Ⅰ(5.5)；所述二号污泥预处理反应器(6)设有进药口Ⅱ(6.2)、pH在线测定仪Ⅱ(6.3)、搅拌子Ⅱ(6.4)、磁力搅拌器Ⅱ(6.5)。

城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与反硝化除磷反应器(2)相连接；反硝化除磷反应器(2)的剩余排泥通过污泥回流泵Ⅲ(6.1)进入二号污泥预处理反应器(6)；二号污泥预处理反应器(6)通过污泥回流泵Ⅳ(2.9)与反硝化除磷反应器(2)相连接；反硝化除磷反应器(2)通过进水泵Ⅱ(4.1)与短程硝化反应器(4)相连接；短程硝化反应器(4)的出水进入中间水箱(3)；短程硝化反应器(4)的排泥通过污泥回流泵Ⅰ(5.1)进入一号污泥预处理反应器(5)；一号污泥预处理反应器(5)通过污泥回流泵Ⅱ(4.7)与短程硝化反应器(4)相连接；中间水箱(3)通过进水泵Ⅲ(2.8)与反硝化除磷反应器(2)相连接。

本发明还提供了一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的方法，其具体启动与调控步骤如下：

1)启动系统：将城市污水处理厂剩余污泥或具有反硝化除磷活性的污泥投加至反硝化除磷反应器(2)中，使反硝化除磷反应器(2)内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；将城市污水处理厂剩余污泥投加至短程硝化反应器(4)中，使短程硝化反应器(4)内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；

2)运行时调节操作如下：

2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入反硝化除磷反应器(2)中，进水体积为反硝化除磷反应器(2)有效体积的20～60％，同时进入的还有二号污泥预处理反应器中的处理污泥；然后，反硝化除磷反应器(2)厌氧搅拌1～2h，沉淀排水30～45min，排水比20～60％，排水进入短程硝化反应器(4)中；

2.2)短程硝化反应器(4)进水结束后，好氧曝气1.5～3h，DO浓度0.5～2mg/L，沉淀排水30min，排水比20～60％，排水进入中间水箱(3)中；然后，一号污泥预处理反应器(5)中的处理污泥通过污泥回流泵Ⅱ(4.7)进入短程硝化反应器(4)中；接着，短程硝化反应器(4)缺氧搅拌1～2h，排出短程硝化反应器(4)有效体积20～30％的污泥浓缩为污泥浓度20000-50000mg/L的污泥后进入一号污泥预处理反应器(5)中；

2.3)通过向一号污泥预处理反应器(5)投加亚硝酸钠，使一号污泥预处理反应器(5)内亚硝酸盐氮浓度为400-1500mg/L，并通过投加酸或碱控制一号污泥预处理反应器(5)内pH为5.5-6.5，污泥停留时间为6-24h；

2.4)中间水箱(3)中的污水通过进水泵Ⅲ(2.8)进入反硝化除磷反应器(2)中，一次进水或在随后的缺氧段连续进水，进水体积为反硝化除磷反应器(2)有效体积的20～60％；然后，反硝化除磷反应器(2)缺氧搅拌3～4h，好氧曝气1～2h，DO浓度2～3mg/L，好氧曝气结束排泥，排出泥的30～80％浓缩为污泥浓度20000-50000mg/L的污泥后进入二号污泥预处理反应器(6)中；终沉排水30min，排水比20～60％；

2.5)通过向二号污泥预处理反应器(6)投加亚硝酸钠，使二号污泥预处理反应器(6)内亚硝酸盐氮浓度为400-1500mg/L，并通过投加酸或碱控制二号污泥预处理反应器(6)内pH为5.5-6.5，污泥停留时间为6-24h。

综上，提供的一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法，其处理城市污水的流程为：城市污水和经FNA预处理后的污泥进入反硝化除磷反应器的厌氧段，微生物摄取原水和预处理污泥中的有机物转化为PHAs；然后，污水进入短程硝化反应器中，氨氧化细菌将氨氮氧化成亚硝酸盐；通过污泥旁侧预处理，即将部分剩余污泥用FNA处理后再回流到反应器中抑制亚硝酸盐氧化菌的增长，同时缺氧搅拌进行反硝化作用，实现并维持系统短程硝化的稳定；经短程硝化的污水进入反硝化除磷反应器的缺氧段，同步脱氮除磷，再进行好氧曝气，确保磷的充分吸收。

因此，本发明一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法，与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：

(1)将生长环境要求有很大差别的硝化菌和聚磷菌分别位于不同的污泥系统，利于各系统的高效运行，将脱氮和除磷两个独立过程有机合为一体，很好地实现了碳源与氧的节省和剩余污泥的减量；

(2)旁侧缺氧处理污泥，选择性灭活亚硝酸盐氧化菌(NOB)，实现短程硝化的稳定运行；同时，提高剩余污泥的可生物降解性，回流至硝化系统排水后的缺氧段，开发内碳源进行反硝化作用，消除NOB生长的底物，有利于短程硝化的实现，且污泥减量，无需投加外碳源；

(3)在反硝化除磷系统的厌氧段投加经FNA预处理并淘洗后的污泥，开发内碳源，增加进水中的COD，有利于充分地释放磷和储存PHA，保证缺氧段对磷的充分过量吸收；

(4)通过设置中间水箱，可灵活调整反硝化除磷反应器缺氧段的进水方式，控制反应器中亚硝酸盐的浓度，减小其对反硝化除磷菌的毒性作用。

附图说明：

图1是本发明基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置的结构示意图。

图中1为城市污水原水箱、2为反硝化除磷反应器、3为中间水箱、4为短程硝化反应器、5为一号污泥预处理反应器、6为二号污泥预处理反应器；1.1为溢流管Ⅰ，1.2为放空管Ⅰ；2.1为进水泵Ⅰ，2.2为出水阀Ⅰ，2.3为搅拌装置Ⅰ，2.4为曝气头Ⅰ，2.5为空气压缩机Ⅰ，2.6为DO/pH在线测定仪Ⅰ，2.7为中间排水管，2.8为进水泵Ⅲ，2.9为污泥回流泵Ⅳ，2.10为排泥管Ⅰ，2.11为剩余污泥排放管；3.1为溢流管Ⅱ，3.2为放空管Ⅱ；4.1为进水泵Ⅱ，4.2为出水阀Ⅱ，4.3为搅拌装置Ⅱ，4.4为曝气头Ⅱ，4.5为空气压缩机Ⅱ，4.6为DO/pH在线测定仪Ⅱ，4.7为污泥回流泵Ⅱ，4.8为排泥管Ⅱ；5.1为污泥回流泵Ⅰ，5.2为进药口Ⅰ，5.3为pH在线测定仪Ⅰ，5.4为搅拌子Ⅰ，5.5为磁力搅拌器Ⅰ；6.1为污泥回流泵Ⅲ，6.2为进药口Ⅱ，6.3为pH在线测定仪Ⅱ，6.4为搅拌子Ⅱ，6.5为磁力搅拌器Ⅱ。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置：设有城市污水原水箱(1)、反硝化除磷反应器(2)、中间水箱(3)、短程硝化反应器(4)、一号污泥预处理反应器(5)、二号污泥预处理反应器(6)；其特征在于，城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与反硝化除磷反应器(2)相连接；反硝化除磷反应器(2)的排泥通过污泥回流泵Ⅲ(6.1)进入二号污泥预处理反应器(6)；二号污泥预处理反应器(6)通过污泥回流泵Ⅳ(2.9)与反硝化除磷反应器(2)相连接；反硝化除磷反应器(2)的中间排水管(2.7)通过进水泵Ⅱ(4.1)与短程硝化反应器(4)相连接；短程硝化反应器(4)的出水通过出水阀Ⅱ(4.2)进入中间水箱(3)；短程硝化反应器(4)的排泥通过污泥回流泵Ⅰ(5.1)进入一号污泥预处理反应器(5)；一号污泥预处理反应器(5)通过污泥回流泵Ⅱ(4.7)与短程硝化反应器(4)相连接；中间水箱(3)通过进水泵Ⅲ(2.8)与反硝化除磷反应器(2)相连接。

城市污水在此工艺中的处理流程为：城市污水和经FNA预处理后的污泥进入反硝化除磷反应器的厌氧段，微生物摄取原水和预处理污泥中的有机物转化为PHAs；然后，污水进入短程硝化反应器中，氨氧化细菌将氨氮氧化成亚硝酸盐；通过污泥旁侧预处理，即将部分剩余污泥用FNA处理后再回流到反应器中抑制亚硝酸盐氧化菌的增长，同时缺氧搅拌进行反硝化作用，实现并维持系统短程硝化的稳定；经短程硝化的污水进入反硝化除磷反应器的缺氧段，同步脱氮除磷，再进行好氧曝气，确保磷的充分吸收。

具体试验用水取自某小区生活污水，其水质如下：COD浓度为130-280mg/L；NH+4-N浓度为58-84mg/L，NO-2-N≤0.5mg/L，NO-3-N≤0.5mg/L，P 4～7mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，短程反硝化除磷反应器和短程硝化反应器的有效体积均为10L。

具体运行操作如下：

1)启动系统：将城市污水处理厂剩余污泥或具有反硝化除磷活性的污泥投加至反硝化除磷反应器中，使反硝化除磷反应器内污泥浓度MLSS＝3000mg/L；将城市污水处理厂剩余污泥投加至短程硝化反应器中，使短程硝化反应器内污泥浓度MLSS＝3000mg/L；

2)运行时调节操作如下：

2.1)城市污水原水箱中的污水通过进水泵Ⅰ进入反硝化除磷反应器中，进水体积为5L，同时进入的还有二号污泥预处理反应器中的处理污泥；然后，反硝化除磷反应器厌氧搅拌2h，沉淀排水30min，排水比50％，排水进入短程硝化反应器中；

2.2)短程硝化反应器进水结束后，好氧曝气3h，DO浓度1mg/L，沉淀排水30min，排水比50％，排水进入中间水箱中；然后，一号污泥预处理反应器中的处理污泥通过污泥回流泵Ⅱ进入短程硝化反应器中；接着，短程硝化反应器缺氧搅拌2h，排出短程硝化反应器有效体积30％的污泥浓缩为污泥浓度30000mg/L的污泥后进入一号污泥预处理反应器中；

2.3)通过向一号污泥预处理反应器投加亚硝酸钠，使一号污泥预处理反应器内亚硝酸盐氮浓度分别为550mg/L，并通过投加酸或碱控制一号污泥预处理反应器内pH为6，污泥停留时间为12h；

2.4)中间水箱中的污水通过进水泵Ⅲ进入反硝化除磷反应器中，进水体积为5L；然后，反硝化除磷反应器缺氧搅拌3h，好氧曝气1.5h，DO浓度2mg/L，好氧曝气结束排泥，排出泥的50％浓缩为污泥浓度30000mg/L的污泥后进入二号污泥预处理反应器中；终沉排水30min，排水比50％；

2.5)通过向二号污泥预处理反应器投加亚硝酸钠，使二号污泥预处理反应器内亚硝酸盐氮浓度为700mg/L，并通过投加酸或碱控制二号污泥预处理反应器内pH为6，污泥停留时间为24h。

试验结果表明：运行稳定后，反硝化除磷反应器的最终出水COD为30-50mg/L，NH₄ ⁺-N＜5mg/L，NO₂ ^--N＜1mg/L，TP＜0.5mg/L。

本发明一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法可广泛应用于城市污水及其他低氨氮含磷有机工业废水处理。

以上对本发明所提供的一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的装置，其特征在于：设有城市污水原水箱(1)、反硝化除磷反应器(2)、中间水箱(3)、短程硝化反应器(4)、一号污泥预处理反应器(5)、二号污泥预处理反应器(6)；所述城市污水原水箱(1)设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2)；所述反硝化除磷反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.3)、曝气头Ⅰ(2.4)、空气压缩机Ⅰ(2.5)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.6)、出水阀Ⅰ(2.2)；所述中间水箱(3)设有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2)；所述短程硝化反应器(4)设有搅拌装置Ⅱ(4.3)、曝气头Ⅱ(4.4)、空气压缩机Ⅱ(4.5)、DO/pH在线测定仪Ⅱ(4.6)、出水管和出水阀Ⅱ(4.2)；所述一号污泥预处理反应器(5)设有进药口Ⅰ(5.2)、pH在线测定仪Ⅰ(5.3)、搅拌子Ⅰ(5.4)、磁力搅拌器Ⅰ(5.5)；所述二号污泥预处理反应器(6)设有进药口Ⅱ(6.2)、pH在线测定仪Ⅱ(6.3)、搅拌子Ⅱ(6.4)、磁力搅拌器Ⅱ(6.5)。

所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与反硝化除磷反应器(2)相连接；反硝化除磷反应器(2)的剩余排泥通过污泥回流泵Ⅲ(6.1)进入二号污泥预处理反应器(6)；二号污泥预处理反应器(6)通过污泥回流泵Ⅳ(2.9)与反硝化除磷反应器(2)相连接；反硝化除磷反应器(2)通过进水泵Ⅱ(4.1)与短程硝化反应器(4)相连接；短程硝化反应器(4)的出水进入中间水箱(3)；短程硝化反应器(4)的排泥通过污泥回流泵Ⅰ(5.1)进入一号污泥预处理反应器(5)；一号污泥预处理反应器(5)通过污泥回流泵Ⅱ(4.7)与短程硝化反应器(4)相连接；中间水箱(3)通过进水泵Ⅲ(2.8)与反硝化除磷反应器(2)相连接。

2.一种基于污泥旁侧预处理的短程反硝化除磷的方法，其具体启动与调控步骤如下：

2)运行时调节操作如下：