CN104860475A

CN104860475A - 分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法

Info

Publication number: CN104860475A
Application number: CN201510251539.9A
Authority: CN
Inventors: 王淑莹; 王晓霞; 彭永臻; 戴娴; 赵骥
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-05-17
Filing date: 2015-05-17
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-05-17
Also published as: CN104860475B

Abstract

分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法，属于污水生物处理领域。城市污水首先通过蠕动泵进入短程硝化反应器进行缺氧搅拌，反硝化菌利用原水中的有机物将上周期残留的NO₂ ^--N进行反硝化；之后，短程硝化反应器进行首次沉淀、排水，出水排入调节水箱，且出水中含有部分有机物和大量氨氮；此后，短程硝化反应器进行低氧曝气搅拌，氨氧化菌将原水中的NH₄ ⁺-N转变为NO₂ ^--N，并进行二次沉淀、排水，出水再次排入调节水箱。短程硝化反应器两次排水经调节水箱混合后，进入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器，实现了氮的有效去除。该方法将原水中的碳源用于厌氧氨氧化产物-NO₃ ^--N的反硝化过程，可污水实现污水的深度脱氮。

Description

分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法。

背景技术

近年来，水资源环境质量不断下降，水环境持续恶化，中国地表水资源污染严重，地下水资源也不容乐观。除此之外，地表水体的富营养化问题也日为突出。全球范围内30％～40％的湖泊和水库遭受不同程度富营养化影响，我国已成为国际上湖泊富营养化严重国家之一。据调查的26个湖泊，在70年代末富营养化湖泊只占27％，80年代末达61％，90年代末高达85％，2000年以后发展更为迅速。云南滇池、巢湖、太湖等都受到了较为明显的污染，出现了严重的水体富营养化现象。

污水的脱氮除磷一直是污水研究领域的热点，现有污水处理工艺的研究也正在朝着高效、低能耗的方向发展。短程硝化技术实现了氨氮的高效转化，而采用厌氧氨氧化技术进行污水的生物脱氮，不需要有机碳源，实现了有机碳源的零添加。此外，将反硝化技术与厌氧氨氧化技术耦合，可充分利用原水(分段排水式短程硝化反应器第一次排水)中的碳源进行厌氧氨氧化产物-硝酸盐氮的反硝化过程，进而实现低碳污水的深度脱氮。

总之，通过短程硝化，实现了高效、节能的氨氮氧化，通过反硝化厌氧氨氧化，不需要投加外碳源，减少了运行费用；本发明工艺流程简单，可实现低碳污水的高效生物脱氮，是具有应用前景的废水生物脱氮工艺。

发明内容

本发明的目的就是提供一种分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法，实现污水的高效、低能耗脱氮。将分段排水式短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化技术组合应用到污水的深度脱氮过程中，使得该工艺与传统生物脱氮工艺相比，降低了曝气段的氧耗、能耗，且不需投加外碳源，不需投加酸碱中和试剂。此外，反硝化过程可对厌氧氨氧化过程中产生的硝酸盐氮进行脱氮处理，进而实现污水的深度脱氮。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置，其特征在于，包括城市污水原水箱1、短程硝化SBR反应器2、调节水箱3、厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4、出水水箱5；其中所述城市污水原水箱1通过第一进水泵2.1与短程硝化SBR反应器2相连接；短程硝化SBR反应器2第一出水阀2.7与调节水箱3相连接；短程硝化SBR反应器2第二出水阀2.8与调节水箱3相连接；调节水箱3通过第二进水泵4.1与厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4第一出水阀4.5与出水水箱5相连接；

所述短程SBR反应器2内置有第一搅拌浆2.3、气泵2.4、气体流量计2.5、曝气头2.6、第一采样口2.9、第一出水阀2.7、第二出水阀2.8、第一排泥口2.10；

所述厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4内置有第二搅拌浆4.3、第二采样口4.4、第三出水阀4.5、第二排泥口4.6。

污水在此装置中的处理流程为：城市污水通过第一进水泵2.1由城市污水原水箱1抽入短程硝化SBR反应器2内；在短程硝化SBR反应器2内，反硝化菌利用原水中的有机碳源将上一周期残留的NO₂ ^--N反硝化为N₂，反硝化结束后进行第一次沉淀排水，排水中含有NH₄ ⁺-N和部分剩余的有机碳源；此后，短程硝化SBR反应器2进行低氧曝气搅拌，NH₄ ⁺-N在氨氧化菌的作用下被氧化成NO₂ ^--N，硝化结束后进行第二次沉淀排水，排水中含有NO₂ ^--N；短程硝化SBR反应器2的两次排水在调节水箱3中混合后，经第二进水泵4.1进入厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4内，一方面厌氧氨氧化菌将短程硝化SBR反应器2的两次排水后混合液中的NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N转化成N₂和少量NO₃ ^--N，另一方面反硝化菌利用短程硝化SBR反应器2第一次排水中的有机物将厌氧氨氧化过程中产生的NO₃ ^--N和剩余的NO₂ ^--N转化成N₂，出水通过第三出水阀4.5排出。

本发明还提供了一种分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的方法，其具体的启动和操作步骤如下：

1)系统启动：将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器2，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L；将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4，使反应器内污泥浓度达到3000～4000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水箱1，启动第一进水泵2.1将城市污水抽入短程硝化SBR反应器2；短程硝化SBR反应器2运行时，污泥龄控制在10～20d；每周期先缺氧搅拌30～90min，沉淀排水，排水比为20％～35％，出水经第一出水阀2.7排入调节水箱3；然后再曝气搅拌90～180min，并控制短程硝化SBR应器2内溶解氧浓度为0.3～1mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为20％～35％，出水经第二出水阀2.8排入调节水箱3；

启动第二进水泵4.1将调节水箱中的短程硝化SBR反应器2两次排水后的混合液抽入厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4运行时，每周期缺氧搅拌120～300min，当pH曲线出现拐点后，沉淀排水，排水比为40％～70％，出水排入出水水箱5；

厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4运行时，通过调整第一出水阀2.7和第二出水阀2.8的排水时间，将调节水箱3中NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.5～1.8；当NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比小于1.5时，增加第二出水阀2.8的排水时间，当两者质量浓度比大于1.8时，减少第二出水阀2.8的排水时间。

本发明的分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法，具有以下优点：

1半短程硝化是厌氧氨氧化能否进行的关键。分段排水式短程硝化可通过调控两次排水的体积比，保证短程硝化反应器出水中NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比维持在1.3左右，以便于后续厌氧氨氧化过程的顺利进行。

2原水中的有机物可通过短程硝化反应器的第一次排水进入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器，保证系统进行深度脱氮所需的有机碳源。

3短程硝化反应器在缺氧段和好氧段进行两次排水，可在实现稳定短程硝化的基础上，为后续的厌氧氨氧化过程提供稳定的NO₂ ^--N和NH₄ ⁺-N，为反硝化过程提供有机碳源，实现了原水中碳源的高效利用。

综上，本发明提供的一种分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置和方法，将短程硝化、厌氧氨氧化、反硝化技术应用于低碳污水的深度脱氮过程中，不但工艺流程简单，且与传统脱氮除磷工艺相比可降低耗氧量、耗能量、不需外加碳源，是一种具有实际应用价值的污水处理工艺。

附图说明

图1为本发明分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮装置的结构示意图。

图中1为城市污水原水箱；2为短程硝化SBR反应器；3为调节水箱；4为厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器；5出水水箱；1.1为第一溢流管；1.2为第一放空管；2.1为第一进水泵；2.2为第一搅拌器；2.3为第一搅拌桨；2.4为气泵；2.5为气体流量计；2.6为曝气头；2.7为第一出水阀；2.8为第二出水阀；2.9为第一取样口；2.10为第一排泥口；2.11为pH仪；2.12为第一pH探头；2.13为DO探头；3.1为第二溢流管；3.2为第二放空管；4.1为第二进水泵；4.2为第二搅拌器；4.3为第二搅拌桨；4.4为第二取样口；4.5为第三出水阀；4.6为第二排泥口；4.7为pH/DO仪；4.8为第二pH探头；5.1为第三溢流管；5.2为第三放空管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：如图1所示，分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行低碳污水深度脱氮的装置，其特征在于，包括城市污水原水箱1、短程硝化SBR反应器2、调节水箱3、厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4、出水水箱5；其中所述城市污水原水箱1通过第一进水泵2.1与短程硝化SBR反应器2相连接；短程硝化SBR反应器2第一出水阀2.7与调节水箱3相连接；短程硝化SBR反应器2第二出水阀2.8与调节水箱3相连接；调节水箱3通过第二进水泵4.1与厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4第一出水阀4.5与出水水箱5相连接；

试验过程中，具体实验用水取自北京工业大学家属区生活污水，具体水质如下：COD浓度为178～298mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为45～71mg/L，NO₂ ^--N浓度＜1mg/L，NO₃ ^--N浓度0.1～1.4mg/L，PO₄ ^3--P浓度4.3～7.6mg/L，pH值为7.3～7.6。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制作，短程硝化SBR反应器2有效容积为9L，,厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4有效容积为9L。

具体运行操作如下：

1)系统启动：将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器2，接种后反应器内活性污泥浓度达到3000mg/L；将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4，使反应器内污泥浓度达到3500mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水箱1，启动第一进水泵2.1将4L城市污水抽入短程硝化SBR反应器2；短程硝化SBR反应器2运行时，污泥龄控制在15d，每天运行4个周期，每周期先缺氧搅拌150min，沉淀排水，排水比为22％，出水经第一出水阀2.7排入调节水箱3；再曝气搅拌180min，并控制短程硝化SBR反应器2内溶解氧浓度为0.8mg/L，沉淀排水，排水比为28％，出水第二出水阀2.8排入调节水箱3；启动第二进水泵4.1将4L调节水箱中的短程硝化SBR反应器2两次排水后的混合液抽入厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4，厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4运行时，每天运行4个周期，每周期缺氧搅拌300min，沉淀排水，排水比为44％，出水排入经第三出水阀4.5排入出水水箱5；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器4运行时，通过调整第一出水阀2.7和第二出水阀2.8的排水时间，将调节水箱3中NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.5～1.8；当NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比小于1.5时，增加第二出水阀2.8的排水时间，当两者质量浓度比大于1.8时，减少第二出水阀2.8的排水时间。

试验结果表明：运行稳定后，短程硝化SBR反应器第一次排水中COD浓度为82～116mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为45～67mg/L，NO₂ ^--N＜1mg/L，NO₃ ^--N＜1mg/L；短程硝化SBR反应器第二次排水中COD浓度为36～52mg/L，NH₄ ⁺-N浓度＜1mg/L，NO₂ ^--N为13～20mg/L，NO₃ ^--N＜5mg/L；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器出水COD浓度为36～44mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜1mg/L，NO₂ ^--N为＜1mg/L，NO₃ ^--N＜12mg/L，出水可达一级A排放标准。

Claims

1.分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的装置，其特征在于，包括城市污水原水箱(1)、短程硝化SBR反应器(2)、调节水箱(3)、厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)、出水水箱(5)；其中所述城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与短程硝化SBR反应器(2)相连接；短程硝化SBR反应器(2)第一出水阀(2.7)与调节水箱(3)相连接；短程硝化SBR反应器(2)第二出水阀(2.8)与调节水箱(3)相连接；调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)第一出水阀(4.5)与出水水箱(5)相连接；

所述短程SBR反应器(2)内置有第一搅拌浆(2.3)、气泵(2.4)、气体流量计(2.5)、曝气头(2.6)、第一采样口(2.9)、第一出水阀(2.7)、第二出水阀(2.8)、第一排泥口(2.10)；

所述厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)内置有第二搅拌浆(4.3)、第二采样口(4.4)、第三出水阀(4.5)、第二排泥口(4.6)。

2.应用权利要求1所述的分段排水式短程硝化接反硝化厌氧氨氧化进行污水深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下内容：

1)系统启动：将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器(2)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L；将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)，使反应器内污泥浓度达到3000～4000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)将城市污水抽入短程硝化SBR反应器(2)；短程硝化SBR反应器(2)运行时，污泥龄控制在10～20d；每周期先缺氧搅拌30～90min，沉淀排水，排水比为20％～35％，出水经第一出水阀(2.7)排入调节水箱(3)；然后再曝气搅拌90～180min，并控制短程硝化SBR应器(2)内溶解氧浓度为0.3～1mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为20％～35％，出水经第二出水阀(2.8)排入调节水箱(3)；启动第二进水泵(4.1)将调节水箱中的短程硝化SBR反应器(2)两次排水后的混合液抽入厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)运行时，每周期缺氧搅拌120～300min，当pH曲线出现拐点后沉淀排水，排水比为40％～70％，出水经第三出水阀(4.5)排入出水水箱(5)；厌氧氨氧化耦合反硝化SBR反应器(4)运行时，通过调整第一出水阀(2.7)和第二出水阀(2.8)的排水时间，将调节水箱(3)中NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.5～1.8；当NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比小于1.5时，增加第二出水阀(2.8)的排水时间，当两者质量浓度比大于1.8时，减少第二出水阀(2.8)的排水时间。