CN105110572A - 一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低c/n城市污水的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置与方法，属于污水处理领域，城市生活污水首先进入吸附池，通过曝气混合使污水中大部分有机物被活性污泥吸附，沉淀后上清液进入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，部分污泥进入发酵池；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器进水后低氧曝气，进行同步短程硝化厌氧氨氧化；由于短程硝化没有严格控制，会有部分氨氮全程硝化，反应结束后反应器中硝酸盐氮含量很高，此时泵入发酵池上清液，缺氧搅拌，利用发酵液中碳源将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮并与发酵液中氨氮进行厌氧氨氧化反应，实现生活污水中总氮的高效去除。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置与方法，属于污水生物处理技术领域，具体是城市生活污水首先进入吸附池，通过曝气混合使污水中大部分有机物被活性污泥吸附，沉淀后上清液进入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，部分污泥进入发酵池；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器进水后曝气，使氨氮转化为硝酸盐氮，然后泵入发酵池上清液，缺氧搅拌，利用发酵液中碳源将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮并与发酵液中氨氮进行厌氧氨氧化反应，实现生活污水中总氮的高效去除。本发明充分利用生活污水中碳源，污泥产率低，工艺简单易控制，是一种低能耗、高效、稳定的处理低C/N城市污水新途径。
技术背景
随着经济水平迅速发展，污水的排放量也日益增加，而水体中氮、磷过量会导致富营养化等一系列环境问题，严重影响日常生活和水体环境，水体氮、磷排放标准的严格化是当今各国的发展趋势。传统的脱氮方法一般是通过硝化、反硝化过程实现的，在处理低C/N生活污水时，这一过程需要曝气量高、额外投加碳源和碱度，而其污水脱氮效率并不能满足严格的排放标准。研究和开发高效、经济的除磷脱氮工艺已成为当前城市污水处理技术研究的热点。
碳源不足是我国污水处理厂生物脱氮过程中普遍存在的问题，反硝化过程C/N需要大于4以上才能将硝酸盐氮还原为氮气，城市污水中的碳源成分比较复杂，需进一步水解后才能被反硝化菌利用，在此过程中，很大部分进水碳源被用于合成微生物有机体或被以溶解氧为电子受体的微生物所消耗。因此，如何将进水中的碳源富集、优质转化，并应用于反硝化生物脱氮是一个很好的研究方向。
在生物脱氮除磷过程会产生大量剩余污泥，其中含有大量有机物，直接进行焚烧或填埋处理不仅会对环境产生其他方面影响而且也浪费了这部分有机资源。通过微生物的作用将其中蛋白质等复杂有机物转化为短链脂肪酸，再应用于污水生物处理，作为所需的有机碳源，不仅可以减少污泥产量，使污泥得到资源化利用，减少了对环境的污染，又能够节省外加碳源费用，提高了污水生物脱氮效果，是一种污水处理厂提高处理效果、降低运行成本的新途径。
通过异养菌吸附的方式富集城市污水中的有机物，再将剩余污泥发酵后的有机碳源作为低C/N比污水的补充碳源，实现硝化、反硝化与厌氧氨氧化工艺的耦合，可以达到污泥减量和资源化利用。同时厌氧氨氧化工艺在处理低C/N比污水中具有明显优势，其反应在厌氧条件下进行，以NO2 --N为电子受体，将NH4 +-N氧化为N2，过程中无需供氧和有机碳源，厌氧氨氧化菌的代谢活性较高，对基质亲和力较强，节省反应器容积。而采用部分反硝化的方法将废水中的NO3 --N还原为NO2 --N的方法为厌氧氨氧化提供了基质NO2 --N，与短程硝化工艺相比，该方法可以获得稳定的亚硝酸盐积累，而且操作简单容易实现。此方法可以大大降低运行费用，达到污泥减量和资源化的目的，同时提高处理效果，操作易实现，是一种经济高效的低C/N比污水脱氮方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置与方法，具体是城市生活污水首先进入吸附池，通过曝气混合使污水中大部分有机物被活性污泥吸附，沉淀后上清液进入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，部分污泥进入发酵池；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器进水后低氧曝气，进行同步短程硝化厌氧氨氧化；由于短程硝化没有严格控制，会有部分氨氮全程硝化，反应结束后反应器中硝酸盐氮含量很高，此时泵入发酵池上清液，缺氧搅拌，利用发酵液中碳源将硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮并与发酵液中氨氮进行厌氧氨氧化反应，实现生活污水中总氮的高效去除。
一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置，其特征在于：
包括原水箱(1.1)、吸附池(1)、中间水箱(2.1)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、发酵池(3)、污泥脱水机(3.3)、发酵液储备箱(3.5)；原水箱(1.1)通过第一蠕动泵(1.2)与吸附池(1)连接；中间水箱(2.1)通过第一排水阀(1.5)、第二蠕动泵(2.2)与吸附池(1)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)连接；吸附池(1)通过第三蠕动泵(1.6)与发酵池(3)连接；发酵池(3)通过第四蠕动泵(3.2)与污泥脱水机(3.3)连接；发酵液储备箱(3.5)通过第五蠕动泵(3.4)、第六蠕动泵(2.8)与污泥脱水机(3.3)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)连接；吸附池(1)设有曝气头(1.3)、第一排水阀(1.5)；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设有搅拌器(2.3)、曝气头(2.4)、DO在线测定仪(2.7)、第二排水阀(2.9)；发酵池(3)设有搅拌器(3.1)；空气泵(1.4)与曝气头(1.3)连接；空气泵(2.5)通过气体转子流量计(2.6)与曝气头(2.4)连接。
一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种城市污水厂剩余污泥于吸附池中，控制接种后反应器内污泥浓度为2000mg/L～4000mg/L。接种城市污水厂剩余污泥、部分反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥于硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，三种接种污泥质量浓度MLVSS比例为1:1:2～1:1:4，控制接种后反应器内污泥质量浓度为2000mg/L～4000mg/L。接种城市污水厂剩余污泥于发酵池中，控制接种后反应器内污泥质量浓度为10000mg/L～20000mg/L。
2)将城市污水泵入吸附池中，曝气20～60min，控制溶解氧浓度在1～2mg/L，沉淀后将出水排入中间水箱，排水比40％～60％。
3)将中间水箱中污水泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制溶解氧浓度在0.2～0.5mg/L，边曝气边搅拌4～8h。
4)停止曝气，通过蠕动泵将发酵液储备箱中的发酵上清液泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，缺氧搅拌2～4h。沉淀20～60min后排水，排水比40％～60％。
5)将吸附池中部分污泥泵入发酵池中，在密闭的条件下进行厌氧水解酸化产生短链脂肪酸，运行时维持污泥浓度MLSS在10000～20000mg/L，温度控制在25～30℃，反应过程中进行厌氧搅拌，调节搅拌器转速为100～150r/min，厌氧水解酸化时间为5～7天，然后将泥水混合液泵入污泥脱水机。
6)污泥脱水机利用离心沉降的原理将污泥和发酵液进行分离，脱水后的发酵液通过管道由蠕动泵送入发酵液储备箱中。
所述的步骤1)中部分反硝化污泥能在反硝化过程中将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，转化百分比稳定维持在80％～90％；
所述的步骤2)中的城市污水为低C/N比污水，NH4 +-N＝50～80mg/L,COD＝100～280mg/L；
技术原理
一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置与方法解决了城市污水C/N不足的问题。城市污水中大部分有机物难以直接生物降解，因此利用异养菌吸附部分有机物，然后将吸附后的污泥发酵产酸提供碳源，充分利用了城市污水中的碳源。吸附有机物后的污水泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，先低氧曝气，进行短程硝化反应将污水中氨氮氧化为亚硝酸盐氮，同时进行厌氧氨氧化反应自养脱氮，然后泵入发酵上清液，利用接种的具有高亚硝酸盐积累率的反硝化污泥及发酵液中的有机物，将反应器内的硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时利用接种的厌氧氨氧化污泥，同步将发酵液中的氨氮去除，实现低C/N城市污水的高效脱氮。
本发明涉及的一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置与方法具有以下优点：
1)利用活性污泥吸附污水中有机物，不仅提高了城市污水中有机物的可生物降解性，还大大提高了污泥发酵产酸率，利用污水厂自身排放的污泥产碳源，降低运行成本，同时实现污泥减量；
2)硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中短程硝化过程只通过低溶解氧控制，不需要严格的短程硝化，亚硝酸盐积累率在40～70％即可，反应条件易控制；
3)硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器可将发酵液中的高浓度氨氮去除，无需通过投加药剂等操作来降低发酵液中氨氮的浓度，节省运行费用，简化操作过程；
4)硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中反硝化菌有较高的亚硝酸盐积累率，运行效果稳定，反硝化菌将厌氧氨氧化反应产生的硝酸盐氮还原，提高出水水质；
5)整个系统运行操作简单，处理效果好，出水总氮维持在较低水平。
附图说明
图1是碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺装置结构示意图。
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：
如图1所示，一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置，其特征在于：包括原水箱(1.1)、吸附池(1)、中间水箱(2.1)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、发酵池(3)、污泥脱水机(3.3)、发酵液储备箱(3.5)；原水箱(1.1)通过第一蠕动泵(1.2)与吸附池(1)连接；中间水箱(2.1)通过第一排水阀(1.5)、第二蠕动泵(2.2)与吸附池(1)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)连接；吸附池(1)通过第三蠕动泵(1.6)与发酵池(3)连接；发酵池(3)通过第四蠕动泵(3.2)与污泥脱水机(3.3)连接；发酵液储备箱(3.5)通过第五蠕动泵(3.4)、第六蠕动泵(2.8)与污泥脱水机(3.3)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)连接；吸附池(1)设有曝气头(1.3)、第一排水阀(1.5)；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设有搅拌器(2.3)、曝气头(2.4)、DO在线测定仪(2.7)、第二排水阀(2.9)；发酵池(3)设有搅拌器(3.1)；空气泵(1.4)与曝气头(1.3)连接；空气泵(2.5)通过气体转子流量计(2.6)与曝气头(2.4)连接。
一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的方法，步骤如下：
1)接种城市污水厂剩余污泥于吸附池中，控制接种后反应器内污泥浓度为2000mg/L～4000mg/L。接种城市污水厂剩余污泥、部分反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥于硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，三种接种污泥质量浓度MLVSS比例为1:1:2～1:1:4，控制接种后反应器内污泥质量浓度为2000mg/L～4000mg/L。接种城市污水厂剩余污泥于发酵池中，控制接种后反应器内污泥质量浓度为10000mg/L～20000mg/L。
2)将城市污水泵入吸附池中，曝气20～60min，控制溶解氧浓度在1～2mg/L，沉淀后将出水排入中间水箱，排水比40％～60％。
3)将中间水箱中污水泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制溶解氧浓度在0.2～0.5mg/L，边曝气边搅拌4～8h。
4)停止曝气，通过蠕动泵将发酵液储备箱中的发酵上清液泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，缺氧搅拌2～4h。沉淀20～60min后排水，排水比40％～60％。
5)将吸附池中部分污泥泵入发酵池中，在密闭的条件下进行厌氧水解酸化产生短链脂肪酸，运行时维持污泥浓度MLSS在10000～20000mg/L，温度控制在25～30℃，反应过程中进行厌氧搅拌，调节搅拌器转速为100～150r/min，厌氧水解酸化时间为5～7天，然后将泥水混合液泵入污泥脱水机。
6)污泥脱水机利用离心沉降的原理将污泥和发酵液进行分离，脱水后的发酵液通过管道由蠕动泵送入发酵液储备箱中。
所述的步骤1)中部分反硝化污泥能在反硝化过程中将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，转化百分比稳定维持在80％～90％；
所述的步骤2)中的城市污水为低C/N比污水，NH4 +-N＝50～80mg/L,COD＝100～280mg/L；
具体包括以下过程：
实验所用原水采用北京工业大学家属院生活污水，主要参数为：COD＝200～300mg/L，NH4 +-N＝60～85mg/L，TN＝60～90mg/L；其COD与氨氮的质量浓度之比在2.2～3.5之间，属于典型的低C/N比城市污水；原水收集到原水箱中。
接种城市污水厂剩余污泥于吸附池中，接种后反应器内污泥浓度为2980mg/L。接种城市污水厂剩余污泥、部分反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥于硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，三种接种污泥质量浓度MLVSS比例为1:1:3，接种后反应器内污泥浓度为3150mg/L；其中，接种的部分反硝化污泥来自运行1年以上的反硝化反应器，该污泥具有不完全反硝化特性，在有机碳源浓度较低情况下，只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐，其亚硝酸盐积累率达到80％。接种城市污水厂剩余污泥于发酵池中，接种后反应器内污泥质量浓度为13200mg/L。
吸附池采用SBR反应器，该反应器有效容积12L，每周期处理总水量为6L。原水箱中低碳氮比城市生活污水通过蠕动泵进入吸附池中，进水后曝气30min，溶解氧浓度为1.5mg/L，此时反应器中COD平均浓度为98.3mg/L，氨氮平均浓度为63.75mg/L。静沉30min后将上清液排入中间水箱，排水比50％。
硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器采用SBR反应器，该反应器有效容积12L，每周期处理总水量为6L。中间水箱中污水通过蠕动泵进入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，进水体积5.5L。进水后开始曝气，通过气体转子流量计和DO在线监测仪控制溶解氧浓度为0.5mg/L，并开始搅拌，反应时间6h，此时反应器中氨氮平均浓度为0.13mg/L，亚硝酸盐氮平均浓度为0.14mg/L，硝酸盐氮平均浓度为25.91mg/L。然后将发酵液储备箱中的发酵上清液泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，进水体积0.5L，进水后缺氧搅拌3h。反应器中氨氮平均浓度为1.02mg/L，亚硝酸盐氮平均浓度为0.21mg/L，硝酸盐氮平均浓度为1.11mg/L，COD平均浓度44.75mg/L。静沉30min后排水，排水比50％。
发酵池采用SBR反应器，该反应器有效容积6L，每周期从吸附池中泵入剩余污泥2L，控制反应器温度30℃，pH＝10，厌氧搅拌6天，然后将泥水混合液排至污泥脱水机。将分离后的发酵上清液泵入发酵液储备箱，上清液中氨氮平均浓度479.91mg/L，SCOD平均浓度3021mg/L。
连续实验结果表明：
吸附池污泥浓度控制在2980mg/L，进水6L，曝气30min；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器污泥浓度控制在3150mg/L，先低氧曝气、搅拌6h，溶解氧浓度控制在0.5mg/L，然后缺氧搅拌3h；发酵池污泥质量浓度控制在13200mg/L，温度控制在30℃，pH＝10，厌氧搅拌6天；出水氨氮<1.5mg/L，总氮<5mg/L，总氮去除率达到90％～95％，能够实现低碳氮比城市生活污水稳定高效脱氮。
Claims (2)
1.一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的装置，其特征在于：
包括原水箱(1.1)、吸附池(1)、中间水箱(2.1)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、发酵池(3)、污泥脱水机(3.3)、发酵液储备箱(3.5)；原水箱(1.1)通过第一蠕动泵(1.2)与吸附池(1)连接；中间水箱(2.1)通过第一排水阀(1.5)、第二蠕动泵(2.2)与吸附池(1)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)连接；吸附池(1)通过第三蠕动泵(1.6)与发酵池(3)连接；发酵池(3)通过第四蠕动泵(3.2)与污泥脱水机(3.3)连接；发酵液储备箱(3.5)通过第五蠕动泵(3.4)、第六蠕动泵(2.8)与污泥脱水机(3.3)、硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)连接；吸附池(1)设有曝气头(1.3)、第一排水阀(1.5)；硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设有搅拌器(2.3)、曝气头(2.4)、DO在线测定仪(2.7)、第二排水阀(2.9)；发酵池(3)设有搅拌器(3.1)；空气泵(1.4)与曝气头(1.3)连接；空气泵(2.5)通过气体转子流量计(2.6)与曝气头(2.4)连接。
2.一种碳源吸附/硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化耦合工艺处理低C/N城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种城市污水厂剩余污泥于吸附池中，控制接种后反应器内污泥浓度为2000mg/L～4000mg/L；接种城市污水厂剩余污泥、部分反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥于硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，三种接种污泥质量浓度MLVSS比例为1:1:2～1:1:4，控制接种后反应器内污泥质量浓度为2000mg/L～4000mg/L；接种城市污水厂剩余污泥于发酵池中，控制接种后反应器内污泥质量浓度为10000mg/L～20000mg/L；
2)将城市污水泵入吸附池中，曝气20～60min，控制溶解氧浓度在1～2mg/L，沉淀后将出水排入中间水箱，排水比40％～60％；
3)将中间水箱中污水泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制溶解氧浓度在0.2～0.5mg/L，边曝气边搅拌4～8h；
4)停止曝气，通过蠕动泵将发酵液储备箱中的发酵上清液泵入硝化/部分反硝化/厌氧氨氧化反应器，缺氧搅拌2～4h；沉淀20～60min后排水，排水比40％～60％；
5)将吸附池中部分污泥泵入发酵池中，在密闭的条件下进行厌氧水解酸化产生短链脂肪酸，运行时维持污泥浓度MLSS在10000～20000mg/L，温度控制在25～30℃，反应过程中进行厌氧搅拌，调节搅拌器转速为100～150r/min，厌氧水解酸化时间为5～7天，然后将泥水混合液泵入污泥脱水机；
6)污泥脱水机利用离心沉降的原理将污泥和发酵液进行分离，脱水后的发酵液通过管道由蠕动泵送入发酵液储备箱中；
所述的步骤1)中部分反硝化污泥能在反硝化过程中将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，转化百分比稳定维持在80％～90％；
所述的步骤2)中的城市污水为低C/N比污水，NH4 +-N＝50～80mg/L,COD＝100～280mg/L。
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2015
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