CN105481093B - 连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法 - Google Patents

连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法 Download PDF

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Abstract

连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法，属于污水生物处理领域。系统包括原水水箱、连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器、在线监测及反馈系统、竖流式沉淀池；将活性污泥和生物膜相结合，在活性污泥中实现短程硝化，在生物膜中实现厌氧氨氧化，解决短程硝化和厌氧氨氧化之间的污泥龄矛盾，增强稳定性，提高效率；将在线监测及反馈系统用于好氧段的溶解氧控制，并结合水力停留时间的实时控制，解决连续流短程硝化的难以稳定维持以及半短程难以实现的问题；将好氧缺氧交替的运行方式应用于连续流系统中，解决抑制亚硝酸盐氧化菌的问题；将原水分段进入到各缺氧段，利用原水中的碳源进行反硝化，解决硝态氮的问题。

Description

连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统 和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理领域，尤其涉及一种连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法。
背景技术
改革开放后，我国经济持续快速发展，居民生活水平不断提高，生活污水的产生量也逐年增加，排入水体的污染物对环境造成了的巨大影响，国内各湖泊和淡水河流不同程度地出现了富营养化现象。为解决城市污水对环境的影响，我国各城市进行了污水处理厂的大规模建造，将污水处理达标之后排放水体，缓解环境压力。但是目前国内污水处理厂普遍采用传统的硝化反硝化处理工艺进行氮素的脱除，由于污水中自身的可生物降解有机质不足以提供足够的碳源进行反硝化，在污水处理过程中普遍投加乙醇、甲醇等外碳源，增加了运行费用，同时传统的曝气环节缺乏过程控制，耗费大量能源。随着国家对排放标准的进一步提高，传统工艺的弊端进一步显现，在新的形势下亟需开发节能高效的新污水处理工艺。
厌氧氨氧化菌的发现为污水处理领域的技术改革指明了方向，厌氧氨氧化工艺与传统脱氮工艺相比存在显著优势：(1)与传统工艺相比节约60％曝气量；(2)以自养方式脱氮，不需要投加外碳源，节省费用并避免二次污染；(3)厌氧氨氧化工艺多采用颗粒污泥和生物膜的形式运行，水力停留时间短，处理负荷高，工艺占地面积小。
目前关于厌氧氨氧化污水脱氮工艺的研究，主要有以下几个特点：(1)高氨氮研究相对比较成熟，实际工程应用也比较多；(2)低氨氮污水的厌氧氨氧化工艺研究逐渐引起各国研究人员重视，相关研究逐渐增多，但实际应用几乎没有；(3)低氨氮厌氧氨氧化工艺研究的主要难点在于短程硝化的实现和稳定维持；(4)低氨氮污水尤其是城市生活污水存在水量大、水质波动大、冬季水温较低的特点，一定程度也限制了厌氧氨氧化在城市污水处理领域的应用。
因而，现阶段需要解决的一个技术问题是：如何开发一种可靠的措施，以解决现存技术中存在的问题。连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化系统，通过在线监测及反馈系统实现好氧段的低氧曝气，实现短程的稳定维持，然后通过生物膜厌氧氨氧化作用大幅降低总氮，并结合分段进水利用原水中的碳源将厌氧氨氧化产生的硝态氮进一步地反硝化，最终实现城市污水的高标准、高效率、低能耗的处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法，将短程硝化和厌氧氨氧化应用于连续流城市污水处理，实现城市污水的低耗高效处理。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，通过在线监测及反馈系统控制该工艺好氧段维持低氧状态实现稳定的短程硝化，在缺氧段放置固定式海绵填料利于厌氧氨氧化菌挂膜长期持留，通过分段进水的形式利用原水中的碳源将厌氧氨氧化产生的硝态氮进一步反硝化掉，最终实现短程硝化/厌氧氨氧化在该系统的高效稳定运行。
该工艺包括原水水箱、连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器、在线监测及反馈系统、竖流式沉淀池；其中所述原水水箱通过三个进水泵与连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器的三个缺氧段相连；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器内部共分为15个格室，15个格室依次为缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格-缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格-缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格，泥水混合液以推流方式依次通过各格室，在好氧格内实现半短程硝化，在缺氧格中实现厌氧氨氧化和反硝化；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器缺氧格内设置固定式海绵填料；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器的泥水混合液以重力流进入竖流式沉淀池；所述竖流式沉淀池内进行泥水分离，上清液通过出水口排出系统，底部活性污泥一部分回流至连续流分段进水短程反硝化/厌氧氨氧化反应器的第一格，一部分以剩余污泥的形式排出系统。
进一步地，所述的连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述的连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器内设有15个格室，设有三个进水泵，并且原水通过三个进水泵分段进入(2.1)(2.6)(2.11)三个缺氧格；所述反应器内缺氧格设有固定式海绵填料、潜水式搅拌器；所述反应器内好氧格设有气泵、气体流量计、曝气头、搅拌器。
进一步地，所述的连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于缺氧格放置的固定式海绵填料的材质为聚乙烯，比表面积为400-500m2/m3，填充比在30％-50％。
进一步地，所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于所述竖流式沉淀池设有进水管、溢流堰、污泥回流管、剩余污泥排放管、出水口。
进一步地，所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于所述在线监测及反馈系统包括计算机、溶解氧DO传感器、溶解氧DO测定仪、NH4 +-N传感器、NH4 +-N测定仪、NO2 --N传感器、NO2 --N测定仪、数据传输线、数据传输接口、执行机构、曝气控制线、进水控制线、进水继电器、曝气继电器。
本发明还提供了一种连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的方法，包括：
将城市污水处理厂剩余污泥或者短程硝化污泥投加至连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为1:1:1，控制污泥回流比为100％-150％，使得反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；初始阶段不在缺氧段放置填料，向原水水箱中投加乙酸钠使得C/N比在3-4，确保各段的缺氧格反硝化彻底；通过在线监测及反馈系统控制好氧段的DO＝0.5-2.0mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，通过排泥控制活性污泥的污泥龄介于10-15天，当好氧格流入缺氧格的泥水混合液中NO2 --N与NH4 +-N浓度之比在1-1.5之间，NO2 --N积累率>80％，完成短程硝化的启动；短程硝化启动成功之后将已经挂好厌氧氨氧化生物膜的固定式海绵填料放置于各缺氧格，同时停止向原水中投加乙酸钠，当(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格各自的出水中NH4 +-N浓度<1mg/L，NO2 --N浓度<2mg/L，NO3 --N<3mg/L时完成连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化工艺的启动。
反应器启动成功之后，系统正式运行，原水分三段进入(2.1)(2.6)(2.11)三个缺氧格，在好氧格进行半短程硝化，通过在线监测及反馈系统调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧段出水中NO2 --N与NH4 +-N浓度之比在1-1.5，之后进入(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格进行厌氧氨氧化反应，降低混合液中的总氮，(2.5)、(2.10)缺氧格的出水进入放有填料的缺氧格利用原水中的碳源继续进行反硝化，将厌氧氨氧化出水中的NO3 --N反硝化为N2或者将NO3 --N反硝化为NO2 --N与进水的NH4 +-N进行厌氧氨氧化反应，最终通过短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。
综上，本发明提供的连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法，，将短程硝化和厌氧氨氧化应用于生活污水的深度脱氮处理中，相较于转筒脱氮工艺，使得耗氧量降低60％，同时无需投加外碳源和中和剂，节约运行费用和能源。
将硝化细菌和厌氧氨氧化菌分别以活性污泥和生物膜的形式并存于本发明的系统之中，克服了单个污泥系统中短程硝化需要短污泥龄淘洗亚硝酸盐氧化菌和厌氧氨氧化菌生长缓慢需要长污泥龄的矛盾，最终实现短程硝化和厌氧氨氧化在该系统的稳定高效运行。
附图说明
图1是本发明连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步地详细说明。
如图1所示结构示意图，1为生活污水原水水箱；2为连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化工艺主体反应器；3为竖流式沉淀池；其中1.1为溢流管，1.2为放空管，1.3为进水总管；2.1为缺氧格，2.2为好氧格，2.3为好氧格，2.4为好氧格，2.5为缺氧格，2.6为缺氧格，2.7为好氧格，2.8为好氧格，2.9为好氧格，2.10为缺氧格，2.11为缺氧格，2.12为好氧格，2.13为好氧格。2.14为好氧格，2.15为缺氧格，2.16为出水口，2.17为固定式海绵填料，2.18为一段进水泵，2.19为二段进水泵，2.20为三段进水泵，2.21为气泵，2.22为搅拌器；3.1为计算机，3.2为溶解氧DO测定仪，3.3为DO传感器，3.4为NH4 +-N测定仪，3.5为NO2 --N测定仪，3.6为NH4 +-N传感器，3.7为NO2 --N传感器，3.8为数据传输接口，3.9为执行机构，3.10为曝气控制线，3.11为进水控制线；4.1为布水口，4.2为溢流堰，4.3为污泥回流管线，4.4为剩余污泥排放管，4.5为沉淀池出水口。
所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统包括原水水箱、连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器、在线监测及反馈系统、竖流式沉淀池；其中所述原水水箱通过三个进水泵与连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器的三个缺氧段相连；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器内部共分为15个格室，15个格室依次为缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格-缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格-缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格，泥水混合液以推流方式依次通过各格室，在好氧格内实现半短程硝化，在缺氧格中实现厌氧氨氧化和反硝化；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器缺氧格内设置固定式海绵填料；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器的泥水混合液以重力流进入竖流式沉淀池；所述竖流式沉淀池内进行泥水分离，上清液通过出水口排出系统，底部活性污泥一部分回流至连续流分段进水短程反硝化/厌氧氨氧化反应器的第一格，一部分以剩余污泥的形式排出系统；所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管；
所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器内设有15个格室，设有三个进水泵，并且原水通过三个进水泵分段进入(2.1)(2.6)(2.11)三个缺氧格；所述反应器内缺氧格设有固定式海绵填料、潜水式搅拌器；所述反应器内好氧格设有气泵、气体流量计、曝气头、搅拌器；所述竖流式沉淀池设有进水管、溢流堰、污泥回流管、剩余污泥排放管、出水口；所述在线监测及反馈系统包括计算机、溶解氧DO传感器、溶解氧DO测定仪、NH4 +-N传感器、NH4 +-N测定仪、NO2 --N传感器、NO2 --N测定仪、数据传输线、数据传输接口、执行机构、曝气控制线、进水控制线、进水继电器、曝气继电器。
城市污水在此工艺的处理流程为：原水分三段进入(2.1)(2.6)(2.11)三个缺氧格，在好氧格进行半短程硝化，使得好氧段出水中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5，之后进入(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格进行厌氧氨氧化反应，降低混合液中的总氮，(2.5)、(2.10)缺氧格出水进入放有填料的缺氧格利用原水中的碳源继续进行反硝化，将厌氧氨氧化出水中的NO3 --N反硝化为N2或者将NO3 --N反硝化为NO2 --N与进水的NH4 +-N进行厌氧氨氧化反应，最终通过短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。
处理城市污水的方法具体包括以下步骤：
将城市污水处理厂剩余污泥或者短程硝化污泥投加至连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为1:1:1，控制污泥回流比为100％-150％，使得反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；初始阶段不在缺氧段放置填料，向原水水箱中投加乙酸钠使得C/N比在3-4，确保各段的缺氧格反硝化彻底；通过在线监测及反馈系统控制好氧段的DO＝0.5-2.0mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，通过排泥控制活性污泥的污泥龄介于10-15天，当好氧格流入缺氧格的泥水混合液中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5之间，NO2 --N积累率>80％，完成短程硝化的启动；短程硝化启动成功之后将已经挂好厌氧氨氧化生物膜的固定式海绵填料放置于各缺氧格，同时逐渐降低原水箱中投加乙酸钠的量直到不投加，当(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格各自的出水中NH4 +-N浓度<1mg/L，NO2 --N浓度<2mg/L，NO3 --N<3mg/L时完成连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化工艺的启动。
反应器启动成功之后，系统正式运行，原水分三段进入(2.1)(2.6)(2.11)三个缺氧格，在好氧格进行半短程硝化，通过在线监测及反馈系统调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧段出水中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5，之后进入(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格进行厌氧氨氧化反应，降低混合液中的总氮，(2.5)、(2.10)缺氧格出水进入放有填料的缺氧格利用原水中的碳源继续进行反硝化，将厌氧氨氧化出水中的NO3 --N反硝化为N2或者将NO3 --N反硝化为NO2 --N与进水的NH4 +-N进行厌氧氨氧化反应，最终通过短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。
具体试验用水取自北京工业大学家属区生活污水其水质如下：COD120mg/L～270mg/L；NH4 +-N 40mg/L～75mg/L；NO2 --N<1mg/L；NO3 --N0.12mg/L～1.0mg/L；P 4mg/L～7mg/L。试验系统如附图所示。
具体运行操作如下：
1)将城市污水处理厂剩余污泥或者短程硝化污泥投加至连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为1:1:1，控制污泥回流比为100％-150％，使得反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；
2)初始阶段不在缺氧段放置填料，向原水水箱中投加乙酸钠使得C/N比在3-4，确保各段的缺氧格反硝化彻底；通过在线监测及反馈系统控制好氧段的DO＝0.5-2.0mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，通过排泥控制活性污泥的污泥龄介于10-15天，当好氧格流入缺氧格的泥水混合液中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5之间，NO2 --N积累率>80％，完成短程硝化的启动；
3)短程硝化启动成功之后将已经挂好厌氧氨氧化生物膜的固定式海绵填料放置于各缺氧格，停止向原水中投加乙酸钠，当(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格各自的出水中NH4 +-N浓度<1mg/L，NO2 --N浓度<2mg/L，NO3 --N<3mg/L时完成连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化工艺的启动。
4)反应器启动成功之后，系统正式运行，原水分三段进入(2.1)(2.6)(2.11)三个缺氧格，在好氧格进行半短程硝化，通过在线监测及反馈系统调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧段出水中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5，之后进入(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格进行厌氧氨氧化反应，降低混合液中的总氮，(2.5)、(2.10)缺氧格出水进入放有填料的缺氧格利用原水中的碳源继续进行反硝化，将厌氧氨氧化出水中的NO3 --N反硝化为N2或者将NO3 --N反硝化为NO2 --N与进水的NH4 +-N进行厌氧氨氧化反应，最终通过短程硝化-厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。
以上对本发明所提供的连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法进行了详细介绍，本文中应用具体个例对本发明的原理及实施方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想；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范围上均会有改变之初，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的方法，所应用的系统包括原水水箱、连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器、在线监测及反馈系统、竖流式沉淀池；其中所述原水水箱通过三个进水泵与连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器的三个缺氧段的第一格室相连；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器内部共分为15个格室，依次为缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格-缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格-缺氧格-好氧格-好氧格-好氧格-缺氧格，命名依次为(2.1)-(2.15)；泥水混合液以推流方式依次通过各格室，在好氧格内实现半短程硝化，在缺氧格中实现厌氧氨氧化和反硝化；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器缺氧格内设置固定式海绵填料；所述连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器的泥水混合液以重力流进入竖流式沉淀池；所述竖流式沉淀池内进行泥水分离，上清液通过出水口排出系统，底部活性污泥一部分回流至连续流分段进水短程反硝化/厌氧氨氧化反应器的第一格，一部分以剩余污泥的形式排出系统；
其特征在于，包括：
将城市污水处理厂剩余污泥或者短程硝化污泥投加至连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为1:1:1，控制污泥回流比为100％-150％，使得反应器内污泥质量浓度MLSS＝2000-5000mg/L；初始阶段不在缺氧段放置填料，向水箱中投加乙酸钠使得C/N比在3-4，以便在缺氧区进行反硝化；通过在线监测及反馈系统控制好氧段的DO＝0.5-2.0mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，通过排泥控制活性污泥的污泥龄介于10-15天，当好氧格流入缺氧格的泥水混合液中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5之间，NO2 --N积累率>80％，完成短程硝化的启动；短程硝化启动成功之后将已经挂好厌氧氨氧化生物膜的固定式海绵填料放置于各缺氧格，同时停止向原水中投加乙酸钠，当(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格各自的出水中NH4 +-N质量浓度<1mg/L，NO2 --N质量浓度<2mg/L，NO3 --N<3mg/L时完成连续流分段进水短程硝化/厌氧氨氧化工艺的启动；
反应器启动成功之后，系统正式运行，原水分三段进入三个缺氧格，在好氧格进行半短程硝化，通过在线监测及反馈系统调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧段出水中NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比在1-1.5，之后进入(2.5)、(2.10)、(2.15)三个缺氧格进行厌氧氨氧化反应，降低混合液中的总氮，(2.5)、(2.10)缺氧格的出水进入放有填料的缺氧格利用原水中的碳源继续进行反硝化，将厌氧氨氧化出水中的NO3 --N反硝化为N2或者将NO3 --N反硝化为NO2 --N与进水的NH4 +-N进行厌氧氨氧化反应。
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