CN106006967B - 短程硝化-anammox-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法 - Google Patents

短程硝化-anammox-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种短程硝化‑ANAMMOX‑短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法，污泥消化液进入短程硝化反应器将部分的氨氮转化为亚硝酸盐氮，泵入ANAMMOX反应器进行去除，其含有硝酸盐氮的出水与生活污水进入短程反硝化反应器，在生活污水中有机碳源下，将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，再回流到ANAMMOX反应器与生活污水中氨氮同步去除，从而实现同步深度处理污泥厌氧消化液和城市污水。本发明氮素去除率高，出水无需后续处理即可排放，解决了高氨氮低碳氮比污泥消化液ANAMMOX处理出水含有过量硝酸盐的难题，同时实现了对城市污水的同步处理，大大降低污水处理厂的运行费用。

Description

短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化 液和城市污水的方法
技术领域
本发明涉及一种同步低碳氮(C/N)比污泥消化液和城市生活污水脱氮技术，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
城市污水处理厂污泥厌氧消化过程中，微生物通过脱氨基作用将污泥中的有机氮释放到上清液中，导致消化液中氨氮浓度高达600mg/L以上；另外，由于产甲烷菌将消化过程中有机物消耗，使得消化液中有机物浓度大大降低，因此，污泥消化液成为典型的高氨氮低碳氮比废水。虽然其水量只占整个污水处理厂的2％左右，但是氨氮负荷占整个污水处理厂的15％～25％。传统方法将消化污泥脱水液直接回流到污水处理厂前端与原水一并处理，大大增加了反应区的氮素负荷，导致脱氮除磷效果难以提高，合理、高效的污泥厌氧消化液旁侧处理技术对提高污水处理厂出水水质有重要意义。
厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸氮为电子受体，氨氮为电子供体，将亚硝酸氮和氨氮同时转化为氮气的过程。该技术具有无需有机碳源、曝气能耗低和污泥产量小等优点。污泥厌氧消化液在硝化过程由于较高的游离氨浓度，容易形成稳定的亚硝酸盐积累。因此，短程硝化+厌氧氨氧化自养脱氮技术常常用于高氨氮的污泥厌氧消化液的旁侧处理。然而，厌氧氨氧化菌在将氨氮和亚硝酸盐氮转化为氮气的过程中会产生一定量的硝酸盐氮(约占进水总氮的10％-12％)，因此在利用该技术处理高氮素的污泥厌氧消化液时，其出水中仍含有大量的硝酸盐氮，影响脱氮效率，需要进一步的处理才能排放。
而短程反硝化工艺可以将硝酸盐高效转化为亚硝酸盐。本课题组在长期试验过程中证明了短程反硝化可以稳定维持，因此，如果将厌氧氨氧化出水中含有的过量硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，再通过厌氧氨氧化作用与氨氮同步去除，可以实现污泥厌氧消化液的深度脱氮。
另外，由于短程反硝化过程需要电子供体，一般需要投加外碳源，这一定程度上增加了运行费用。城市生活污水中含有大量可被微生物利用的易降解有机物，其可以作为短程反硝化过程的电子供体。因此，利用城市污水作为短程反硝化过程所需有机物来源，可以无需外碳源的投加，还可实现对城市污水中氨氮的同步去除，是一种节省运行费用和能耗、提高脱氮效率的新型污水处理技术，为高氨氮废水和城市污水脱氮提供了经济高效的新途径。
发明内容
本发明提出了一种新型的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法，具体是将污泥消化液进入短程硝化反应器将一半的氨氮转化为亚硝酸盐氮，其出水进入ANAMMOX反应器进行氮素去除，其含有硝酸盐氮的出水进入短程反硝化反应器，利用城市污水中易降解有机碳源，将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，出水再回流到ANAMMOX反应器与城市污水中氨氮得到同步去除，从而实现深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、ANAMMOX反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化反应器(6)、城市污水储备箱(7)和第三中间水箱(8)；短程硝化反应器(2)设有气泵(2.1)、曝气头(2.2)、第一取样口(2.3)、第一排水口(2.4)、第一排水阀(2.5)、短程硝化进水口(2.6)、碱度投加口(2.7)、碱度储备箱(2.8)、第一蠕动泵(2.9)、pH监测装置(2.10)和第一搅拌器(2.11)；厌氧氨氧化反应器(4)设有第一放空管(4.1)、第一进水口(4.2)、第二进水口(4.3)、第二取样口(4.4)、第一回流口(4.5)、第一回流泵(4.6)、第二回流口(4.7)、第二回流泵(4.8)、三相分离器(4.9)、排气口(4.10)、气袋(4.11)和第二排水口(4.12)；短程反硝化反应器(6)设有第二放空管(6.1)、第三取样口(6.2)、第三排水口(6.3)、第二排水阀(6.4)、第二进水泵(6.5)、第三蠕动泵(6.6)和第二搅拌器(6.7)；
原水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与短程硝化进水口(2.6)相连；碱度储备箱(2.8)通过第一蠕动泵(2.9)与短程硝化反应器(2)碱度投加口(2.7)相连；第一中间水箱(3)通过第二蠕动泵(3.1)与厌氧氨氧化反应器(4)第一进水口(4.2)相连；厌氧氨氧化反应器(4)第一回流口(4.5)通过第一回流泵(4.6)与第二进水口(4.3)相连，第二回流口(4.7)通过第二回流泵(4.8)与第二中间水箱(5)相连；第二中间水箱(5)通过第二蠕动泵(6.5)与短程反硝化反应器(6)相连；城市污水储备箱(7)通过第三蠕动泵(6.6)与短程反硝化反应器(6)相连；第三中间水箱(8)通过第三回流泵(8.1)与厌氧氨氧化反应器(4)第二进水口(4.3)相连。
其特征在于，包括以下过程：
1)系统启动：
接种短程硝化污泥至短程硝化反应器，以厌氧消化液为进水，启动短程硝化反应器；接种厌氧氨氧化颗粒污泥至内ANAMMOX反应器，以人工合成氨氮和亚硝酸盐氮废水为进水，亚硝酸盐氮与氨氮质量浓度比为1.0～1.2启动厌氧氨氧化反应器；接种短程反硝化污泥至短程反硝化反应器，以人工合成硝酸盐废水和城市污水为进水，人工合成硝酸盐废水中硝酸盐氮质量浓度为30～150mg/L，硝酸盐废水与城市污水进水量之比为0.2～2.0，启动短程反硝化反应器；控制短程硝化过程50％～60％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，当亚硝酸盐氮积累率大于90％，稳定运行7天以上，将短程硝化出水作为厌氧氨氧化反应器的进水；当厌氧氨氧化反应器内亚硝酸盐氮去除率达到90％以上时，并稳定运行7天以上，将厌氧氨氧化反应器出水和城市污水作为短程反硝化反应器的进水；当短程反硝化反应器中硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化率达到80％以上，出水硝酸盐氮浓度小于5mg/L时，系统启动成功；
2)优化运行：
步骤一，将污泥厌氧消化液泵入短程硝化反应器，打开搅拌器和气泵，当混合液中亚硝酸盐氮与氨氮质量浓度比在1.3～1.5时，关闭搅拌器和气泵，沉淀30～60min，将上清液排至第一中间水箱；
步骤二，将第一中间水箱内废水泵入ANAMMOX反应器，打开第一回流泵，控制回流泵流速与进水流速比为3～6，打开第二回流泵，将ANAMMOX出水回流至第二中间水箱，控制其流速与进水流速比为1～5；
步骤三，将第二中间水箱内废水和城市污水泵入短程反硝化反应器，控制进水硝酸盐氮与氨氮质量浓度比为1.0～1.5，缺氧搅拌5～30min后关闭搅拌器，沉淀20～60min，将上清液排至第三中间水箱；
步骤四，将第三中间水箱内废水回流至ANAMMOX反应器，控制其流速与ANAMMOX反应器第二回流泵流速比为1.1～1.5；
短程硝化反应器混合液污泥浓度MLSS维持在2.5～5.0g/L，污泥龄控制在15～30天，温度为25～35℃；
短程硝化反应器在好氧曝气过程溶解氧浓度为0.5～2.0mg/L，当反应过程中pH小于7.2时，投加碱度至pH增加至7.5～8.0；
厌氧氨氧化反应器混合液污泥浓度MLSS维持在15～30g/L；
短程反硝化反应器混合液污泥浓度MLSS维持在1.0～3.0g/L，污泥龄控制在30～60天；
城市污水中COD与氨氮质量浓度比为3.0～7.0。
本发明提供的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法，具有以下优势和特点：
1)解决了高氨氮低碳氮比污泥厌氧消化液厌氧氨氧化工艺出水硝酸盐氮过量的难题，出水总氮浓度低，无需后续处理即可排放；
2)通过引入城市污水到短程反硝化反应器，利用城市污水中有机物还原硝酸盐氮为亚硝酸盐氮，解决了短程反硝化过程需要外加碳源的问题；
3)生活污水中有机物在短程反硝化反应器中去除，氨氮与短程反硝化过程产生的亚硝酸盐氮在厌氧氨氧化反应器得到去除，实现了生活污水的同步处理，无需传统硝化反硝化工艺中曝气能耗；
4)工艺结构简单，占地面积小，易于优化调控。
附图说明
图1是短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的装置，包括原水箱(1)、短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、ANAMMOX反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化反应器(6)、城市污水储备箱(7)和第三中间水箱(8)；短程硝化反应器(2)设有气泵(2.1)、曝气头(2.2)、第一取样口(2.3)、第一排水口(2.4)、第一排水阀(2.5)、短程硝化进水口(2.6)、碱度投加口(2.7)、碱度储备箱(2.8)、第一蠕动泵(2.9)、pH监测装置(2.10)和第一搅拌器(2.11)；厌氧氨氧化反应器(4)设有第一放空管(4.1)、第一进水口(4.2)、第二进水口(4.3)、第二取样口(4.4)、第一回流口(4.5)、第一回流泵(4.6)、第二回流口(4.7)、第二回流泵(4.8)、三相分离器(4.9)、排气口(4.10)、气袋(4.11)和第二排水口(4.12)；短程反硝化反应器(6)设有第二放空管(6.1)、第三取样口(6.2)、第三排水口(6.3)、第二排水阀(6.4)、第二进水泵(6.5)、第三蠕动泵(6.6)和第二搅拌器(6.7)；
原水箱1通过第一进水泵1.1与短程硝化反应器2进水口2.6相连；碱度储备箱2.8通过第一蠕动泵2.9与短程硝化反应器2碱度投加口2.7相连；第一中间水箱3通过第二蠕动泵3.1与厌氧氨氧化反应器4第一进水口4.2相连；厌氧氨氧化反应器4第一回流口4.5通过第一回流泵4.6与第二进水口4.3相连，第二回流口4.7通过第二回流泵4.8与第二中间水箱5相连；第二中间水箱5通过第二蠕动泵6.5与短程反硝化反应器6相连；生活污水储备箱7通过第三蠕动泵6.6与短程反硝化反应器6相连；第三中间水箱8通过第三回流泵8.1与厌氧氨氧化反应器4第二进水口4.3相连。
本实施例中具体试验用水为模拟污泥消化液，其氨氮平均浓度为620mg/L，COD平均浓度为295mg/L，碱度为3000mg/L(以CaCO3计)。试验用生活污水氨氮浓度52.3～71.4mg/L，COD浓度252.4～321.4mg/L。试验短程硝化SBR反应器有效容积为10L,每天4周期，每周期排水6.0L；厌氧氨氧化UASB反应器有效容积为4L；短程反硝化SBR反应器有效容积为10L,每天12周期,每周期排水7L。
具体操作过程如下：
1)系统启动：接种短程硝化污泥至短程硝化反应器，以实际污泥消化液为进水，启动短程硝化反应器；接种厌氧氨氧化颗粒污泥至内ANAMMOX反应器，以人工合成氨氮和亚硝酸盐氮废水(NH4 +-N＝300mg/L，NO2 --N＝360mg/L)为进水，启动厌氧氨氧化反应器；接种短程反硝化污泥至短程反硝化反应器，以人工合成硝酸盐废水(NO3 --N＝60mg/L)和城市污水为进水，人工合成硝酸盐废水与城市污水进水量之比为1.0，启动短程反硝化反应器；控制短程硝化过程50％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，当亚硝酸盐氮积累率大于90％，稳定运行8天，将短程硝化出水作为厌氧氨氧化反应器的进水；当厌氧氨氧化反应器内亚硝酸盐氮去除率达到90％，并稳定运行10天，将厌氧氨氧化反应器出水和城市污水作为短程反硝化反应器的进水；当短程反硝化反应器中硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化率达到80％以上，出水硝酸盐氮浓度小于5mg/L时，系统启动成功；
2)优化运行：
步骤一，将污泥消化液泵入短程硝化反应器，打开搅拌器和气泵，好氧曝气280min，亚硝酸盐氮与氨氮平均质量浓度分别为324mg/L和232mg/L，关闭搅拌器和气泵，沉淀40min，将上清液排至第一中间水箱；
步骤二，将第一中间水箱内废水以1L/h的流速泵入ANAMMOX反应器，打开第一回流泵，以5L/h的流速内循环，打开第二回流泵，将ANAMMOX出水以3L/h的流速回流至第二中间水箱；
步骤三，将第二中间水箱内废水和城市污水泵入短程反硝化反应器，每周期进水量分别为6L和1L，缺氧搅拌6min后关闭搅拌器，沉淀20min，将上清液排至第三中间水箱；
步骤四，将第三中间水箱内废水以3.5L的流速回流至ANAMMOX反应器；
连续试验结果表明：
在短程硝化反应器污泥浓度MLSS为3.5～4g/L，污泥龄为20天，温度为30℃，溶解氧浓度为1.0～1.5mg/L时，ANAMMOX反应器混合液污泥浓度MLSS为25g/L，反应温度为30℃时，短程反硝化反应器混合液污泥浓度MLSS为2g/L，污泥龄为50天，反应温度为22～28℃时，稳定运行3个月的结果表明：系统出水总氮浓度小于15mg/L，硝酸盐氮浓度小于12mg/L，总氮去除率大于97.5％，出水水质达到国家一级A标准，解决了高氨氮低碳氮比污泥消化液厌氧氨氧化处理出水含过量硝酸盐氮的问题，并同步实现了城市生活污水的处理。
以上对本发明所提供的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法进行了详细介绍，并且应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工艺深度处理污泥厌氧消化液和城市污水的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化反应器(6)、城市污水储备箱(7)和第三中间水箱(8)；短程硝化反应器(2)设有气泵(2.1)、曝气头(2.2)、第一取样口(2.3)、第一排水口(2.4)、第一排水阀(2.5)、短程硝化进水口(2.6)、碱度投加口(2.7)、碱度储备箱(2.8)、第一蠕动泵(2.9)、pH监测装置(2.10)和第一搅拌器(2.11)；厌氧氨氧化反应器(4)设有第一放空管(4.1)、第一进水口(4.2)、第二进水口(4.3)、第二取样口(4.4)、第一回流口(4.5)、第一回流泵(4.6)、第二回流口(4.7)、第二回流泵(4.8)、三相分离器(4.9)、排气口(4.10)、气袋(4.11)和第二排水口(4.12)；短程反硝化反应器(6)设有第二放空管(6.1)、第三取样口(6.2)、第三排水口(6.3)、第二排水阀(6.4)、第二进水泵(6.5)、第三蠕动泵(6.6)和第二搅拌器(6.7)；
原水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与短程硝化进水口(2.6)相连；碱度储备箱(2.8)通过第一蠕动泵(2.9)与短程硝化反应器(2)碱度投加口(2.7)相连；第一中间水箱(3)通过第二蠕动泵(3.1)与厌氧氨氧化反应器(4)第一进水口(4.2)相连；厌氧氨氧化反应器(4)第一回流口(4.5)通过第一回流泵(4.6)与第二进水口(4.3)相连，第二回流口(4.7)通过第二回流泵(4.8)与第二中间水箱(5)相连；第二中间水箱(5)通过第二蠕动泵(6.5)与短程反硝化反应器(6)相连；城市污水储备箱(7)通过第三蠕动泵(6.6)与短程反硝化反应器(6)相连；第三中间水箱(8)通过第三回流泵(8.1)与厌氧氨氧化反应器(4)第二进水口(4.3)相连；
其特征在于，包括以下过程：
1)系统启动：
接种短程硝化污泥至短程硝化反应器，以厌氧消化液为进水，启动短程硝化反应器；接种厌氧氨氧化颗粒污泥至内厌氧氨氧化反应器，以人工合成氨氮和亚硝酸盐氮废水为进水，亚硝酸盐氮与氨氮质量浓度比为1.0～1.2启动厌氧氨氧化反应器；接种短程反硝化污泥至短程反硝化反应器，以人工合成硝酸盐废水和城市污水为进水，人工合成硝酸盐废水中硝酸盐氮质量浓度为30～150mg/L，硝酸盐废水与城市污水进水量之比为0.2～2.0，启动短程反硝化反应器；控制短程硝化过程50％～60％的氨氮转化为亚硝酸盐氮，当亚硝酸盐氮积累率大于90％，稳定运行7天以上，将短程硝化出水作为厌氧氨氧化反应器的进水；当厌氧氨氧化反应器内亚硝酸盐氮去除率达到90％以上时，并稳定运行7天以上，将厌氧氨氧化反应器出水和城市污水作为短程反硝化反应器的进水；当短程反硝化反应器中硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化率达到80％以上，出水硝酸盐氮浓度小于5mg/L时，系统启动成功；
2)优化运行：
步骤一，将污泥厌氧消化液泵入短程硝化反应器，打开搅拌器和气泵，当混合液中亚硝酸盐氮与氨氮质量浓度比在1.3～1.5时，关闭搅拌器和气泵，沉淀30～60min，将上清液排至第一中间水箱；
步骤二，将第一中间水箱内废水泵入厌氧氨氧化反应器，打开第一回流泵，控制回流泵流速与进水流速比为3～6，打开第二回流泵，将ANAMMOX出水回流至第二中间水箱，控制其流速与进水流速比为1～5；
步骤三，将第二中间水箱内废水和城市污水泵入短程反硝化反应器，控制进水硝酸盐氮与氨氮质量浓度比为1.0～1.5，缺氧搅拌5～30min后关闭搅拌器，沉淀20～60min，将上清液排至第三中间水箱；
步骤四，将第三中间水箱内废水回流至厌氧氨氧化反应器，控制其流速与厌氧氨氧化反应器第二回流泵流速比为1.1～1.5；
短程硝化反应器混合液污泥浓度MLSS维持在2.5～5.0g/L，污泥龄控制在15～30天，温度为25～35℃；
短程硝化反应器在好氧曝气过程溶解氧浓度为0.5～2.0mg/L，当反应过程中pH小于7.2时，投加碱度至pH增加至7.5～8.0；
厌氧氨氧化反应器混合液污泥浓度MLSS维持在15～30g/L；
短程反硝化反应器混合液污泥浓度MLSS维持在1.0～3.0g/L，污泥龄控制在30～60天；
城市污水中COD与氨氮质量浓度比为3.0～7.0。
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