CN106115915B - 低c/n比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺的装置与方法，属于污水生物处理领域。生活污水和部分上一周期短程硝化厌氧氨氧化后的上清液同时进入短程反硝化生物膜反应器，进行缺氧搅拌，充分利用原水中的碳源进行短程反硝化，将NO3 ‑还原到NO2 ‑，避免了原水中有机物对后续的短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器内微生物的影响；然后将含有NH4 +和NO2 ‑的上清液通过蠕动泵抽入短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器进行厌氧氨氧化反应，剩余NH4 +通过间歇曝气间歇搅拌的方式进行短程硝化和厌氧氨氧化反应，最后排水。本发明无需外加碳源，实现低C/N比城市生活污水深度脱氮，具有节约能耗和剩余污泥处理量少等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺深度脱氮的装置和方法，属于污水生物处理技术领域，是一种实现低C/N的城市生活污水深度脱氮的试验装置和方法。
背景技术
传统的好氧/缺氧SBR工艺处理生活污水时，硝化菌在好氧条件下进行硝化反应，即NH4 +-N被氧化成NO2 --N、NO3 --N，缺氧条件下反硝化菌利用生活污水的碳源进行反硝化，即NO2 --N、NO3 --N被还原成N2，进而去除生活污水中的氮。目前我国城市生活污水普遍呈现低C/N比特点，生活污水中碳源的不足，导致反硝化效率低，出水总氮高，难以达到一级A标准，要想深度脱氮，需投加外碳源，这无疑增加了运行成本。
随着厌氧氨氧化菌的发现，生物可实现自养脱氮，无需外加碳源。在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌利用无机碳源CO2，进行如下反应：1NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O，通过以上反应方程式可以发现：实现厌氧氨氧化需要充足的反应基质NH4 +-N和NO2 -，而在城市生活污水中NH4 +-N浓度较高，NO2 -几乎为零。因此稳定充足的NO2 -来源成为厌氧氨氧化技术推广应用的限制瓶颈。从生物脱氮途径【硝化过程：NH4 +→NO2 -→NO3 -；反硝化过程：NO3 -→NO2 -→NO→N2O→N2】上分析，我们发现：通过控制适宜的运行条件，不仅在硝化过程中能实现NO2 -积累，而且在反硝化过程中也能实现NO2 -积累。已有研究表明：相对于短程硝化而言，短程反硝化(NO3 -还原过程控制在NO2 -阶段)不受DO的影响，更容易稳定的实现较高的NO2 -积累，并且反应过程控制简单。
低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺，为实现低C/N比城市生活污水深度提供了一种新思路与工艺。通过短程反硝化实现亚硝累积，为厌氧氨氧化提供底物，与全程反硝化相比大大节省了碳源；通过短程硝化厌氧氨氧化反应，不浪费碳源的情况下，实现厌氧氨氧化菌自养脱氮，最终达到既无需外加碳源，节省了曝气能耗又能深度脱氮的目的。
发明内容
本发明专利针对传统生物脱氮工艺处理低C/N比城市生活污水时稳定性差，能耗高，效率低，运行管理复杂，出水TN浓度不达标等问题，提出了一种短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺，提高了低C/N生活污水脱氮效果，实现高效、低耗深度脱氮，从而降低运行成本。该工艺采用生物膜技术，抗冲击负荷能力强，处理效果好，污泥产率低，无剩余污泥产生，节省了传统活性污泥法中剩余污泥处理处置费用，同时将短程反硝化菌等异养菌和自养型氨氧化菌和厌氧氨氧化菌分开，使各自在最佳的环境中生长，并充分发挥了短程反硝化、短程硝化和厌氧氨氧化技术各自的优势，不仅节约了运行成本，而且达到了深度脱氮的目的。
该装置主要包括城市生活污水水箱(1)、短程反硝化生物膜反应器(2)、短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)。处理流程如下：首先生活污水和部分上一周期短程硝化厌氧氨氧化后的上清液同时进入短程反硝化生物膜反应器(2)，进行缺氧搅拌，充分利用原水中的碳源进行短程反硝化，将NO3 -还原到NO2 -，避免了原水中有机物对后续的短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)内微生物的影响；然后将含有NH4 +和NO2 -的上清液通过蠕动泵(4.1)抽入短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)进行厌氧氨氧化反应，剩余NH4 +通过间歇曝气间歇搅拌的方式进行短程硝化和厌氧氨氧化反应，最后进入排水水箱排水(5)。
低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化工艺的装置与方法，其特征在于：包括城市污水水箱(1)、短程反硝化生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)、出水水箱(5)。
生活污水通过进水泵(2.1)与短程反硝化生物膜反应器(2)相连接；短程反硝化生物膜反应器(2)中设有搅拌器(2.2)，排水口(2.4)，溢流口(2.5)，pH探头(2.7)，溶解氧探头(2.8)，并填充了聚氨酯泡沫生物活性填料(2.3)，挂短程反硝化菌生物膜；
短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中设有搅拌器(4.3)，pH探头(4.12)，溶解氧探头(4.11)，气体流量计(4.7)，溢流口(4.9)，排水口(4.10)；在反应器底部设有曝气头(4.5)，通过气泵(4.6)连接曝气头(4.5)对系统进行充氧，并通过气量调节阀(4.8)调节控制曝气量。
反应器内填充了聚乙烯空心环和聚氨酯生物活性混合填料(4.2)。
处理低C/N比为(3-4)城市生活污水深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下内容：
启动阶段：污泥驯化和填料挂膜
在短程反硝化生物膜反应器(2)中接种全程硝化反硝化污泥，同时填充体积分数为30％-70％的聚氨酯泡沫填料(2.3)，通过控制pH值在9以上，生活污水进水加NO3 --N的方式驯化成短程反硝化污泥，当亚硝积累率达到90％以上时，完成短程反硝化生物膜反应器(2)的启动；短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中接种已挂好短程硝化厌氧氨氧化的生物膜的填料(4.2)，填充体积比为30％-70％的聚乙烯空心环和聚氨酯混合填料，分别挂有氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，两种填料占有体积一样。
生活污水与短程硝化厌氧氨氧化回流液混合进入短程反硝化生物膜反应器(2)，按照体积比其中短程硝化厌氧氨氧化回流液体积占50％-70％，生活污水占30％-50％；该反应器填料(2.3)上挂有短程反硝化菌，将硝态氮转化为亚硝态氮，反应结束后全部排出，反应时间为0.5-1h；排水进入中间水箱(3)，再通过蠕动泵(4.1)将亚硝态氮液抽入短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌0.5h，将进水亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气0.5～1h进行短程硝化，溶解氧通过气量调节阀(4.8)调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/L。将NH4 +-N氧化成NO2 --N；然后停止曝气开启搅拌器(4.3)，进行缺氧搅拌，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值曲线在最高值不再变化时，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中DO出现拐点，停止曝气，再进行搅拌10-30分钟排水。
本发明低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺深度脱氮的装置和方法具有以下优点：
1)两个反应器都是生物固定床，污泥量很少，基本不需要沉淀使泥水分离，节约了运行的时间，也不需要后续的污泥处理过程。
2)本发明前面部分反硝化为后面厌氧氨氧化提供了一部分底物，使厌氧氨氧化不全是短程硝化提供底物，有效利用了生活污水中少量的碳源，节约曝气量。
3)与传统生物脱氮工艺相比，本装置与方法通过充分利用原水中的碳源实现深度脱氮，无需外加碳源，降低了污水处理能耗。
4)污水经过短程反硝化生物膜反应器，碳源已被微生物充分利用，出水几乎没有可利用的碳源，当进入厌氧氨氧化反应器时避免了反硝化菌的滋生，厌氧氨氧化菌可很好地生长。
5)短程反硝化，短程硝化，都控制在短程，前者节约了碳源，后者节约了曝气。
附图说明
图1为低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺深度脱氮的装置结构示意图。
图中1为城市污水水箱，2为短程反硝化生物膜反应器、3为中间水箱、4为短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器、5为出水水箱；2.1为进水泵，2.2为搅拌器，2.3为生物活性填料，2.4为排水口，2.5为溢流口，2.6为回流泵，2.7为pH探头，2.8溶解氧探头；4.1为提升泵，4.2为生物活性填料，4.3为搅拌器，4.5为曝气头，4.6为气泵，4.7为气体流量计，4.8为气量调节阀，4.9为溢流口，4.10为排水口，4.11为溶解氧探头，4.12为pH探头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
如图1所示，低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺的装置与方法，其特征在于：包括城市污水水箱(1)、短程反硝化生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)、出水水箱(5)。生活污水通过进水泵(2.1)与短程反硝化生物膜反应器(2)相连接；短程反硝化生物膜反应器(2)中设有搅拌器(2.2)，排水口(2.4)，溢流口(2.5)，pH探头(2.7)，溶解氧探头(2.8)，并填充了聚氨酯泡沫生物活性填料(2.3)，挂短程反硝化菌生物膜；短程反硝化反应器(2)出水排入中间水箱(3)然后通过蠕动泵(4.1)将水抽入短程硝化厌氧氨氧化反应器(4)；短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中设有搅拌器(4.3)，pH探头(4.12)，溶解氧探头(4.11)，气体流量计(4.7)，溢流口(4.9)，排水口(4.10)；在反应器底部设有曝气头(4.5)，通过气泵(4.6)连接曝气头(4.5)对系统进行充氧，并通过气量调节阀(4.8)调节控制曝气量。反应器内填充了聚乙烯空心环和聚氨酯生物活性混合填料(4.2)，分别为氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌提供载体生长，其出水排入出水水箱(5)，一部分作为系统出水排放，另一部分通过回流泵(2.6)回流至短程反硝化反应器(2)。
以北京某高校的家属区生活污水为处理对象，考察了此系统的脱氮性能。具体水质如下：COD浓度为150～300mg/L，NH4 +-N浓度为55～85mg/L，NO2 -浓度小于0.5mg/L，NO3 -浓度小于0.5mg/L，平均C/N比约为3.2。试验如下图1所示，反应器为有机玻璃组成，两个均为10L的SBR反应器。
具体操作运行如下：
启动系统：在短程反硝化生物膜反应器(2)中接种全程硝化反硝化污泥，同时填充体积分数为50％的聚氨酯泡沫填料(2.3)，通过控制pH值在9以上，生活污水进水加NO3 --N的方式驯化成短程反硝化污泥，当亚硝积累率达到90％以上时，完成短程反硝化生物膜反应器(2)的启动；短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中接种已挂好短程硝化厌氧氨氧化的生物膜的填料(4.2)，填充体积比为50％的聚乙烯空心环和聚氨酯混合填料，分别挂有氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，两种填料占有体积一样。
生活污水与短程硝化厌氧氨氧化回流液混合进入短程反硝化生物膜反应器(2)，按照体积比其中短程硝化厌氧氨氧化回流液体积占70％，生活污水占30％；该反应器填料(2.3)上挂有短程反硝化菌，将硝态氮转化为亚硝态氮，反应结束后全部排出，反应时间为1h；排水进入中间水箱(3)，再通过蠕动泵(4.1)将亚硝态氮液抽入短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌0.5h，将进水亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气0.5h进行短程硝化，溶解氧通过气量调节阀(4.8)调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/L。将NH4 +-N氧化成NO2 --N；然后停止曝气开启搅拌器(4.3)，进行缺氧搅拌，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值曲线趋于平稳时(在最高值不再变化)，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中DO出现拐点，停止曝气，再进行搅拌10分钟排水。
实验结果表明：运行稳定后，反应器出水COD浓度为30-60mg/L，NH4 +浓度为2-4mg/L,NO2 -浓度2-4mg/L，NO3 -浓度小于3-5mg/L，总氮小于15mg/L，达污水排放一级A标准。
Claims (1)
1.低C/N比城市生活污水短程反硝化/短程硝化厌氧氨氧化工艺，应用如下装置，该装置包括城市污水水箱(1)、短程反硝化生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)、出水水箱(5)；生活污水通过进水泵(2.1)与短程反硝化生物膜反应器(2)相连接；短程反硝化生物膜反应器(2)中设有第一搅拌器(2.2)，第一排水口(2.4)，第一溢流口(2.5)，第一pH探头(2.7)，第一溶解氧探头(2.8)，并填充了聚氨酯泡沫生物活性填料(2.3)，挂短程反硝化菌生物膜；短程反硝化反应器(2)出水排入中间水箱(3)然后通过蠕动泵(4.1)将水抽入短程硝化厌氧氨氧化反应器(4)；短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中设有第二搅拌器(4.3)，第二pH探头(4.12)，第二溶解氧探头(4.11)，气体流量计(4.7)，第二溢流口(4.9)，第二排水口(4.10)；在反应器底部设有曝气头(4.5)，通过气泵(4.6)连接曝气头(4.5)对系统进行充氧，并通过气量调节阀(4.8)调节控制曝气量；反应器内填充了聚乙烯空心环和聚氨酯生物活性混合填料(4.2)；
其特征在于，包括以下内容：
(1)启动阶段：污泥驯化和填料挂膜
在短程反硝化生物膜反应器(2)中接种全程硝化反硝化污泥，同时填充体积分数为30％-70％的聚氨酯泡沫填料(2.3)，通过控制pH值在9以上，生活污水进水加NO3 --N的方式驯化成短程反硝化污泥，当亚硝积累率达到90％以上时，完成短程反硝化生物膜反应器(2)的启动；短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中接种已挂好短程硝化厌氧氨氧化的生物膜的填料(4.2)，填充体积比为30％-70％的聚乙烯空心环和聚氨酯混合填料，分别挂有氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌，两种填料占有体积一样；
(2)运行阶段
生活污水与短程硝化厌氧氨氧化回流液混合进入短程反硝化生物膜反应器(2)，按照体积比其中短程硝化厌氧氨氧化回流液体积占50％-70％，生活污水占30％-50％；该反应器填料(2.3)上挂有短程反硝化菌，将硝态氮转化为亚硝态氮，反应结束后全部排出，反应时间为0.5-1h；排水进入中间水箱(3)，再通过蠕动泵(4.1)将亚硝态氮液抽入短程硝化厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌0.5h，将进水亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气0.5～1h进行短程硝化，溶解氧通过气量调节阀(4.8)调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/L；将NH4 +-N氧化成NO2 --N；然后停止曝气开启第二搅拌器(4.3)，进行缺氧搅拌，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值曲线在最高值不再变化时，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中DO出现拐点，停止曝气，再进行搅拌10-30分钟排水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |