CN106277312B - 一种城市污水脱氮装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市污水脱氮装置，包括污水处理容器和填充在所述污水处理容器内的吸附载体颗粒，在所述污水处理容器的下部设有入水口和进气孔，在所述污水处理容器的上部设有出水口和出气孔，在所述吸附载体颗粒上生长有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌。本发明所述的装置采用一段式Canon的运行模式可显著提高亚硝化‑Anammox工艺对低氨氮城市污水的脱氮能力，同时大大降低脱氮的基建与运行成本；还可避免传统脱氮工艺反硝化过程对于污水中有机物的消耗，所节省的有机物资源可用于厌氧消化产甲烷，从而显著降低污水处理的整体能耗。

Description

一种城市污水脱氮装置及其应用

技术领域

本发明属于污水生物脱氮处理技术领域，涉及一种基于载体吸附的生物膜“同步亚硝化-Anammox”城市污水脱氮装置。

背景技术

与传统脱氮工艺相比，亚硝化-Anammox工艺具有节省曝气量、无需有机碳源、剩余污泥量少等显著优势，在高氨氮、低碳氮比污水(如消化池上清液和加工废水)脱氮的研究与应用方面已比较成熟。

城市污水低温、低氨氮、存在有机物等特征都会对亚硝化-Anammox工艺的脱氮能力产生影响。温度越低，亚硝化细菌AOB和厌氧氨氧化细菌(Anammox)AnAOB的活性越低，工艺脱氮效果越差；低氨氮浓度同时会对AOB和AnAOB的生物活性和种群丰度产生不良影响；有机物的存在会促进异养反硝化细菌的生长，与AnAOB竞争有限的基质亚硝酸盐，从而抑制后者的生长。

在应对低温、低氨氮问题上，人们主要通过培养生物膜或颗粒污泥获得高浓度AOB和AnAOB功能菌群和通过优化运行参数两种途径提高亚硝化-Anammox工艺对低氨氮污水的脱氮能力。虽然实现了低温条件下工艺启动和稳定运行，并通过优化运行参数提高了工艺的脱氮能力，但收效有限，仅能将工艺的脱氮效率由原来的50％～60％提高到优化后的70％～80％，出水氨氮浓度一般在10mg/L以上，无法满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。因此，如何克服低氨氮对亚硝化-Anammox工艺脱氮能力的限制仍是目前面临的一项重要难题。

与两段式亚硝化-Anammox工艺相比，一段式“同步亚硝化-Anammox”工艺即Canon工艺的显著优势在于节省了反应器数量及运行成本，且操作过程相对简便，在污水脱氮领域更具研究与应用前景，但城市污水低温、低氨氮的特点影响了Canon工艺对城市污水的处理效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对采用Canon工艺直接处理城市污水的过程中存在低温下亚硝化细菌AOB和厌氧氨氧化细菌AnAOB活性低，氨氮的去除不理想的缺陷，本发明提供一种基于吸附载体的生物膜的“同步亚硝化-Anammox”城市污水脱氮装置及脱氮方法。

(二)技术方案

本发明的第一个目的是提供一种基于吸附载体的生物膜“同步亚硝化-Anammox”城市污水脱氮装置。

本发明所述的装置包括污水处理容器和填充在所述污水处理容器内的吸附载体颗粒，在所述污水处理容器的下部设有入水口和进气孔，在所述污水处理容器的上部设有出水口和出气孔，在所述吸附载体颗粒上生长有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌。

本发明中，所述吸附载体颗粒为粒径0.5～1.0mm的D113型大孔树脂。粒径为0.5～1.0mm的D113型大孔树脂可高效地吸附低浓度氨氮，在大孔树脂表面形成高氨氮环境，为功能菌的生长提供条件，实现微生物在大孔树脂表面挂膜生长。

本发明中，所述厌氧氨氧化细菌贴附吸附载体颗粒生长，所述亚硝化细菌贴附厌氧氨氧化细菌生长，二者形成内外两层的结构。

本发明中，所述吸附载体颗粒占污水处理容器体积的80％～95％。吸附颗粒占污水处理容器的80％～95％，既可实现对污水的有效处理，还不会导致吸附载体颗粒充填量过高而溢出容器。

本发明中，所述污水处理容器器壁的不同高度上设有多个取样口。在容器壁的不同高度上设置多个取样口，可监测在不同时间段的污水处理效果，方便随时对处理条件时行相应的调节。

本发明中，在所述污水处理容器的器壁上设置pH监测计和溶氧监测计，设置pH监测剂和溶氧监测剂可随时测量污水的pH和溶氧，及时进行调节，为功能菌提供最佳的生长环境。

本发明中，所述污水处理容器的下部设有用于支撑所述吸附载体颗粒的带孔承托层，所述孔的孔径为0.2～0.5mm，所述承托层可防止载体颗粒进入入水口或进气孔，有效实现对吸附载体颗粒的支撑，所述入水口和进气孔均位于所述承托层的下方，可实现均匀进水和曝气。

本发明中，所述承托层优选表面布满孔径0.2～0.5mm小孔的有机玻璃板。

本发明中，所述入水口与水泵相连接，所述进气孔与气泵相连接。

本发明中，所述进气孔与所述气泵之间连接有气体流量计。

本发明的另一目的是利用本发明所述的城市污水脱氮装置，提供一种城市污水脱氮的方法，包括如下步骤：

1)将含有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌两种功能菌的污泥从所述污水处理容器的上部加入到填充了D113型大孔树脂的反应器中，通过进水和曝气扰动促进微生物与载体颗粒的均匀混合后，培养60～80天，至两种功能菌在所述大孔树脂上成功挂膜生长；

2)调整所述污水处理装置的溶氧0.5～1.0mg/L，pH 6.8～7.6，通入污水，控制系统的水力停留时间为3～5h，得到处理完成的污水。

(三)有益效果

本发明所述的城市污水脱氮装置，采用吸附载体颗粒D113型大孔树脂，由于存在吸附作用，氨氮会在载体颗粒表面和水体中形成一定的浓度差，由于AnAOB较AOB更需要高氨氮环境，加之AnAOB需要AOB消耗掉DO以避免其生物活性受到抑制，因此便形成了AnAOB在内、AOB在外的生物膜结构。位于生物膜外层的AOB消耗水中的溶解氧将污水中和吸附材料表面的一部分氨氮转化为亚硝酸盐，既为位于生物膜内层的AnAOB提供厌氧环境，也为其提供足够的基质亚硝酸盐；而位于生物膜内层的AnAOB则在载体表面的高氨氮环境条件下将剩余的氨氮和AOB产生的亚硝酸盐转化为氮气和少许硝酸盐，同时完成高效脱氮和吸附载体的生物再生过程。

本发明城市污水脱氮装置还具有如下的有益效果：

a：显著提高了亚硝化-Anammox工艺对低氨氮城市污水的脱氮能力；

b：可在高效脱氮的同时直接实现吸附材料的生物再生和循环利用，有利于保证工艺的连续稳定运行；

c：采用一段式Canon的运行模式可大大降低脱氮的基建与运行成本，且易于操控；

d：该工艺的成功研发将避免传统脱氮工艺反硝化过程对于污水中有机物的消耗，所节省的有机物资源可用于厌氧消化产甲烷，从而显著降低污水处理的整体能耗。

附图说明

图1为基于吸附载体的生物膜“同步亚硝化-Anammox”脱氮装置。

图2为吸附载体表面的功能菌分布以及微生物协同脱氮过程示意图。1为进水口；2为承托层；3为吸附载体颗粒；4为取样口；5为出气孔；6为出水口；7为pH监测计；8为溶氧监测计；9为气体流量计；10为气泵；11为污水处理容器；12为进气孔。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例涉及一种基于吸附载体的生物膜Canon城市污水脱氮装置，其具体结构如图1:

包括污水处理容器11和填充在所述污水处理容器11内的吸附载体颗粒3，在所述污水处理容器的下部设有入水口1和进气孔12，在所述污水处理容器11的上部设有出水口6和出气孔5，在所述吸附载体颗粒上生长有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌。

本实施例中，所述厌氧氨氧化细菌贴附吸附载体颗粒生长，所述亚硝化细菌贴附厌氧氨氧化细菌生长，二者形成内外两层的结构。

本实施例中，所述吸附载体颗粒为粒径1.0mm的D113型大孔树脂。

本实施例中，所述吸附载体颗粒占污水处理容器体积的90％～95％。

本实施例中，所述污水处理容器的下部设有用于支撑所述吸附载体颗粒的承托层2，所述承托层为表面均匀分布了大量小孔(孔径为0.4mm)的有机玻璃挡板，所述入水口和进气孔均位于所述承托层的下方。

实施例2

本实施例涉及一种基于吸附载体的生物膜Canon城市污水脱氮装置，其具体结构如下：同实施例1相比，其区别在于：如图1所示

所述污水处理容器优选为圆柱形管，在器壁的不同高度上设有多个取样口4、pH监测计7和溶氧监测计8。

所述入水口与水泵(未示出)相连接，所述进气孔12与气泵10相连接。

所述进气孔12与所述气泵10之间连接有气体流量计9。

实施例3

本实施例涉及的基于吸附载体的生物膜Canon城市污水脱氮工艺的具体应用，步骤如下：

1)将含有AnAOB和AOB两种功能菌的污泥由反应器上部加入到填充了D113型大孔树脂的反应器中，通过进水和曝气扰动促进微生物与载体颗粒的均匀混合后，培养约2个月，至两种功能菌在所述大孔树脂上成功挂膜生长。

2)取进水氨氮浓度为(30±10)mg/L、进水COD浓度为(30±10)mg/L的污水，通入污水处理器，系统的水力停留时间(HRT)为4h，DO控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在6.8～7.6。系统出水中的氨氮浓度为(4.5±2.9)mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准，去除效率为77.3％～92.9％，平均值为88.1％。

实施例4

本实施例涉及吸附载体颗粒表面的厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌对污水中氨氮的具体处理过程。

如图2所示，在吸附载体颗粒(如图中间浅色部分)表面，由于存在吸附作用，氨氮会在载体颗粒表面和水体中形成一定的浓度差，由于AnAOB较AOB更需要高氨氮环境，加之AnAOB需要AOB消耗掉DO以避免其生物活性受到抑制，因此便形成了AnAOB(如图中深色环状部分)在内、AOB(如图中浅色环状部分)在外的生物膜结构。位于生物膜外层的AOB消耗水中的DO将污水中和吸附材料表面的一部分氨氮转化为亚硝酸盐，既为位于生物膜内层的AnAOB提供厌氧环境，也为其提供足够的基质亚硝酸盐；而位于生物膜内层的AnAOB则在载体表面的高氨氮环境条件下将剩余的氨氮和AOB产生的亚硝酸盐转化为氮气和少许硝酸盐，同时完成高效脱氮和吸附载体的生物再生过程。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种城市污水脱氮装置，其特征在于，包括污水处理容器和填充在所述污水处理容器内的吸附载体颗粒，在所述污水处理容器的下部设有入水口和进气孔，在所述污水处理容器的上部设有出水口和出气孔，在所述吸附载体颗粒上生长有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌；所述厌氧氨氧化细菌贴附吸附载体颗粒生长，所述亚硝化细菌贴附厌氧氨氧化细菌生长，二者形成内外两层的结构；所述吸附载体颗粒为粒径0.5～1.0mm的D113型大孔树脂。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸附载体颗粒占污水处理容器体积的80％～95％。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述污水处理容器器壁的不同高度上设有多个取样口。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述污水处理容器的器壁上设有pH监测计和溶氧监测计。

5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述污水处理容器的下部设有用于支撑所述吸附载体颗粒的带孔承托层，所述孔的直径为0.2～0.5mm，所述入水口和进气孔均位于所述承托层的下方。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入水口与水泵相连接，所述进气孔与气泵相连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述进气孔与所述气泵之间连接有气体流量计。

8.一种利用权利要求1～7任一项所述的装置进行城市污水脱氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将含有厌氧氨氧化细菌和亚硝化细菌两种功能菌的污泥从所述污水处理容器的上部加入到填充了D113型大孔树脂的反应器中，通过进水和曝气扰动促进微生物与载体颗粒的均匀混合后，培养60～80天，至两种功能菌在所述大孔树脂上成功挂膜生长；

2)调整所述污水处理装置的溶氧0.5～1.0mg/L，pH 6.8～7.6，通入污水，控制系统的水力停留时间为3～5h，得到处理完成的污水。