CN106946352A - 一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器装置及其方法，属于城市污水生物处理技术领域。装置由原水箱、AAO反应器、二沉池、中间水池、一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器组成。AAO反应器的厌氧区与原水箱连接，好氧区与二沉池连接；二沉池与中间水池连接，中间水池与一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器连接。通过工艺调整使反硝化聚磷菌成为AAO反应器中的优势菌，使氨氧化菌与厌氧氨氧化菌成为一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器中的优势菌，实现聚磷菌与氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的分离；AAO反应器可去除原水中有机物，去除了其对一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器内的厌氧氨氧化菌的影响。最终实现了系统的节能、稳定、高效脱氮除磷和污泥减量。

Description

一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器装置及其方法，属于城市污水生物处理技术领域。
背景技术
随着人们的饮食习惯的改变，城市污水的组成与比例也逐渐发生变化，低C/N比城市污水越来越普遍，目前，我国大部分污水处理厂都面临着原水碳源不足的问题，严重影响污水处理厂的处理效果。如果大量加入外碳源，如乙酸钠等，会带来巨大的运行费用。并且，污水厂产生的大量的剩余污泥得不到妥善的处理，造成的环境问题也比较显著。
传统的AAO脱氮除磷系统中聚磷菌、反硝化菌和硝化菌共存，存在泥龄上的矛盾和碳源上的竞争，使得聚磷菌厌氧释磷效率不高，硝化菌硝化效率低，曝气能耗大，很难在单一的生化系统内同时获得脱氮除磷的良好效果；并且，好氧区出水中的硝态氮在二沉池内易发生反硝化，使污泥上浮，影响系统的正常运行。
氨氧化菌(AOB)将硝化过程控制在产亚硝阶段，与传统的硝化过程相比可节约25％的曝气量，节约了能源消耗；厌氧氨氧化菌是一种自养菌，可在厌氧条件下一亚硝酸盐为电子受体氧化铵盐，最终产生氮气和少量的硝酸盐，与传统的生物脱氮技术相比，厌氧氨氧化可节省60％左右的曝气量和100％的有机碳源，并减少温室气体的排放。
本发明将同步短程硝化厌氧氨氧化技术与双污泥反硝化除磷脱氮技术相耦合，一方面利用氨氧化菌(AOB)将硝化过程控制在产亚硝阶段，并为厌氧氨氧化菌提供底物，另一方面直接减少了剩余污泥的产生量，降低了运行能耗，提高了系统脱氮除磷的效率，是一种符合我国可持续发展的绿色工艺，具有非常大的潜在应用价值与实际意义。
发明内容
本发明针对城市污水C/N比低的问题，再不投加外滩源的基础上，提出了一种一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器装置及其方法，节约了运行成本，减少了剩余污泥的产生量，实现了氮磷污染物的同步深度去除。
本发明提供的是一种基于同步短程硝化厌氧氨氧化的双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法，所用的装置主要包括原水水箱(1)、AAO反应器(2)、沉淀池(3)、中间水箱(4)、一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，其特征在于：所述原水水箱(1)通过第一进水泵(6)与AAO反应器(2)的厌氧区(7)连接；所述厌氧区(7)与缺氧区(8)连接；所述缺氧区(8)与好氧区(9)连接；所述AAO反应器(2)的厌氧区(7)：缺氧区(8)：好氧区(9)的容积比为2:3:2；所述好氧区(9)与沉淀池(3)连接；所述沉淀池(3)与中间水箱(4)连接；所述中间水箱(4)通过第二进水泵(10)与一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)连接；所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)的出水通过回流泵(13)与AAO反应器(2)的缺氧区(8)第一格室连接；所述沉淀池(3)底部出泥口通过污泥回流泵(14)与AAO反应器(2)的厌氧区(7)连接；
所述AAO反应器(2)的厌氧区(7)及缺氧区(8)内均设有搅拌器(16)，好氧区(9)内设有曝气头(21)，通过气泵(15)提供氧气；
所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)内前三个格室设有海绵填料，填充比30-40％，氨氧化菌与厌氧氨氧化菌以固定膜的形态生长于活性生物填料上，一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器内设有曝气头(22)，通过气泵(15)提供氧气；
本发明提供的是一种基于同步短程硝化厌氧氨氧化的双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法，该方法主要包括以下步骤：
1)所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)内设有海绵填料，填充比30-40％，氨氧化菌与厌氧氨氧化菌以固定膜的形态生长于活性生物填料上，中间水箱(4)中的上清液经第二进水泵(10)注入一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，通过气泵(15)提供氧气，控制DO在0.5～1.5mg/L，然后一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)出水一部分按回流比300～400％经回流泵(13)回流至AAO反应器(2)的缺氧区(8)第一格室，另一部分由沉淀区(12)经第二排放口(19)排放；
2)系统启动连续运行后，原水经第一进水泵(6)与来自沉淀池(3)经污泥泵(14)送来的回流污泥一同进入AAO反应器(2)的厌氧区(7)首段，污泥回流比80～120％，同时开启搅拌器(16)，进行厌氧搅拌，厌氧HRT为1～1.5h；
3)然后混合液从厌氧区(7)末端流入缺氧区(8)首端，同时注入来自一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)经回流泵(13)送来的出水，回流比300～400％，利用搅拌器(16)缺氧搅拌，缺氧HRT为3.2～4h；
4)随后混合液从缺氧区(8)末端流入好氧区(9)首端，开启气泵(15)，通过曝气头(21)进行曝气，控制DO为2～3mg/L，好氧HRT为1.6～2h；
5)接着混合液从好氧区(9)末端进入沉淀池(3)进行泥水分离后，上清液流入中间水箱(4)后经第二进水泵(10)进入一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，然后沉淀池(3)中的污泥一部分经污泥回流泵(14)回流至AAO反应器(2)的厌氧区(7)首端，回流比80～120％，另一部分剩余污泥经第一排放口(20)排放，控制AAO反应器(2)的污泥龄在10～15d。
本发明提供的是一种基于同步短程硝化厌氧氨氧化的双污泥反硝化除磷脱氮的装置和方法，具体有以下几个优点：
1)反硝化除磷实现“一碳两用”，节省碳源，适合低C/N比生活污水。
2)创造聚磷菌与氨氧化菌和厌氧氨氧化菌各自的最佳生长环境，解决泥齡矛盾。
3)同步短程硝化厌氧氨氧化，降低了曝气量，减少了外加碳源的使用量，节约运行成本。
4)氨氧化菌(AOB)将原水中的氨氮氧化为亚硝后可直接被厌氧氨氧化菌利用，因此系统内无明显的亚硝积累，使亚硝酸盐氧化菌(NOB)无充足的亚硝作为底物而生长受到抑制。
5)污泥产率低，系统稳定性好，运行管理方便，能耗低、效率高。
附图说明
图1为基于同步短程硝化厌氧氨氧化双污泥反硝化除磷脱氮装置结构示意图。
图中：1为原水水箱；2为AAO反应器；3为沉淀池；4为中间水箱；5为一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器；6为第一进水泵；7为厌氧区；8为缺氧区；9为好氧区；10为第二进水泵；11为好氧区；12为沉淀区；13为回流泵；14为污泥回流泵；15为气泵；16为搅拌器；17为第一气体流量计，18为第二气体流量计；19为出水口；20为排泥口；21为曝气头；22为曝气头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请专利作进一步说明：
如图1所示，一种基于同步短程硝化厌氧氨氧化的双污泥反硝化除磷脱氮的装置，主要包括原水水箱(1)、AAO反应器(2)、沉淀池(3)、中间水箱(4)、一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，其特征在于：所述原水水箱(1)通过第一进水泵(6)与AAO反应器(2)的厌氧区(7)连接；所述厌氧区(7)与缺氧区(8)连接；所述缺氧区(8)与好氧区(9)连接；所述AAO反应器(2)的厌氧区(7)：缺氧区(8)：好氧区(9)的容积比为2:3:2；所述好氧区(9)与沉淀池(3)连接；所述沉淀池(3)与中间水箱(4)连接；所述中间水箱(4)通过第二进水泵(10)与一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)连接；所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)的出水通过回流泵(13)与AAO反应器(2)的缺氧区(8)第一格室连接；所述沉淀池(3)底部出泥口通过污泥回流泵(14)与AAO反应器(2)的厌氧区(7)连接；
所述AAO反应器(2)的厌氧区(7)及缺氧区(8)内均设有搅拌器(16)，好氧区(9)内设有曝气头(21)，通过气泵(15)提供氧气；
所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)内前三个格室设有海绵填料，填充比30-40％，氨氧化菌与厌氧氨氧化菌以固定膜的形态生长于活性生物填料上，一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器内设有曝气头(22)，通过气泵(15)提供氧气；
试验期间，实验用水取自某高校教工住宅小区化粪池的生活污水，其水质特点如下：COD浓度为158～225mg/L,氨氮浓度为50.6～70.5mg/L，亚硝浓度低于1mg/L，硝氮浓度为0.1～1.05mg/L，磷的浓度为4.7～6.5mg/L，C/N比约为3.0，C/P比约为40.36。试验装置如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制作，AAO反应器(2)共7个格室，每个格室HRT为0.8～1h，厌氧区(7)：缺氧区(8)：好氧区(9)的容积比为2:3:2，总有效容积为40.3L；一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)共四个格室，总有效容积为23L，HRT为3.2～4h，填料体积为9.2L。
试验期间系统具体运行操作如下：
1)系统启动连续运行后，原水经第一进水泵(6)与来自沉淀池(3)经污泥回流泵(14)送来的回流污泥一同进入AAO反应器(2)的厌氧区(7)首端，污泥回流比100％，同时开启搅拌器(16)进行厌氧搅拌，厌氧HRT为1.5～2h，进水流量为4L/h，聚磷菌利用原水中的碳源厌氧释磷，同时储存PHA，此阶段大部分COD被去除；
2)然后通过回流泵(13)将一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)的一部分出水回流至AAO反应器(2)的缺氧区(8)首端，回流比300％，利用搅拌器(16)缺氧搅拌，缺氧HRT3.6～4.8h，DPAOs以回流的硝态氮为电子受体，体内储存的PHA为电子供体反硝化除磷脱氮，此阶段大部分的硝态氮和磷被去除；
3)随后混合液从缺氧区(8)末端进入好氧区(9)首端，开启气泵(15)，通过曝气头(21)进行曝气，控制DO为2～3mg/L，好氧HRT为2.4～3.6h，完成缺氧区(8)剩余磷的吸收及吹脱氮气；
4)接着混合液从好氧区(9)末端进入沉淀池(3)进行泥水分离，上清液进入中间水箱(4)后经第二进水泵(10)进入一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，然后沉淀池(3)中的污泥一部分经污泥回流泵(14)回流至AAO反应器(2)的厌氧区(7)首端，回流比100％，另一部分则由第一排放口(20)排放，此过程中氨氧化菌将原水中的氨氮转化为亚硝的同时，厌氧氨氧化菌利用这部分亚硝与原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应；
试验结果表明：运行稳定后，一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器的出水COD浓度为30～46mg/L，氨氮浓度低于1mg/L，亚硝浓度低于1mg/L，硝氮浓度低于8mg/L，总磷浓度低于0.5mg/L，总氮浓度低于10mg/L，稳定达到国家一级A排放标准。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明,便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明，不能认为本发明的具体实施方式只限于这些，因此该领域技术人员对本发明所做的简单的改进都在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器装置，，其特征在于：所用的装置包括原水水箱(1)、AAO反应器(2)、沉淀池(3)、中间水箱(4)、一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，所述原水水箱(1)通过第一进水泵(6)与AAO反应器(2)的厌氧区(7)连接；所述厌氧区(7)与缺氧区(8)连接；所述缺氧区(8)与好氧区(9)连接；所述AAO反应器(2)的厌氧区(7)：缺氧区(8)：好氧区(9)的容积比为2:3:2；所述好氧区(9)与沉淀池(3)连接；所述沉淀池(3)与中间水箱(4)连接；所述中间水箱(4)通过第二进水泵(10)与一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)连接；所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)的出水通过回流泵(13)与AAO反应器(2)的缺氧区(8)第一格室连接；所述沉淀池(3)底部出泥口通过污泥回流泵(14)与AAO反应器(2)的厌氧区(7)连接；
所述AAO反应器(2)的厌氧区(7)及缺氧区(8)内均设有搅拌器(16)，好氧区(9)内设有曝气头(21)，通过气泵(15)提供氧气；
所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)内前三个格室设有海绵填料，填充比30-40％，氨氧化菌与厌氧氨氧化菌以固定膜的形态生长于活性生物填料上，一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器内设有曝气头(22)，通过气泵(15)提供氧气。
2.应用权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下内容：
1)所述一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)内设有海绵填料，填充比30-40％，氨氧化菌与厌氧氨氧化菌以固定膜的形态生长于活性生物填料上，中间水箱(4)中的上清液经第二进水泵(10)注入一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，通过气泵(15)提供氧气，控制DO在0.5～1.5mg/L，然后一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)出水一部分按回流比300～400％经回流泵(13)回流至AAO反应器(2)的缺氧区(8)第一格室，另一部分由沉淀区(12)经第二排放口(19)排放；
2)系统启动连续运行后，原水经第一进水泵(6)与来自沉淀池(3)经污泥泵(14)送来的回流污泥一同进入AAO反应器(2)的厌氧区(7)首段，污泥回流比80～120％，同时开启搅拌器(16)，进行厌氧搅拌，厌氧水力停留时间为1～1.5h；
3)然后混合液从厌氧区(7)末端流入缺氧区(8)首端，同时注入来自一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)经回流泵(13)送来的出水，回流比300～400％，利用搅拌器(16)缺氧搅拌，缺氧水力停留时间为3.2～4h；
4)随后混合液从缺氧区(8)末端流入好氧区(9)首端，开启气泵(15)，通过曝气头(21)进行曝气，控制DO为2～3mg/L，好氧水力停留时间为1.6～2h；
5)接着混合液从好氧区(9)末端进入沉淀池(3)进行泥水分离后，上清液流入中间水箱(4)后经第二进水泵(10)进入一体式厌氧氨氧化自养脱氮生物膜反应器(5)，然后沉淀池(3)中的污泥一部分经污泥回流泵(14)回流至AAO反应器(2)的厌氧区(7)首端，回流比80～120％，另一部分剩余污泥经第一排放口(20)排放，控制AAO反应器(2)的污泥龄控制在3～5d以排除硝化细菌。
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