CN107235557B - 一种节能降耗强化内源反硝化耦合低do硝化深度脱氮的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的装置和方法属于污水生物处理领域。针对在低DO条件下不易实现短程硝化反应的启动与维持，以及城市生活污水中C/N较低，而原水中的有机物在曝气条件下被消耗致使后期反硝化碳源不足，出水水质难以保证的问题，提出了低DO条件下进行硝化反应并在厌氧/缺氧交替运行的环境下强化内源反硝化进行深度脱氮的方法。本发明以低氧曝气实现全程硝化以及利用反硝化聚糖菌(DGAOs)将有机物储存为内碳源PHA的方式实现内源反硝化，以此对城市生活污水进行深度脱氮。它不仅具有节省曝气量，节能降耗的优势，又使原水中的有机物得到充分的利用，在不外加碳源的条件下为反硝化反应提供充足的碳源，保证较好的出水水质。

Description

一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的装置 和方法

技术领域

本发明涉及一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。它将在低DO条件下进行硝化反应，并在厌氧/缺氧交替运行的环境下，利用反硝化聚糖菌DGAOs将原水中的有机物储存为内碳源用以进行内源反硝化，以节省曝气量，节能降耗，并且充分利用原水中的有机物，实现低C/N城市生活污水的深度脱氮。

背景技术

为了解决水体富营养化的问题，需要对城市生活污水进行深度脱氮处理，使其中的氮素浓度降低，达到国家一级A排放标准后排放，保证其不会对水体环境造成危害。

大部分城市生活污水处理厂都采用活性污泥法在好氧/缺氧交替运行的条件下实现对污水的脱氮处理。在好氧条件下发生硝化反应，在缺氧条件下发生反硝化反应，以此实现脱氮。然而，好氧条件下除了发生硝化反应外，原水中的有机物也会发生降解，大部分碳源被直接氧化成CO₂，未能进入缺氧段为反硝化提供碳源，致使后期反硝化碳源不足，反硝化不充分，脱氮不完全，特别是在低C/N城市生活污水的处理中脱氮效率更低。在这种情况下，为了保证出水效果，往往需要投加外碳源，这不仅增加了污水处理成本，也不利于可持续发展。

为了寻求更加经济环保的污水处理工艺，通过不断地探索研究，一些新型脱氮工艺相继出现并使用，如短程硝化耦合Anammox工艺，因其具有节省曝气量，无需碳源的优势得到了很大关注，成为当下污水处理的热门工艺。然而，在低DO条件下实现短程硝化的启动与维持一直是该工艺的瓶颈问题，需要通过实时控制反应系统的温度、SRT、DO、pH、基质浓度等或投加NOB抑制剂来确保它的稳定运行，这为实际应用带来了诸多不便。通过实验发现在低DO的条件下依然能够稳定高效的实现全程硝化，且同样具有降低能耗的应用前景。因此本发明提出在低DO条件下实现全程硝化，并与在厌氧/缺氧交替运行的条件下实现内碳源反硝化相连结的装置与方法，旨在节省曝气能耗，充分利用原水中的有机物，在不添加外碳源的条件下，进一步降低污水处理能耗，提高污水脱氮效率，保证出水效果，为低C/N城市生活污水的深度脱氮提供一种更加节能经济有效的装置与方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的装置和方法。通过内源反硝化和低氧曝气全程硝化及生物膜法相结合的污水生物处理方式，减少曝气量，节省能耗，在不外加碳源的情况下，充分利用原水中的有机物进行反硝化，从而实现更加节能环保的污水深度脱氮。

一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的装置，其组成如下：

本发明提出的装置主体反应器包括沿进水方向依次连接的城市生活污水水箱、厌氧/缺氧SBR、第一中间水箱、低DO全程硝化SBR、第二中间水箱以及通过回流泵连接第二中间水箱和厌氧/缺氧SBR的外回流管路、连接厌氧/缺氧SBR和出水箱的最终排水管路。

其特征在于：

所述厌氧/缺氧SBR和低DO全程硝化SBR反应器均安装有搅拌器；在低DO全程硝化SBR反应器底部安装有曝气头，与曝气泵相连通，通过气体流量计对反应器内的曝气强度进行调控，并通过DO探头和pH探头对反应过程中的DO浓度和pH值进行监测；厌氧/缺氧SBR和低DO全程硝化SBR反应器内均装有海绵填料，填充比为30％-50％，使得排水比能够达到100％；通过控制第一进水泵、第二进水泵、回流泵使污水依次进入厌氧/缺氧SBR、低DO全程硝化SBR和厌氧/缺氧SBR，并通过控制第一排水阀、第二排水阀和第三排水阀使污水依次被排入第一中间水箱、第二中间水箱和出水箱。

一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的方法，其特征在于：

城市生活污水水箱中的城市生活污水通过第一进水泵进入装有已挂好聚糖菌生物膜的海绵填料的厌氧/缺氧SBR中，进行厌氧搅拌2-3h，此时反硝化聚糖菌(DGAOs)吸收原水中的有机物储存为内碳源PHA，原水中的NH₄ ⁺-N浓度基本不变，沉淀排水，排水比为100％，排水进入到第一中间水箱；富含NH₄ ⁺-N的厌氧/缺氧SBR的排水接着通过第二进水泵进入装有已挂好硝化菌生物膜的海绵填料的低DO全程硝化SBR中，进行曝气搅拌3-4h，由曝气泵通过曝气头向该反应器内供氧，通过气体流量计调控曝气强度，并通过DO探头对反应器内的DO浓度进行实时监测，使其始终维持在0.3-0.5mg/L，沉淀排水，排水比为100％，排水进入第二中间水箱；富含NO₃ ^--N的排水通过回流泵回流至厌氧/缺氧SBR中，进行缺氧搅拌3-4h，反硝化聚糖菌(DGAOs)利用厌氧段储存的内碳源PHA进行内碳源反硝化，生成N₂，沉淀排水，排水比为100％，排水最终进入出水箱。至此，系统完成一个运行周期，进行下一个周期。

本发明一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的装置和方法具有以下优势：

1)低氧曝气环境下实现全程硝化相比于传统全程硝化可减少曝气量，节省能耗，降低运行成本。

2)相比于短程硝化，该装置更易在低DO条件下实现系统的启动与维持，不需其它辅助措施，节省运行成本。

3)充分利用原水中的有机物，不需要外加碳源，降低处理成本，适用于低C/N污水处理。

4)工艺设计简单，操作简便，易于控制运行。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图1中：1为城市生活污水原水水箱、2为厌氧/缺氧SBR、3为第一中间水箱、4为低DO全程硝化SBR、5为曝气泵、6为第二中间水箱、7为出水箱、8为第一进水泵、9为第二进水泵、10为回流泵、11为第一排水阀、12为第二排水阀、13为第三排水阀、14为搅拌器、15为反硝化聚糖菌生物膜填料、16为硝化菌生物膜填料、17为曝气头、18为气体流量计、19为DO探头、20为pH探头、21为DO和pH在线监测装置。

具体实施方式

结合附图对本发明装置与方法进行进一步说明。

如图1所示，本发明提出的装置主体反应器包括沿进水方向依次连接的城市生活污水水箱1、厌氧/缺氧SBR2、第一中间水箱3、低DO全程硝化SBR4、第二中间水箱6以及通过回流泵10连接第二中间水箱6和厌氧/缺氧SBR2的外回流管路、连接厌氧/缺氧SBR2和出水箱7的最终排水管路。

其特征在于：

所述厌氧/缺氧SBR2和低DO全程硝化SBR4反应器均安装有搅拌器14；在低DO全程硝化SBR4反应器底部安装有曝气头17，与曝气泵5相连通，通过气体流量计18对反应器内的曝气强度进行调控，并通过DO探头19和pH探头20对反应过程中的DO浓度和pH值进行监测；厌氧/缺氧SBR2和低DO全程硝化SBR4反应器内均装有海绵填料，填充比为30％-50％，使得排水比能够达到100％；通过控制第一进水泵8、第二进水泵9、回流泵10使污水依次进入厌氧/缺氧SBR2、低DO全程硝化SBR4和厌氧/缺氧SBR2，并通过控制第一排水阀11、第二排水阀12和第三排水阀13使污水依次被排入第一中间水箱3、第二中间水箱6和出水箱7。

一种节能降耗强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的方法，其特征在于：

(1)反应器启动阶段：

①厌氧/缺氧SBR2的启动：将污水处理厂剩余污泥接种到厌氧/缺氧SBR2反应器中，有效容积为10L，保持污泥浓度在2500-3500mg/L，使用配水富集反硝化聚糖菌DGAOs。首先向厌氧/缺氧SBR2反应器中通入含有乙酸钠及各种微量元素的配水进行厌氧搅拌2-3h，沉淀排水，排水比为30％-70％；接着向该反应器中通入含有硝酸钠的配水进行缺氧搅拌3-4h，排水，排水比为30％-70％。向该反应器中投加海绵填料15，填充比为30％-50％，使富集后的反硝化聚糖菌DGAOs能够均匀充分地附着生长在填料上，完成挂膜。

其中，厌氧/缺氧SBR2的配水主要成分为：乙酸钠401.5mg/L、NH₄Cl30mg/L、KH₂PO₄8mg/L、MgSO₄·7H₂O 50mg/L、CaCl₂ 20mg/L、KCl 20mg/L、MnCl₂0.1mg/L、FeSO₄·7H₂O0.1mg/L、ZnSO₄ 0.1mg/L.

②低DO全程硝化SBR4的启动：将污水处理厂剩余污泥接种到低DO全程硝化SBR4反应器中，有效容积为10L，保持污泥浓度在2500-3500mg/L，使用配水驯化适应低DO环境的硝化菌，排水比为50％-70％，进行曝气搅拌3-4h，通过气体流量计18调控曝气强度，维持反应器内DO浓度为0.3-0.5mg/L。向该反应器中投加海绵填料16，填充比为30％-50％，使驯化后的硝化菌能够均匀充分地附着生长在填料上，完成挂膜。

其中，低DO全程硝化SBR4的配水主要成分为：NH₄Cl 250mg/L、NaHCO₃1000mg/L、K₂HPO₄·3H₂O 50mg/L、MgSO₄·7H₂O 20mg/L，每升配水中，含有0.5mL的微量元素溶液。每升微量元素溶液成分为：EDTA1.25g、ZnSO₄·7H₂O0.55g、CoCl₂·6H₂O0.4g、MnCl₂·4H₂O1.275g、CuSO₄·4H₂O0.4g、Na₂MoO₄·2H₂O0.05g、CaCl₂·2H₂O1.375g、FeCl₃·6H₂O1.25g.

(2)反应器正常运行阶段：原水水箱1中的城市生活污水通过第一进水泵8进入装有已挂好聚糖菌生物膜的海绵填料的厌氧/缺氧SBR2中，进行厌氧搅拌2-3h，此时反硝化聚糖菌DGAOs吸收原水中的有机物储存为内碳源PHA，原水中的NH₄ ⁺-N浓度基本不变，沉淀排水，排水比为100％，排水进入到第一中间水箱3；富含NH₄ ⁺-N的厌氧/缺氧SBR2的排水接着通过第二进水泵9进入装有已挂好硝化菌生物膜的海绵填料的低DO全程硝化SBR4中，进行曝气搅拌3-4h，由曝气泵5通过曝气头17向该反应器内供氧，通过气体流量计18调控曝气强度，并通过DO探头19对反应器内的DO浓度进行实时监测，使其始终维持在0.3-0.5mg/L，沉淀排水，排水比为100％，排水进入第二中间水箱6；富含NO₃ ^--N的排水通过回流泵10回流至厌氧/缺氧SBR2中，进行缺氧搅拌3-4h，反硝化聚糖菌DGAOs利用厌氧段储存的内碳源PHA进行内碳源反硝化，生成N₂，沉淀排水，排水比为100％，排水最终进入出水箱7。至此，系统完成一个运行周期，进行下一个周期。

以北京某小区生活污水为研究对象(COD＝180-290mg/L，NH₄ ⁺-N＝40-75mg/L，C/N＝3.5-4.5)，对厌氧/缺氧SBR2，平均污泥浓度3000±250mg/L，温度由加热棒控制在20-25℃，排水比为60％，水力停留时间为8-12h；对低DO全程硝化SBR4，平均污泥浓度2500±250mg/L，温度为20-25℃，反应器内DO浓度为0.3-0.5mg/L，pH为7.5-8.0，前期排水比为50％，水力停留时间为6-8h，后期排水比为70％，水力停留时间为4-6h。试验结果表明，启动该系统反应器2个月时，COD平均去除率为68.2％，NH₄ ⁺-N平均去除率为92.2％，NO₃ ^--N平均去除率为86.5％。

以上是本发明的具体实施运行方式，便于相关技术人员的理解和本发明的实际应用，但不应受本发明说明书的限制，可根据实际情况进行适当的改进和调整。

Claims (1)

1.强化内源反硝化耦合低DO硝化深度脱氮的方法，所应用装置包括依次连接的城市生活污水水箱(1)、厌氧/缺氧SBR(2)、第一中间水箱(3)、低DO全程硝化SBR(4)、第二中间水箱(6)以及通过回流泵(10)连接第二中间水箱(6)和厌氧/缺氧SBR(2)的外回流管路、连接厌氧/缺氧SBR(2)和出水箱(7)的最终排水管路；

所述厌氧/缺氧SBR(2)和低DO全程硝化SBR(4)均安装有搅拌器；在低DO全程硝化SBR(4)底部安装有曝气头(17)，与曝气泵(5)相连通，通过气体流量计(18)对反应器内的曝气强度进行调控，并通过DO探头(19)和pH探头(20)对反应过程中的DO浓度和pH值进行监测；厌氧/缺氧SBR(2)和低DO全程硝化SBR(4)内均装有海绵填料，填充比为30％—50％；通过控制第一进水泵(8)、第二进水泵(9)、回流泵(10)使污水依次进入厌氧/缺氧SBR(2)、低DO全程硝化SBR(4)和厌氧/缺氧SBR(2)，并通过控制第一排水阀(11)、第二排水阀(12)和第三排水阀(13)使污水依次被排入第一中间水箱(3)、第二中间水箱(6)和出水箱(7)；

其特征在于，包括以下步骤：

城市生活污水水箱(1)中的城市生活污水通过第一进水泵(8)进入装有已挂好聚糖菌生物膜的海绵填料的厌氧/缺氧SBR(2)中，进行厌氧搅拌2—3h，沉淀排水，排水比为100％，排水进入到第一中间水箱(3)；富含NH₄ ⁺-N的厌氧/缺氧SBR(2)的排水接着通过第二进水泵(9)进入装有已挂好硝化菌生物膜的海绵填料的低DO全程硝化SBR(4)中，进行曝气搅拌3—4h，由曝气泵(5)通过曝气头(17)向该反应器内供氧，通过气体流量计(18)调控曝气强度，并通过DO探头(19)对反应器内的DO浓度进行实时监测，使其始终维持在0.3—0.5mg/L，沉淀排水，排水比为100％，排水进入第二中间水箱(6)；富含NO₃ ^--N的排水通过回流泵(10)回流至厌氧/缺氧SBR(2)中，进行缺氧搅拌3—4h，沉淀排水，排水比为100％，排水最终进入出水箱(7)；至此，系统完成一个运行周期，进行下一个周期。

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