CN107381815B - 一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法 - Google Patents

一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法。所述装置包括：城市污水原水箱、内源短程反硝化反应器、中间水箱I、硝化反应器、中间水箱Ⅱ、厌氧氨氧化反应器。所述方法是城市污水先进入内源短程反硝化反应器，微生物摄取原水中的有机物转化为PHAs。接着，污水进入硝化反应器中发生全程硝化。经硝化的污水再次进入内源短程反硝化反应器实现硝态氮到亚硝态氮的转化。然后，污水进入厌氧氨氧化反应器实现自养深度脱氮。此方法可以稳定实现低C/N比城市污水的主流厌氧氨氧化，无需外加碳源，节约曝气量，污泥产量低，运行控制简单，实现了高效低能耗的城市污水处理。

Description

一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深 度脱氮的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，属于低C/N比城市污水处理技术领域。
背景技术：
污水脱氮处理对保护水资源极其重要，但是严格的排放标准意味着过高的能耗需求。因此，经济有效的生物脱氮工艺被广泛研究和应用。我国城市污水存在碳氮比(C/N)低、碳源严重不足的问题，造成传统生物脱氮工艺很难达标处理该污水。然而，厌氧氨氧化技术不需要碳源即可实现高效脱氮，降低碳源和能源的需求、污泥产量低等优势而成为目前研究的热点。该技术的原理是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮为电子受体，直接将氨氮氧化为氮气。
目前，厌氧氨氧化工艺研究的瓶颈主要是稳定的亚硝态氮的来源和进水中亚硝与氨氮合适的比例(1.32)。因为氨氮是生活污水中的主要污染物，那么亚硝态氮就需要一定的途径转化而来。常见的两种途径是短程硝化(NH4 +-N→NO2 --N)和短程反硝化(NO2 --N→NO2 --N)。由于城市污水属于低氨氮废水，其短程硝化很难长期稳定维持，而且进水中往往会伴随着有机物，那么通过短程反硝化来为厌氧氨氧化提供亚硝态氮成为了很好的选择。此外，内源短程反硝化可实现有机物和硝态氮的分开利用，通过改变排水比就可灵活调配出水中亚硝与氨氮的比例，进而保证厌氧氨氧化工艺的稳定性。
该工艺，污水首先进入内源短程反硝化反应器中，通过将外碳源转化为内碳源(PHAs)而实现有机物的去除，避免碳源的浪费；接着，仅有一部分的氨氮随出水进入到硝化反应器中发生硝化反应，产生硝态氮，大大降低了氧气的需求；然后，硝化液再回流至内源短程反硝化反应器中，利用上一阶段储存的PHAs为碳源，将硝态氮还原为亚硝态氮，此过程所需碳源相对较少；由于内源短程反硝化反应器中有残留的未经硝化的氨氮，控制合适硝化液回流比，内源短程反硝化的出水可以很好地为厌氧氨氧化提供底物，进而实现城市污水经济高效的脱氮。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，实现将内源短程反硝化与厌氧氨氧化技术联合应用于城市污水的深度脱氮处理中，使耗氧量与传统方式相比降低，节省碳源，污泥龄长，使剩余污泥减量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置，包括：城市污水原水箱(1)、内源短程反硝化反应器(2)、中间水箱Ⅰ(3)、硝化反应器(4)、中间水箱Ⅱ(5)、厌氧氨氧化反应器(6)；其特征在于，所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2)；所述内源短程反硝化反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.3)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.4)、排水阀Ⅰ(2.2)；排水阀Ⅱ(2.5)；所述中间水箱Ⅰ(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2)；所述硝化反应器(4)设有搅拌装置Ⅱ(4.3)、曝气头(4.4)、空气压缩机(4.5)、DO/pH在线测定仪Ⅱ(4.6)、排水阀Ⅲ(4.2)；所述中间水箱Ⅱ(5)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(5.1)和放空管Ⅲ(5.2)；所述厌氧氨氧化反应器(6)设有取样口(6.2)、出水口(6.3)。
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与内源短程反硝化反应器(2)相连接；内源短程反硝化反应器(2)通过进水泵Ⅱ(4.1)连接硝化反应器(4)；硝化反应器(4)的通过排水阀Ⅲ(4.2)连接中间水箱Ⅰ(3)；中间水箱Ⅰ(3)通过进水泵Ⅲ(2.8)与内源短程反硝化反应器(2)相连接；内源短程反硝化反应器的通过排水阀Ⅰ(2.2)连接中间水箱Ⅱ(5)；中间水箱Ⅱ(5)通过进水泵Ⅳ(6.1)与厌氧氨化反应器相连接。
本发明还提供了一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的方法，其具体启动与调控步骤如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化的污泥投加至内源短程反硝化反应器(2)中，使反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；将城市污水处理厂剩余污泥投加至硝化反应器(4)中，使反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；将具有厌氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化反应器(6)中，使反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L。
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入内源短程反硝化反应器中，进水时间为5～10min；然后，内源短程反硝化反应器(2)厌氧搅拌1～2h，沉淀排水30～45min，排水比20～60％，排水进入硝化反应器(4)中；
2.2)硝化反应器(4)进水结束后，好氧曝气1.5～3h，DO浓度0.5～2mg/L，沉淀排水30min，排水比20～60％，排水进入中间水箱(3)中；
2.3)中间水箱(3)中的污水通过进水泵Ⅲ(2.6)进入内源短程反硝化反应器(2)中，进水时间5～10min；然后，内源短程反硝化反应器(2)缺氧搅拌20～60min；沉淀排水30min，排水比20～60％，排水进入中间水箱(5)中；
2.4)中间水箱(5)中的污水通过进水泵Ⅳ(6.1)连续进入厌氧氨氧化反应器(6)中，水力停留时间HRT＝1～5h，回流比100～500％，出水实现深度脱氮并排放。
综上，提供的一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，其处理城市污水的流程为：污水首先进入内源短程反硝化反应器中，通过将外碳源转化为内碳源(PHAs)而实现有机物的去除；然后，污水进入硝化反应器中，氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌协同将氨氮氧化成硝酸盐；接着，硝化液再回流至内源短程反硝化反应器中，利用上一阶段储存的PHAs为碳源，将硝态氮还原为亚硝态氮；最后，同时含有氨氮和亚硝的出水(来自内源短程反硝化反应器)进入厌氧氨氧化反应器中，实现城市污水经济高效的脱氮。
因此，本发明一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：
(1)将生长环境要求有很大差别的硝化菌、反硝化聚糖菌和厌氧氨氧化菌分别位于不同的污泥系统，利于各系统的高效运行；
(2)内源短程反硝化可以为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝来源，运行控制简单，避免传统短程硝化不易达到100％的亚硝酸盐积累率而使出水中含有过多硝酸盐的问题；同时，相比传统的硝化反硝化工艺，该工艺可节省大约76％的碳源需求；
(3)通过调整硝化液回流比，可以灵活控制内源短程反硝化反应器出水中硝酸盐与氨氮的比例，易于保证厌氧氨氧化反应器的稳定运行；
(4)整个系统污泥龄较长，可减少剩余污泥的产量。
附图说明：
图1是本发明主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置的结构示意图。
图中1为城市污水原水箱、2为内源短程反硝化反应器、3为中间水箱Ⅰ、4为硝化反应器、5为中间水箱Ⅱ、6为厌氧氨氧化反应器；1.1为溢流管Ⅰ，1.2为放空管Ⅰ；2.1为进水泵Ⅰ，2.2为排水阀Ⅰ，2.3为搅拌装置Ⅰ，2.4为DO/pH在线测定仪Ⅰ，2.5为排水口，2.6为进水泵Ⅲ；3.1为溢流管Ⅱ，3.2为放空管Ⅱ；4.1为进水泵Ⅱ，4.2为排水阀Ⅲ，4.3为搅拌装置Ⅱ，4.4为曝气头，4.5为空气压缩机，4.6为DO/pH在线测定仪Ⅱ；5.1为溢流管Ⅲ，5.2为放空管Ⅲ；6.1为进水泵Ⅳ，6.2为取样口，6.3为出水口。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置：包括城市污水原水箱(1)、内源短程反硝化反应器(2)、中间水箱Ⅰ(3)、硝化反应器(4)、中间水箱Ⅱ(5)、厌氧氨氧化反应器(6)；其特征在于，所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与内源短程反硝化反应器(2)相连接；内源短程反硝化反应器(2)通过进水泵Ⅱ(4.1)连接硝化反应器(4)；硝化反应器(4)的通过排水阀Ⅲ(4.2)连接中间水箱Ⅰ(3)；中间水箱Ⅰ(3)通过进水泵Ⅲ(2.8)与内源短程反硝化反应器(2)相连接；内源短程反硝化反应器的通过排水阀Ⅰ(2.2)连接中间水箱Ⅱ(5)；中间水箱Ⅱ(5)通过进水泵Ⅳ(6.1)与厌氧氨化反应器相连接。
城市污水在此工艺中的处理流程为：污水首先进入内源短程反硝化反应器中，通过将外碳源转化为内碳源(PHAs)而实现有机物的去除；然后，污水进入硝化反应器中，氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌协同将氨氮氧化成硝酸盐；接着，硝化液再回流至内源短程反硝化反应器中，利用上一阶段储存的PHAs为碳源，将硝态氮还原为亚硝态氮；最后，同时含有氨氮和亚硝的出水(来自内源短程反硝化反应器)进入厌氧氨氧化反应器中，实现城市污水经济高效的脱氮。
具体试验用水取自某小区生活污水，其水质如下：COD浓度为130-280mg/L；NH+4-N浓度为58-84mg/L，NO-2-N≤0.5mg/L，NO-3-N≤0.5mg/L，P 4～7mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，短程内源短程反硝化反应器和硝化反应器的有效体积均为10L，厌氧氨氧化反应器的有效体积为1L。
具体运行操作如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化的污泥投加至内源短程反硝化反应器(2)中，使反应器内污泥浓度MLSS＝3000mg/L；将城市污水处理厂剩余污泥投加至硝化反应器(4)中，使反应器内污泥浓度MLSS＝3000mg/L；将具有厌氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化反应器(6)中，使反应器内污泥浓度MLSS＝2000mg/L。
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入内源短程反硝化反应器中，进水时间为10min；然后，内源短程反硝化反应器(2)厌氧搅拌2h，沉淀排水30min，排水比60％，排水进入硝化反应器(4)中；
2.2)硝化反应器(4)进水结束后，好氧曝气2h，DO浓度0.5～2mg/L，沉淀排水30min，排水比60％，排水进入中间水箱(3)中；
2.3)中间水箱(3)中的污水通过进水泵Ⅲ(2.6)进入内源短程反硝化反应器(2)中，进水时间10min；然后，内源短程反硝化反应器(2)缺氧搅拌40min；沉淀排水30min，排水比50％，排水进入中间水箱(5)中；
2.4)中间水箱(5)中的污水通过进水泵Ⅳ(6.1)连续进入厌氧氨氧化反应器(6)中，水力停留时间HRT＝1.5h，回流比300％，出水实现深度脱氮并排放。
试验结果表明：运行稳定后，该系统的最终出水COD为30-50mg/L，NH+4-N＜1mg/L，NO2 --N＜1mg/L，TN＜5mg/L。
本发明一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法可广泛应用于城市污水及其他含硝酸盐的工业废水处理。
以上对本发明所提供的一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种主流内源短程反硝化/厌氧氨氧化工艺，所应用装置包括城市污水原水箱（1）、内源短程反硝化反应器（2）、中间水箱Ⅰ（3）、硝化反应器（4）、中间水箱Ⅱ（5）和厌氧氨氧化反应器（6）；所述城市污水原水箱（1）为密闭箱体，设有溢流管Ⅰ（1.1）和放空管Ⅰ（1.2）；所述内源短程反硝化反应器（2）设有搅拌装置Ⅰ（2.3）、DO/pH在线测定仪Ⅰ（2.4）、排水阀Ⅰ（2.2）；排水阀Ⅱ（2.5）；所述中间水箱Ⅰ（3）为密闭箱体，设有溢流管Ⅱ（3.1）和放空管Ⅱ（3.2）；所述硝化反应器（4）设有搅拌装置Ⅱ（4.3）、曝气头（4.4）、空气压缩机（4.5）、DO/pH在线测定仪Ⅱ（4.6）、排水阀Ⅲ（4.2）；所述中间水箱Ⅱ（5）为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ（5.1）和放空管Ⅲ（5.2）；所述厌氧氨氧化反应器（6）设有取样口（6.2）、出水口（6.3）；
所述城市污水原水箱（1）通过进水泵Ⅰ（2.1）与内源短程反硝化反应器（2）相连接；内源短程反硝化反应器（2）通过进水泵Ⅱ（4.1）连接硝化反应器（4）；硝化反应器（4）通过排水阀Ⅲ（4.2）连接中间水箱Ⅰ（3）；中间水箱Ⅰ（3）通过进水泵Ⅲ（2.8）与内源短程反硝化反应器（2）相连接；内源短程反硝化反应器通过排水阀Ⅰ（2.2）连接中间水箱Ⅱ（5）；中间水箱Ⅱ（5）通过进水泵Ⅳ（6.1）与厌氧氨化反应器相连接；
其特征在于，具体启动与调控步骤如下：
1）启动系统：将具有内源短程反硝化的污泥投加至内源短程反硝化反应器（2）中，使反应器内污泥浓度MLSS=2000-5000mg/L；将城市污水处理厂剩余污泥投加至硝化反应器（4）中，使反应器内污泥浓度MLSS=2000-5000mg/L；将具有厌氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化反应器（6）中，使反应器内污泥浓度MLSS=2000-5000mg/L；
2）运行时调节操作如下：
2.1）城市污水原水箱（1）中的污水通过进水泵Ⅰ（2.1）进入内源短程反硝化反应器中，进水时间为5~10min；然后，内源短程反硝化反应器（2）厌氧搅拌1~2h，沉淀排水30~45min，排水比20~60%，排水进入硝化反应器（4）中；
2.2）硝化反应器（4）进水结束后，好氧曝气1.5~3h，DO浓度0.5~2mg/L，沉淀排水30min，排水比20~60%，排水进入中间水箱Ⅰ（3）中；
2.3）中间水箱Ⅰ（3）中的污水通过进水泵Ⅲ（2.6）进入内源短程反硝化反应器（2）中，进水时间5~10min；然后，内源短程反硝化反应器（2）缺氧搅拌20~60min；沉淀排水30min，排水比20~60%，排水进入中间水箱Ⅱ（5）中；
2.4）中间水箱Ⅱ（5）中的污水通过进水泵Ⅳ（6.1）连续进入厌氧氨氧化反应器（6）中，水力停留时间HRT=1~5h，回流比100~500%，出水排放。
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Application publication date: 20171124

Assignee: JIANGSU TIANYU ENVIRONMENTAL PROTECTION GROUP Co.,Ltd.

Assignor: Beijing University of Technology

Contract record no.: X2022990000985

Denomination of invention: A device and method for realizing deep denitrification of domestic sewage by mainstream endogenous short cut denitrification/anaerobic ammonia oxidation process

Granted publication date: 20200703

License type: Exclusive License

Record date: 20221226