CN107973409A - 好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置与方法 - Google Patents

好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置与方法 Download PDF

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Abstract

好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置与方法，属于污水生物处理技术领域。主要由好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器耦合一个厌氧氨氧化反应器。深度脱氮方法：SBR反应器中的污泥经过好氧：缺氧＝0.11‑0.25，排水比0.4‑0.6，保持缺氧段过量硝酸盐氮浓度，驯化培养出具有内源积累兼内源反硝化能力的活性污泥。完成有机物转化积累后泥水分离，上清液进入到厌氧氨氧化反应器内实现部分脱氮；最后将厌氧氨氧化工艺出水注入至好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器进行内源反硝化，最终实现内源深度脱氮。本发明内源深度脱氮，解决了厌氧氨氧化工艺中高有机物对氨氧化菌的抑制以及脱氮不完全问题。

Description

好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度 脱氮装置与方法
技术领域
好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置与方法，属于污水生物处理领域。该发明是一种高效迁移污水外源有机物，强化内源积累，并用于内源反硝化深度脱氮的装置和技术方法。
背景技术
近年来，随着污水处理排放标准的不断升级，对污水中总氮的排放要求越来越高。如何深度低能耗地脱氮是污水处理技术革新的目标。由于市政污水中碳源相对不足(C/N低)导致反硝化不充分，污水处理厂普遍采用投加外源碳源提高反硝化能力的实践。一方面，污水处理厂原水中的碳源在好氧条件下被氧化浪费，产生CO2温室气体；另一方面，在反硝化阶段投加碳源增加了污水厂处理成本。为此，避免原水中的有机物在好氧环境下被氧化，迁移有机物到缺氧段作为反硝化碳源是利用原水碳源节约处理费用的有效途径。专利申请号CN201610816170.6提出强化内源反硝化污水深度脱氮除磷的装置与方法。该方法的原理是厌氧条件下聚磷菌、聚糖菌充分利用原水中的有机物储存内。在缺氧条件下，硝酸盐被聚磷菌、聚糖菌利用实现内源反硝化。这种技术是将厌氧有机物迁移到缺氧环境进行反硝化的技术手段，不适用于好氧条件至缺氧条件的碳迁移。而且，由于聚磷菌储存胞内物质的含量低，所以厌氧储存的碳源量非常有限，往往无法满足缺氧条件下高浓度硝酸盐反硝化的需求。同样地，专利申请号CN 201610908919.X的技术原理也是利用除磷菌的厌氧储存功能实现厌氧有机物内源储存，迁移到缺氧环境进行内源反硝化的技术手段。可见，目前基于原水有机物迁移用于反硝化技术都只在厌氧至缺氧中实现。而且实现的功能微生物都是聚磷菌和聚糖菌。但是，污水处理厂好氧阶段消耗和浪费了90％以上的有机物。因此，如何实现好氧有机物的储存和迁移用于后续反硝化是利用有机物节约脱氮成本的关键。厌氧氨氧化技术突破了传统消化反硝化基本理论，实现了污泥自养脱氮过程。但是，其本身仍存在缺点，尤其是污水中不可避免的外源性有机物促进了异养菌的生长，出现异养菌反硝化过程抑制了厌氧氨氧化菌的生长的现象。因此，实现厌氧氨氧化的前提是将废水中的有机物去除，有效地避免有机物对厌氧氨氧化菌群的抑制。基于这些问题，本发明提出一种好氧至缺氧迁移有机物的方法，同时结合公知的厌氧氨氧化技术建立两段式深度脱氮的技术手段。该技术方法实现零碳源投加，自养菌脱氮和异养菌内源深度反硝化的结合。该技术具有产泥量少，曝气量低，能耗小，处理成本低等优点。
发明内容
本发明的目的是实现污水中有机物好氧到缺氧的转移，减少因有机物的存在对厌氧氨氧化菌的抑制。同时实现以微生物内源多聚物的形式在好氧条件下迁移有机物，并耦合内源多聚物深度脱氮和厌氧氨氧化工艺深度脱氮，解决传统脱氮工艺面临碳源不足和有机物在好氧条件下氧化消耗的问题。
本发明提出的好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置，包括：
依次连接的污水原水箱(1.1)通过第一进水泵(1.2)与好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器(2.1)连接，出水进入第一储水箱(3.1)；通过第二进水泵(3.2)与一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)相连接；一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)的出水由第三进水泵(4.2)与好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器(2.1)相连接；好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器(2.1)设有供气装置(2.2)，气体流量计(2.3)，曝气盘(2.4)和搅拌器(2.5)；并进一步配备有在线DO、pH检测装置(2.6)和温控装置(2.7)；一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)配备温控装置(3.4)。
处理流程包括依次连接的污水原水箱(1.1)通过第一进水泵(1.2)进入内源积累兼内源反硝化反应器(2.1)，在搅拌器(2.5)定速搅拌和PH、DO、ORP监测仪(2.6)和温控仪(2.7)的共同控制下，并通过好氧曝气通过风机(2.2)，气体流量计(2.3)和曝气盘(2.4)控制共同完成内源积累和内源硝化过程。好氧结束后，低有机物、高NH4 +-N出水进入第一储水池(3.1)，通过蠕动进水泵(3.2)作用下，将高NH4 +-N废水泵入由温控仪(3.4)实现温控的一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)完成厌氧氨氧化部分脱氮过程；出水进入第二储水池(4.1)，最终通过蠕动进水泵(4.2)泵入内源反硝化反应器(2.1)最终完成污水中有机物的去除和内源反硝化深度脱氮过程。
本发明的装置原理：
好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置，其特征在于：好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器首先完成外源有机物的迁移储存，实现微生物内源多聚物的高效积累。该反应器的出水后进入到公知的一体式厌氧氨氧化反应器实现脱氮。厌氧氨氧化反应器出水再次进入到好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器进行内源反硝化。
依托该装置实现污水深度脱氮的技术方法，包括以下步骤：
(1)好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内活性污泥按照好氧和缺氧交替运行进行污泥驯化；在污泥驯化期间，控制好氧时长和缺氧时长的比值为0.11-0.25：1进行污泥驯化，缺氧段保持好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器进水后初始硝酸盐氮(NO2 --N+NO3 --N)浓度(mg/L)高于系统反硝化脱氮氮(NO2 --N+NO3 --N)浓度(mg/L)，硝酸盐可来自系统硝化或外源投加并作为内源反硝化的最终电子受体，连续驯化使系统反硝化脱氮去除量(mg/L)明显提高并趋于稳定，即脱氮能力不再提高为止；污泥驯化完成后，连续运行好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺；
(2)好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺方法，采用序批式；向好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内进待处理的污水即原水，进行好氧曝气；连续运行好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺期间，好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内的好氧时间长度由在线DO监测确定。原水进水初期调整曝气量使DO小于1mg/L。维持这一曝气量，当DO浓度抬升量大于3mg/L时结束曝气；
(3)好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器好氧曝气停止后，经过沉淀进行泥水分离；污泥继续保留在好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内；
(4)步骤(3)沉淀后的上清液进入到公知的厌氧氨氧化反应器进行脱氮；工艺参数按照公知的厌氧氨氧化工艺运行参数进行控制；
(5)步骤(4)厌氧氨氧化工艺出水重新注入到步骤(3)的好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器中，启动搅拌装置进行缺氧内源反硝化脱氮；
(6)步骤(5)脱氮后经过沉淀进行泥水分离；污泥继续保留在好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内；
(7)沉淀后的上清液可达到排放要求进行排放；步骤(6)的好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器继续步骤(2)-(6)进行序批式好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺。
前期的污泥驯化阶段和后期的稳定深度脱氮阶段，排水比根据实际进水污染物负荷、内源积累总量、以及后续厌氧氨氧化出水硝酸盐氮浓度等综合因素进行合理调控，排水比调控范围一般控制在0.4-0.6。
本发明提出的好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置与技术方法具有以下优势：
(1)实现有机物在好氧条件下的积累和迁移，减少好氧条件下有机物氧化浪费，充分利用水中的有机碳源，减少CO2排放。
(2)解决了厌氧氨氧化有机物对自养脱氨的抑制，更有效地实现厌氧氨氧化；
(3)以好氧迁移的有机物为碳源反硝化厌氧氨氧化工艺出水的中不完全的硝酸盐氮，实现氮的深度去除；
(4)实现异养和自养脱氮的结合，外源有机物的好氧迁移进一步降低处理成本，提高脱氮效率。
附图说明
图1为好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置结构示意图。
1.1污水原水箱、1.2第一进水泵、2.1好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器、2.2供气装置、2.3气体流量计、2.4曝气盘、2.5搅拌器、2.6在线DO、pH检测装置、2.7温控装置、3.1第一储水箱、3.2第二进水泵、3.3一体式厌氧氨氧化反应器、3.4温控装置、4.2第三进水泵。
图2为本发明实施例好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮技术方法处理生活污水效率图。其中NO3 --Nin代表进水初期SBR反应器中硝酸盐氮浓度，NO3 --No代表好氧结束转入缺氧段初始时SBR反应器中硝酸盐氮浓度，NO3 --Nef代表SBR出水硝酸盐氮浓度。
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，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
本实施采用进水为北京某大学家属区化粪池生活污水，生活污水水质为NO2 --N≤0.5mg/L，NO3 --N≤0.5mg/L；好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器污泥驯化阶段初期进水后的内部总有机物为280-350mg/L，后期稳定运行好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺时好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器初期进水后的内部总有机物为480-550mg/L；
具体装置见图1，按照发明内容中的工艺步骤方法进行。本发明对温度和pH值没有特殊要求。
好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器污泥的运行方式为：进水10min，温度28±2℃，好氧曝气60min，进水初期调整曝气量使DO小于1mg/L，控制曝气量120L/h，维持这一曝气量，当DO浓度抬升量大于3mg/L时结束曝气；缺氧搅拌540min，好氧时长/缺氧时长＝0.11，驯化及进行脱氮工艺时排水比为0.5。缺氧结束后沉淀60min，排水5min。通过好氧/缺氧驯化机制连续驯化30天(见图2)。
30天后将好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器与公知的一体化厌氧氨氧化反应器相接，开始运转好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮技术工艺。在后续的30天处理中(见图2)，有机物去除率可达85％以上并用于高效积累内源多聚物PHA，PHA积累量最大可达细胞干重的15％左右，系统耦合厌氧氨氧化工艺稳定后硝酸盐去除率几乎稳定达98％以上，最终稳定实现污水深度脱氮过程。

Claims (4)

1.一种好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮装置，其特征在于，包括：依次连接的污水原水箱(1.1)通过第一进水泵(1.2)与好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器(2.1)连接，出水进入第一储水箱(3.1)；通过第二进水泵(3.2)与一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)相连接；一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)的出水由第三进水泵(4.2)与好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器(2.1)相连接；好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器(2.1)设有供气装置(2.2)，气体流量计(2.3)，曝气盘(2.4)和搅拌器(2.5)；并进一步配备有在线DO、pH、ORP检测装置(2.6)和温控装置(2.7)；一体式厌氧氨氧化反应器(3.3)配备温控装置(3.4)。
2.利用权利要求1所述的装置实现污水深度脱氮的技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内活性污泥按照好氧和缺氧交替运行进行污泥驯化；在污泥驯化期间，控制好氧时长和缺氧时长的比值为0.11-0.25：1进行污泥驯化，缺氧段保持好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器进水后初始硝酸盐氮(NO2 --N+NO3 --N)浓度(mg/L)高于系统反硝化脱氮氮(NO2 --N+NO3 --N)浓度(mg/L)，硝酸盐来自系统硝化或外源投加并作为内源反硝化的最终电子受体，连续驯化使系统反硝化脱氮去除量(mg/L)明显提高并趋于稳定，即脱氮能力不再提高为止；污泥驯化完成后，连续运行好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺；
(2)好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺方法，采用序批式；向好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内进待处理的污水即原水，进行好氧曝气；连续运行好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺期间，好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内的好氧曝气时间长度由在线DO监测确定；原水进水初期调整曝气量使DO小于1mg/L，维持这一曝气量，当DO浓度抬升量大于3mg/L时结束曝气；
(3)好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器好氧曝气停止后，经过沉淀进行泥水分离；污泥继续保留在好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内；
(4)步骤(3)沉淀后的上清液进入到公知的厌氧氨氧化反应器进行脱氮；工艺参数按照公知的厌氧氨氧化工艺运行参数进行控制；
(5)步骤(4)厌氧氨氧化工艺出水重新注入到步骤(3)的好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器中，启动搅拌装置进行内源反硝化深度脱氮过程；
(6)步骤(5)脱氮后经过沉淀进行泥水分离；污泥继续保留在好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器内；
(7)沉淀后的上清液可达到排放要求进行排放；步骤(6)的好氧有机物迁移兼内源反硝化SBR反应器继续步骤(2)-(6)进行序批式好氧有机物迁移用于内源反硝化耦合厌氧氨氧化两段式深度脱氮工艺。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，前期的污泥驯化阶段和后期的稳定深度脱氮阶段，排水比根据实际进水污染物负荷、内源积累总量、以及后续厌氧氨氧化出水硝酸盐氮浓度综合因素进行合理调控。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，前期的污泥驯化阶段和后期的稳定深度脱氮阶段，排水比调控范围控制在0.4-0.6。
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