CN108128897A - 基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置与方法 - Google Patents

基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置与方法 Download PDF

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    • C02F3/308Biological phosphorus removal

Abstract

基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置与方法属于城市生活污水生物处理领域。生活污水通过进水泵进入同步短程硝化反硝化除磷反应器。在同步短程硝化反硝化除磷反应器中,厌氧搅拌时聚磷菌充分利用原水中的碳源释磷;好氧时通过投加羟胺实现稳定的短程硝化;缺氧条件下,反硝化聚磷菌以亚硝态氮为电子受体吸收水中的磷,将亚硝态氮还原为氮气。此工艺相比于传统的脱氮除磷工艺节约碳源,节约曝气量。

Description

基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置 与方法
技术领域
[0001] 本发明相关的基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置与方 法,属于污水生物处理领域,尤其适用于C/N较低的城市生活污水脱氮。
背景技术
[0002] 近些年,城市污水的脱氮除磷备受关注,城市污水处理厂出水不达标会带来水体 富营养化等一系列环境问题,同时存在着处理成本高的问题。传统的脱氮除磷工艺的高能 耗主要存在于曝气和碳源消耗的环节上。
[0003] 众所周知,全程硝化反应是在氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的作用 下进行的,首先污水中的氨氮在氨氧化菌(AOB)的作用下被氧化为亚硝酸盐,然后亚硝酸盐 在亚硝酸氧化菌(NOB)的作用下被氧化为硝态氮。如果将氨氮的氧化仅仅停留在亚硝态氮 (短程硝化),那么就会节省25%的曝气量。羟胺(NH2OH)是短程硝化的中间产物,氨氮在氨 单加氧酶(AMO)的作用下氧化为羟胺,继而羟胺在羟胺氧化酶(HAO)的作用下氧化为亚硝酸 盐。研究表明投加适量的羟胺可以快速实现运行稳定的短程硝化。
[0004] 在传统的脱氮除磷过程中,存在着反硝化菌和聚磷菌对基质的竞争,反硝化过程 需要碳源为电子供体,磷的去除也需要碳源提供足够的能量完成释磷。生活污水往往存在 着碳源不足的问题,所以需要外加碳源(甲醇、乙酸钠等)来确保氮磷的达标排放。反硝化除 磷技术的应用有效的解决了这一问题,反硝化除磷菌在厌氧条件下,将原水中的碳源转化 为内碳源PHA同时进行磷的释放,在缺氧条件下以亚硝态氮或硝态氮为电子受体,利用储存 在体内的内碳源进行过分吸磷,同时将亚硝态氮和硝态氮还原为氮气。反硝化除磷实现了 “一碳两用”,有效的实现氮磷的同步去除,可以节省50%的碳源,50%的污泥产量。
[0005] 基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷的装置与方法是在单级SBR中实现短程硝 化和反硝化除磷的耦合。首先利用羟胺实现由全程硝化污泥到短程硝化污泥的快速启动, 待短程运行稳定后接种已驯化良好的反硝化除磷污泥,通过反应器厌氧释磷-好氧短程硝 化-缺氧反硝化除磷的运行方式实现生活污水的氮磷同步去除。本发明有效解决了反硝化 和聚磷菌对于碳源的竞争,同时短程硝化的实现又可以节约曝气能耗,是一种低能耗的污 水脱氮除磷工艺。
发明内容
[0006] 基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷工艺可以有效解决反硝化和除磷菌对碳 源的竞争以及节省曝气能耗,本专利提供了一种通过投加羟胺快速启动和稳定维持短程硝 化和启动同步短程硝化反硝化除磷的方法和装置,耗时短,效果好,操作简单易行,可以获 得较好的氮磷去除效果。本方法可以为同步短程硝化反硝化除磷的工程应用提供参考。
[0007] 基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置,其特征在于,该装 置由进水箱(1),同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)连接而成;首先进水箱⑴通过进水栗 (8)和进水阀(9)向同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)进水,同步短程硝化反硝化除磷反 应器⑵的出水由电动排水阀(11)排出;通过排泥阀(10)排泥;
[0008] 所述同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)设有DO传感器(4),pH传感器⑸和DO/pH 测定仪⑶,加药栗⑺,搅拌器(12),曝气栗(13),流量计(14),曝气头(15),其中DO/pH测定 仪⑶与自控平台⑹相连接;
[0009] 应用如权利要求1所述装置的方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0010] 阶段一:短程硝化的启动
[0011] 1)首先在同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中接种硝化污泥:在反应器(2)中接 种的硝化污泥为城市污水处理厂A2/0处理工艺的二沉池回流污泥,接种后硝化污泥浓度为 2000-2500mg/L;
[0012] 2)在常温条件下启动短程硝化,将生活污水由进水箱(1)通过进水栗⑻和进水阀 (9)栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中;
[0013] 3)进水结束后,同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵中的搅拌器(12)开启,缺氧搅 拌30-60min,利用进水中的有机碳源反硝化掉上一周期的亚硝态氮或硝态氮;
[0014] 4)缺氧结束后,通过加药栗(7)投加一定量的羟胺,使同步短程硝化反硝化除磷反 应器⑵中的羟胺浓度为2.5-4.5mgHA/L,每天只投加一次;同时曝气栗(13)开启,向反应器 (2)内鼓入空气,曝气过程中曝气量通过调节流量计(14)调节使同步短程硝化反硝化除磷 反应器⑵内D0 = 2-3mg/L,曝气时间90-120min;通过pH传感器⑸将pH信号传给自控平台 ⑹;
[0015] 5)曝气结束后曝气栗(13)关闭,通过排泥阀(10)每周期排泥保证SRT为20-25天; 搅拌器(12)关闭,静沉同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)使泥水分离;
[0016] 6)电动排水阀(11)开启,排水;同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵闲置;
[0017] 7)曝气结束后检查同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)出水中亚硝积累率是否达 到90%以上;若亚硝积累达到90%且稳定运行7天以上,说明短程硝化启动成功,此时将投 加羟胺的频率改为3-5天投加一次;若出水亚硝酸盐积累率未达到90%以上,继续按照原有 频率投加羟胺和运行,直至亚硝积累达到90%以上且稳定运行7天以上;
[0018] 阶段二:同步短程硝化反硝化除磷的运行
[0019] i)向已经成功启动短程硝化的同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中接种反硝化 除磷污泥,使短程硝化污泥和反硝化除磷污泥的体积比为2:1;
[0020] ii)在常温条件下运行同步短程硝化反硝化除磷反应器(2);生活污水由进水箱 (1)通过进水栗⑻和进水阀⑼栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器(2);进水结束后,同 步短程硝化反硝化除磷反应器⑵中的搅拌器(12)开启,进行厌氧搅拌30-60min,聚磷菌利 用原水中的碳源进行释磷,并合成内碳源;
[0021] i i i)厌氧搅拌结束后,通过加药栗⑺投加一定量的羟胺,使同步短程硝化反硝化 除磷反应器⑵中的羟胺浓度为2.5-4.5mgHA/L,投加频率为3-5天投加一次;同时曝气栗 (13)开启,向同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)内曝气,曝气过程中曝气量通过调节流量 计(14)调节使反应器⑵内D0 = 2-3mg/L,曝气时间90-120min,通过pH传感器⑸将pH信号 传给自控平台(6);
[0022] iv)曝气停止后曝气栗(13)关闭,同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)进入到缺氧 阶段,缺氧60-90min;反硝化聚磷菌以好氧阶段产生的亚硝态氮为电子受体进行反硝化吸 憐;
[0023] V)缺氧阶段结束后,通过排泥阀(10)每周期排泥保证SRT为20-25天;搅拌器(12) 关闭,静置同步短程硝化反硝化除磷反应器(2),泥水分离;
[0024] vi)电动排水阀(11)开启,排水;同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵闲置;
[0025] vii)系统返回步骤i)进入下一周期。
[0026] 本发明为基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷的装置与方法。本发明具有以下 优点:
[0027] ①本工艺采用短程硝化工艺,节约曝气量;采用反硝化除磷技术,节约碳源;
[0028] ②本工艺采用羟胺实现短程硝化,快速稳定;
[0029] ③反应器为SBR反应器具有序批式反应器应有的优势:工艺简单,运行灵活,反应 推动力大,沉淀排水效果好,无污泥膨胀,耐冲击负荷,适合自动化操作。
附图说明
[0030] 图1为基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷装置的结构示意图:如图1:1-进水 箱;2-短程硝化/厌氧氨氧化反应器;3-D0/pH测定仪;4-D0探头;5-pH探头;6-自控平台;7-加药栗;8-进水栗;9-进水阀;10-排泥阀;11-电动排水阀;12-搅拌器;13-曝气栗;14-流量 计;15-曝气头。
[0031] 图2为短程硝化启动阶段的运行时序图;
[0032] 图3为同步短程硝化反硝化除磷阶段运行时序图。
具体实施方式
[0033] 下面结合图1,详细说明本专利的实施方案:
[0034] 本方法采用的反应器为SBR,由有机玻璃制成,圆柱形,有效容积为IOL。同步短程 硝化反硝化除磷反应器底部安装有曝气装置,可通过调节流量计和DO在线反馈控制所需的 溶解氧。同步短程硝化反硝化除磷反应器内置搅拌器,保证在反应阶段泥水混合均匀。由蠕 动栗进水,电动排水阀出水,反应过程均由在线平台控制。羟胺的投加由加药栗实现,方便 快捷。
[0035] 基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷的装置与方法,其特征在于,包括以下内 容:
[0036] 阶段一:短程硝化的启动
[0037] 1)首先在同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中接种硝化污泥:在反应器(2)中接 种的硝化污泥为城市污水处理厂A2/0处理工艺的二沉池回流污泥,接种后硝化污泥浓度为 2000-2500mg/L;
[0038] 2)在常温条件下启动短程硝化,将生活污水由进水箱(1)通过进水栗⑻和进水阀 ⑼栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵中,进水IOmin;
[0039] 3)同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中的搅拌器(12)开启,缺氧搅拌30min,利 用进水中的有机碳源反硝化掉上一周期的亚硝态氮或硝态氮;
[0040] 4)缺氧30min后,通过加药栗⑺投加一定量的羟胺,使同步短程硝化反硝化除磷 反应器⑵中的羟胺浓度为3.5mgHA/L,每天只投加一次;同时曝气栗(13)开启,向同步短程 硝化反硝化除磷反应器(2)内鼓入空气,曝气过程中曝气量通过调节流量计(14)调节,通过 DO传感器⑷将DO信号传给自控平台⑹以维持同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)内DO = 3mg/L,曝气时间90min。通过pH传感器⑸将pH信号传给自控平台(6);
[0041] 5)曝气结束后曝气栗(13)关闭,通过排泥阀(10)每周期排泥62ml (SRT = 20d);搅 拌器(12)关闭,静沉同步短程硝化反硝化除磷反应器(2) 30min,泥水分离;
[0042] 6)电动排水阀(11)开启,排水lOmin,排水比为0.5;同步短程硝化反硝化除磷反应 器⑵闲置IOmin;
[0043] 7)曝气结束后检查同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)出水中亚硝积累率
Figure CN108128897AD00071
是否达到90%以上;若亚硝积累达到90%且稳定运行7天以上,说 明短程硝化启动成功,此时将投加羟胺的频率改为3天投加一次;若出水亚硝酸盐积累率未 达到90%以上,继续按照原有频率投加羟胺和运行,直至亚硝积累达到90%以上且稳定运 行7天以上;
[0044] 阶段二:同步短程硝化反硝化除磷的启动
[0045] i)向已经成功启动短程硝化的同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中接种反硝化 除磷污泥,使短程硝化污泥和反硝化除磷污泥的体积比为2:1-1:1;
[0046] ii)在常温条件下启动同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)。生活污水由进水箱 (1)通过进水栗⑻和进水阀⑼栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器(2),进水IOmin;进水 结束后,同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵中的搅拌器(12)开启,进行厌氧搅拌30min,聚 磷菌利用原水中的碳源进行释磷,并合成内碳源。
[0047] i i i)厌氧搅拌结束后,通过加药栗⑺投加一定量的羟胺,使同步短程硝化反硝化 除磷反应器(2)中的羟胺浓度为3.5mgHA/L,投加频率为3天投加一次;同时曝气栗(13)开 启,向同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)内曝气,曝气过程中曝气量通过调节流量计(14) 调节,通过DO传感器⑷将DO信号传给自控平台⑹以维持反应器(2)内D0 = 3mg/L,曝气时 间90min。
[0048] iv)曝气停止后曝气栗(13)关闭,同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)进入到缺氧 阶段,缺氧60min。反硝化聚磷菌以好氧阶段产生的亚硝态氮为电子受体进行反硝化吸磷。
[0049] V)缺氧阶段结束后,通过排泥阀(10)每周期排泥62ml (SRT = 20d);搅拌器(12)关 闭,静置同步短程硝化反硝化除磷反应器(2) 30min,泥水分离。
[0050] vi)电动排水阀(11)开启,排水lOmin,排水比为0.5;同步短程硝化反硝化除磷反 应器⑵闲置IOmin,为下一周期运行做准备;通过pH传感器⑸将pH信号传给自控平台(6);
[0051] vii)系统返回步骤i)进入下一周期。
[0052] 实验期间进水水质具体情况如下表:
Figure CN108128897AD00072
[0054]该系统运行期间,污水处理流程如下:首先进水箱(1)中的生活污水通过进水栗 ⑻和进水阀⑼栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵,进行厌氧搅拌,聚磷菌利用原水 中的有机碳源合成PHA进行释磷;厌氧反应结束后通过加药栗(7)向同步短程硝化反硝化除 磷反应器(2)中投加一定量的羟胺,曝气栗(13)开始曝气,氨氮短程硝化产生亚硝态氮;好 氧阶段结束后,曝气栗(13)关闭,进入到缺氧搅拌阶段,反硝化聚磷菌进行吸磷的同时将亚 硝态氮还原为氮气。继而沉淀排水,同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)的出水由电动排水 阀(11)排水;完成整个周期。在运行过程中由排泥阀(10)进行定期排泥,污泥龄控制在10-15d,保持同步硝化反硝化除磷反应器(2)中的污泥浓度在2800-3200mg/L。
[0055] 短程硝化/厌氧氨氧化反应器具体运行参数如下:
[0056] 短程硝化启动阶段:进水为生活污水,排水比为0.5,每周期进5L生活污水。T = 3h: 进水IOmin;缺氧30min;好氧曝气90min;沉淀30min;排水IOmin;闲置IOmin。
[0057] 同步短程硝化反硝化除磷启动运行阶段:进水为生活污水,排水比为0.5,每周期 进5L水。T = 4h:进水I Omin;厌氧搅拌30min;好氧曝气90min;缺氧搅拌30min;沉淀30min;排 水IOmin;闲置lOmin。
[0058] 实验运行期间,对溶解氧有一定的控制要求,在好氧曝气阶段,反应器的DO通过平 台控制为3mg/L,反应器中pH和温度也不刻意控制。
[0059] 实验运行期间,出水的⑶D浓度为22.5-37.3mg/L,NH4+-N〈3mg/L,N02_-N〈2mg/L, N03_-N〈 lmg/L,P〈0.5mg/L。上述出水指标稳定且均达到城镇污水国家一级A标准。

Claims (2)

1. 基于羟胺实现同步短程硝化反硝化除磷处理城市污水的装置,其特征在于,该装置 由进水箱(1),同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)连接而成;首先进水箱(1)通过进水栗 (8)和进水阀(9)向同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)进水,同步短程硝化反硝化除磷反 应器⑵的出水由电动排水阀(11)排出;通过排泥阀(10)排泥; 所述同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)设有DO传感器(4),pH传感器⑸和DO/pH测定 仪(3),加药栗(7),搅拌器(12),曝气栗(13),流量计(14),曝气头(15),其中DO/pH测定仪 (3)与自控平台⑹相连接。
2. 应用如权利要求1所述装置的方法,其特征在于,包括以下步骤: 阶段一:短程硝化的启动 1) 首先在同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中接种硝化污泥:在反应器(2)中接种的 硝化污泥为城市污水处理厂A2/0处理工艺的二沉池回流污泥,接种后硝化污泥浓度为 2000-2500mg/L; 2) 在常温条件下启动短程硝化,将生活污水由进水箱⑴通过进水栗(8)和进水阀(9) 栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中; 3) 进水结束后,同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)中的搅拌器(12)开启,缺氧搅拌 30-60min,利用进水中的有机碳源反硝化掉上一周期的亚硝态氮或硝态氮; 4) 缺氧结束后,通过加药栗⑺投加一定量的羟胺,使同步短程硝化反硝化除磷反应器 ⑵中的羟胺浓度为2 · 5-4 · 5mgHA/L,每天只投加一次;同时曝气栗(13)开启,向反应器(2) 内鼓入空气,曝气过程中曝气量通过调节流量计(14)调节使同步短程硝化反硝化除磷反应 器⑵内D0 = 2-3mg/L,曝气时间90-120min;通过pH传感器⑸将pH信号传给自控平台(6); 5) 曝气结束后曝气栗(13)关闭,通过排泥阀(10)每周期排泥保证SRT为20-25天;搅拌 器(12)关闭,静沉同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)使泥水分离; 6) 电动排水阀(11)开启,排水;同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵闲置; 7) 曝气结束后检查同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)出水中亚硝积累率是否达到 90%以上;若亚硝积累达到90 %且稳定运行7天以上,说明短程硝化启动成功,此时将投加 羟胺的频率改为3-5天投加一次;若出水亚硝酸盐积累率未达到90%以上,继续按照原有频 率投加羟胺和运行,直至亚硝积累达到90%以上且稳定运行7天以上; 阶段二:同步短程硝化反硝化除磷的运行 i) 向已经成功启动短程硝化的同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵中接种反硝化除磷 污泥,使短程硝化污泥和反硝化除磷污泥的体积比为2:1; ii) 在常温条件下运行同步短程硝化反硝化除磷反应器(2);生活污水由进水箱(1)通 过进水栗⑻和进水阀⑼栗入同步短程硝化反硝化除磷反应器(2);进水结束后,同步短程 硝化反硝化除磷反应器⑵中的搅拌器(12)开启,进行厌氧搅拌30-60min,聚磷菌利用原水 中的碳源进行释磷,并合成内碳源; iii) 厌氧搅拌结束后,通过加药栗(7)投加一定量的羟胺,使同步短程硝化反硝化除磷 反应器⑵中的羟胺浓度为2.5-4.5mgHA/L,投加频率为3-5天投加一次;同时曝气栗(13)开 启,向同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)内曝气,曝气过程中曝气量通过调节流量计(14) 调节使反应器⑵内D0 = 2-3mg/L,曝气时间90-120min,通过pH传感器⑸将pH信号传给自 控平台⑹; iv)曝气停止后曝气栗(13)关闭,同步短程硝化反硝化除磷反应器(2)进入到缺氧阶 段,缺氧60-90min;反硝化聚磷菌以好氧阶段产生的亚硝态氮为电子受体进行反硝化吸磷; V)缺氧阶段结束后,通过排泥阀(10)每周期排泥保证SRT为20-25天;搅拌器(12)关闭, 静置同步短程硝化反硝化除磷反应器(2),泥水分离; vi) 电动排水阀(11)开启,排水;同步短程硝化反硝化除磷反应器⑵闲置; vii) 系统返回步骤i)进入下一周期。
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