CN108439593B - 连续流分段进水deamox联合污泥发酵处理城市生活污水的装置与方法 - Google Patents

连续流分段进水deamox联合污泥发酵处理城市生活污水的装置与方法 Download PDF

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Abstract

连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装置与方法，属于污水生物处理技术领域。所述装置包括原水箱、缺氧段Ⅰ、缺氧段Ⅱ、缺氧段Ⅲ、好氧段、二沉池、污泥发酵罐、污泥贮存罐。所述方法主要是通过两段进水(40％、60％)的方式合理利用原水中碳源，并为厌氧氨氧化反应提供最佳底物浓度比；通过控制缺氧反应时间和投加污泥发酵物，从而实现短程反硝化和强化反硝化效果；通过在不同单元区添加不同填料，解决了硝化菌和厌氧氨氧化菌在泥龄上的矛盾。本发明将短程反硝化/厌氧氨氧化与污泥发酵结合起来，既实现了污水的高效脱氮，又实现了污泥的减量化，这为主流厌氧氨氧化工艺的应用和低C/N城市生活污水的处理提供了新的思路。

Description

连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装 置与方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理领域，尤其涉及一种连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装置与方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，人们对水资源的消耗和生活污水的排放也在逐年增加，大量污水流入江河、湖泊，造成严重的水体污染，生态环境恶化。特别是水体中含氮化合物的超标，引起了大面积水域的富营养化。因此，能否高效脱氮并达标是当前城镇污水处理厂面临的难题。
传统的生物脱氮技术是通过全程的硝化反硝化途径实现氮的去除，而这一过程往往需要大量的碳源和充足的曝气，这与当前城市生活污水C/N较低的现状以及建设碳中和未来水厂的理念相悖。因此，开发出新型生物脱氮技术已迫在眉睫。
厌氧氨氧化的发现为生物脱氮技术提供了新的思路。厌氧氨氧化是指在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体将氨转化为氮气，同时伴随着以亚硝酸盐为电子供体固定CO2，并产生硝酸盐的生物过程。显然，该过程的关键在于亚硝酸盐的积累，目前主要由两种途径来实现，即短程硝化和短程反硝化。然而，在低温、低氨氮生活污水中短程硝化难以长期稳定维持，在无法解决该瓶颈之前，短程反硝化似乎更具优势。短程反硝化较传统的生物脱氮技术可节省59.7％的碳源，且该过程能够实现稳定的亚硝酸盐积累，为厌氧氨氧化提供充足的基质，因此，将短程反硝化与厌氧氨氧化工艺耦合开发出一种新的工艺，即DEAMOX，能够实现氮的高效去除。此外，实现厌氧氨氧化反应器的高效稳定运行，需进水中亚硝酸盐与氨氮的质量浓度比在1.2-1.5的范围内。
污泥发酵液中含有大量的有机物，包括易被反硝化菌利用的乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸和不易被利用的多糖、蛋白质等复杂有机物。以污泥发酵液作为外碳源强化反硝化和弥补生活污水中碳源的不足，既能实现高效脱氮，又有利于污泥的稳定和减量。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出了一种连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装置与方法。该装置与方法通过两段进水实现NO3 --N和NH4 +-N的配比在1.2-1.5的范围内；通过控制缺氧段Ⅰ的水力停留时间实现短程反硝化；通过在缺氧段Ⅱ设置固定式填料来增强厌氧氨氧化菌的持留，在好氧段投加流化态填料来强化硝化效果；通过剩余污泥发酵物中内碳源来强化反硝化和弥补进水中碳源的不足，从而实现城市生活污水的高效脱氮。
本发明通过以下技术方案来实现：
连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装置，其特征在于：
包括原水水箱(1)，推流式反应器(2)，沉淀池(3)，污泥发酵罐(4)，污泥贮存罐(5)。推流式反应器(2)分4格，依次为缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅱ(7)、缺氧段Ⅲ(8)、好氧段(9)。
原水水箱(1)通过第一进水泵(10)、第二进水泵(11)分别与推流式反应器(2)的缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅲ(8)相连，好氧段(9)的末端设有出水口，出水一部分经硝化液回流泵(14)抽送至缺氧段Ⅰ(6)，一部分经管道进入沉淀池(3)；沉淀池(3)上部设有系统出水口，底部污泥经污泥回流泵(15)回流至缺氧段Ⅰ(6)，剩余污泥经排泥管(22)进入污泥发酵罐(4)；污泥发酵罐(4)内设有搅拌器(20)；定期从污泥发酵罐中排放发酵物至污泥贮存罐(5)；污泥贮存罐(5)中的污泥发酵物由发酵液回流泵(16)抽送到缺氧段Ⅰ(6)。
所述原水水箱(1)为封闭箱体；推流式反应器(2)中的缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅱ(7)、缺氧段Ⅲ(8)均设有机械搅拌器(12)；缺氧段Ⅱ(7)设置固定式聚氨酯海绵填料(18)，比表面积为500m2/m3，填充比为35％-50％；好氧段(9)投加流化态的聚丙烯填料(19)，其填充比为35％-75％，比表面积为200m2/m3-800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3，其底部还设有穿孔管曝气装置(17)，该装置经流量计(21)与鼓风机(13)相连。
原水经第一进水泵(10)、第二进水泵(11)分别进入缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅲ(8)，流量配比为2：3；40％的原水与硝化液回流污泥、二沉池回流污泥、污泥发酵物一起依次进入缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅱ(7)。其中，在缺氧段Ⅰ(6)，以污泥发酵物作为碳源，并控制其水力停留时间在1-1.5h，完成短程反硝化；缺氧段Ⅱ(7)内设聚氨酯海绵填料(18)，控制水力停留时间为2-3h，完成厌氧氨氧化反应；然后，60％的原水与完成厌氧氨氧化反应的混合液一起依次进入缺氧段Ⅲ(8)、好氧段(9)。其中，控制缺氧段Ⅲ(8)水力停留时间在1.5-2h，进行反硝化，去除上述60％原水中的部分碳源，以避免进水有机物对好氧段(9)中硝化效果的不利影响；好氧段(9)水力停留时间在4-5h，完成硝化反应，其曝气由鼓风机(13)和流量计(21)控制，维持溶解氧浓度在2-3mg/L，硝化液回流比为200％-300％；最后，混合液进入二沉池(3)进行泥水分离，其澄清液排放至系统外，底部污泥一部分经污泥回流泵(15)回流至缺氧段Ⅰ(6)，回流比为100％-150％，一部分作为剩余污泥经排泥管(22)进入污泥发酵罐(4)，污泥发酵罐(4)内设有搅拌器(20)，其罐体温度为30±2℃，pH＝10±0.3，定期从污泥发酵罐中排放发酵物至污泥贮存罐(5)，污泥贮存罐(5)中的污泥发酵物由发酵液回流泵(16)抽送到缺氧段Ⅰ(6)，至此完成污泥发酵物从侧流到主流的强化过程。
综上所述，本发明涉及的连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装置与方法，具有以下优点：
(1)采取两段进水的方式，控制混合液中NO3 --N与NH4 +-N的质量浓度比在1.2-1.5的范围内，保证了厌氧氨氧化的稳定运行。
(2)前置短程反硝化，避免了曝气消耗进水有机物，充分利用了原水中碳源，节省能源，降低运行成本。
(3)通过污泥发酵物中内碳源来强化短程反硝化，既有利于亚硝酸盐的积累，实现高效脱氮，又有利于剩余污泥的减量和稳定。
(4)在不同单元区设置不同类型填料，实现了菌种优化，避免了硝化菌和厌氧氨氧化菌在泥龄上的矛盾。缺氧区设置固定式聚氨酯填料，有利于厌氧氨氧化菌的持留；好氧区投加流化态聚丙烯填料，有利于强化硝化效果。
附图说明
图1为连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水方法的装置图。
图1中：1-原水水箱；2-推流式反应器；3-二沉池；4-污泥发酵罐；5-污泥储存罐；6-缺氧段Ⅰ；7-缺氧段Ⅱ；8-缺氧段Ⅲ；9-好氧段；10-第一进水泵；11-第二进水泵；12-机械搅拌器；13-鼓风机；14-硝化液回流泵；15-污泥回流泵；16-发酵液回流泵；17-穿孔管曝气装置；18-聚氨酯海绵填料；19-聚丙烯填料；20-搅拌器；21-流量计；22-排泥管。
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的实施方案：
污泥发酵：将城市污水处理厂剩余污泥以及本系统排放的剩余污泥的混合物投加至污泥发酵罐(4)。控制污泥发酵罐(4)罐体温度为30±2℃，pH＝10±0.3，并设搅拌器，停留时间为10d，10d后将发酵产物排入污泥贮存罐储存。
缺氧段Ⅱ(7)聚氨酯填料(18)挂膜过程：在推流式反应器(2)中接种厌氧氨氧化污泥，并将聚氨酯海绵填料固定在缺氧段Ⅱ(7)，其它功能单元不运行，采用人工配水(氨氮浓度50-60mg/L,硝酸盐浓度65-80mg/L)并投加污泥发酵物，进行厌氧氨氧化的挂膜3-4个月。
好氧段(9)聚丙烯填料(19)挂膜过程：将聚丙烯填料(19)投加在中试BAF中(DO>6mg/L)，使其处于流化状态，挂膜1-2个月。
将成功挂膜的好氧段填料(19)加入到推流式反应器(2)中的好氧段(9)，此时厌氧氨氧化海绵填料(18)也已挂膜成功。
反应器的启动与运行具体实施如下：
1)接种反硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，控制进水分配比2:3，污泥回流比100％-150％，硝化液回流比200％-300％，使其混合污泥浓度保持在3500mg/L以上。
2)试验初期，采用配水和生活污水1:1的比例进行培养，并连续投加污泥发酵物，运行20-30d，当出水COD<50mg/L，TN<15mg/L时视为适应期结束。之后逐渐增加生活污水的比例，直至进水完全为生活污水，完成系统的启动。其中污泥发酵物的流量为进水流量的1/30，生活污水的水质为COD:180-260mg/L；NH4 +-N：50-60mg/L。
3)生活污水分两段进水，原水由原水水箱(1)经第一进水泵(10)、第二进水泵(11)分别进入缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅲ(8)，流量分配比为2:3。
40％的原水与硝化液回流污泥、二沉池回流污泥、污泥发酵物一起依次进入缺氧段Ⅰ(6)、缺氧段Ⅱ(7)。其中，在缺氧段Ⅰ(6)，以污泥发酵物作为碳源，并控制其水力停留时间在1-1.5h，完成短程反硝化；缺氧段Ⅱ(7)内设比表面积为500m2/m3，填充比为35％-50％的聚氨酯海绵填料(18)，控制水力停留时间为2-3h，完成厌氧氨氧化反应；然后，60％的原水与完成厌氧氨氧化反应的混合液一起依次进入缺氧段Ⅲ(8)、好氧段(9)。其中，控制缺氧段Ⅲ(8)水力停留时间在1.5-2h，进行反硝化，去除60％原水中的碳源，以避免进水有机物对好氧段(9)中硝化效果的不利影响；好氧段(9)水力停留时间在4-5h，完成硝化反应，其曝气由鼓风机(13)和流量计(21)控制，维持溶解氧浓度在2-3mg/L，硝化液回流比为200％-300％；最后，混合液进入二沉池(3)进行泥水分离，其澄清液排放至系统外，底部污泥一部分经污泥回流泵(15)回流至缺氧段Ⅰ(6)，回流比为100％-150％，一部分作为剩余污泥经排泥管(22)进入污泥发酵罐(4)，污泥发酵罐(4)内设有搅拌器(20)，其罐体温度为30±2℃，pH＝10±0.3，定期从污泥发酵罐中排放发酵物至污泥贮存罐(5)，污泥贮存罐(5)中的污泥发酵物由发酵液回流泵(16)抽送到缺氧段Ⅰ(6)，至此完成污泥发酵物从侧流到主流的强化过程。

Claims (2)

1.连续流分段进水DEAMOX联合污泥发酵处理城市生活污水的装置，其特征在于：
包括原水水箱（1），推流式反应器（2），沉淀池（3），污泥发酵罐（4），污泥贮存罐（5）；推流式反应器（2）分4格，依次为缺氧段Ⅰ（6）、缺氧段Ⅱ（7）、缺氧段Ⅲ（8）、好氧段（9）；
原水水箱（1）通过第一进水泵（10）、第二进水泵（11）分别与推流式反应器（2）的缺氧段Ⅰ（6）、缺氧段Ⅲ（8）相连，好氧段（9）的末端设有出水口，出水一部分经硝化液回流泵（14）抽送至缺氧段Ⅰ（6），一部分经管道进入沉淀池（3）；沉淀池（3）上部设有系统出水口，底部污泥经污泥回流泵（15）回流至缺氧段Ⅰ（6），剩余污泥经排泥管（22）进入污泥发酵罐（4）；污泥发酵罐（4）内设有搅拌器（20）；定期从污泥发酵罐中排放发酵物至污泥贮存罐（5）；污泥贮存罐（5）中的污泥发酵物由发酵液回流泵（16）抽送到缺氧段Ⅰ（6）；
所述原水水箱（1）为封闭箱体；推流式反应器（2）中的缺氧段Ⅰ（6）、缺氧段Ⅱ（7）、缺氧段Ⅲ（8）均设有机械搅拌器（12）；缺氧段Ⅱ（7）设置固定式聚氨酯海绵填料（18），比表面积为500m2/m3，填充比为35%-50%，完成厌氧氨氧化反应；好氧段（9）投加流化态的聚丙烯填料（19），其填充比为35%-75%，比表面积为200 m2/m3-800 m2/m3，密度为0.96～1.00 g/cm3，其底部还设有穿孔管曝气装置（17），该装置经流量计（21）与鼓风机（13）相连。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：
原水经第一进水泵（10）、第二进水泵（11）分别进入缺氧段Ⅰ（6）、缺氧段Ⅲ（8），流量配比为2：3；40%的原水与硝化液回流污泥、沉淀池回流污泥、污泥发酵物一起依次进入缺氧段Ⅰ（6）、缺氧段Ⅱ（7）；其中，在缺氧段Ⅰ（6），以污泥发酵物作为碳源，并控制其水力停留时间在1-1.5h，完成短程反硝化；缺氧段Ⅱ（7）内设聚氨酯海绵填料（18），控制水力停留时间为2-3h，完成厌氧氨氧化反应；然后，60%的原水与完成厌氧氨氧化反应的混合液一起依次进入缺氧段Ⅲ（8）、好氧段（9）；其中，控制缺氧段Ⅲ（8）水力停留时间在1.5-2h，好氧段（9）水力停留时间在4-5h，完成硝化反应，其曝气由鼓风机（13）和流量计（21）控制，维持溶解氧浓度在2-3mg/L，硝化液回流比为200%-300%；最后，混合液进入沉淀池（3）进行泥水分离，其澄清液排放至系统外，底部污泥一部分经污泥回流泵（15）回流至缺氧段Ⅰ（6），回流比为100%-150%，一部分作为剩余污泥经排泥管（22）进入污泥发酵罐（4），污泥发酵罐（4）内设有搅拌器（20），其罐体温度为30±2℃，pH=10±0.3，定期从污泥发酵罐中排放发酵物至污泥贮存罐（5），污泥贮存罐（5）中的污泥发酵物由发酵液回流泵（16）抽送到缺氧段Ⅰ（6），至此完成污泥发酵物从侧流到主流的强化过程。
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