CN108439595A

CN108439595A - 利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法

Info

Publication number: CN108439595A
Application number: CN201810297487.2A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 王增花; 王博; 宫小斐; 乔昕
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2018-08-24
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: CN108439595B

Abstract

利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化‑Anammox/反硝化的方法，属于污水污泥处理领域。该装置包括：原水箱、SBR反应器、污泥发酵物储存罐、剩余污泥发酵罐。方法为：将剩余污泥发酵物和生活污水混合处理，利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化菌的抑制来实现短程硝化。具体为厌氧段聚磷菌利用污泥发酵物和原水中碳源进行释磷并储存内碳源，好氧段通过DO与pH实时控制实现部分短程硝化，缺氧阶段厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气和硝态氮，异养菌利用内碳源将剩余亚硝态氮和生成的硝态氮还原为氮气。本发明不仅节约了曝气量，而且实现了低C/N比生活污水的深度脱氮和外源污泥的减量。

Description

利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法

技术领域

本发明涉及一种利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法，属于污水生物处理技术领域。本发明适用于低C/N比生活污水的深度脱氮，并能实现外源污泥的减量。

背景技术

我国污水处理厂面临的主要问题是进水碳源不足，生活污水C/N比偏低，难以满足传统生物脱氮的需求，常需要投加外碳源，既增加了污水处理成本，又加大了剩余污泥产量，而每处理1万m³污水，会产生污泥5-10吨，污泥处理处置费用巨大，占整个污水处理运行成本的50-60％。目前处理过程中，通常将污水与污泥“分而治之”，不但浪费了剩余污泥中的有机碳源，而且造成了二次污染，严重威胁人体健康。剩余污泥是污水生物处理过程中产生的物质，主要有机成分是蛋白质、碳水化合物和脂肪。剩余污泥厌氧发酵技术能产生大量短链脂肪酸，可以作为生物脱氮过程中的优质碳源，同时实现污泥减量化处理。

厌氧氨氧化作为一种新型的自养脱氮工艺，是指在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化细菌以NO₂ ^--N作为电子受体，直接将NH₄ ⁺-N氧化为N₂的过程。与传统工艺相比，厌氧氨氧化工艺无需供氧，无需添加有机碳源，无需外加酸碱中和试剂，同时污泥产量减少了90％，是目前已知最简洁和最经济的生物脱氮途径。现有的研究多集中于该工艺在人工配水以及高氨氮废水中的应用，其在城市生活污水中的应用还存在以下难点：1、低氨氮废水较难实现短程硝化，从而难以为厌氧氨氧化反应提供亚硝态氮；2、厌氧氨氧化菌对环境条件较为敏感，如温度、溶解氧等；3.厌氧氨氧化反应过程会伴随部分硝态氮的产生，难以达到深度脱氮。

硝化细菌主要包括氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)两类，分别将氨氮转化为亚硝态氮，将亚硝态氮转化为硝态氮，其在生物脱氮过程中发挥着不可替代的作用。短程脱氮技术是将生物硝化过程控制在氨氧化阶段，可以作为获得亚硝态氮的来源，与传统脱氮过程相比，短程硝化可以节省25％的曝气量以及40％的有机碳源，并可实现较低的污泥产量，因而在低C/N生活污水的脱氮过程中起到了节省能耗的作用。而实现短程硝化的关键在于实现AOB的富集以及NOB的抑制和淘洗。

发明内容

本发明的目的是利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化细菌的抑制，来实现生活污水的短程硝化。通过将污泥发酵混合物与原水共同进入SBR反应器，厌氧阶段聚磷菌利用原水碳源以及发酵混合物中的短链脂肪酸等有机物，进行储存内碳源PHB释磷；好氧阶段控制溶解氧及曝气时间发生部分短程硝化反应，氨氧化细菌将部分氨氮氧化成亚硝态氮，同时聚磷菌完成好氧吸磷过程，由于控制低氧曝气，好氧阶段同步发生厌氧氨氧化反应及短程硝化反硝化反应；缺氧阶段厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气和硝态氮，反硝化聚磷菌利用内碳源PHB将剩余亚硝态氮和生成的硝态氮还原为氮气。从而实现生活污水的深度脱氮。

为实现上述目的，本发明提供一种利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法，其中装置包括：原水箱(1)、SBR反应器(2)、污泥发酵物储存罐(3)、剩余污泥发酵罐(4)，原水箱(1)通过进水阀(1.1)与进水泵(1.2)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)设置有温控装置Ⅰ(2.1)、搅拌装置Ⅰ(2.2)、DO测定仪(2.3)、pH测定仪Ⅰ(2.4)、排水阀(2.5)、排空阀(2.6)，通过设有曝气头(2.7)、气体流量计(2.8)、空气阀(2.9)、空气压缩机(2.10)的曝气装置进行充氧；污泥发酵物储存罐(3)通过进泥泵(3.1)和进泥阀Ⅰ(3.2)向SBR反应器(2)进泥；通过剩余污泥进泥泵(4.4)和剩余污泥进泥阀(4.5)向剩余污泥发酵罐(4)进泥，剩余污泥发酵罐(4)设置有温控装置Ⅱ(4.1)、搅拌装置Ⅱ(4.2)、pH测定仪Ⅱ(4.3)，通过进泥阀Ⅱ(4.6)将已发酵污泥储存在污泥发酵物储存罐(3)中。

本发明提供一种利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法，包括以下步骤：

装置启动操作如下：剩余污泥发酵罐的启动：剩余污泥发酵罐(4)为半连续反应器，接种污泥为城市污水处理厂二沉池剩余污泥，污泥停留时间为10～20天，控制pH值为9～10；根据污泥龄每天排放剩余污泥发酵混合物至发酵混合物储存罐(3)并加入等体积新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐(4)。

SBR反应器的启动：首先以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥为接种污泥注入SBR反应器(2)，控制污泥浓度为2000-3000mg/L，水力停留时间为6-8h，排水比为40％～60％；将实际生活污水注入原水箱(1)，通过进水泵(1.2)泵入SBR反应器(2)中，污泥发酵物储存罐(3)中的发酵污泥通过进泥泵(3.1)随进水一同泵入SBR反应器(2)中，反应过程中溶解氧控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在7.5～8.0，利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化菌的抑制来实现短程硝化，当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持15天以上时，SBR短程硝化得以实现。根据pH变化曲线，在氨氮完全反应完之前停止曝气，实现部分短程硝化，使出水氨氮在8～12mg/L，亚硝在10～15mg/L。部分短程硝化稳定实现后，接种城市污水厌氧氨氧化反应器污泥，污泥浓度为1000～2000mg/L，使SBR反应器(2)内混合液污泥浓度为3000～4000mg/L，反

SBR反应器每天运行2～3个周期，每个周期包括进水，搅拌，曝气，搅拌，沉淀，排水，闲置，在下述条件下运行反应器；运行调节时操作如下：

2.1)进水、污泥发酵混合物：进污泥发酵混合物为进水体积的50/1～20/1，进水体积根据排水比40％～60％确定，装置启动后，生活污水经进水阀(1.1)和进水泵(1.2)进入SBR反应器(2)，同时污泥发酵物储存罐(3)中的发酵混合物通过进泥阀Ⅰ(3.2)和进泥泵(3.1)泵入SBR反应器(2)；

2.2)厌氧搅拌：启动搅拌装置Ⅰ(2.2)先进行厌氧搅拌，SBR反应器(2)中污泥利用原水碳源与发酵混合液中有机物进行释磷，储存内碳源PHB，搅拌时间为1～2h；

2.3)低氧曝气：启动空气压缩机(2.10)，调节空气阀(2.9)和气体流量计(2.8)进行曝气，控制溶解氧为0.5～1.0mg/L，SBR反应器(2)进行部分短程硝化反应，部分氨氮转化为亚硝态氮，根据实时控制pH变化曲线确定曝气时间，使出水氨氮在8～12mg/L，亚硝在10～15mg/L；低氧曝气阶段也会同步发生厌氧氨氧化反应与反硝化反应；

2.4)缺氧搅拌：控制搅拌时间为1～3h，进行内碳源反硝化；

2.5)沉淀排水：设定沉淀时间为1～2h，进行泥水分离，排水比为40％～60％；

2.6)闲置：设定闲置时间为1～2h。

本发明的技术原理如下：

本发明利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化细菌的抑制，来实现生活污水的短程硝化。通过将污泥发酵混合物与原水共同进入SBR反应器，厌氧阶段聚磷菌利用原水碳源以及发酵混合物中的短链脂肪酸等有机物，进行储存内碳源PHB释磷；好氧阶段控制溶解氧及曝气时间发生部分短程硝化反应，氨氧化细菌将部分氨氮氧化成亚硝态氮，同时聚磷菌完成好氧吸磷过程，由于控制低氧曝气，好氧阶段同步发生厌氧氨氧化反应及短程硝化反硝化反应；缺氧阶段厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气和硝态氮，反硝化聚磷菌利用内碳源PHB将剩余亚硝态氮和生成的硝态氮还原为氮气。从而实现生活污水的深度脱氮。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过投加污泥发酵物来抑制亚硝酸盐氧化菌活性实现短程硝化，为城市生活污水短程硝化的实现提供了新思路，与另外实现短程的方法(FNA处理、投加羟胺等)相比更经济适用。

该发明利用外源污泥进行发酵处理，实现了污泥的减量，降低了污水处理厂污泥处置费用，从而节约了运行成本。

低碳氮比生活污水在不投加外碳源的条件下总氮难以达标，本发明在厌氧阶段储存内碳源为后期缺氧阶段去除厌氧氨氧化产生的硝态氮提供有机物，充分利用了原水碳源，实现低C/N比生活污水的深度脱氮。

附图说明

图1为本发明装置的结构图。

主要符号说明如下：1-原水箱；2-SBR反应器；3-污泥发酵物储存罐；4-剩余污泥发酵罐；1.1-进水阀；1.2-进水泵；2.1-温控装置Ⅰ；2.2-搅拌装置Ⅰ；2.3-DO测定仪；2.4-pH测定仪Ⅰ；2.5-排水阀；2.6-排空阀；2.7-曝气头；2.8-气体流量计；2.9-空气阀；2.10-空气压缩机；3.1-进泥泵；3.2-进泥阀Ⅰ；4.1-温控装置Ⅱ；4.2-搅拌装置Ⅱ；4.3-pH测定仪Ⅱ；4.4-剩余污泥进泥泵；4.5-剩余污泥进泥阀；4.6-进泥阀Ⅱ。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法，包括：原水箱(1)、SBR反应器(2)、污泥发酵物储存罐(3)、剩余污泥发酵罐(4)，原水箱(1)通过进水阀(1.1)与进水泵(1.2)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)设置有温控装置Ⅰ(2.1)、搅拌装置Ⅰ(2.2)、DO测定仪(2.3)、pH测定仪Ⅰ(2.4)、排水阀(2.5)、排空阀(2.6)，通过设有曝气头(2.7)、气体流量计(2.8)、空气阀(2.9)、空气压缩机(2.10)的曝气装置进行充氧；污泥发酵物储存罐(3)通过进泥泵(3.1)和进泥阀Ⅰ(3.2)向SBR反应器(2)进泥；通过剩余污泥进泥泵(4.4)和剩余污泥进泥阀(4.5)向剩余污泥发酵罐(4)进泥，剩余污泥发酵罐(4)设置有温控装置Ⅱ(4.1)、搅拌装置Ⅱ(4.2)、pH测定仪Ⅱ(4.3)，通过进泥阀Ⅱ(4.6)将已发酵污泥储存在污泥发酵物储存罐(3)中。

本发明试验用水采用北京工业大学家属区排放的生活污水，具体水质：pH为7.1-7.9，COD浓度为150-200mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为60-80mg/L，NO₂ ^--N及NO₃ ^--N均在检测限以下，COD/N比为2-3。试验接种污泥分别来自城市污水处理厂二沉池剩余污泥、城市污水处理厂全程硝化污泥、城市污水厌氧氨氧化反应器污泥。所用SBR反应器有效容积为10L，排水比为0.5，每天运行3个周期，每个周期包括进水(0.25h)，搅拌(1h)，曝气(3.5h)，搅拌(1.5h)，沉淀(1h)，排水(0.25h)，闲置(0.5h)。具体运行过程如下：

SBR反应器的启动：首先以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥为接种污泥注入SBR反应器(2)，控制污泥浓度为2000-3000mg/L，水力停留时间为6-8h，排水比为40％～60％；将实际生活污水注入原水箱(1)，通过进水泵(1.2)泵入SBR反应器(2)中，污泥发酵物储存罐(3)中的发酵污泥通过进泥泵(3.1)随进水一同泵入SBR反应器(2)中，反应过程中溶解氧控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在7.5～8.0，利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化菌的抑制来实现短程硝化，当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持15天以上时，SBR短程硝化得以实现。根据pH变化曲线，在氨氮完全反应完之前停止曝气，实现部分短程硝化，使出水氨氮在8～12mg/L，亚硝在10～15mg/L。部分短程硝化稳定实现后，接种城市污水厌氧氨氧化反应器污泥，污泥浓度为1000～2000mg/L，使SBR反应器(2)内混合液污泥浓度为3000～4000mg/L。

反应器每天运行2～3个周期，每个周期包括进水，搅拌，曝气，搅拌，沉淀，排水，闲置，在下述条件下运行反应器；运行调节时操作如下：进水、污泥发酵混合物：进污泥发酵混合物为进水体积的50/1～20/1，进水体积根据排水比40％～60％确定，装置启动后，生活污水经进水阀(1.1)和进水泵(1.2)进入SBR反应器(2)，同时污泥发酵物储存罐(3)中的发酵混合物通过进泥阀Ⅰ(3.2)和进泥泵(3.1)泵入SBR反应器(2)；厌氧搅拌：启动搅拌装置Ⅰ(2.2)先进行厌氧搅拌，SBR反应器(2)中污泥利用原水碳源与发酵混合液中有机物进行释磷，储存内碳源PHB，搅拌时间为1～2h；低氧曝气：启动空气压缩机(2.10)，调节空气阀(2.9)和气体流量计(2.8)进行曝气，控制溶解氧为0.5～1.0mg/L，SBR反应器(2)进行部分短程硝化反应，部分氨氮转化为亚硝态氮，根据实时控制pH变化曲线确定曝气时间，使出水氨氮在8～12mg/L，亚硝在10～15mg/L。低氧曝气阶段也会同步发生厌氧氨氧化反应与反硝化反应；缺氧搅拌：控制搅拌时间为1～3h，进行内碳源反硝化；沉淀排水：设定沉淀时间为1～2h，进行泥水分离，排水比为40％～60％。

试验结果表明：运行稳定后，在不投加外碳源的情况下，装置出水COD浓度为40-60mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为<5mg/L，NO₂ ^--N<1mg/L，NO₃ ^--N<2mg/L，TN<10mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

Claims

1.利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法，其特征在于：设有原水箱(1)、SBR反应器(2)、污泥发酵物储存罐(3)、剩余污泥发酵罐(4)，原水箱(1)通过进水阀(1.1)与进水泵(1.2)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)设置有温控装置Ⅰ(2.1)、搅拌装置Ⅰ(2.2)、DO测定仪(2.3)、pH测定仪Ⅰ(2.4)、排水阀(2.5)、排空阀(2.6)，通过设有曝气头(2.7)、气体流量计(2.8)、空气阀(2.9)、空气压缩机(2.10)的曝气装置进行充氧；污泥发酵物储存罐(3)通过进泥泵(3.1)和进泥阀Ⅰ(3.2)向SBR反应器(2)进泥；通过剩余污泥进泥泵(4.4)和剩余污泥进泥阀(4.5)向剩余污泥发酵罐(4)进泥，剩余污泥发酵罐(4)设置有温控装置Ⅱ(4.1)、搅拌装置Ⅱ(4.2)、pH测定仪Ⅱ(4.3)，通过进泥阀Ⅱ(4.6)将已发酵污泥储存在污泥发酵物储存罐(3)中。

2.应用权利要求1所述装置进行利用污泥发酵物实现污水部分短程硝化-Anammox/反硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)装置启动操作如下：

1.1)剩余污泥发酵罐的启动：剩余污泥发酵罐(4)为半连续反应器，接种污泥为城市污水处理厂二沉池剩余污泥，污泥停留时间为10～20天，控制pH值为9～10；根据污泥龄每天排放剩余污泥发酵混合物至发酵混合物储存罐(3)并加入等体积新鲜剩余污泥至剩余污泥发酵罐(4)；

1.2)SBR反应器的启动：首先以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥为接种污泥注入SBR反应器(2)，控制污泥浓度为2000-3000mg/L，水力停留时间为6-8h，排水比为40％～60％；将实际生活污水注入原水箱(1)，通过进水泵(1.2)泵入SBR反应器(2)中，污泥发酵物储存罐(3)中的发酵污泥通过进泥泵(3.1)随进水一同泵入SBR反应器(2)中，反应过程中溶解氧控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在7.5～8.0，利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化菌的抑制来实现短程硝化，当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持15天以上时，SBR短程硝化得以实现；根据pH变化曲线，在氨氮完全反应完之前停止曝气，实现部分短程硝化，使出水氨氮在8～12mg/L，亚硝在10～15mg/L；部分短程硝化稳定实现后，接种城市污水厌氧氨氧化反应器污泥，污泥浓度为1000～2000mg/L，使SBR反应器(2)内混合液污泥浓度为3000～4000mg/L；

运行调节时操作如下：

SBR反应器每天运行2～3个周期，每个周期包括进水，搅拌，曝气，搅拌，沉淀，排水，闲置，在下述条件下运行反应器；

2.4)缺氧搅拌：控制搅拌时间为1～3h，进行内碳源反硝化；

2.6)闲置：设定闲置时间为1～2h。