CN108545830A

CN108545830A - 一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的工艺

Info

Publication number: CN108545830A
Application number: CN201810456044.3A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 乔昕; 王博; 王增花; 宫小斐
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2018-09-18
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: CN108545830B

Abstract

一种利用污泥发酵强化连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化的工艺属于污水处理领域。该发明包括原水水箱、连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)、污泥发酵罐、沉淀池等。其中主要部分AOA反应器中，厌氧段微生物利用生活污水中的COD合成内碳源，同时释放磷；污水进入好氧段进行部分短程硝化；最后进入缺氧段，进行厌氧氨氧化与内源反硝化。一方面本发明通过控制回流污泥量以及长污泥龄的方式来促进沉淀池发生污泥发酵，另一方面在发酵罐中对部分回流污泥进行发酵后进入反应器，来实现亚硝酸盐的稳定积累；并且通过投加填料形成生物膜的方式来持留厌氧氨氧化菌。本发明具有节能降耗的特点，符合城市污水现状，可以实现低C/N污水深度处理。

Description

一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的工艺

技术领域

本发明公开了一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的技术，适用于我国城市污水C/N比较低的现状，同时减少剩余污泥排放量，具有节能降耗的特点。

背景技术

近年来，随着国家社会对环境保护的投入持续增大“的颁布，污水厂提标改造、水体富营养化、水十条”等新名词越来越受到公众的关注，我国城市污水的处理目标也不仅仅停留在处理“黑臭”水体上，重心已经逐步向脱氮除磷转移。对于传统的脱氮除磷方式，如硝化反硝化等具有能耗高、处理效果差等缺点，因此近些年来许多新型深度处理工艺应运而生，比如短程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化等。其中短程硝化厌氧氨氧化技术是在传统硝化反应基础上，抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)，使得氨氮转化为亚硝态氮后停止氧化为硝态氮，然后利用亚硝态氮和氨氮通过厌氧氨氧化菌的作用生成氮气和一部分硝态氮。与传统硝化反硝化相比节约40％的有机碳源和25％的曝气量，同时也减少污泥产量。但是目前实现短程硝化与厌氧氨氧化比较困难，尤其是在连续流中，维持稳定的的亚硝态氮积累十分困难。现有的方法有FNA处理旁侧污泥、羟胺抑制等，但以上这些方法都会增加额外的处理设施或电耗与药耗，会增大污水处理厂额外建设运行费用。而本发明公开的利用污泥发酵物维持短程硝化利用自身系统产生的剩余污泥，不需要额外的药耗并且方便易行。

另外，我国污水处理中污泥的处置也是一大难题，传统污泥处理过程包括消化、脱水、干化和焚烧等，其费用占整个污水厂建设和运营费用的40％-50％。本身剩余污泥中富含有机物和氨氮，但是目前国内污水厂对污泥和污水的处理大多采用分开处理，造成的能源的极大浪费，而且处理不当容易对环境造成污染。

发明内容

本发明的原理是利用污泥发酵物对氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性来强化短程硝化的稳定性。同时利用污泥发酵物中的高效碳源来完成内碳源的积累和后续反硝化。在AOA反应器中，厌氧段利用生活污水中的COD和污泥发酵产生的碳源合成内碳源，同时释放磷；污水进入好氧段进行部分短程硝化；最后进入缺氧段，进行厌氧氨氧化与内碳源反硝化，该工艺具有节能高效的特点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的技术，设有原水水箱(1)、连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)、沉淀池(3)、污泥发酵罐(4)；原水水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2)和放空管(1.3)；出水管(1.2)通过蠕动泵(1.4)与连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)相连；连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)包括8个格室，按水流方向，共分为2格厌氧段(2.1)、2格好氧段(2.2)、4格缺氧段(2.3)，为防止短流现象的发生，每个格室用短管相连；好氧格(2.2)通过包括空压机(5)、气体流量计(5.1)、曝气头(5.2)组成的曝气系统持续曝气；厌氧格室(2.1)包括第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；缺氧格采用流化填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)出水由第二进水管(2.8)进入沉淀池(3)，沉淀池中污泥一部分通过第一污泥回流泵(3.2)回流至前端厌氧区(2.1)，另一部分通过第二污泥回流泵(3.3)进入污泥发酵罐(4)进行发酵，发酵后污泥通过第三污泥回流泵(4.3)进入前端厌氧区；发酵罐(4)包括第二搅拌电机与搅拌桨(4.2)、pH插孔(4.1)、进泥管(4.4)、排泥管(4.5)。

一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的技术，其特征在于，包括以下步骤：

各个单元的启动：

AOA反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于AOA反应器中，保持厌氧段、好氧段的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用某住宅区生活污水，COD:300-350mg/L，氨氮：60-80mg/L；水力停留时间为10-15h；控制好氧段DO在1.5-2.0mg/L，通过实时监测pH来控制后续曝气量，使pH保持到氨谷点前来实现短程硝化，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为30d。当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持15天以上时，即认为短程硝化得以实现。根据pH变化曲线，将曝气时间继续缩短，使出水氨氮在8-12mg/L，实现部分短程硝化，出水亚硝浓度控制在在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生物膜反应器填料污泥到缺氧区，填充比为20％，实际缺氧区污泥浓度为3000mgL，污泥回流比与进入发酵罐的回流比均为100％。在此阶段，控制温度为20-24℃。当AOA反应器的COD、总氮去除率分别达到80％，90％以上并持续15天以上，则认定AOA反应器启动成功。

污泥发酵罐：污泥发酵罐启动时接种污水厂厌氧发酵污泥，污泥浓度10000mg/L，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动初期由于反应器剩余污泥量少，继续投加污水厂厌氧发酵污泥污泥，采用半连续运行方式，发酵罐回流比为10-50％，污泥龄控制在40d。

各个单元的运行：

AOA反应器：厌氧区的体积：好氧区的体积：缺氧区的体积为1：1：2；厌氧区，缺氧区厌氧氨氧化固定填料的填充比为20％，采用生物填料；AOA反应器总的系统水力停留时间为10-15h；好氧段溶解氧浓度控制在1.5-2.0mg/L；污泥浓度在3500-5000mg/L，运行期间通过二沉池每天排500mL泥水混合物。污泥龄为100-300d，污泥回流比为100％，硝化液回流比为200％，进入发酵罐的回流比控制在50％-100％。此阶段不控制温度，处于室温且不控制pH；进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。

污泥发酵罐:每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动后运行时根据实际发酵情况，如果系统内污泥浓度较高(大于5000mg/L)，则依靠系统自身剩余污泥进行发酵，回流比为50-100％，整个过程保持发酵罐污泥龄20d；如果系统内污泥浓度低(小于等于5000mg/L)则从外部补充污水厂发酵污泥强化发酵效果，并且不排泥，达到污泥浓度快速增加的效果。。

本发明技术原理如下：

本发明的原理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，结合控制溶解氧的手段在连续流中稳定维持短程硝化，同时利用污泥发酵物中的高效碳源来完成内碳源的积累和后续反硝化。在AOA反应器中，厌氧段利用生活污水中的COD和污泥发酵产生的碳源合成内碳源，同时释放磷；污水进入好氧段进行部分短程硝化；最后进入缺氧段，进行厌氧氨氧化与内源反硝化，该工艺不仅具有节能高效的特点，而且可以同时实现污泥减量，对于城市污水与污泥处理提供一种新的思路。

与现有发明相比，本装置具有以下优点：

该发明通过自身污泥发酵物对氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性结合曝气量与曝气时间来实现稳定的短程硝化，对比现有的控制短程的方式，如FNA抑制，羟胺抑制等，本装置可以减少污泥旁侧处理系统费用和药耗，对于实际连续流污水处理工程来说具有很大的价值。

该发明通过利用自身或者系统外部的污泥进行发酵，实现了对污泥的减量，大大降低了污泥处理成本，同时起到了保护环境的作用。

我国城市污水现状为C/N比低，水量大。低的C/N污水很难在不投加碳源情况下实现脱氮的达标。本发明基于以上特点，开发了依靠污泥发酵提供高效碳源的连续流污水处理装置。在厌氧段聚磷菌和聚糖菌等利用污水中碳源和污泥发酵产生的碳源合成内碳源，在缺氧段利用这些储存的碳源充分的发生内碳源反硝化，完成深度脱氮，同时促进后续污泥发酵。

附图说明

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，一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的技术包括以下部分：设有原水水箱(1)、连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)、沉淀池(3)、污泥发酵罐(4)；原水水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2)和放空管(1.3)；出水管(1.2)通过蠕动泵(1.4)与连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)相连；连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)包括8个格室，按水流方向，共分为2格厌氧段(2.1)、2格好氧段(2.2)、4格缺氧段(2.3)，为防止短流现象的发生，每个格室用短管相连；好氧格(2.2)通过包括空压机(5)、气体流量计(5.1)、曝气头(5.2)组成的曝气系统持续曝气；厌氧格室(2.1)包括第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；缺氧格采用流化填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；连续流AOA反应器(厌氧/好氧/缺氧反应器)(2)出水由第二进水管(2.8)进入沉淀池(3)，沉淀池中污泥一部分通过第一污泥回流泵(3.2)回流至前端厌氧区(2.1)，另一部分通过第二污泥回流泵(3.3)进入污泥发酵罐(4)进行发酵，发酵后污泥通过第三污泥回流泵(4.3)进入前端厌氧区；发酵罐(4)包括第二搅拌电机与搅拌桨(4.2)、pH插孔(4.1)、进泥管(4.4)、排泥管(4.5)。

各个单元的启动如下：

各个单元的运行如下：

AOA反应器：厌氧区的体积：好氧区的体积：缺氧区的体积为1：1：2；厌氧区，缺氧区厌氧氨氧化固定填料的填充比为20％，采用生物填料；AOA反应器总的系统水力停留时间为10-15h；好氧段溶解氧浓度控制在1.5-2.0mg/L；污泥浓度在3500-5000mg/L，运行期间通过二沉池每天排500mL泥水混合物。污泥龄为100-300d，污泥回流比为100％，硝化液回流比为200％，进入发酵罐的回流比控制在50％-100％。此阶段不控制温度，处于室温且不控制pH；进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。

污泥发酵罐:每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动后运行时根据实际发酵情况，如果系统内污泥浓度较高(大于5000mg/L)，则依靠系统自身剩余污泥进行发酵，回流比为50-100％，整个过程保持发酵罐污泥龄20d；如果系统内污泥浓度低(小于等于5000mg/L)则从外部补充污水厂发酵污泥强化发酵效果，并且不排泥，达到污泥浓度快速增加的效果。

Claims

1.一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的装置，其特征在于：设有原水水箱(1)、连续流AOA反应器(2)、沉淀池(3)、污泥发酵罐(4)；原水水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2)和放空管(1.3)；出水管(1.2)通过蠕动泵(1.4)与连续流AOA反应器(2)相连；连续流AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为2格厌氧段(2.1)、2格好氧段(2.2)、4格缺氧段(2.3)，为防止短流现象的发生，每个格室用短管相连；好氧格(2.2)通过包括空压机(5)、气体流量计(5.1)、曝气头(5.2)组成的曝气系统持续曝气；厌氧格室(2.1)包括第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；缺氧格采用流化填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；连续流AOA反应器(2)出水由第二进水管(2.8)进入沉淀池(3)，沉淀池中污泥一部分通过第一污泥回流泵(3.2)回流至前端厌氧区(2.1)，另一部分通过第二污泥回流泵(3.3)进入污泥发酵罐(4)进行发酵，发酵后污泥通过第三污泥回流泵(4.3)进入前端厌氧区；发酵罐(4)包括第二搅拌电机与搅拌桨(4.2)、pH插孔(4.1)、进泥管(4.4)、排泥管(4.5)。

2.应用权利要求1所述装置通过污泥发酵强化连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)各个单元的启动

1.1)AOA反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于AOA反应器中，保持厌氧段、好氧段的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用某住宅区生活污水，COD:300-350mg/L，氨氮：60-80mg/L；水力停留时间为10-15h；控制好氧段DO在1.5-2.0mg/L，通过实时监测pH来控制后续曝气量，使pH保持到氨谷点前来实现短程硝化，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为30d；当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持15天以上时，即认为短程硝化得以实现；根据pH变化曲线，将曝气时间继续缩短，使出水氨氮在8-12mg/L，实现部分短程硝化，出水亚硝浓度控制在在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生物膜反应器填料污泥到缺氧区，填充比为20％，实际缺氧区污泥浓度为3000mgL，污泥回流比与进入发酵罐的回流比均为100％；在此阶段，控制温度为20-24℃；当AOA反应器的COD、总氮去除率分别达到80％，90％以上并持续15天以上，则认定AOA反应器启动成功；

1.2)污泥发酵罐：污泥发酵罐启动时接种污水厂厌氧发酵污泥，污泥浓度10000mg/L，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动初期由于反应器剩余污泥量少，继续投加污水厂厌氧发酵污泥污泥，采用半连续运行方式，发酵罐回流比为10-50％，污泥龄控制在40d；

2)各个单元的运行：

2.1)AOA反应器：厌氧区的体积：好氧区的体积：缺氧区的体积为1：1：2；厌氧区，缺氧区厌氧氨氧化固定填料的填充比为20％，采用生物填料；AOA反应器总的系统水力停留时间为10-15h；好氧段溶解氧浓度控制在1.5-2.0mg/L；污泥浓度在3500-5000mg/L，；污泥龄为100-300d，污泥回流比为100％，硝化液回流比为200％，进入发酵罐的回流比控制在50％-100％；此阶段不控制温度，处于室温且不控制pH；进水水质：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；

2.2)污泥发酵罐:每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动后运行时根据实际发酵情况，如果系统内污泥浓度大于5000mg/L，则依靠系统自身剩余污泥进行发酵，回流比为50-100％，整个过程保持发酵罐污泥龄20d；如果系统内污泥浓度低小于等于5000mg/L，则从外部补充污水厂发酵污泥强化发酵效果，并且不排泥。