CN108640278B

CN108640278B - 低c/n比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺与装置

Info

Publication number: CN108640278B
Application number: CN201810441526.1A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 许载周; 高歆婕
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2038-05-10
Also published as: CN108640278A

Abstract

低C/N比城市生活污水内源硝化反硝化/短程硝化厌氧氨氧化生物膜工艺与装置，属于污水生物处理领域。生活污水首先进入SBR1，进行缺氧搅拌，充分利用原水中的碳源进行反硝化，将上一周期剩余的NO₃ ^‑和NO₂ ^‑还原为N₂，同时将多余有机物吸收储存为内碳源，之后进行曝气，同时进行好氧吸磷；然后将含有NH₄ ⁺‑N上清液通过第一蠕动泵抽入SBR2，通过间歇曝气间歇搅拌的方式进行短程硝化和厌氧氨氧化反应去除上清液剩余NH₄ ⁺‑N，直到SBR2中剩余NH₄ ⁺都被氧化为NO₂ ^‑，之后将SBR2中上清液通过第二蠕动泵排入SBR1中，进行缺氧搅拌，利用内碳源反硝化剩余的NO₃ ^‑和NO₂ ^‑，最后排水。本发明无需外加碳源实现深度脱氮除磷，具有稳定，节能和剩余污泥处理量少以及耐冲击负荷等优势。

Description

低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺与装置

技术领域

本发明涉及一种低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺深度脱氮的装置和方法，属于污水生物处理技术领域，是一种实现低C/N的城市生活污水深度脱氮的工艺装置。

背景技术

传统的好氧/缺氧SBR工艺处理生活污水时，硝化菌在好氧条件下进行硝化反应，即NH₄ ⁺-N被氧化成NO₂ ^--N、NO₃ ^--N，缺氧条件下反硝化菌利用生活污水的碳源进行反硝化，即NO₂ ^--N、NO₃ ^--N被还原成N₂，进而去除生活污水中的氮。目前我国城市生活污水普遍呈现低C/N比特点，生活污水中碳源的不足，导致反硝化效率低，出水总氮高，难以达到一级A标准，要想深度脱氮，需投加外碳源，这无疑增加了运行成本。

短程硝化厌氧氨氧化耦合的一体化工艺目前在高氨氮废水中如垃圾渗滤液应用比较成熟，在城市生活污水处理方面少有应用，稳定充足的NO₂ ^-来源成为厌氧氨氧化技术推广应用的限制瓶颈，并且主要依靠厌氧氨氧化实现脱氮的工艺对水质水温等条件要求较为苛刻，从而限制了厌氧氨氧化工艺的推广与应用。从厌氧氨氧化生物脱氮途径上分析，实现厌氧氨氧化脱氮的关键是提供稳定的亚硝来源，稳定维持短程硝化需要抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，通过间歇曝气联合厌氧氨氧化，可以将亚硝浓度维持在较低的水平，通过控制适合的污泥龄可以维持稳定的短程硝化，为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝来源。

低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺，为实现低C/N比城市生活污水深度提供了一种新思路与工艺。通过内源反硝化工艺可以充分利用原水中的碳源，同时去除NO₂ ^-和剩余厌氧氨氧化的副产物NO₃ ^-；通过间歇曝气维持短程硝化，为厌氧氨氧化提供底物，与传统短程硝化工艺相比维持稳定短程硝化更加容易，同时依靠厌氧氨氧化强化两段式短程硝化反硝化脱氮，使该工艺能够承受更大的冲击负荷，两段式工艺也解决了脱氮和除磷之间污泥龄的矛盾，可以同时脱氮除磷，而且该工艺在不浪费碳源的情况下，实现厌氧氨氧化菌自养脱氮，最终达到既无需外加碳源，节省了曝气能耗又能深度脱氮除磷的目的。

发明内容

本发明专利针对传统生物脱氮工艺处理低C/N比城市生活污水时稳定性差，能耗高，效率低，运行管理复杂，出水TN浓度不达标等问题，提出了一种内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺，提高了低C/N生活污水脱氮效果，实现高效、低耗深度脱氮，从而降低运行成本。该工艺采用生物膜技术，抗冲击负荷能力强，处理效果好，污泥产率低，，节省了传统活性污泥法中剩余污泥处理处置费用，同时将聚磷菌、反硝化菌等异养菌和自养型氨氧化菌和厌氧氨氧化菌分开，使各自在最佳的环境中生长，并充分发挥了内源反硝化、短程硝化和厌氧氨氧化技术各自的优势，不仅节约了运行成本，而且达到了深度脱氮的目的。

该装置主要包括城市生活污水水箱(1)、内源反硝化除磷反应器(2)、短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)。处理流程如下：生活污水通过进水泵(2.1)进入内源反硝化除磷反应器(2)，进行搅拌，将上周期剩余的硝态氮和亚硝态氮还原为氮气，同时微生物吸收多余有机物储存为内碳源，时间为1-1.5h，之后进行曝气，去除剩余有机物，同时进行好氧吸磷，当DO出现拐点时停止曝气，反应结束排出上清液，排水比为70-75％；排水进入第一中间水箱(3)，再通过第一蠕动泵(4.1)将上清液抽入短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌，将反应器上周期剩余亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气进行短程硝化，溶解氧通过气量调节阀调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/l；将NH₄ ⁺-N氧化成NO₂ ^--N；然后停止曝气开启搅拌器，进行缺氧搅拌0.5-1h，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值保持5分钟波动范围小于±0.03时，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中pH开始上升，停止曝气，排出上清液到第二中间水箱(5)，通过第二蠕动泵(2.13)将第二中间水箱(5)中的上清液抽入内源反硝化除磷反应器(2)中，进行缺氧搅拌，利用内碳源反硝化，最后排水。

低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化工艺的装置与方法，其特征在于：包括城市污水水箱(1)、内源反硝化处理反应器(2)、第一中间水箱(3)、短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)、第二中间水箱(5)、出水水箱(6)。

生活污水通过进水泵(2.1)与内源反硝化除磷反应器(2)相连接；内源反硝化除磷反应器(2)中设有第一搅拌器(2.2)，第一排水口(2.6)、第二排水口(2.12)，第一溢流口(2.5)，第一放空口(2.11)，第一pH探头(2.5)，第二溶解氧探头(2.4)，在反应器底部设有第一曝气头(2.7)，通过第一气泵(2.10)连接第一曝气头对系统进行充氧，并通过第一气量调节阀(2.9)调节控制曝气量。

短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中设有第二搅拌器(4.3)，第二pH探头(4.5)，第二溶解氧探头(4.4)，第二气体流量计(4.10)，第二溢流口(4.6)，第三排水口(4.7)；在反应器底部设有第二曝气头(4.8)，通过第二气泵(4.11)连接第二曝气头对系统进行充氧，并通过第二气量调节阀(4.9)调节控制曝气量。反应器内填充了海绵填料(4.2)。

处理低C/N比(3-4)城市生活污水深度脱氮的方法，其特征包括以下内容：

(1)启动阶段：污泥驯化和填料挂膜。

在内源反硝化除磷反应器(2)中接种城市污水厂曝气池全程硝化反硝化污泥，进入生活污水以厌氧-好氧-缺氧的运行方式驯化成内源硝化反硝化污泥，当系统总氮去除率达到50％以上时，完成内源反硝化除磷反应器(2)的启动；短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中接种中试稳定运行的短程硝化反硝化絮体污泥和已挂好厌氧氨氧化的生物膜的填料(4.2)，填充体积比为30％-50％的海绵填料，挂有厌氧氨氧化菌。

(2)运行阶段：

生活污水进入内源反硝化除磷反应器(2)进行搅拌，将上周期剩余的硝态氮和亚硝态氮还原为氮气，同时微生物吸收多余有机物储存为内碳源，时间为1-1.5h，之后进行曝气，去除多余有机物同时进行好氧吸磷，当DO曲线出现拐点时停止曝气，反应结束排出上清液，排水比为70-75％；排水进入第一中间水箱(3)，再通过第一蠕动泵(4.1)将上清液抽入短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌0.5-1h，将反应器上周期剩余亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气20-30min进行短程硝化，溶解氧通过气量调节阀(4.9)调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/L；将NH₄ ⁺-N氧化成NO₂ ^--N；然后停止曝气开启第二搅拌器(4.3)，进行缺氧搅拌，时间为0.5-1h，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值保持5分钟波动范围小于±0.03时，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中pH开始上升，停止曝气排出上清液到第二中间水箱(5)，通过第二蠕动泵(2.13)将中间水箱(5)中的上清液抽入内源反硝化除磷反应器(2)中，进行缺氧搅拌1-1.5h，利用内碳源反硝化，最后排水。

本发明低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺深度脱氮的装置和方法具有以下优点：

1)本发明利用间歇曝气来维持短程硝化和厌氧氨氧化，有效抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，有利于维持稳定的短程硝化和厌氧氨氧化，同时不完全依靠厌氧氨氧化进行脱氮，相比于其他厌氧氨氧化工艺有更好的稳定性更耐冲击负荷。

2)本发明前置缺氧搅拌再曝气有效降低COD的同时储存了内碳源，可以处理厌氧氨氧化副产物NO₃ ^-并且除磷，有效利用了生活污水中少量的碳源，节约曝气量的同时达到城市污水深度脱氮除磷。

3)与传统生物脱氮除磷工艺相比，本工艺将脱氮与除磷分置于两个反应器中，解决了脱氮与除磷的污泥龄矛盾，有利于维持稳定的脱氮除磷。

4)污水经过内源反硝化反应器，碳源已被微生物充分利用，降低了有机物对厌氧氨氧化菌的抑制作用，减少了厌氧氨氧化反应器中异养菌的生长，利于提高厌氧氨氧化菌的生物活性。

附图说明

图1为低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺深度脱氮的装置结构示意图。

图中1为城市污水水箱，2为短程反硝化生物膜反应器、2.1为进水泵、2.2为搅拌器、2.3为溶解氧探头、2.4为pH探头、2.5为溢流口、2.6为排水口、2.7为第一曝气头、2.8为调节阀、2.9为气体流量计、2.10为曝气泵、2.11为放空口、2.12为排水口、3为中间水箱、4为短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器、4.1为第一蠕动泵、4.2为海绵填料、4.3为搅拌器、4.4为溶解氧探头、4.5为pH探头、4.6为溢流口、4.7为排水口、4.8为第二曝气头、4.9为调节阀、4.10为气体流量计、4.11为曝气泵、4.12为放空阀、5为中间水箱、6为出水水箱；

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：

如图1所示，低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜工艺的装置与方法，其特征在于：包括城市污水水箱(1)、内源反硝化除磷反应器(2)、第一中间水箱(3)、短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)、第二中间水箱(5)、出水水箱(6)。生活污水通过进水泵(2.1)与内源反硝化除磷反应器(2)相连接；内源反硝化除磷反应器(2)中设有第一搅拌器(2.2)，第一排水口(2.6)、第二排水口(2.12)，第一溢流口(2.5)，第一放空口(2.11)，第一pH探头(2.4)，第一溶解氧探头(2.3)，底部设有第一曝气头(2.7)，通过第一气泵(2.10)连接第一曝气头对系统进行充氧，并通过第一气量调节阀(2.8)调节控制曝气量。内源反硝化除磷反应器(2)出水排入第一中间水箱(3)然后通过第一蠕动泵(4.1)将水抽入短程硝化部分厌氧氨氧化反应器(4)；短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中设有第二搅拌器(4.3)，第二pH探头(4.5)，第二溶解氧探头(4.4)，第二气体流量计(4.10)，第二溢流口(4.6)，第三排水口(4.7)，第二放空口(4.12)；在反应器底部设有第二曝气头(4.8)，通过第二气泵(4.11)连接第二曝气头对系统进行充氧，并通过第二气量调节阀(4.8)调节控制曝气量。反应器内填充了海绵填料，为厌氧氨氧化菌提供载体生长，其出水排入第二中间水箱(5)，通过第二蠕动泵(2.13)回流至内源反硝化除磷反应器(2)，最后排水至出水水箱(6)。

具体操作运行如下：

启动系统：在内源反硝化除磷反应器(2)中接种全程硝化反硝化污泥，进入生活污水以厌氧-好氧-缺氧的运行方式驯化成内源硝化反硝化污泥，当系统总氮去除率达到50％以上时，完成内源反硝化除磷反应器(2)的启动；短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中接种中试稳定运行的短程硝化反硝化絮体污泥和已挂好厌氧氨氧化的生物膜的填料，填充体积比为30％-50％的海绵填料，挂有厌氧氨氧化菌。

运行阶段：生活污水进入内源反硝化除磷反应器(2)，将上周期剩余的硝态氮和亚硝态氮还原为氮气，同时微生物吸收多余有机物储存为内碳源，反应时间为1-1.5h，之后进行曝气，去除剩余有机物同时进行好氧吸磷，当DO曲线出现拐点时停止曝气，反应结束排出上清液，排水比为70-75％；排水进入第一中间水箱(3)，再通过第一蠕动泵(4.1)将上清液抽入短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌0.5-1h，将反应器上周期剩余亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气20-30min进行短程硝化，溶解氧通过第一气量调节阀(4.9)调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/L；将NH₄ ⁺-N氧化成NO₂ ^--N；然后停止曝气开启第一搅拌器(4.3)，进行缺氧搅拌，时间为0.5-1h，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值保持5分钟波动范围小于±0.03时，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中pH开始上升，停止曝气排出上清液到第二中间水箱(5)，通过第二蠕动泵(2.13)将第二中间水箱(5)中的上清液抽入内源反硝化除磷反应器(2)中，进行缺氧搅拌1-1.5h，利用内碳源反硝化，最后排水。

反应器启动后成功后，进水采用生活污水，水中NH₄ ⁺-N浓度为50-60mg/L，NO₂ ^--N与NO₃ ^--N浓度均小于1mg/L，COD约为200-300mg/L，总磷浓度约为4-6mg/L，反应器稳定运行后处理生活污水的数据表明，出水总氮小于10mg/L，其中NH₄ ⁺-N浓度小于5mg/L，NO₂ ^--N浓度小于5mg/L，NO₃ ^--N浓度小于1mg/L，COD去除率约为75-80％，总磷浓度小于1mg/L，可以达到一级A标准。

Claims

1.应用低C/N比城市生活污水内源反硝化除磷/短程硝化部分厌氧氨氧化的装置处理城市生活污水深度脱氮的方法，该装置包括城市污水水箱(1)、内源反硝化除磷反应器(2)、第一中间水箱(3)、短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)、第二中间水箱(5)、出水水箱(6)；生活污水通过进水泵(2.1)与内源反硝化除磷反应器(2)相连接；内源反硝化除磷反应器(2)中设有第一搅拌器(2.2)，第一排水口(2.6)、第二排水口(2.12)，第一溢流口(2.5)，第一放空口(2.11)，第一pH探头(2.4)，第一溶解氧探头(2.3)，第一气体流量计(2.9)；在反应器底部设有第一曝气头(2.7)，通过第一气泵(2.10)连接该曝气头对系统进行充氧，并通过第一气量调节阀(2.8)调节控制曝气量；内源反硝化除磷反应器(2)出水排入第一中间水箱(3)，然后通过第一蠕动泵(4.1)将水抽入短程硝化部分厌氧氨氧化反应器(4)；短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中设有第二搅拌器(4.3)，第二pH探头(4.5)，第二溶解氧探头(4.4)，第二气体流量计(4.10)，第二溢流口(4.6)，第三排水口(4.7)，第二放空口(4.12)；在反应器底部设有第二曝气头(4.8)，通过第二气泵(4.11)连接第二曝气头对系统进行充氧，并通过第二气量调节阀(4.9)调节控制曝气量；反应器内填充了海绵填料(4.2)；

其特征在于，该方法包括以下内容：

(1)启动阶段：污泥驯化和填料挂膜

在内源反硝化除磷反应器(2)中接种全程硝化反硝化污泥，进入生活污水以厌氧-好氧-缺氧的运行方式驯化成内源反硝化除磷污泥，当系统总氮去除率达到50％以上时，完成内源反硝化除磷反应器(2)的启动；短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)中接种短程硝化反硝化絮体污泥和已挂好厌氧氨氧化的生物膜的海绵填料，填充体积比为30％-50％，挂有厌氧氨氧化菌；

(2)运行阶段

生活污水进入内源反硝化除磷反应器(2)，进行搅拌，将上周期剩余的硝态氮和亚硝态氮还原为氮气，同时微生物吸收多余有机物储存为内碳源，反应时间为1-2h，之后进行曝气，去除剩余有机物，同时除磷，当DO曲线出现拐点时停止曝气，反应结束排出上清液，排水比为70-75％；排水进入第一中间水箱(3)，再通过第一蠕动泵(4.1)将上清液抽入短程硝化部分厌氧氨氧化生物膜反应器(4)，进行短程硝化厌氧氨氧化反应，在反应时先进行搅拌0.5-1h，将反应器上周期剩余亚硝态氮消耗完后，接着好氧曝气20-30min进行短程硝化，溶解氧通过第二气量调节阀(4.9)调节，将溶解氧控制在0.8-1.5mg/l；将NH₄ ⁺-N氧化成NO₂ ^--N；然后停止曝气开启第二搅拌器(4.3)，进行缺氧搅拌，时间为0.5-1h，完成厌氧氨氧化过程，通过在线监测pH值的变化控制缺氧搅拌时间，当pH值保持5分钟波动范围小于±0.03时，停止搅拌，重复以上过程直至好氧曝气过程中pH值开始上升，停止曝气排出上清液到第二中间水箱(5)，通过第二蠕动泵(2.7)将中间水箱(5)中的上清液抽入内源反硝化除磷反应器(2)中，进行缺氧搅拌1-2h，利用内碳源反硝化，最后排水。