CN108658229B - 一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市污水自养深度脱氮的装置和方法。城市污水首先通过原水箱进水至生物除有机物除磷反应器，先厌氧搅拌发生释磷作用，而后进入曝气搅拌，将水中的有机物吸附至活性污泥，通过好氧吸磷将污水中磷去除然后经过第一中间水箱进入短程硝化反应器，通过控制溶解氧浓度在0.5mg/L以下，实现部分短程硝化。其出水进入第二中间水箱，同时从原水箱进水至第二中间水箱。混合后进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器。本发明脱氮过程中通过低氧曝气，部分短程硝化节省曝气量，并且利用原水碳源进行深度脱氮，出水总氮浓度低。生物除有机物反应器利用活性污泥吸附作用去除污水中有机物，使污水中有机物尽量用于厌氧发酵产甲烷，实现了污水能量的高效回收。

Description

一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置与方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
我国经济飞速发展，城市化进程不断加速，与此同时，对环保的要求也逐渐提高，城市污水处理厂处理污水率不断攀升。传统的污水处理工艺中，普遍为硝化反硝化工艺去除污水中的氮，硝化过程需要大量氧气供给，反硝化过程中需要大量的碳源，而城市污水可利用的碳源不足，所以需要额外投加甲醇、乙醇等碳源才能使得出水达标，导致处理过程能耗大，处理费用高等问题出现。若要达到越来越严苛的出水标准，并且节能高效，开发新的污水处理工艺迫在眉睫。
厌氧氨氧化的发现使得自养脱氮成为可能。与传统脱氮工艺相比，不仅可以节省约60％曝气量，还无需投加外碳源。这样在达到节能的目的时，还可将原水中的有机物回收转化成能源再利用。
但城市污水氨氮浓度低，水质波动大，冬季温度低，难以稳定维持短程硝化，所以厌氧氨氧化在城市污水中的应用仍然存在一定的困难，而且厌氧氨氧化出水仍存在一定量的硝态氮无法去除，无法达到深度脱氮的效果。所以研发出处理效果好、结构简单、控制条件方便、可充分利用原水碳源的新型工艺，是城市污水处理工艺大发展方向。
发明内容
本发明的目的就是针对城市污水出水稳定性差，处理能耗高的问题，提出了一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置与方法，该方法和装置首先将污水中的有机物用于生物除磷，同时通过生物吸附作用将有机物富集至污泥，再将该剩余污泥进行厌氧发酵产甲烷从而提高了能源的回收率；然后，污水进入部分短程硝化反应器，利用氨氮和亚硝酸盐在线检测仪，及时停止曝气，保证了出水的稳定性；最后，污水和一部分原水进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器进行短程反硝化和厌氧氨氧化反应，充分利用了原水碳源进行深度脱氮，降低了出水的总氮浓度。同时，本发明将硝化菌和厌氧氨氧化菌分别在不同的反应器中，提高了系统的运行稳定性。
本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置，其特征在于，由原水箱1、生物除有机物除磷反应器2、第一中间水箱3、部分短程硝化反应器4、第二中间水箱5、短程反硝化厌氧氨氧化反应器6、膜组件6.2组成；
原水箱1设有原水箱放空阀1.1；原水箱1通过生物除有机物除磷反应器进水泵1.2与生物除有机物除磷反应器2相连；原水箱1 通过第二中间水箱进水泵1.3与第二中间水箱5相连；生物除有机物除磷反应器2设有生物除有机物除磷反应器空压机2.1、生物除有机物除磷反应器气体转子流量计2.2、生物除有机物除磷反应器黏砂块曝气头2.3、生物除有机物除磷反应器搅拌器2.4、生物除有机物除磷反应器pH和DO测定仪2.5；生物除有机物除磷反应器2与第一中间水箱3相连；第一中间水箱3设有第一中间水箱放空阀3.1；第一中间水箱3通过部分短程硝化反应器进水泵3.2与部分短程硝化反应器4进水阀相连；部分短程硝化反应器4设有氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪4.1、氨氮和亚硝态氮检测仪探头4.2、部分短程硝化反应器空压机4.3、部分短程硝化反应器气体转子流量计4.4、部分短程硝化反应器黏砂块曝气头4.5、部分短程硝化反应器搅拌器4.6、部分短程硝化反应器pH和DO测定仪4.7；部分短程硝化反应器4与第二中间水箱5相连；第二中间水箱5设有第二中间水箱放空阀5.1；第二中间水箱5通过短程反硝化厌氧氨氧化反应器进水泵5.2与短程反硝化厌氧氨氧化反应器6进水阀相连；短程反硝化厌氧氨氧化反应器6设有短程反硝化厌氧氨氧化搅拌器6.1、膜组件6.2、抽吸泵6.3。
城市污水在此装置中的处理流程为：城市污水首先通过原水箱进水至生物除有机物除磷反应器，先厌氧搅拌发生释磷作用，而后进入曝气搅拌，通过活性污泥吸附作用将水中的有机物吸附至活性污泥，同时通过好氧吸磷将污水中磷去除，其剩余污泥可用于厌氧发酵产甲烷。然后经过第一中间水箱进入短程硝化反应器，通过控制溶解氧浓度在0.5mg/L以下和氨氮和亚硝态氮质量浓度在线检测仪实时控制氨氮和亚硝态氮的质量浓度，实现部分短程硝化。其出水进入第二中间水箱，同时从原水箱进水至第二中间水箱。混合后进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器，在此反应器中短程反硝化作用将厌氧氨氧化产生的硝态氮转化成亚硝酸盐，然后厌氧氨氧化菌利用原水中氨氮和亚硝酸盐生成硝态氮和氮气，循环往复。通过上述过程，达到深度脱氮，且无需外加碳源的目的，最后通过抽吸泵出水，可有效持留厌氧氨氧化菌。
利用上述装置进行节能高效的城市污水自养脱氮生物处理方法，其特征在于，具体启动与调控的步骤如下：
方法的步骤为：
1)启动系统：接种城市污水厂二沉池回流污泥投加至生物除有机物除磷反应器2，使得污泥浓度在2000-4000mg/L。接种处理生活污水SBR反应器中的短程硝化污泥至部分短程硝化反应器4，使得污泥浓度在2000-4000mg/L。接种厌氧氨氧化絮体污泥至短程反硝化厌氧氨氧化反应器6，使得污泥浓度在2000-3500mg/L。
2)正常运行系统：
①生物除有机物除磷反应器2运行方式为：
每周期厌氧搅拌10-30min，随后曝气搅拌30-60min，使得溶解氧DO在0.5-2mg/L，沉淀排水30-40min，闲置30-40min，一天运行 8-10个周期，排水比在40-70％，污泥龄控制在1-3天。
②部分短程硝化反应器4运行方式为：
每周期曝气反应时间为1.5-2.5h，通过部分短程硝化反应器气体转子流量计4.4调节气体流量，控制在1—2mg/L，通过氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪4.1监测部分短程硝化反应器4中氨氮和亚硝酸盐的质量浓度，当氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪4.1检测到分短程硝化反应器4内氨氮和亚硝酸盐质量浓度比值为1.2:1-1.5:1时停止曝气，沉淀20-40min，闲置10-30min。一天内运行8-10个周期。沉淀排水30-60％，并出水至第二中间水箱5。污泥龄控制在13-15 天。
③短程反硝化厌氧氨氧化反应器5运行方式为：
原水箱1进部分原水至第二中间水箱5，使得氨氮与亚硝酸盐的质量浓度比例为：1:1-1:1.5，且COD/NO2- N的质量浓度比例为＝0.5-1.5。混合后进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器5。每周期缺氧搅拌4h，后由抽吸泵通过膜组件6.2出水。
本发明专利具有以下优势：
1)本发明将去除污水中的有机物、部分短程硝化和短程反硝化厌氧氨氧化分别在三个反应器内进行，有利于优势菌种的富集培养，避免了不同菌种不同污泥龄、基质、环境的矛盾，提高了各功能微生物的活性和污染物去除效率。
2)本发明除有机物反应器污泥龄较短(1-3d)，可将硝化菌淘洗出除有机物反应器，不发生硝化反应，从而节省能源。同时除有机物反应器利用活性污泥吸附作用去除污水中有机物，使污水中有机物尽量用于厌氧发酵产甲烷，实现了城市污水能量的高效回收。
3)本发明利用氨氮和亚硝酸盐浓度检测仪实时控制氨氮和亚硝态氮的浓度，稳定实现部分短程硝化。
4)本发明出水效果稳定，且温室气体排放少。在短程反硝化厌氧氨氧化反应器中，在短程反硝化厌氧氨氧化反应器中，C/NO3- N<3，为低C/N比，有利于厌氧氨氧化的富集。厌氧氨氧化代谢过程中无 N2O的生成，因此本工艺温室气体排放少。反硝化菌充分利用原水碳源和硝态氮进行短程反硝化，后被厌氧氨氧化菌和反硝化菌利用，进一步降低出水总氮。
附图说明：
图1是一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置。
具体实施方式
如图1所示，一种自养/异养深度脱氮过程控制的装置由原水箱 1、生物除有机物除磷反应器2、第一中间水箱3、部分短程硝化反应器4、第二中间水箱5、短程反硝化厌氧氨氧化反应器6组成；
原水箱1设有原水箱放空阀1.1；原水箱1通过生物除有机物除磷反应器进水泵1.2与生物除有机物除磷反应器2相连；原水箱1通过第二中间水箱进水泵1.3与第二中间水箱5相连；生物除有机物除磷反应器2设有生物除有机物除磷反应器空压机2.1、生物除有机物除磷反应器气体转子流量计2.2、生物除有机物除磷反应器黏砂块曝气头2.3、生物除有机物除磷反应器搅拌器2.4、生物除有机物除磷反应器pH和DO测定仪2.5；生物除有机物除磷反应器2与第二中间水箱3相连；第一中间水箱3设有第一中间水箱放空阀3.1；第一中间水箱3通过部分短程硝化反应器进水泵3.2与部分短程硝化反应器4进水阀相连；部分短程硝化反应器4设有氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪4.1、氨氮和亚硝态氮检测仪探头4.2、部分短程硝化反应器空压机4.3、部分短程硝化反应器气体转子流量计4.4、部分短程硝化反应器黏砂块曝气头4.5、部分短程硝化反应器搅拌器4.6、部分短程硝化反应器pH和DO测定仪4.7；部分短程硝化反应器4与第二中间水箱5相连；第二中间水箱5设有第二中间水箱放空阀5.1；第二中间水箱5通过短程反硝化厌氧氨氧化反应器进水泵5.2与短程反硝化厌氧氨氧化反应器6进水阀相连；短程反硝化厌氧氨氧化反应器6设有短程反硝化厌氧氨氧化搅拌器6.1、膜组件6.2、抽吸泵6.3。
实验采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为120-230mg/L；NH4 + -N浓度 58-87mg/L,NO2 - -N≤0.5mg/L，NO3 - -N≤0. 5mg/L。实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，生物除碳反应器总体积12L，其中有效体积为10L；部分短程硝化反应器总体积12L，其中有效体积为10L；短程反硝化厌氧氨氧化反应器总体积12L，其中有效体积为 10L。
具体运行操作如下：
1)启动系统：接种城市污水厂二沉池回流污泥投加至生物除有机物除磷反应器2，使得污泥浓度在2000-4000mg/L。接种处理生活污水SBR反应器中的短程硝化污泥至部分短程硝化反应器4，使得污泥浓度在2000-4000mg/L。接种厌氧氨氧化絮体污泥至短程反硝化厌氧氨氧化反应器6，使得污泥浓度在2000-3500mg/L。
2)正常运行系统：
①生物除有机物除磷反应器2运行方式为：
每周期厌氧搅拌10-30min，随后曝气搅拌30-60min，使得溶解氧DO在0.5-2mg/L，沉淀排水30-40min，闲置30-40min，一天运行 8-10个周期，排水比在40-70％，污泥龄控制在1-3天。
②部分短程硝化反应器4运行方式为：
每周期曝气反应时间为1.5-2.5h，通过部分短程硝化反应器气体转子流量计4.4调节气体流量，控制在1—2mg/L，通过氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪4.1监测部分短程硝化反应器4中氨氮和亚硝酸盐的质量浓度，当氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪4.1检测到分短程硝化反应器4内氨氮和亚硝酸盐质量浓度比值为1.2:1-1.5:1时停止曝气，沉淀20-40min，闲置10-30min。一天内运行8-10个周期。沉淀排水30-60％，并出水至第二中间水箱5。污泥龄控制在13-15 天。
③短程反硝化厌氧氨氧化反应器5运行方式为：
原水箱1进部分原水至第二中间水箱5，使得氨氮与亚硝酸盐的质量浓度比例为：1:1-1:1.5，且COD/NO2- N＝0.5-1.5。混合后进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器5。每周期缺氧搅拌4h，后由抽吸泵通过膜组件6.2出水。
实验结果表明，运行稳定后，生物除碳反应器出水COD浓度为 50-60mg/L,NH4 + -N浓度为43-75mg/L,NO2 - -N浓度为0.1-1mg/L， NO3 - -N浓度为0.1-1.0mg/L；部分短程硝化反应器出水COD浓度为 50-60mg/L。
短程反硝化厌氧氨氧化反应器出水COD浓度为40-50mg/L， NH4 + -N浓度为0.5-5mg/L,NO2 - -N浓度为0-0.7mg/L，NO3 - -N浓度为 2.3-5.3mg/L，出水TN低于15mg/L。

Claims (2)

1.一种自养/异养深度脱氮过程控制的方法，其特征在于，包括：原水箱(1)、生物除有机物除磷反应器(2)、第一中间水箱(3)、部分短程硝化反应器(4)、第二中间水箱(5)、短程反硝化厌氧氨氧化反应器(6)；
原水箱(1)设有原水箱放空阀(1.1)；原水箱(1)通过生物除有机物除磷反应器进水泵(1.2)与生物除有机物除磷反应器(2)相连；原水箱(1)通过第二中间水箱进水泵(1.3)与第二中间水箱(5)相连；生物除有机物除磷反应器(2)设有生物除有机物除磷反应器空压机(2.1)、生物除有机物除磷反应器气体转子流量计(2.2)、生物除有机物除磷反应器黏砂块曝气头(2.3)、生物除有机物除磷反应器搅拌器(2.4)、生物除有机物除磷反应器pH和DO测定仪(2.5)；
生物除有机物除磷反应器(2)与第一中间水箱(3)相连；第一中间水箱(3)设有第一中间水箱放空阀(3.1)；第一中间水箱(3)通过部分短程硝化反应器进水泵(3.2)与部分短程硝化反应器(4)进水阀相连；部分短程硝化反应器(4)设有氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪(4.1)、氨氮和亚硝态氮检测仪探头(4.2)、部分短程硝化反应器空压机(4.3)、部分短程硝化反应器气体转子流量计(4.4)、部分短程硝化反应器黏砂块曝气头(4.5)、部分短程硝化反应器搅拌器(4.6)、部分短程硝化反应器pH和DO测定仪(4.7)；
部分短程硝化反应器(4)与第二中间水箱(5)相连；第二中间水箱(5)设有第二中间水箱放空阀(5.1)；第二中间水箱(5)通过短程反硝化厌氧氨氧化反应器进水泵(5.2)与短程反硝化厌氧氨氧化反应器(6)进水阀相连；短程反硝化厌氧氨氧化反应器(6)设有短程反硝化厌氧氨氧化搅拌器(6.1)、膜组件(6.2)、抽吸泵(6.3)；
其特征在于，具体启动与调控的步骤包括如下：
1)启动系统：接种城市污水厂二沉池回流污泥投加至生物除有机物除磷反应器(2)，使得污泥浓度在2000-4000mg/L；接种处理生活污水SBR反应器中的短程硝化污泥至部分短程硝化反应器(4)，使得污泥浓度在2000-4000mg/L；接种厌氧氨氧化絮体污泥至短程反硝化厌氧氨氧化反应器(6)，使得污泥浓度在2000-3500mg/L；
2)正常运行系统：
①生物除有机物除磷反应器(2)运行方式为：
每周期厌氧搅拌10-30min，随后曝气搅拌30-60min，使得溶解氧DO在0.5-2mg/L，沉淀排水30-40min，闲置30-40min，一天运行8-10个周期，排水比在40-70％，污泥龄控制在1-3天；
②部分短程硝化反应器(4)运行方式为：
每周期曝气反应时间为1.5-2.5h，通过部分短程硝化反应器气体转子流量计(4.4)调节气体流量，控制在1—2mg/L，通过氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪(4.1)监测部分短程硝化反应器(4)中氨氮和亚硝酸盐的质量浓度，当氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪(4.1)检测到部分短程硝化反应器(4)内氨氮和亚硝酸盐质量浓度比值为1.2:1-1.5:1时停止曝气，沉淀20-40min，闲置10-30min；一天内运行8-10个周期；沉淀排水30-60％，并出水至第二中间水箱(5)；污泥龄控制在13-15天；
③短程反硝化厌氧氨氧化反应器(6)运行方式为：
原水箱(1)进部分原水至第二中间水箱(5)，使得氨氮与亚硝酸盐的质量浓度比例为：1:1-1:1.5，且COD/NO2 -N的质量浓度比例＝0.5-1.5；混合后进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器(6)；每周期缺氧搅拌4h，后由抽吸泵通过膜组件(6.2)出水。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，短程硝化反应器根据氨氮和亚硝态氮质量浓度检测仪监测氨氮和亚硝酸盐质量浓度，及时停止曝气，不会出现氨氮反应完全、即过曝气情况。
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