CN108862579B - 实时控制do实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法 - Google Patents

实时控制do实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法 Download PDF

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Abstract

实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法，属于污水生物处理领域。在本系统中，厌氧产甲烷UASB将城市污水中的部分有机物去除，其出水进入到一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR中。在一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR中通过监测反应器中氨氮浓度实时控制DO，随着氨氮浓度的降低逐渐降低DO从而实现氮素的高效去除。本系统相对于传统硝化反硝化脱氮工艺，污水中的氮素以自养方式高效脱除，无需外加碳源，降低曝气能耗，同时将污水中的有机物回收产甲烷，可促进污水厂的能源自给。

Description

实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱 氮的系统和方法
技术领域
本发明涉及的实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法,属于污水生物处理技术领域，是一种通过自动控制溶解氧使AOB和厌氧氨氧化菌快速发挥作用脱氮的装置和方法。
背景技术
由于城市生活污水可利用碳源少，利用传统硝化反硝化技术处理城市生活污水需要另外添加碳源，增加了城市污水处理厂的运行费用；利用传统脱氮技术，需将污水中全部NH4 +-N氧化NO3 --N，曝气能耗大，运行费用高。厌氧氨氧化技术的出现为污水处理带来了新思路，厌氧氨氧化技术主要为厌氧氨氧化菌发挥作用，厌氧氨氧化菌进行如下反应：1NH4 +-N+1.32NO2 --N+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0,26NO3 --N+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O
一体化短程硝化厌氧氨氧化技术对比传统脱氮技术能减少60％的曝气量，且不需要投加碳源，节能降耗。
已有研究表明有机物会降低硝化速率，因此要用短程硝化-厌氧氨氧化技术处理城市生活污水就需要降低污水中的有机物浓度，为了节省能源，废物资源化，实现可持续发展的理念。采用厌氧发酵菌直接利用污水中的有机物进行发酵产氢产甲烷，提供能源；同时也为之后一体化短程硝化厌氧氨氧化工艺中厌氧氨氧化菌创造良好的生存环境。
由于厌氧氨氧化菌生长速率缓慢，污泥龄长，一般需利用挂膜技术或颗粒化技术实现厌氧氨氧化菌在反应器中的持留；并且在反应器中投放颗粒化活性污泥，用于处理污水，有助于污泥沉淀，缩短污泥沉淀时间。一般利用一体化短程硝化-厌氧氨氧化技术处理污水将溶解氧控制在很低的范围，是为了抑制亚硝化菌的优势生长，但因此造成反应周期延长，处理负荷低。由于AOB需利用O2将NH4 +-N氧化为NO2 --N，高溶解氧可以促进AOB活性，从而整体提高短程硝化-厌氧氨氧化一体化的脱氮负荷。
发明内容
本发明是为了提供一种厌氧发酵去除污水中COD后接一体化短程硝化厌氧氨氧化技术进行深度脱氮处理城市生活污水的装置和方法，并且有别于一般的短程硝化-厌氧氨氧化一体化设置条件，本系统中会在一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器中对曝气量进行实时控制，加快反应的进行，实现高负荷快速脱氮。系统通过在线监测SBR反应器内的氨氮浓度、pH值、DO，控制溶解氧，实现短程硝化的实时控制，实现短程硝化、厌氧氨氧化的长期稳定进行。
本发明的目的是先利用厌氧发酵菌降解污水中的有机物，进行产甲烷，可作为能源用于发电等；经过除有机物的污水进入到短程硝化-厌氧氨氧化一体化反应器，AOB与厌氧氨氧化菌以颗粒污泥的形式共存于此反应器中，由于厌氧氨氧化菌为厌氧菌，AOB为好氧菌，因此厌氧氨氧化菌基本存在于颗粒的内部，AOB存在与颗粒表面，在本反应器中，AOB在好氧条件下将污水中的NH4 +-N氧化为NO2 --N，同时由于传质作用，NO2 --N和NH4 +-N被传递到颗粒污泥内部，被厌氧氨氧化菌利用转化成N2去除。在SBR一体化反应器内，由于厌氧氨氧化菌的存在，产生的NO2 --N随即被被利用，NO2 --N不会积累，可有效避免NOB优势生长，破会短程硝化反应。
本发明为实现以上目的，采用的实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统包括进水水箱、厌氧发酵UASB反应器、中间水箱、短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器、出水水箱及在线监测和反馈控制系统；所述进水水箱通过进水泵与除有机物厌氧发酵UASB反应器相连接；除有机物厌氧发酵UASB出水阀与中间水箱相连；中间水箱通过蠕动泵与短程硝化-厌氧氨氧化SBR反应器连接；所述短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器内配有与pH/DO测定仪相连接的pH传感器和DO传感器，并安装有与悬于SBR反应器上方的搅拌器相连接的搅拌桨；曝气头置于反应器内搅拌桨下方，与设置于反应器外部的气体流量计连接，气体流量计通过电磁阀与气泵相连；同时在高效短程硝化-厌氧氨氧化SBR反应器中装配有与氨氮在线监测仪相连接的氨氮传感器；短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器出水电动阀阀与出水水箱连接。
所述在线监测系统和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，其中可编程过程控制器内置信号转换器AD转换接口和信号转换器DA接口；同时可编程过程控制器左侧自上而下依次设有进水蠕动泵继电器、pH/DO数据信号接口、搅拌继电器；右侧自上而下依次设有曝气继电器、排水电动阀继电器和氨氮数据信号接口；其中可编程过程控制器上的信号转换器AD接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机，计算机通过信号转换器DA转换接口将数字指令传递给可编程过程控制器；进水蠕动泵继电器与进水泵连接；pH/DO数据信号接口通过传感器导线与pH/DO测定仪连接；搅拌继电器与搅拌器相连接；曝气继电器与曝气电磁阀连接；排水电动阀继电器与排水电动阀连接；氨氮数据信号接口通过传感器导线与氨氮在线监测仪相连接。
本发明系统脱氮的过程如下：生活污水从进水水箱通过进水蠕动泵进入除有机物厌氧发酵UASB反应器中，去除污水中的部分有机物，厌氧发酵污泥利用有机物进行发酵产氢产甲烷，然后污水通过排水口进入到中间水箱；一定时间之后，污水通过第二个进水蠕动泵抽入到短程硝化-厌氧氨氧化一体化反应器中，在进水的同时进行曝气、搅拌，此时进行高DO曝气，系统中的有机物被异养菌利用氧气进一步氧化去除，AOB快速将污水中部分NH4 +-N氧化为NO2 --N，同时原水中的NH4 +-N和生成的NO2 --N被存在于颗粒污泥内部的厌氧氨氧化菌利用转化为N2，但要注意在NH4 +-N浓度接近10mg/L时，自动控制系统将降低曝气量，进行低氧曝气，避免过度曝气破会短程硝化反应；反应结束后停止搅拌曝气。进行沉淀，最后通过电动排水阀进入到出水水箱。
本发明所提供的实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法具体实施步骤为：
(1)将厌氧发酵颗粒污泥投加到除有机物厌氧发酵UASB反应器中，使反应器内活性污泥浓度达到6000～8000mg/L，其出水进入到中间水箱，当反应器出水COD<100mg/L时，完成反应器的启动；取短程硝和与厌氧氨氧化一体化颗粒污泥，投加到短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器，使SBR反应器内活性污泥浓度达到5000～6000mg/L。当除有机物厌氧UASB反应器完成启动后，将中间水箱与短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器连接。当出水NH4+-N低于1mg/L时，完成一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的启动。
(2)将生活污水加入到进水水箱，启动进水泵将生活污水抽入UASB反应器，其出水进入中间水箱，再通过蠕动泵将污水泵入到短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器；短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器运行时，每周期先高氧曝气搅拌，溶解氧维持在1.0-1.5mg/L以上，通过氨氮在线监测仪实时测定反应器内的氨氮浓度，当氨氮浓度达到低于10mg/L以下时，通过在线监测系统和反馈控制系统，减少曝气量，此时控制DO浓度在0.1-0.3mg/L，再低氧曝气搅拌30～60分钟，当NH4 +-N浓度小于1mg/L时停止曝气搅拌，进行沉淀出水，排水比为30％～70％，出水进入出水水箱，完成城市生活污水的高效脱氮。
附图说明
图1是本发明系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，1为进水水箱；2为厌氧产甲烷UASB反应器；3为中间水箱；4为一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器；5为出水水箱；6为在线监测系统和反馈控制系统；其中1.1为进水水箱溢流管，1.2为进水水箱放空管；2.1为进水蠕动泵，2.2为放空管，2.3为三相分离器，2.4为排气口，2.5为出水管；3.1为中间水箱溢流管，3.2为中间水箱放空管；4.1为气泵，4.2为进水泵，4.3为pH和DO测定仪，4.4为搅拌器，4.5为氨氮在线测定仪，4.6为电动出水阀，4.7为pH探头，4.8为DO探头，4.9为氨氮探头，4.10为曝气头，4.11为气体流量计；5.1为出水水箱溢流管，5.2为出水水箱放空管；6.1为计算机，6.2为进水蠕动泵继电器，6.3为pH/DO数据信号接口，6.4为搅拌继电器，6.5为曝气继电器，6.6为排水电动阀继电器，6.7为氨氮数据信号接口，6.8为信号输入接口，6.9为信号输出接口。
实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统包括进水水箱(1)、厌氧产甲烷UASB反应器(2)、中间水箱(3)、一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(4)、出水水箱(5)及在线监测系统和反馈控制系统(6)；其中进水水箱和中间水箱均设有溢流管(1.1、3.1、5.1)和放空管(1.2、3.2、5.2)；污水经进水蠕动泵(2.1)抽入厌氧产甲烷UASB反应器(2)中，污水中的部分有机物经厌氧发酵转化为甲烷气体通过三相分离器(2.3)分离经排气口(2.4)去除，经过处理的污水通过UASB反应器的溢流堰过滤经出水管(2.5)排入到中间水箱(3)，该反应器在底部还设有放空管(2.2)；中间水箱(3)的污水定期由进水泵(4.2)抽入短程硝化厌氧氨氧化一体化SBR反应器(4)，在进水的同时开启气泵(4.1)和搅拌器(4.4)开始曝气和搅拌，通过转动气体流量计(4.11)阀门调节曝气头(4.10)曝气量，在SBR反应器中设有pH探头(4.7)和DO探头(4.8)，与pH和DO测定仪(4.3)相连，以及实时测定污水中氨氮的氨氮传感器(4.9),其与氨氮在线监测仪(4.5)相连，污水在SBR反应器中有机物被进一步去除，部分NH4 +-N被AOB转化成NO2 --N，NO2 --N和剩下的NH4 +-N被厌氧氨氧化菌利用转化成N2实现氮素的去除，其出水通过电动出水阀进入到出水水箱。
具体实验用水取自北京某高校的家属区生活污水，其水质状况如下：COD：150mg/L～280mg/L，NH4 +-N：49mg/L～84mg/L，NO2 --N<1mg/L，NO3 --N<0.5mg/L；实验装置采用如图1所示反应系统，其中UASB和SBR反应其均采用有机玻璃制成，厌氧产甲烷UASB反应器反应区内径为10cm，有效容积2L；短程硝化厌氧氨氧化一体化SBR反应器有效容积10L。
具体操作运行如下：
将厌氧发酵颗粒污泥投加到除有机物厌氧发酵UASB反应器中，使反应器内活性污泥浓度达到6000～8000mg/L，其出水进入到中间水箱，当反应器出水COD<100mg/L时，完成反应器的启动.
取短程硝化和厌氧氨氧化一体化颗粒污泥，投加到一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器，使SBR反应器内活性污泥浓度达到5000～6000mg/L。当除有机物厌氧UASB反应器完成启动后，将中间水箱与短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器连接。当出水NH4+-N低于1mg/L时，完成一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的启动。
将生活污水加入到进水水箱，启动进水泵将生活污水抽入UASB反应器，其出水进入中间水箱，再通过蠕动泵将污水泵入到一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器；一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器运行时，每周期先高氧曝气搅拌，溶解氧维持在1.0-1.5mg/L以上，通过氨氮在线监测仪实时测定反应器内的氨氮浓度，当氨氮浓度达到低于10mg/L以下时，通过在线监测系统和反馈控制系统，减少曝气量，此时控制DO浓度在0.1-0.3mg/L，再低氧曝气搅拌30～60分钟，当NH4 +-N浓度小于1mg/L时停止曝气搅拌，进行沉淀出水，排水比为70％，出水进入出水水箱，完成城市生活污水的高效脱氮。
实验结果表明，系统运行稳定后，反应器出水COD为30～50mg/L，NH4 +-N浓度为0.5～3mg/L，NO2 --N浓度为1～4mg/L，NO3 --N浓度为2～4mg/L，总氮浓度低于15mg/L，达到污水排放一级A标准。
本发明——实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法能够广泛应用到城市生活污水及其他低氨氮工业废水的处理。
以上对本发明所提供的实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化高效脱氮的系统和方法进行了详细的叙述，且本文中应用具体个例对本发明的具体原理与实施步骤进行详细说明，以上实施个例的说明仅用于帮助理解本发明及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变，综上所述，本说明书内容不应该理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.实时控制DO实现城市污水一体化短程硝化厌氧氨氧化脱氮的方法，该方法所用装置包括：进水水箱，厌氧产甲烷UASB反应器，中间水箱，一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器，出水水箱，在线监测系统和反馈控制系统；所述进水水箱通过进水泵与厌氧产甲烷UASB反应器相连接；厌氧产甲烷UASB出水阀与中间水箱相连；中间水箱通过蠕动泵与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器连接；所述一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内配有与pH/DO测定仪，pH/DO测定仪与pH传感器和DO传感器连接，并安装有与悬于SBR反应器上方的搅拌器相连接的搅拌桨；曝气头置于反应器内搅拌桨下方，与设置于反应器外部的气体流量计连接，气体流量计通过电磁阀与气泵相连；同时在一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器中装配有与氨氮在线监测仪相连接的氨氮传感器；一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器出水电动阀与出水水箱连接；
所述在线监测系统和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，其中可编程过程控制器内置信号转换器AD转换接口和信号转换器DA接口；同时可编程过程控制器左侧自上而下依次设有进水蠕动泵继电器、pH/DO数据信号接口、搅拌继电器；右侧自上而下依次设有曝气继电器、排水电动阀继 电器和氨氮数据信号接口；其中可编程过程控制器上的信号转换器AD接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机，计算机通过信号转换器DA转换接口将数字指令传递给可编程过程控制器；进水蠕动泵继电器与进水泵连接；pH/DO数据信号接口通过传感器导线与pH/DO测定仪连接；搅拌继电器与搅拌器相连接；曝气继电器与曝气电磁阀连接；排水电动阀继电器与排水电动阀连接；氨氮数据信号接口通过传感器导线与氨氮在线监测仪相连接；
其特征在于，步骤如下：
（1）将厌氧发酵颗粒污泥投加到除有机物厌氧发酵UASB反应器中，使反应器内活性污泥浓度达到6000~8000mg/L，其出水进入到中间水箱，当反应器出水COD<100mg/L时，完成反应器的启动；取短程硝化和厌氧氨氧化一体化颗粒污泥，投加到一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器，使SBR反应器内活性污泥浓度达到5000~6000mg/L；当除有机物厌氧UASB反应器完成启动后，将中间水箱与短程硝化-厌氧氨氧化一体化SBR反应器连接；当出水NH4+-N低于1mg/L时，完成一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的启动；
（2）将生活污水加入到进水水箱，启动进水泵将生活污水抽入UASB反应器，其出水进入中间水箱，再通过蠕动泵将污水泵入到一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器;一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器运行时，每周期先高氧曝气搅拌，溶解氧维持在1.0-1.5mg/L，通过氨氮在线监测仪实时测定反应器内的氨氮浓度，当氨氮浓度达到低于10mg/L以下时，通过在线监测系统和反馈控制系统，减少曝气量，此时控制DO浓度在0.1-0.3mg/L，再低氧曝气搅拌30~60分钟，当NH4 +-N浓度小于1mg/L时停止曝气搅拌，进行沉淀出水，排水比为70%，出水进入出水水箱，完成城市生活污水的脱氮。
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