CN109133348A - 一种提高污水处理厂自我循环的新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高污水处理厂自我循环的新工艺。本发明属于环保技术领域，具体涉及利用一种新兴的反应(DAMO反应)添加到传统的污水处理厂系统中，通过改进污水处理厂的反应单元组成，主要目的是提高含氮废水去除效率的同时消化利用污泥厌氧消化产生的CH4等温室气体以及消化液中硝酸盐和亚硝酸盐，从而在提高废水处理的效率同时减少污水处理厂对环境带来的二次污染。具体包括：污水首先通过主流反应系统：A2/O生物反应池—沉降池—出水，污泥进入硝化系统，硝化系统中进行消化，上清液进入侧流硝化反应池—DAMO反应池—回流到主流生物系统。本发明在普通工艺基础上，通过工艺改进形成一种新的氮磷分离去除工艺，从而对解决污水处理过程中缺碳和二次污染的问题提供一定帮助，对我国生活污水的处理和污泥资源化，具有重要的环境生态意义。

Description

一种提高污水处理厂自我循环的新工艺

技术领域

本发明主要涉及到环保技术领域，具体使能够提高含氮废水去除效率的同时消化利用污泥厌氧消化产生的CH₄等温室气体以及消化液中硝酸盐和亚硝酸盐，从而在提高废水处理的效率同时减少污水处理厂对环境带来的二次污染。

技术背景

污水处理厂的建设是目前城市废水处理的主要结构和处理系统，活性污泥法由于其具有处理污水成本低，出水水质好，因此传统的活性污泥法是我国污水处理中最早应用，也是应用最广泛的的污水处理工艺。但是随着我国城市化的不断提高，水污染也在不断加重，而为了不断提高生活质量，水污染的排放标准也越来越严格。并且随着城市水资源的进一步短缺，城市污水处理厂也面临着许多问题，例如，整体处理效率不高，氮磷的去除率较低，污泥处置效果差，污泥资源回收利用率低等。针对这些问题我们应该采取积极的研究对策和措施，促进污水处理行业向更好的方向发展。

研究表明，我国污水处理的工艺流程主要包括以下几个基本单元：污水首先通过栏栅，去取废水中较大的悬浮物质；之后废水进入沉砂池，目的是去除废水中沙粒和一些颗粒无机物。经过沉砂池的废水进入废水处理的主要单元，即生物处理单元，在此单元中污水中的有机物经过曝气作用通过微生物的氧化分解作用转化为无机物，污水中的有机污染物得到降解、去除的同时污水得到净化，由于此单元主要是利用微生物的净化作用，所以为了保证微生物的活性需要一定的营养物质来维持微生物的。经过处理的污水通过二沉池进行出水排放，同时由于微生物处理的过程中，会产生大量的剩余污泥，目前污水处理厂中的污泥大部分通过厌氧消化进行污泥的处理和处置，但是在污泥处理的过程中会产生大量的污泥消化液同时会产生大量的CH₄和N₂O等温室气体，对环境造成二次污染。

为了解决上述污水处理厂所面临的问题减少污水处理过程中对环境造成的二次污染，目前国际上对生物处理工艺进行的不同方面的改良工艺，目前主要的改良工艺主要包括以下几种：1，倒置A2O工艺，该工艺主要是将缺氧区放在首段，在缺氧段中有机物不会被生物利用，为反硝化反应提供了充足的碳源，提高污水的脱氮能力，污水进入到好氧阶段，在聚磷菌的作用下达到污水处理系统中除磷的目的，此工艺由于简单管理方便在国内外广泛应用；2，短程反硝化工艺，该工艺使劲反硝化反应控制在亚硝酸盐阶段，不进行亚硝酸盐向硝酸盐的转化，直接进行反硝化过程，相对于传统的硝化反硝化过程来说，该工艺可以节省部分氧气消化和糖原，同时也可以降低污泥含量；3，厌氧氨氧化技术，该反应过程是在厌氧条件下直接利用NH₄ ⁺中电子，将NH₄ ⁺转化为N₂，该工艺的主要优点在于产泥量比较少。虽然不同的工艺对污水处理工艺进行了改进，在一定程度上可以促进污水处理厂运行，为了保证出水水质达到国家更为严格的标准，找到适合自身发展的模式，需要更有创新性的污水处理模式。近几年来，研究者发现在厌氧条件下，甲烷厌氧氧化成二氧化碳的同时可以利用硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体，使之还原成氮气。发现在含有高浓度NO₂ ^-/NO₃ ^-的受污染地下水中可以进行甲烷厌氧氧化，之后Islas-Lima等给出了证明DAMO存在的直接证据，他们在缺氧的条件下将甲烷气体通入以反硝化污泥为种泥的人工合成含NO₂ ^-/NO₃ ^-的废水中，经过长期运行后NO₂ ^-/NO₃ ^-和甲烷都可以有效获得去除，而未接入甲烷气体的对照组中则没有NO₂ ^-/NO₃ ^-的去除甲烷厌氧氧化耦合反硝化技术的发现对目前噬待解决的含氮废水问题提供了又一思路。

本发明在普通的生物处理工艺的基础上结合甲烷厌氧氧化耦合反硝化技术，主要是利用甲烷厌氧氧化反硝化反应的特点，在缺碳条件下提高废水脱氮效率，同时利用厌氧消化产生的甲烷进行甲烷厌氧氧化反硝化反应，降低甲烷的释放，减少二次污染，对于实现污水处理厂的自循环提供一定研究思路。对我国生活污水的处理，以及现在污水处理厂中资源再利用，具有重要的环境生态意义。

发明内容

本发明的目的是提供利用甲烷厌氧氧化耦合反硝化(DAMO)技术，参与到传统的生物处理工艺中从而可以实现一种低碳源条件下高脱氮效率同时减少污水处理厂带来的二次污染的新工艺。

本发明主要提出是在传统污水处理工艺中结合DAMO反应过程来运行污水处理厂的运行，在提高污水碳源的同时减少污水处理厂对环境造成的二次污染。主要的处理单元有以下装置组成(见图1)，包括：传统生物反应池3，沉降池6，消化反应系统13，亚硝化反应系统18，DAMO反应池21以及进水阀2、4、 14、19、22，进水管1、5、15、20、23，出水阀7，出水管8，排泥阀10,12，排泥管9，11，气体排出阀 16，气体运输管17。

本发明在主要目的是利用污泥消化上清液中大量的有机物质循环到主流生物反应系统中来补充主流反应的碳源，同时在侧流反应系统中添加了一个亚硝化反应池和一个DAMO反应池，这两个反应系统主要是为了消除消化液中NH₄ ⁺、NO₃ ^-和NO₂ ^-，避免在回流液中氮的浓度过高，同时DAMO反应池还可以利用厌氧消化过程中产生的甲烷，减少了污水处理过程中产生的甲烷，避免了对环境造成的二次污染。

本发明的技术方案之一是，该技术工艺流程从前到后由如下10个阶段组成：

(1)、打开进水阀2，污水通过进水管1在反应器3中进行传统的生物脱氮处理反应，时间为5-6h；

(2)、随后打开进水阀4，生物处理之后的泥水混合物通过进水管5进入沉降池6，进水完毕后关闭进水阀4，进行污泥的沉降，沉降时间为2h；

(3)、在沉降池中沉降之后，打开出水阀7，上清液通过出水管8排放，排放完毕后关闭出水阀7，排放时间为0.5-1h；

(4)、随后打开排泥阀10，在沉降池6中的污泥通过排泥管9，排放到消化反应池13，关闭排泥阀10，进行污泥资源化处理，消化时间为4-5h；

(5)、打开排泥阀12，把未完全消化的污泥通过排泥管11，进行污泥处理和处置；

(6)、打开侧流进水阀14，部分消化污泥产生的上清液通过进水管15，关闭进水阀14，上清液在侧流硝化反应池18进行硝化反应，反应时间为5-6h；

(7)、打开侧流进水阀19，消化完成的上清液通过进水管20，进入DAMO反应池21，关闭进水阀19，进行甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应，反应时间为5-6h；

(8)、打开侧流进水阀19，消化完成的上清液通过进水管20，进入DAMO反应池21，关闭进水阀19；

(9)、打开气体排出阀16，厌氧消化产生的甲烷，通过气体运输管17，进入DAMO反应池21，关闭气体排出阀16，进行甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应，反应时间为5-6h；

(10)、打开侧流进水阀22，消化完成的上清液通过进水管23，关闭进水阀22，进入主流反应系统，通过(1)操作，进行进一步的生物脱氮；

本发明的技术方案之二：

本发明主流反应系统主要采用的是传统的A2/O工艺，主要的组成包括(见图2)：进水阀1，进水管 2，出水阀4，出水管5，生物反应池6，搅拌装置3，曝气装置7，氧气流量控制器8，空气压缩机9。

该反应主要的反应阶段有6阶段完成：

(1)、打开反应器6的进水阀1，污水从进水管2进入反应器主体装置3，待进水完毕后，关闭进水阀 1；

(2)、进水完毕后，打开搅拌装置3使反应器中泥水充分混合，搅拌转速为1000-1200r·min^-1，缺氧搅拌时间为60-80min；

(3)、缺氧结束后，调整搅拌装置3，使得转速降低为500-800r·min^-1，厌氧反应60-80min；

(4)、厌氧结束后，关闭搅拌装置3，打开空气压缩机9和曝气装置7，进行好氧曝气，反应器单位体积(m3)的空气用氧气流量控制器控制流量为1.2-1.4mg/L，好氧曝气时间为180-200min；

(5)、好氧结束后，关闭空气压缩机12结束曝气，沉淀60-80min，以实现泥水分离；

(6)、沉淀结束后，打开进水阀5，使得反应器6中污水进入，后续沉降池中，继续沉降，实现泥水的充分分离；

本发明的技术方案之三：

本发明主要的组成部分是在侧流反应系统中加入一个新的甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应系统，这个生物系统主要包括：集气装置1，通气管2，气体控制阀3，气体流量计4，膜生物反应器5，排气管6，进水管10，进水阀9，排水阀7、13，排水管8、14，消除甲烷装置12，搅拌装置11。

该反应阶段操作要求主要包括以下5几个阶段：

(1)、在厌氧消化反应过程中产生的甲烷收集到集气装置1中；

(2)、甲烷气体收集完毕后，打开气体控制阀3，甲烷通过通气管2，进入膜生物反应器5，多余的气体通过排气管6释放到外界；

(3)、打开进水阀9，在侧流硝化系统中的上清液通过进水管10，进入膜生物反应器5，关闭进水阀9，进水与甲烷气体在反应器中进行接触反应；

(4)、打开排水阀7，见过DAMO处理的废水经过排水管8进入消除甲烷装置12，关闭排水阀7，打开搅拌装置11，排出废水中多余的甲烷气体；

(5)、打开排水阀13，将反应结束的废水通过排水管14，进行主流生物系统，补充主流生物处理系统中所需的部分碳源，同时主流生物系统进一步降解氮源，降低废水中氮元素含量。

本发明的技术方案之四是反应过程中所需的一些必要条件：

(1)、整个反应器的反应过程温度控制在25±2℃；

(2)、主流生物脱氮系统A2/O反应中，污泥龄控制在25±1d；

(3)、侧流的DAMO反应器中，在运行之前要将DAMO系统进行300±30d的驯化，保证DAMO反应器中有足够的目标微生物。

上述运行方法不仅可以解决主流生物反应系统中碳源缺乏的问题，还可以利用厌氧消化系统中产生的甲烷，甲烷作为碳源去除消化液中氮元素，同时也可以减少甲烷的排放，减少对环境的二次污染，为实现污水处理厂自身循环提供新的思路。

附图说明

附图中图1是本发明主要的处理单元装置图；图2是A2/O工艺图；图3是甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应系统 (DAMO)图。

图1中标号：传统生物反应池3，沉降池6，消化反应系统13，亚硝化反应系统18，DAMO反应池 21以及进水阀2、4、14、19、22，进水管1、5、15、20、23，出水阀7，出水管8，排泥阀10,12，排泥管9，11，气体排出阀16，气体运输管17；

图2中标号：进水阀1，进水管2，出水阀4，出水管5，生物反应池6，搅拌装置3，曝气装置7，氧气流量控制器8，空气压缩机9；

图3中标号：集气装置1，通气管2，气体控制阀3，气体流量计4，膜生物反应器5，排气管6，进水管10，进水阀9，排水阀7、13，排水管8、14，消除甲烷装置12，搅拌装置11。

具体实施例

下面以模拟废水研究富集DAMO工艺以及利用DAMO工艺处理实际污水来说明DAMO工艺应用在实际工程中的可行性。

实施例1：

在实验是中建立一个膜生物反应器，反应中膜组件总体积有1200-1300ml，其中包括300-500ml的中空膜材料，300-400ml的气体供应室，剩余的500-600ml空间为液体储存空间。膜的总面积有1.0-1.1m²，中空膜的内部与气体室相连，在主体反应装置外侧链接一个200-250ml的溢口瓶实现液体的循环。在膜生物反应器中接种活性污泥(污泥来自长沙市市政污水处理厂)进行驯化，驯化时间为350-400d。前期由于驯化微生物容易被冲洗掉，前期每周用60±5gN/L的亚硝酸盐和35±5gN/L氨氮合成废水作为驯化基质。反应器中甲烷气压维持在1.2±0.3atm。当亚硝酸盐和氨氮去除率达到70±5％，说明驯化完成。随后采用 200±10mg/L亚硝酸盐和100±5mg/L氨氮作为模拟废水，甲烷气压1.2±0.3atm维持不变，反应15天之后，发现亚硝酸盐和氨氮分别降低为100±20mg/L，30±3mg/L，亚硝酸盐和氨氮的去除率达到50±2％和70±4％，说明DAMO工艺可以处理高浓度的亚硝酸盐和氨氮废水。

实施例2：

按实施例1所述装置与所述方法处理实际污水处理厂中厌氧消化所产生的厌氧消化液。厌氧消化液 COD为4210-4425mg·L^-1，TN为168-200mg·L^-1，TP为98-120mg·L^-1。将此部分的厌氧消化液先经过硝化反应，其中部分的NH4+转化为亚硝酸盐，反应结束后，此时废水成分主要包括：COD为4210-4425mg ·L^-1，NH₄ ⁺为100-120mg·L^-1，NO₂ ^-为90-100mg·L^-1，将此时的处理溶液利用实施例1中的膜生物反应器进行处理，但是由于甲烷的手机需要一定的技术，所以甲烷在此不从厌氧消化中收集。经过7天左右的处理，最终出水氨氮浓度30-40mg·L^-1，亚硝酸盐浓度为50-60mg·L^-1。由此可见，采用DAMO膜生物反应可以处理厌氧消化液中部分氮源，由于这了一系列反应都是在厌氧条件下进行的，所以厌氧消化液中的碳源并没有消化，最终处理液驯化到主流生物处理单元是，污水特征为：COD为4210-4425mg·L^-1，氮浓度30-40mg·L^-1，亚硝酸盐浓度为50-60mg·L^-1。

Claims (4)

1.本发明主要提出是在传统污水处理工艺中结合DAMO反应过程来运行污水处理厂的运行，在提高污水碳源的同时减少污水处理厂对环境造成的二次污染。主要的处理单元有以下装置组成(见图1)，包括：传统生物反应池3，沉降池6，消化反应系统13，亚硝化反应系统18，DAMO反应池21以及进水阀2、4、14、19、22，进水管1、5、15、20、23，出水阀7，出水管8，排泥阀10,12，排泥管9，11，气体排出阀16，气体运输管17。该技术工艺流程从前到后由如下10个阶段组成：

(1)、打开进水阀2，污水通过进水管1在反应器3中进行传统的生物脱氮处理反应，时间为5-6h；

(2)、随后打开进水阀4，生物处理之后的泥水混合物通过进水管5进入沉降池6，进水完毕后关闭进水阀4，进行污泥的沉降，沉降时间为2h；

(3)、在沉降池中沉降之后，打开出水阀7，上清液通过出水管8排放，排放完毕后关闭出水阀7，排放时间为0.5-1h；

(4)、随后打开排泥阀10，在沉降池6中的污泥通过排泥管9，排放到消化反应池13，关闭排泥阀10，进行污泥资源化处理，消化时间为4-5h；

(5)、打开排泥阀12，把未完全消化的污泥通过排泥管11，进行污泥处理和处置；

(6)、打开侧流进水阀14，部分消化污泥产生的上清液通过进水管15，关闭进水阀14，上清液在侧流硝化反应池18进行硝化反应，反应时间为5-6h；

(7)、打开侧流进水阀19，消化完成的上清液通过进水管20，进入DAMO反应池21，关闭进水阀19，进行甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应，反应时间为5-6h；

(8)、打开侧流进水阀19，消化完成的上清液通过进水管20，进入DAMO反应池21，关闭进水阀19；

(9)、打开气体排出阀16，厌氧消化产生的甲烷，通过气体运输管17，进入DAMO反应池21，关闭气体排出阀16，进行甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应，反应时间为5-6h；

(10)、打开侧流进水阀22，消化完成的上清液通过进水管23，关闭进水阀22，进入主流反应系统，通过(1)操作，进行进一步的生物脱氮。

2.本发明主流反应系统主要采用的是传统的A2/O工艺，主要的组成包括(见图2)：进水阀1，进水管2，出水阀4，出水管5，生物反应池6，搅拌装置3，曝气装置7，氧气流量控制器8，空气压缩机9。该反应主要的反应阶段有6阶段完成：

(1)、打开反应器6的进水阀1，污水从进水管2进入反应器主体装置3，待进水完毕后，关闭进水阀1；

(2)、进水完毕后，打开搅拌装置3使反应器中泥水充分混合，搅拌转速为1000-1200r·min^-1，缺氧搅拌时间为60-80min；

(3)、缺氧结束后，调整搅拌装置3，使得转速降低为500-800r·min^-1，厌氧反应60-80min；

(4)、厌氧结束后，关闭搅拌装置3，打开空气压缩机9和曝气装置7，进行好氧曝气，反应器单位体积(m3)的空气用氧气流量控制器控制流量为1.2-1.4mg/L，好氧曝气时间为180-200min；

(5)、好氧结束后，关闭空气压缩机12结束曝气，沉淀60-80min，以实现泥水分离；

(6)、沉淀结束后，打开进水阀5，使得反应器6中污水进入，后续沉降池中，继续沉降，实现泥水的充分分离。

3.本发明的技术方案之三：

本发明主要的组成部分是在侧流反应系统中加入一个新的甲烷厌氧氧化耦合反硝化反应系统，这个生物系统主要包括：集气装置1，通气管2，气体控制阀3，气体流量计4，膜生物反应器5，排气管6，进水管10，进水阀9，排水阀7、13，排水管8、14，消除甲烷装置12，搅拌装置11。该反应阶段操作要求主要包括以下5几个阶段：

(1)、在厌氧消化反应过程中产生的甲烷收集到集气装置1中；

(2)、甲烷气体收集完毕后，打开气体控制阀3，甲烷通过通气管2，进入膜生物反应器5，多余的气体通过排气管6释放到外界；

(3)、打开进水阀9，在侧流硝化系统中的上清液通过进水管10，进入膜生物反应器5，关闭进水阀9，进水与甲烷气体在反应器中进行接触反应；

(4)、打开排水阀7，见过DAMO处理的废水经过排水管8进入消除甲烷装置12，关闭排水阀7，打开搅拌装置11，排出废水中多余的甲烷气体；

(5)、打开排水阀13，将反应结束的废水通过排水管14，进行主流生物系统，补充主流生物处理系统中所需的部分碳源，同时主流生物系统进一步降解氮源，降低废水中氮元素含量。

4.本发明的技术方案之四是反应过程中所需的一些必要条件：

(1)、整个反应器的反应过程温度控制在25±2℃；

(2)、主流生物脱氮系统A2/O反应中，污泥龄控制在25±1d；

(3)、侧流的DAMO反应器中，在运行之前要将DAMO系统进行300±30d的驯化，保证DAMO反应器中有足够的目标微生物。