CN109354191B

CN109354191B - 一种污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流aoa深度脱氮方法

Info

Publication number: CN109354191B
Application number: CN201811489538.8A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 高歆婕; 许载周; 丁鹏霖; 李夕耀
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: CN109354191A

Abstract

一种污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮方法，属于污水处理与资源化领域。在AOA反应器内的厌氧段积累内碳源而后在好氧区进行硝化反应，在缺氧段利用厌氧段积累的内碳源以及缺氧区和二沉池内污泥发酵产生的碳源进行反硝化深度脱氮。硝化启动阶段为硝化活性强化阶段，通过提高进水氨氮，增大好氧区体积最终实现较高的氨氮去除率。反硝化启动阶段将好氧区部分体积转化为缺氧区，增大反应器缺好氧比例，增强内源反硝化以及污泥发酵作用提高整体总氮去除率。稳定运行阶段，进水氨氮升高，进水碳氮比降低，反应器仍维持较高的总氮去除率。此发明无需外加碳源，稳定运行期间好氧区体积小。

Description

一种污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮方法

技术领域

本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的方法与装置。

背景技术

随着人类经济的快速发展，环境污染日益严重。其中水污染也越来越严重，尤其是氮和磷造成的水体富营养化的现象已经严重影响到人们的生活。现我国污水处理厂对氮磷的处理技术多采用连续硝化反硝化脱氮工艺。

连续流AOA工艺是目前我国应用最广泛的工艺。其中大部分是前置反硝化工艺，需设置消化液回流装置，并且自身脱氮效果受回流比限制，很难深度脱氮。而后置反硝化工艺则需在缺氧区投加大量外碳源以加强除氮。因此要实现污水深度脱氮除磷还需要开发新型节能的连续流工艺。

本工艺针对国内生活污水低C/N比特点，在传统连续流工艺上进行优化，实现无需外加碳源且出水总氮稳定在5mg/L，满足GB18978-2002一级A标准。双污泥回流AOA工艺，是一种污水脱氮的新型工艺。它采用两个污泥回流，第一污泥回流主要维持整个系统处于泥水混合；第二污泥回流主要是增大缺氧区的污泥浓度，以加快反硝化速度同时带入由二沉池发酵产生外碳源以进一步加强反硝化效果。污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA工艺可以实现深度脱，同时高效利用资源。

发明内容

本发明的目的在于为实现低C/N比城市生活污水提供一种污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的方法与装置。该装置中，生活污水首先由原水箱进入AOA反应器的厌氧区，厌氧区的聚糖菌利用生活污水中的有机物合成PHA，而后混合液进入好氧区发生硝化反应；最后进入缺氧区，利用厌氧区储存的内碳源，以及由第二回流带来的污泥发酵产生的外碳源进行反硝化反应，最终实现深度脱氮的目的。此发明充分利用污泥内碳源以及污泥发酵外碳源，具有节能降耗、无需污泥排放且可达到污水深度脱氮等特点。

1.1.污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的装置，其特征在于：包括顺序连接的污水原水箱(1)、AOA反应器(2)、沉淀池(3)；污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与AOA反应器(2)相连；AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为厌氧区(2.2)、好氧区(2.3)、可变区(同时装有曝气设备与搅拌设备，可转换为缺氧区或好氧区)(2.4)、缺氧区(2.5)，各反应区体积相等，各格室均设有按水流方向上下交错连接的连接孔；除好氧区(2.3)外均设有搅拌器(2.6)；好氧区(2.3)、可变区(2.4)设有气泵(2.7)、曝气盘(2.8)、气体流量计(2.9)；沉淀池(3)底部污泥通过第一污泥回流泵(3.1)连接至厌氧区(2.2)、通过第二污泥回流泵(3.2)连接至缺氧区(2.5)、最终通过出水管(3.3)出水。

城市污水在此装置的处理流程为：生活污水首先由原水箱进入污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器的厌氧区，厌氧区的聚糖菌利用生活污水中的有机物合成PHA，而后混合液进入好氧区，发生硝化反应；最后进入缺氧区，利用厌氧区储存的内碳源，以及由第二回流带来的污泥发酵产生的外碳源进行反硝化反应，最终实现深度脱氮的目的。

本发明污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的装置与方法，其特征在于包括以下内容：

1)硝化启动阶段：

接种城市污水厂AAO工艺二沉池中氨氮去除率≤70％的污泥于双污泥回流AOA反应器中(如接种污泥氨氮去除率高于70％则直接进入第二阶段)，保持厌氧区、好氧区的污泥浓度在2500-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在3500-5000mg/L。由二沉池底部回流至厌氧区为第一污泥回流，由二沉池底部回流至缺氧区为第二污泥回流，第一第二污泥回流比均为100％。水力停留时间为16h，曝气阶段控制溶解氧为1-2mg/L，水力停留时间16h。开启可变区两个格室的曝气，此阶段可变区转换为好氧区。待氨氮去除率达到90％以上，硝化活性强化阶段完成。

2)反硝化启动阶段：

将可变区第一格室保持曝气状态不变，第二格室停止曝气，将其有效容积转换为缺氧区。待其氨氮去除率重新恢复90％以上时，将可变区第一格室曝气停止，将其有效容积全部转换为缺氧区。在转换过程中缺氧区体积增大，使得缺氧区平均停留时间增长，增强了内源反硝化效果，同时强化了污泥发酵，为反硝化进一步提供碳源。在此阶段厌氧区、好氧区的污泥浓度在2500-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在3500-5000mg/L，溶解氧为1-2mg/L，水力停留时间16h。当双污泥回流AOA反应器的有机物、总氮去除率分别达到80％，90％以上，即认为污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮系统启动成功；

3)稳定运行阶段：

污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器设有可变区，当反应器内氨氮降解率低于80％时，可开启可变区内设置的曝气盘，将可变区作为好氧区使用；当氨氮降解率高于95％时则减少2h水力停留时间；当氨氮降解率在80％-95％之间时(包含80％与95％)保持可变区曝气盘关闭状态。污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器的第一回流至厌氧区，回流比设为100％。第二回流至缺氧区的回流比可视情况进行调整，当污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器出水硝氮大于10mg/L时，则增大第二污泥回流比至150％-200％。当出水硝氮小于2mg/L时，调节第二污泥回流比为80％以节省能耗；当出水硝氮在2-10mg/L之间(包含2,10mg/L)第二污泥回流比维持100％不变。稳定运行期间水力停留时间16h，好氧区溶解氧为1-2mg/L。污泥发酵量与污泥产量达到平衡，除取样不主动排泥；若污泥发酵效果不佳缺氧区污泥浓度大于7000mg/L则排泥使其污泥浓度降至4000-5000mg/L。

本发明污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的装置与方法，与现有工艺相比具有以下优势：

(1)城市污水中的有机物充分被聚糖菌利用储存为内碳源，COD储存率高于90％，减少了有机物的浪费，节约能源。

(2)污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA系统稳定运行期间厌氧区：好氧区：缺氧区比例为1:1:2，好氧区溶解氧控制1-2mg/L，与传统AOA相比可减少曝气所需能耗。

(3污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA系统稳定运行期间，可实现出水TN小于5mg/L，属于深度脱氮。

(3)污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA系统不主动排泥，污泥发酵减少了污泥产量并为反硝化提供碳源，节约了污泥处理成本。

附图说明

图1为污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA实现城市污水深度脱氮的装置结构示意图。

1为原水水箱，2为AOA反应器，3为沉淀池，1.1为原水水箱溢流管，1.2为原水水箱放空管，2.1为进水泵，2.2为厌氧区，2.3为好氧区，2.4为可变区，2.5为缺氧区，2.6为搅拌器，2.7为气泵，2.8为曝气盘，2.9为气体流量计，3.1为第一污泥回流泵，3.2第一为污泥回流泵，3.3为出水管。

图2是采用本发明的污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器在启动及稳定运行过程中进出水氨污染物变化图。

具体实施方式：

2.下面结合附图和实施对本发明做进一步说明：污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的装置，其特征在于：包括顺序连接的污水原水箱(1)、AOA反应器(2)、沉淀池(3)；污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与AOA反应器(2)相连；AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为厌氧区(2.2)、好氧区(2.3)、可变区(同时装有曝气设备与搅拌设备，可转换为缺氧区或好氧区)(2.4)、缺氧区(2.5)，各反应区体积相等，各格室均设有按水流方向上下交错连接的连接孔；除好氧区(2.3)外均设有搅拌器(2.6)；好氧区(2.3)、可变区(2.4)设有气泵(2.7)、曝气盘(2.8)、气体流量计(2.9)；沉淀池(3)底部污泥通过第一污泥回流泵(3.1)连接至厌氧区(2.2)、通过第二污泥回流泵(3.2)连接至缺氧区(2.5)、最终通过出水管(3.3)出水。

以北京某高校家属区化粪池废水为处理对象，运行期间具体水质如下：COD为100-200mg/L，NH₄ ⁺为30-80mg/L，NO₃ ^-≤2mg/L，NO₂ ^-≤1mg/L。试验系统如图1所示，污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器有效容积88.48L，均分为8格，每格有效容积11.06L；二沉池有效容积37.2L，均采用有机玻璃制成。

具体操作如下：

1)硝化启动阶段：接种城市污水厂AA/O工艺二沉池中氨氮去除率不足70％的污泥于双污泥回流AOA反应器中，保持厌氧区、好氧区的污泥浓度在2500-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在3500-5000mg/L。由二沉池底部回流至厌氧区为第一污泥回流，由二沉池底部回流至缺氧区为第二污泥回流，第一第二污泥回流比均为100％。水力停留时间为16h，曝气阶段控制溶解氧为1-2mg/L。开启可变区两个格室的曝气，此阶段可变区转换为好氧区。好氧区体积加大，有利于快速富集硝化菌，实现高氨氮去除率。实际表明氨氮去除率从调整前的阶段1平均25.7％经16d最终提升至阶段2的99.97％。

2)反硝化启动阶段：硝化活性提升后，为加强反硝化，进一步提高出水总氮。此阶段进水NH4⁺-N浓度保持为为50±5mg/L，将可变区格室1继续曝气，格室2停止曝气。实际表明在此期间氨氮去除率平均为88.20％，且出水硝氮降至10mg/L，出水总氮低于15mg/L。此后进一步将可变区格室1曝气停止，改可变区为缺氧区。在转换过程中缺氧区体积增大，使得缺氧区平均停留时间增长，增强了内源反硝化效果，同时强化了污泥发酵，为反硝化进一步提供碳源。此阶段厌氧区、好氧区的污泥浓度在2500-4000mg/L，缺氧区的污泥浓度在3500-5000mg/L；好氧区溶解氧维持1-2mg/L，水力停留时间16h。此后总氮去除率85％以上，出水总氮平均5mg/L，认为污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮系统启动成功；

3)稳定运行阶段：由于实际生活污水水质波动较大，为稳定出水效果，对反应器运行参数进行调整。污污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器设有可变区，当反应器内氨氮降解率低于80％时，可开启可变区内设置的曝气盘，将可变区作为好氧区使用；当氨氮降解率高于95％时减少2h水力停留时间；当氨氮降解率在80％-95％之间时(包含80％与95％)保持可变区曝气盘关闭状态。污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器的第一回流至厌氧区，回流比设为100％。第二回流至缺氧区的回流比可视情况进行调整，当污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器出水硝氮大于10mg/L时，则增大第二污泥回流比至150％-200％。当出水硝氮小于2mg/L时，调节第二污泥回流比为80％以节省能耗；当出水硝氮在2-10mg/L之间(包含2,10mg/L)第二污泥回流比维持100％不变。稳定运行期间水力停留时间16h，好氧区溶解氧为1-2mg/L。污泥发酵量与污泥产量达到平衡，除取样不主动排泥；若污泥发酵效果不佳缺氧区污泥浓度大于7000mg/L则排泥使其污泥浓度降至4000-5000mg/L。

3)试验结果表明：运行稳定后，城市污水COD为150-180mg/L，进水氨氮50mg/L左右时，经污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器处理后总氮5mg/L左右，COD小于50mg/L，平均总氮去除率85％，氨氮去除率90％。且可以看出进水氨氮由30mg/L增至70mg/L的过程中氨氮去除率均维持在85％以上。出水COD、NH₄ ⁺-N、TN、等技术指标均稳定达到国家一级A排放标准，实现了深度脱氮的目的。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。

Claims

1.污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮的方法，该方法所采用装置包括顺序连接的污水原水箱(1)、AOA反应器(2)、沉淀池(3)；污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与AOA反应器(2)相连；AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为厌氧区(2.2)、好氧区(2.3)、可变区(2.4)、缺氧区(2.5)，各反应区体积相等，各格室均设有按水流方向上下交错连接的连接孔；除好氧区(2.3)外均设有搅拌器(2.6)；好氧区(2.3)、可变区(2.4)设有气泵(2.7)、曝气盘(2.8)、气体流量计(2.9)；沉淀池(3)底部污泥通过第一污泥回流泵(3.1)连接至厌氧区(2.2)、通过第二污泥回流泵(3.2)连接至缺氧区(2.5)、最终通过出水管(3.3)出水；可变区同时装有曝气设备与搅拌设备，可转换为缺氧区或好氧区；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)硝化启动阶段：

接种城市污水厂AAO工艺二沉池中氨氮去除率≤70％的污泥于双污泥回流AOA反应器中，保持厌氧区、好氧区的污泥浓度在2500-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在3500-5000mg/L；由二沉池底部回流至厌氧区为第一污泥回流，由二沉池底部回流至缺氧区为第二污泥回流，第一第二污泥回流比均为100％；水力停留时间为16h，曝气阶段控制溶解氧为1-2mg/L，水力停留时间16h；开启可变区两个格室的曝气，此阶段可变区转换为好氧区；待氨氮去除率达到90％以上，硝化活性强化阶段完成；

如双污泥回流AOA反应器中接种污泥氨氮去除率高于70％则直接进入第二阶段；

2)反硝化启动阶段：

将可变区第一格室保持曝气状态不变，第二格室停止曝气，将其有效容积转换为缺氧区；待其氨氮去除率重新恢复90％以上时，将可变区第一格室曝气停止，将其有效容积全部转换为缺氧区；在转换过程中缺氧区体积增大，使得缺氧区平均停留时间增长，增强了内源反硝化效果，同时强化了污泥发酵，为反硝化进一步提供碳源；在此阶段厌氧区、好氧区的污泥浓度在2500-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在3500-5000mg/L，溶解氧为1-2mg/L，水力停留时间16h；当双污泥回流AOA反应器的有机物、总氮去除率分别达到80％，90％以上，即认为污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA深度脱氮系统启动成功；

3)稳定运行阶段：

污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器设有可变区，当反应器内氨氮降解率低于80％时，可开启可变区内设置的曝气盘，将可变区作为好氧区使用；当氨氮降解率高于95％时则减少2h水力停留时间；当氨氮降解率在80％-95％之间时且包含80％与95％，保持可变区曝气盘关闭状态；污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器的第一回流至厌氧区，回流比设为100％；第二回流至缺氧区的回流比可视情况进行调整，当污泥发酵强化内源反硝化的双污泥回流AOA反应器出水硝氮大于10mg/L时，则增大第二污泥回流比至150％-200％；当出水硝氮小于2mg/L时，调节第二污泥回流比为80％以节省能耗；当出水硝氮在2-10mg/L之间且包含2mg/L,10mg/L，第二污泥回流比维持100％不变；稳定运行期间水力停留时间16h，好氧区溶解氧为1-2mg/L；污泥发酵量与污泥产量达到平衡，除取样不主动排泥；若污泥发酵效果不佳缺氧区污泥浓度大于7000mg/L则排泥使其污泥浓度降至4000-5000mg/L。