CN109368792A - 污泥双回流aoa短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化处理城市污水的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化处理城市污水的方法与装置，属于污水处理与资源化领域。该装置主要有污水原水箱、AOA反应器、沉淀池组成。污泥由二沉池底部分别回流至缺氧区及厌氧区，在好氧区投加生物膜填料。污水进入在AOA反应器，在厌氧区主污泥积累内碳源去除原水中的有机物。随后进入好氧区絮体污泥以及富集的厌氧氨氧化填料进行短程硝化厌氧氨氧化，产生的硝氮以及未利用完全的亚硝均进入缺氧区，在缺氧区进行内源反硝化进一步去除达到深度脱氮的目的。此发明好氧区短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮，缺氧区利用污泥内碳源深度脱氮，无需外加碳源，且可处理低C/N城市生活污水，且具有节能降耗等特点。
Description
技术领域
本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化处理城市污水的方法与装置。
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。其中A2/O工艺是目前我国应用最广泛的工艺。由于其自身脱氮效果受回流比限制，很难深度脱氮。而改良AOA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。
目前，厌氧氨氧化作为一种自养脱氮技术被广泛研究。厌氧氨氧化是以氨氮为电子供体，亚硝态氮为电子受体，将两种氮素转化为氮气和和部分的硝态氮的自养生物脱氮过程。该过程无需有机物便能实现污水中氮素的部分去除。而厌氧氨氧化需要稳定的亚硝来源而短程硝化是在好氧条件下，氨氧化菌将氨氮氧化成亚硝态氮的过程，能为厌氧氨氧化反应提供亚硝，同时该过程还能有效节省曝气量。现在好氧段进行短程硝化耦合厌氧氨氧化既节省了从亚硝态氮到硝态氮过程所需的曝气量，又节省了碳源，非常适合我国低碳氮比城市生活污水。在此基础上提出污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化工艺，在前置厌氧段储存内碳源，充分利用原水中的有机物，在好氧段进行短程硝化厌氧氨氧化去除原水中的部分氨氮，后置缺氧段进一步利用内碳源反硝化去除厌氧氨氧化产生的硝氮，以及少量剩余亚硝达到深度脱氮的目的，同时高效利用资源。
发明内容
本发明的目的在于为低C/N比城市污水深度脱氮提供一种污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化的方法与装置。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去除有机物，而后混合液进入好氧区发生短程硝化厌氧氨氧化反应去除部分氨氮；最后进入缺氧区，利用厌氧区储存的内碳源，将好氧区产生的硝氮、亚硝进行反硝化去除，最终实现深度脱氮的目的。此发明好氧区短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮，缺氧区利用污泥内碳源深度脱氮，无需外加碳源，可实现低C/N城市生活污水深度脱氮，且具有节能降耗等特点。
污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化处理城市污水的方法与装置，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)、缺氧区(2.4)，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；厌氧区(2.2)与缺氧区(2.4)设有搅拌器(2.5)；好氧区(2.3)设有填料架(2.6)、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：污水首先由原水箱进入污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化反应器的厌氧区，在厌氧区将有机物储存为内碳源，而后混合液进入好氧区，发生短程硝化厌氧氨氧化反应；最后进入缺氧区，利用厌氧区储存的内碳源进行反硝化反应，最终实现深度脱氮的目的。
本发明污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化的装置与方法，其特征在于包括以下内容：
1)短程硝化内源反硝化启动阶段：
接种全程硝化污泥在双污泥回流AOA系统中实现稳定的短程硝化内源反硝化。双污泥回流AOA系统共有两个污泥回流，其中第一污泥回流到第一格厌氧段回流比R1＝100％，第二污泥回流到第一格缺氧段回流比R2可根据原水C/N进行调整，C/N≥3时R2＝100％，当C/N<3时调整R2为150-200％；启动短程硝化内源反硝化期间将好氧区最后一个格室曝气设备关闭，增加搅拌设备，系统8个格室分别为2格室厌氧，2格室好氧，4格室缺氧；保持厌氧区、好氧区的污泥浓度在300-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在400-5000mg/L好氧区溶解氧控制为1-2mg/L；系统水力停留时间为16h。待亚硝积累率达90％以上，出水总氮小于15mg/L，并稳定维持10d以上认为短程硝化内源反硝化阶段启动成功。
2)厌氧氨氧化启动阶段：
在此基础上，在好氧区投加厌氧氨氧化填料，或投加空白填料富集厌氧氨氧化菌，填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L；好氧区溶解氧维持为1mg/L，水力停留时间16h；系统8个格室分别为2格室厌氧，3格室好氧，3格室缺氧，使得好氧区产生的亚硝可以充分被厌氧氨氧化利用，在好氧区实现较高的总氮去除量。待好氧末出水亚硝小于10mg/L，并稳定维持10d以上，认为厌氧氨氧化阶段启动成功。
3)工艺优化阶段：
在此阶段，城市污水通过AOA反应器的厌氧区、好氧区、缺氧区，分别进行储存内碳源，与短程硝化耦合厌氧氨氧化以及内源反硝化，将污水中的有机物与氨氮去除。当AOA反应器的有机物与总氮除率分别达到80％，90％以上，即可认为短程硝化耦合厌氧氨氧化加内源反硝化系统启动成功；好氧区填料填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L；好氧区溶解氧控制为第一格2mg/L，第二格1mg/L,第三格0.5mg/L；启动成功并稳定保持10d以上时，进工艺优化行。将短水力停留时间16h逐步缩短至10h，每次减少2h并待其出水氨氮小于5mg/L，TN低于10mg/L后稳定10d以上，再进行进一步缩短。
4)长期运行阶段：
长期运行中第一格溶解氧控制为2mg/L，第二格控制为1mg/L,第三格控制为0.5mg/L；好氧区填料填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L。根据好氧末的总氮整体统系统功能区的体积比以及第二污泥回流R2的值。当好氧末出水TN＞10mg/L时，水力停留时间维持10h不变，当氨氮大于等于5mg/L时，将系统缺氧区增加曝气设备以及投加填料，系统8格室转换为2格室厌氧，4格室好氧，2格室缺氧，当氨氮低于5mg/L时，将第二污泥回流比R2增至150-200％；当好氧末出水10mg/L≥TN≥5mg/L时维持系统8格室2格室厌氧，3格室好氧，3格室缺氧不变，R2维持100％不变，水力停留时间10h；当好氧末出水TN＜5mg/L时，将系统缺氧区增加曝气设备以及投加填料，系统8格室转换为2格室厌氧，4格室好氧，2格室缺氧并将水力停留时间缩短至8h。
本发明污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化的装置与方法，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，减少了有机物的浪费，节约能源。
(2)好氧段采用短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮，不仅节省了碳源，短程硝化仅氧化至亚硝同时还节省了曝气量，节省能源。
(3)后置内源反硝化可以进一步去除厌氧氨氧化产生的硝态氮以及短程硝化产生的未被完全利用的亚硝态氮，可稳定实现出水TN小于5mg/L，属于深度脱氮。
附图说明
图1污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化的装置结构示意图。
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为缺氧区，2.5为搅拌器，2.6为填料架，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。
具体实施方式：
1.下面结合附图和实施对本发明做进一步说明：污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化处理城市污水的方法与装置，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)、缺氧区(2.4)，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；厌氧区(2.2)与缺氧区(2.4)设有搅拌器(2.5)；好氧区(2.3)设有填料架(2.6)、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 -≤0.5mg/L。试验系统如图1所示，污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化反应器有效容积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)短程硝化内源反硝化启动阶段；接种全程硝化污泥在双污泥回流AOA系统中实现稳定的短程硝化内源反硝化。该阶段控制氨氮为30-50mg/L，C/N大于3。启动短程硝化内源反硝化期间系统厌氧区体积：好氧区体积：缺氧区体积＝1:1:2；保持厌氧区、好氧区的污泥浓度在300-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在400-5000mg/L好氧区溶解氧控制为1-2mg/L；系统水力停留时间为16h。待亚硝积累率达90％以上，出水硝氮小于15mg/L，并稳定维持10d以上认为短程硝化内源反硝化阶段启动成功。
2)厌氧氨氧化启动阶段；在前一阶段基础上，在好氧区投加厌氧氨氧化填料，或投加空白填料富集厌氧氨氧化菌，填充比30-35％；厌氧区、好氧区的污泥浓度在300-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在400-5000mg/L；在此阶段将好氧区溶解氧维持为1mg/L，水力停留时间16h；系统体积比调整为厌氧区体积：好氧区体积：缺氧区体积＝2:3:3；增大好氧区体积同时提升负荷此阶段进水氨氮可有50mg/L逐步提升至80mg/L，使得好氧区产生的亚硝可以充分被厌氧氨氧化利用，在好氧区实现较高的总氮去除量。出水总氮小于15mg/L，并稳定维持10d以上，可视为厌氧氨氧化阶段启动成功。
3)工艺优化阶段；在此阶段进水氨氮50-80mg/L，C/N可降至2，城市污水按水流方向依次上下通过AOA反应器的厌氧区、好氧区、缺氧区，分别进行储存内碳源，与短程硝化耦合厌氧氨氧化以及内源反硝化，将污水中的有机物与氨氮去除。当AOA反应器的有机物与总氮除率分别达到80％，90％以上，即可认为短程硝化耦合厌氧氨氧化加内源反硝化系统启动成功。好氧区填料填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L；好氧区溶解氧控制为第一格2mg/L，第二格1mg/L,第三格0.5mg/L；启动成功并稳定保持10d以上时，进工艺优化行。将短水力停留时间16h逐步缩短至10h，每次减少2h并待其出水氨氮小于5mg/L，TN低于10mg/L后稳定10d以上，再进行进一步缩短。
4)长期运行阶段:长期运行中第一格溶解氧控制为2mg/L，第二格控制为1mg/L,第三格控制为0.5mg/L；好氧区填料填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L。根据好氧末的总氮整体统系统功能区的体积比以及第二污泥回流R2的值。好氧末出水TN＞10mg/L时，水力停留时间维持10h不变，当氨氮大于等于5mg/L时，将系统缺氧区增加曝气设备以及投加填料，系统8格室转换为2格室厌氧，4格室好氧，2格室缺氧，当氨氮低于5mg/L时，将第二污泥回流比R2增至150-200％；当好氧末出水10mg/L≥TN≥5mg/L时维持系统8格室2格室厌氧，3格室好氧，3格室缺氧不变，R2维持100％不变，水力停留时间10h；当好氧末出水TN＜5mg/L时，将系统缺氧区增加曝气设备以及投加填料，系统8格室转换为2格室厌氧，4格室好氧，2格室缺氧并将水力停留时间缩短至8h。
试验结果表明：运行稳定后，城市污水通过污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化反应器后出水COD为45-55mg/L，NH4 +-N低于2mg/L，总氮低于5mg/L，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。
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 (2)
1.污泥双回流AOA短程硝化耦合厌氧氨氧化与内源反硝化处理城市污水的装置，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)、缺氧区(2.4)，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；厌氧区(2.2)与缺氧区(2.4)设有搅拌器(2.5)；好氧区(2.3)设有填料架(2.6)、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。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)短程硝化内源反硝化启动阶段：
接种全程硝化污泥在双污泥回流AOA系统中实现稳定的短程硝化内源反硝化；双污泥回流AOA系统共有两个污泥回流，其中第一污泥回流到第一格厌氧段回流比R1＝100％，第二污泥回流到第一格缺氧段回流比R2可根据原水C/N进行调整，C/N≥3时R2＝100％，当C/N<3时调整R2为150-200％；启动短程硝化内源反硝化期间将好氧区最后一个格室曝气设备关闭，增加搅拌设备，系统8个格室分别为2格室厌氧，2格室好氧，4格室缺氧；保持厌氧区、好氧区的污泥浓度在300-4000mg/L；缺氧区的污泥浓度在400-5000mg/L好氧区溶解氧控制为1-2mg/L；系统水力停留时间为16h；待亚硝积累率达90％以上，出水总氮小于15mg/L，并稳定维持10d以上认为短程硝化内源反硝化阶段启动成功；
2)厌氧氨氧化启动阶段：
在此基础上，在好氧区投加厌氧氨氧化填料，或投加空白填料富集厌氧氨氧化菌，填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L；好氧区溶解氧维持为1mg/L，水力停留时间16h；系统8个格室分别为2格室厌氧，3格室好氧，3格室缺氧，使得好氧区产生的亚硝可以充分被厌氧氨氧化利用，在好氧区实现较高的总氮去除量；待好氧末出水亚硝小于10mg/L，并稳定维持10d以上，认为厌氧氨氧化阶段启动成功；
3)工艺优化阶段：
在此阶段，城市污水通过AOA反应器的厌氧区、好氧区、缺氧区，分别进行储存内碳源，与短程硝化耦合厌氧氨氧化以及内源反硝化，将污水中的有机物与氨氮去除；当AOA反应器的有机物与总氮除率分别达到80％，90％以上，即可认为短程硝化耦合厌氧氨氧化加内源反硝化系统启动成功；好氧区填料填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L；好氧区溶解氧控制为第一格2mg/L，第二格1mg/L,第三格0.5mg/L；启动成功并稳定保持10d以上时，进工艺优化行；将短水力停留时间16h逐步缩短至10h，每次减少2h并待其出水氨氮小于5mg/L，TN低于10mg/L后稳定10d以上，再进行进一步缩短；
4)长期运行阶段：
长期运行中第一格溶解氧控制为2mg/L，第二格控制为1mg/L,第三格控制为0.5mg/L；好氧区填料填充比30％-35％；絮体污泥浓度为厌氧区、好氧区300-4000mg/L；缺氧区400-5000mg/L；根据好氧末的总氮整体统系统功能区的体积比以及第二污泥回流R2的值；当好氧末出水TN＞10mg/L时，水力停留时间维持10h不变，当氨氮大于等于5mg/L时，将系统缺氧区增加曝气设备以及投加填料，系统8格室转换为2格室厌氧，4格室好氧，2格室缺氧，当氨氮低于5mg/L时，将第二污泥回流比R2增至150-200％；当好氧末出水10mg/L≥TN≥5mg/L时维持系统8格室2格室厌氧，3格室好氧，3格室缺氧不变，R2维持100％不变，水力停留时间10h；当好氧末出水TN＜5mg/L时，将系统缺氧区增加曝气设备以及投加填料，系统8格室转换为2格室厌氧，4格室好氧，2格室缺氧并将水力停留时间缩短至8h。
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