CN109896628B - Aoa(pd-anammox)生物膜技术深度脱氮的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
AOA(PD‑ANAMMOX)生物膜技术深度脱氮的装置与方法属于污水生物处理领域。其装置包括原水箱、缺氧格(A)、好氧格(O)、后置缺氧格(PD‑ANAMMOX)、碳源加药箱。首先，原水和回流的硝化液进入到缺氧格，充分利用原水中碳源，进行完全反硝化反应，在缺氧格末端约40％～50％的混合液超越好氧格进入后置缺氧格，另一部分混合液在推流作用下进入好氧格进行硝化。然后，硝化液进入后置缺氧格，首先以外加乙酸钠为碳源进行短程反硝化反应，并和超越污水一同进入后面的缺氧格完成厌氧氨氧化反应，最后，静沉后排放。本发明适用于低C/N城市生活污水的处理以及要求TN达到10mg/L以下的地区，出水水质稳定。与常规后置缺氧反硝化滤池相比，本工艺可节省曝气能耗和碳源。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物膜技术深度脱氮的装置与方法，属于污水生物处理领域，适用于现有及新建污水厂的提标改造、低C/N城市生活污水的处理等污水处理技术领域。
背景技术
随着水体“富营养化”问题的日渐突出，污水排放标准不断严格，污水处理技术已从单一去除有机物为目的的阶段进入既要去除有机物又要脱氮除磷的深度处理阶段，以控制富营养化为目的的脱氮除磷已成为当今污水处理领域的研究热点之一。特别是近几年，一些地区标准，如DB11/890-2012(北京地标A)中，对于总氮(TN)的要求是低于10mg/L以下，这对于现有的城镇污水厂的来说，无疑是相当严格的。目前，常规二级工艺难以满足污水排放标准，需三级处理工艺进行深度脱氮，而反硝化生物滤池工艺因其具有脱氮效率高和占地面积小等优势成为污水厂升级改造采用的关键性技术。然而，二级出水中底物浓度较低且多数为难降解的有机物，可生化性较差，反硝化生物滤池需额外投加碳源，一般C/N为5～7才能达到较好的去除效果，这无疑使原本就拮据的污水厂雪上加霜。
厌氧氨氧化(Anammox)工艺具有节省能耗、污泥产率低及脱氮负荷高等诸多优势，是目前世界上公认的最经济高效的污水脱氮技术，其原理是指在缺氧的条件下以NO2 --N为电子受体将NH4 +-N转化为N2的过程。应用厌氧氨氧化技术的关键在于其底物亚硝酸盐的获取，目前主要有两种途径：短程硝化和短程反硝化。短程硝化是指以氧气为电子受体将NH4 +-N氧化为NO2 --N的过程，但其控制条件复杂且获得亚硝酸盐后难以稳定维持，多应用于侧流高温高氨氮废水的处理，鲜有主流城镇生活污水的应用；短程反硝化是指以有机物为电子供体将NO3 --N还原为NO2 --N的过程，该过程无需复杂的控制条件并且能够稳定的获得亚硝，具有巨大的应用潜力。相比于后置反硝化滤池，短程反硝化与厌氧氨氧化耦合的工艺(PD-ANAMMOX)，能够节省大量碳源，实现深度脱氮。
生物膜技术是通过将微生物细胞固定于载体表面，从而实现微生物停留时间和水力停留时间的分离，载体填料的存在，对水流起到强制紊动的作用，较大的比表面积促进了污染物质与微生物细胞的充分接触，强化了传质过程。生物膜法克服了活性污泥法中易出现的污泥膨胀和污泥上浮等问题，具有运行稳定、抗冲击负荷强等优点，已被广泛应用于主流城镇生活污水的处理。根据填料的流化方式，主要分为移动床(MBBR)和固定床反应器，移动床生物膜反应器中投加的立体空心填料能够有效持留硝化菌和反硝化菌，完成硝化和反硝化反应。然而，由于机械搅拌造成的水力流动易使得厌氧氨氧化菌脱落，因而，使用固定床技术持留厌氧氨氧化菌是有必要的。
发明内容
本发明目的是提供一种针对低C/N城市生活污水深度脱氮的装置与方法，该装置与方法利用生物膜技术将微生物停留时间与水力停留时间分离，避免了自养菌和异养菌在泥龄上的矛盾，通过推流式的AOA(前置反硝化-硝化-后置反硝化)反应器实现污水的深度的脱氮。首先，原水和回流的硝化液进入到缺氧格，充分利用原水中碳源，进行完全反硝化反应，在缺氧格末端约40％～50％的混合液超越好氧格进入后置缺氧格，另一部分混合液在推流作用下进入好氧格进行硝化。然后，硝化液进入后置缺氧格，首先以外加乙酸钠为碳源进行短程反硝化反应产生亚硝酸盐，并和富含氨氮的超越污水一同进入后面的缺氧格完成厌氧氨氧化反应，最后静沉后排放。
AOA(PD-ANAMMOX)生物膜技术深度脱氮的装置包括包括原水箱(1)、缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)、好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)、后置缺氧格Ⅰ(11)、后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)、沉淀格(14)和碳源加药箱(18)；水箱(1)通过进水泵(2)与缺氧格Ⅰ(4)连接，缺氧格Ⅲ(6)与好氧格Ⅰ(7)连接，好氧格Ⅳ(10)与后置缺氧格Ⅰ(11)连接；碳源加药箱(18)通过加药泵(19)连接后置缺氧格Ⅰ(11)，缺氧格Ⅲ(6)经超越泵(20)与后置缺氧格Ⅰ(11)相连，好氧格Ⅳ(10)经回流泵(21)与缺氧格Ⅰ(4)连接；好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)底部均设有曝气盘(22)，曝气盘(22)与鼓风机(23)相连；缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内均设有搅拌装置(3)；沉淀格(14)上部设有溢流口(15)，下部设有泄空阀(24)；缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内均投加聚丙烯反硝化生物填料(25)，该填料在搅拌装置(3)下处于流化状态；好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)内均投加聚丙烯硝化生物填料(26)，该填料在曝气作用下处于流化状态；后置缺氧格Ⅰ(11)内设置固定聚丙烯短程反硝化生物填料(17)，后置缺氧格Ⅱ(12)、Ⅲ(13)内均设置固定聚氨酯厌氧氨氧化海绵填料(16)。
AOA(PD-ANAMMOX)生物膜技术深度脱氮的方法，包括以下步骤：
1)原水从原水箱(1)经进水泵(2)进入缺氧格Ⅰ(4)，一同进入的还有来自好氧格Ⅳ(10)中的回流硝化液，利用原水中的碳源，在缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内进行完全反硝化。控制缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)总水力停留时间HRT为3.0～4.2h。缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内均投加聚丙烯反硝化悬浮生物填料(25)，比表面积为200m2/m3～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3，填充比30％～45％。
2)在缺氧格Ⅲ(6)中，40％～50％的混合液被超越泵(20)抽送至后置缺氧格Ⅰ(11)，剩余混合液依次进入好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)，完成硝化作用。控制好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)总水力停留时间HRT为4.0～5.6h，DO浓度为3～6mg/L。好氧格Ⅳ(10)的硝化液经回流泵(21)抽送至缺氧格Ⅰ(4)，回流比为100％～200％。好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)内均投加聚丙烯硝化悬浮生物填料(26)，比表面积为200m2/m3～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3，填充比30％～45％。
3)好氧格Ⅳ(10)的剩余硝化液在推流作用下进入后置缺氧格Ⅰ(11)，同时进入的还有来自碳源加药箱(18)内的碳源，完成短程反硝化反应。控制后置缺氧格Ⅰ(11)的HRT为1.0～1.4h。后置缺氧格Ⅰ(11)内设置固定聚丙烯短程反硝化生物填料(17)，比表面积为200m2/m3～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3，填充比40％～50％。碳源加药箱(18)内碳源为乙酸钠，控制进水COD/NO3 --N质量浓度比为2.4～3.2。
4)超越泵(20)将缺氧格Ⅲ(6)内40％～50％的水抽送至后置缺氧格Ⅰ(11)，与后置缺氧格Ⅰ(11)内的液体混合，后置缺氧格Ⅰ(11)的出水依次进入后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)，完成厌氧氨氧化反应。后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)内均设置固定厌氧氨氧化聚氨酯海绵填料(16)，填料为20～60mm的立方体，空孔率为85～95％，比表面积为91000～30000m2/m3，填充比20％～40％。控制后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)的HRT为2.5～3.5h。
5)后置缺氧格Ⅲ(13)的出水进入沉淀格(14)，静沉。上清液从溢流口(15)排出反应器外，底部沉淀污泥通过泄空阀(24)定期排出，排放周期为30～60d。
综上所述，本发明涉及的一种AOA(PD-ANAMMOX)生物膜技术深度脱氮的装置与方法，具有以下优点：
1)利用生物膜技术克服了活性污泥工艺中各功能菌种间泥龄的矛盾。无需单独设置二沉池和污泥回流，大大减少了占地面积和能耗。
2)在缺氧格和好氧格采用移动床生物膜技术(MBBR)，填料随水流上下翻转，增强了底物的传质过程。在后置缺氧格采用固定生物膜技术，增强了厌氧氨氧化菌的持留。
3)与传统后置反硝化滤池相比，采用PD-ANAMMOX技术，可同时去除氨氮和硝氮。一方面，氨氮超越好氧格，节省了曝气。另一方面，短程反硝化技术只将硝酸盐还原为亚硝酸盐，大大节省了碳源。
附图说明
图1为AOA(PD-ANAMMOX)生物膜技术深度脱氮的装置。
图1中：1-原水箱；2-进水泵；3-搅拌装置；4-缺氧格Ⅰ；5-缺氧格Ⅱ；6-缺氧格Ⅲ；7-好氧格Ⅰ；8-好氧格Ⅱ；9-好氧格Ⅲ；10-好氧格Ⅳ；11-后置缺氧格Ⅰ；12-后置缺氧格Ⅱ；13-后置缺氧格Ⅲ；14-沉淀格；15-溢流口；16-聚氨酯厌氧氨氧化海绵填料；17-聚丙烯短程反硝化生物填料；18-碳源加药箱；19-加药泵；20-超越泵；21-回流泵；22-曝气盘；23-鼓风机；24-泄空阀；25-聚丙烯反硝化生物填料；26-聚丙烯硝化生物填料。
具体实施方式
结合图1，进一步说明本发明的实施方案：
AOA(PD-ANAMMOX)生物膜技术深度脱氮的装置设有原水箱(1)、缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)、好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)、后置缺氧格Ⅰ(11)、后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)、沉淀格(14)和碳源加药箱(18)；水箱(1)通过进水泵(2)与缺氧格Ⅰ(4)连接，缺氧格Ⅲ(6)与好氧格Ⅰ(7)连接，好氧格Ⅳ(10)与后置缺氧格Ⅰ(11)连接；碳源加药箱(18)通过加药泵(19)连接后置缺氧格Ⅰ(11)，缺氧格Ⅲ(6)经超越泵(20)与后置缺氧格Ⅰ(11)相连，好氧格Ⅳ(10)经回流泵(21)与缺氧格Ⅰ(4)连接；好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)底部均设有曝气盘(22)，曝气盘(22)与鼓风机(23)相连；缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内均设有搅拌装置(3)；沉淀格(14)上部设有溢流口(15)，下部设有泄空阀(24)；缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内均投加聚丙烯反硝化生物填料(25)，该填料在搅拌装置(3)下处于流化状态；好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)内均投加聚丙烯硝化生物填料(26)，该填料在曝气作用下处于流化状态；后置缺氧格Ⅰ(11)内设置固定聚丙烯短程反硝化生物填料(17)，后置缺氧格Ⅱ(12)、Ⅲ(13)内均设置固定聚氨酯厌氧氨氧化海绵填料(16)。
本试验处理的污水来自北京市昌平区某镇的城市污水，为典型的低碳氮比城市污水，进水水质如下：COD浓度为78.2～230.5mg/L，NH4 +-N浓度为18.9～51.5mg/L，NO3 --N和NO2 --N均小于0.5mg/L。试验所用装置如图1所示，由有机玻璃制成。
具体操作如下：
1)系统启动：缺氧格聚丙烯反硝化生物悬浮填料来自于中试AAO-BAF缺氧格填料，该填料具有良好的反硝化效果；好氧格聚丙烯硝化生物填料来自于中试BAF中的填料，该填料具有良好的硝化效果；后置缺氧格聚丙烯短程反硝化填料，是由中试AAO-BAF缺氧格填料在SBR中经长期低C/N驯化后的填料，该填料具有良好的短程反硝化能力；聚氨酯厌氧氨氧化海绵填料是在某污水厂厌氧氨氧化中试中挂膜得到，挂膜周期4～6个月。启动阶段，将AO与后置缺氧区分开运行，AO采用实际生活污水运行；后置缺氧区采用配水，使厌氧氨氧化菌逐渐适应低基质浓度的配水；而后将两个反应器同时运行，进水为实际生活污水。
2)原水从原水箱(1)经进水泵(2)进入缺氧格Ⅰ(4)，一同进入的还有来自好氧格Ⅳ(10)中的回流硝化液，利用原水中的碳源，在缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)内进行完全反硝化。控制缺氧格Ⅰ(4)、缺氧格Ⅱ(5)、缺氧格Ⅲ(6)总水力停留时间HRT为3.0～4.2h。
3)在缺氧格Ⅲ(6)中，40％～50％的混合液被超越泵(20)抽送至后置缺氧格Ⅰ(11)，剩余混合液依次进入好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)，完成硝化作用。控制好氧格Ⅰ(7)、好氧格Ⅱ(8)、好氧格Ⅲ(9)、好氧格Ⅳ(10)总水力停留时间HRT为4.0～5.6h，DO浓度为3～6mg/L。好氧格Ⅳ(10)的硝化液经回流泵(21)抽送至缺氧格Ⅰ(4)，回流比为100％～200％。
4)好氧格Ⅳ(10)的剩余硝化液在推流作用下进入后置缺氧格Ⅰ(11)，同时进入的还有来自碳源加药箱(18)内的碳源，完成短程反硝化反应。控制后置缺氧格Ⅰ(11)的HRT为1.0～1.4h。碳源加药箱(18)内碳源为乙酸钠，控制进水COD/NO3 --N质量浓度比为2.4～3.2。
5)超越泵(20)将缺氧格Ⅲ(6)内40％～50％的水抽送至后置缺氧格Ⅰ(11)，与后置缺氧格Ⅰ(11)内的液体混合，后置缺氧格Ⅰ(11)的出水依次进入后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)，完成厌氧氨氧化反应。控制后置缺氧格Ⅱ(12)、后置缺氧格Ⅲ(13)的HRT为2.5～3.5h。
6)后置缺氧格Ⅲ(13)的出水进入沉淀格(14)，静沉。上清液从溢流口(15)排出反应器外，底部沉淀污泥通过泄空阀(24)定期排出，排放周期为30～60d。
试验结果表明：系统运行稳定后，出水COD浓度为40～50mg/L，NH4 +-N浓度为0～0.5mg/L，NO3 --N浓度为0.8～4.6mg/L，TN浓度为3.8～9.2mg/L。
Claims (1)
1.AOA（PD-ANAMMOX）生物膜技术深度脱氮的方法，该方法所用装置包括原水箱（1）、缺氧格Ⅰ（4）、缺氧格Ⅱ（5）、缺氧格Ⅲ（6）、好氧格Ⅰ（7）、好氧格Ⅱ（8）、好氧格Ⅲ（9）、好氧格Ⅳ（10）、后置缺氧格Ⅰ（11）、后置缺氧格Ⅱ（12）、后置缺氧格Ⅲ（13）、沉淀格（14）和碳源加药箱（18）；原 水箱（1）通过进水泵（2）与缺氧格Ⅰ（4）连接，缺氧格Ⅲ（6）与好氧格Ⅰ（7）连接，好氧格Ⅳ（10）与后置缺氧格Ⅰ（11）连接；碳源加药箱（18）通过加药泵（19）连接后置缺氧格Ⅰ（11），缺氧格Ⅲ（6）经超越泵（20）与后置缺氧格Ⅰ（11）相连，好氧格Ⅳ（10）经回流泵（21）与缺氧格Ⅰ（4）连接；好氧格Ⅰ（7）、好氧格Ⅱ（8）、好氧格Ⅲ（9）、好氧格Ⅳ（10）底部均设有曝气盘（22），曝气盘（22）与鼓风机（23）相连；缺氧格Ⅰ（4）、缺氧格Ⅱ（5）、缺氧格Ⅲ（6）内均设有搅拌装置（3）；沉淀格（14）上部设有溢流口（15），下部设有泄空阀（24）；缺氧格Ⅰ（4）、缺氧格Ⅱ（5）、缺氧格Ⅲ（6）内均投加聚丙烯反硝化悬浮生物填料（25），该填料在搅拌装置（3）下处于流化状态；好氧格Ⅰ（7）、好氧格Ⅱ（8）、好氧格Ⅲ（9）、好氧格Ⅳ（10）内均投加聚丙烯硝化悬浮生物填料（26），该填料在曝气作用下处于流化状态；后置缺氧格Ⅰ（11）内为固定聚丙烯短程反硝化生物填料（17），后置缺氧格Ⅱ（12）、后置缺氧格Ⅲ（13）内均为固定聚氨酯厌氧氨氧化海绵填料（16）；其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）原水从原水箱（1）经进水泵（2）进入缺氧格Ⅰ（4），一同进入的还有来自好
氧格Ⅳ（10）中的回流硝化液，利用原水中的碳源，在缺氧格Ⅰ（4）、缺氧格Ⅱ（5）、缺氧格Ⅲ（6）内进行完全反硝化；控制缺氧格Ⅰ（4）、缺氧格Ⅱ（5）、缺氧格Ⅲ（6）总水力停留时间HRT为3.0~4.2 h；缺氧格Ⅰ（4）、缺氧格Ⅱ（5）、缺氧格Ⅲ（6）内均投加聚丙烯反硝化悬浮生物填料（25），比表面积为200 m2/m3~800 m2/m3，密度为0.96~1.00 g/cm3，填充比30 %~45 %；
2）在缺氧格Ⅲ（6）中，40 %~50 % 的混合液被超越泵（20）抽送至后置缺氧格Ⅰ（11），剩余混合液依次进入好氧格Ⅰ（7）、好氧格Ⅱ（8）、好氧格Ⅲ（9）、好氧格Ⅳ（10），完成硝化作用；控制好氧格Ⅰ（7）、好氧格Ⅱ（8）、好氧格Ⅲ（9）、好氧格Ⅳ（10）总水力停留时间HRT为4.0 ~5.6 h， DO浓度为3~6 mg/L；好氧格Ⅳ（10）的硝化液经回流泵（21）抽送至缺氧格Ⅰ（4），回流比为100 %~200 %；好氧格Ⅰ（7）、好氧格Ⅱ（8）、好氧格Ⅲ（9）、好氧格Ⅳ（10）内均投加聚丙烯硝化悬浮生物填料（26），比表面积为200 m2/m3~800 m2/m3，密度为0.96~1.00 g/cm3，填充比30 %~45 %；
3）好氧格Ⅳ（10）的剩余硝化液在推流作用下进入后置缺氧格Ⅰ（11），同时进入的还有来自碳源加药箱（18）内的碳源，完成短程反硝化反应；控制后置缺氧格Ⅰ（11）的HRT为1.0~1.4 h；后置缺氧格Ⅰ（11）内为固定聚丙烯短程反硝化生物填料（17），比表面积为200 m2/m3~800 m2/m3，密度为0.96~1.00 g/cm3，填充比40 %~50 %；碳源加药箱（18）内碳源为乙酸钠，控制进水COD/NO3 --N质量浓度比为2.4~3.2；
4）超越泵（20）将缺氧格Ⅲ（6）内40 %~50 % 的水抽送至后置缺氧格Ⅰ（11），与后置缺氧格Ⅰ（11）内的液体混合，后置缺氧格Ⅰ（11）的出水依次进入后置缺氧格Ⅱ（12）、后置缺氧格Ⅲ（13），完成厌氧氨氧化反应；后置缺氧格Ⅱ（12）、后置缺氧格Ⅲ（13）内均为固定厌氧氨氧化聚氨酯海绵填料（16），填料为边长20~60mm的立方体，空孔率为85~95 %，比表面积为30000~91000 m2/m3，填充比20 %~40 %；控制后置缺氧格Ⅱ（12）、后置缺氧格Ⅲ（13）总的HRT为2.5~3.5 h；
5）后置缺氧格Ⅲ（13）的出水进入沉淀格（14），静沉；上清液从溢流口（15）排出反应器外，底部沉淀污泥通过泄空阀（24）定期排出，排放周期为30~60 d。
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