CN110002592A - 短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化系统处理生活污水的装置和方法 - Google Patents

短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化系统处理生活污水的装置和方法 Download PDF

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Abstract

短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化系统处理生活污水的装置和方法，属于污水污泥生物处理领域。生活污水经进水泵进入序批式SBR反应器，在硝化细菌的作用下将进水中的氨氮全部转化为硝态氮，出水进入上流式UASB反应器，定期向上流式UASB反应器中投加剩余污泥，短程反硝化细菌利用污泥原位发酵产生的有机物将进水中的硝态氮还原为亚硝态氮，与污泥原位发酵产生的氨氮经填料上厌氧氨氧化菌的作用生成氮气和部分硝态氮，全程反硝化细菌利用污泥原位发酵产生的有机物将硝态氮和剩余亚硝态氮还原为氮气。本发明适用于处理低C/N比生活污水，利用短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化不仅实现生活污水的深度脱氮，还能实现污泥减量，达到节能降耗的目的。

Description

短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化系统处理生活污水的 装置和方法
技术领域
本发明涉及一种全程硝化、短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的装置和方法，属于污水污泥生物处理技术领域，适用于低C/N比城市生活污水的深度脱氮，具有节能降耗、污泥减量的特点。
背景技术
当前，我国的污水处理厂普遍面临处理水达一级A排放标准难、节能降耗难两大难题，而我国的城市生活污水C/N(COD/TN)比普遍偏低，在传统的污水处理厂生物脱氮工艺中存在碳源不足的问题，常常需要外加碳源，这不仅增加了污水处理厂的实际运行成本，也大大增加了剩余污泥产量，提高了剩余污泥的处理处置费用。而污泥处理费用高昂，据统计，我国污水处理厂污泥处理费用占到了污水处理厂整体运营费用的25-40％，这也不符合节能降耗和可持续发展的要求。
厌氧氨氧化作为一种新兴的污水处理技术，因为其众多优点而受到人们的关注。相比传统的生物脱氮工艺，其可以节省100％的碳源，25％的曝气能耗，且剩余污泥产量低，大大降低了污水处理厂的运行费用，厌氧氨氧化与短程硝化、短程反硝化技术的耦合也成为了行业内新的研究热点。而在实际中，厌氧氨氧化工艺的应用还存在诸多问题。首先，厌氧氨氧化菌生长缓慢，世代周期较长，富集比较困难；其次，我国大部分污水处理厂水温偏低，不适合厌氧氨氧化菌的生长；再次，厌氧氨氧化的底物之一亚硝态氮在大规模的实际水厂的运行中难以稳定积累。因此，厌氧氨氧化工艺要在实际工程中实现应用还面临很大的困难。
短程反硝化作为亚硝态氮获取的途径之一，是指反硝化细菌利用有机物将硝态氮还原为亚硝态氮，相比短程硝化，短程反硝化系统更加稳定，运行更加方便。短程反硝化的产物亚硝态氮与进水中的氨氮发生厌氧氨氧化反应，达到脱氮的目的，具有广阔的应用前景。
充分利用污泥中的有机物质，对于解决污水处理过程中碳源不足的问题将具有重要作用。污泥发酵物中含有大量的挥发性脂肪酸，可以为短程反硝化过程提供碳源，同时由于污泥固相物质转移到液相可以达到污泥减量的目的，从而降低污水处理厂的污泥处置费用。
综上，将污泥发酵与短程反硝化以及厌氧氨氧化结合起来，可解决原水中碳源不足的问题，不仅有望实现生活污水的深度脱氮，还有望达到污泥减量目的，实现污水处理厂的节能降耗。
发明内容
本发明提出了短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的装置和方法，具体方法是生活污水经进水泵进入序批式SBR反应器，在硝化细菌的作用下将进水中的氨氮全部转化为硝态氮，出水进入上流式UASB反应器，定期向上流式UASB反应器中投加剩余污泥，短程反硝化细菌利用污泥原位发酵产生的有机物将进水中的硝态氮还原为亚硝态氮，与污泥原位发酵产生的氨氮经填料上厌氧氨氧化菌的作用生成氮气和部分硝态氮，全程反硝化细菌利用污泥原位发酵产生的有机物将硝态氮和剩余亚硝态氮还原为氮气，实现生活污水的深度脱氮。
为了实现上述目的，本发明提供了短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的装置，装置包括：进水水箱(1)、第一进水泵(1.1)、序批式SBR反应器(2)、第一进水口(2.1)、搅拌装置(2.2)、曝气盘(2.3)、pH在线测定仪(2.4)、溶解氧在线测定仪(2.5)、pH在线监测主机(2.6)、溶解氧在线监测主机(2.7)、气体流量计(2.8)、曝气泵(2.9)、第一出水口(2.10)、电动排水阀(2.11)、中间水箱(3)、第二进水泵(3.1)、上流式UASB反应器(4)、第二进水口(4.1)、第三进水口(4.2)、排泥口(4.3)、污泥储存箱(4.4)、进泥泵(4.5)、取样口(4.6)、回流泵(4.7)、三相分离器(4.8)、第二出水口(4.9)、出水箱(4.10)、过程控制器(5)、计算机(6)。
进水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与序批式SBR反应器(2)底部的第一进水口(2.1)相连，序批式SBR反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、曝气盘(2.3)、pH在线测定仪(2.4)、溶解氧在线测定仪(2.5)、第一出水口(2.10)，pH在线测定仪与pH在线测定主机(2.6)相连，溶解氧在线测定仪(2.5)与溶解氧在线测定主机(2.7)相连，曝气盘(2.3)通过气体流量计(2.8)与曝气泵(2.9)相连，序批式SBR反应器(2)的出水经电动排水阀(2.11)进入中间水箱(3)，中间水箱(3)和污泥储存箱(4.4)分别通过第二进水泵(3.1)和进泥泵(4.5)与第二进水口(4.1)相连，上流式UASB反应器(4)设有第二进水口(4.1)、第三进水口(4.2)、排泥口(4.3)、取样口(4.6)、三相分离器(4.8)、第二出水口(4.9)，回流泵(4.7)与第三进水口(4.2)相连，上流式UASB反应器(4)出水由第二出水口(4.9)排入出水箱(4.10)。另外设置过程控制器(5)与计算机(6)相连，用于控制曝气泵(2.9)、第一进水泵(1.1)、pH在线测定仪主机(2.6)、溶解氧在线测定仪主机(2.7)、搅拌装置(2.2)、电动排水阀(2.11)、进泥泵(4.5)。
短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的方法，包括以下步骤：
(1)启动全程硝化序批式SBR反应器：接种城市污水处理厂二沉池剩余污泥，保持全程硝化序批式SBR反应器内污泥浓度为2000-4000mg/L，进水为生活污水，其水质情况为氨氮浓度60-100mg/L，亚硝态氮浓度0-0.5mg/L，硝态氮浓度0-0.5mg/L，COD浓度200-400mg/L，C/N比2-4。每天运行4个周期，每周期6h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。生活污水由进水泵泵入全程硝化序批式SBR反应器，进水结束后，同时开启曝气装置和搅拌装置，通过溶解氧在线测定仪和流量计控制反应器中溶解氧浓度1-3mg/L，好氧曝气2-3h，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀40-90min，排水比40％-60％，闲置时间80-120min。当95％以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功。
(2)启动上流式UASB反应器：接种污水处理厂剩余污泥和消化污泥，按照体积比1:1的比例投加到上流式UASB反应器中，保持污泥浓度6000-8000mg/L，投加填料以持留厌氧氨氧化菌，填料采用聚丙烯空心环悬浮填料，填充比为20％，进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为30-40mg/L的人工配水，C/N比2-3，选用乙酸钠作为碳源。出水回流与进水流量之比控制在2-3，以使填料处于流化状态，当系统中亚硝态氮积累率达到90％以上时，短程反硝化启动成功；此时不再投加乙酸钠，每天向上流式UASB反应器内泵入新鲜的剩余污泥，控制上流式UASB反应器内污泥龄30-50天，污泥浓度8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和上流式UASB反应器内的污泥浓度确定，当出水氨氮浓度小于1mg/L且总氮去除率达到90％以上时，上流式UASB反应器启动成功。
(3)运行阶段控制策略：序批式SBR反应器和上流式UASB反应器分别启动成功后，将两个反应器串联运行：进水水箱中的生活污水由进水泵进入序批式SBR反应器，进水完成后开启搅拌和曝气装置，通过流量计控制序批式SBR反应器中的溶解氧保持在1-3mg/L，好氧曝气2-3h，污泥龄控制在8-15天，污泥浓度控制在2000-4000mg/L，曝气结束后沉淀40-90min，排水比40％-60％，出水进入中间水箱，序批式SBR反应器的出水由进水泵泵入上流式UASB反应器中，污泥储存箱中的剩余污泥由进泥泵泵入上流式UASB反应器中，进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持上流式UASB反应器内污泥龄30-50天，污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间15-18h，出水回流与进水流量之比控制在2-3，使上流式UASB反应器内悬浮填料处于流化状态，反应过程不控制溶解氧浓度，出水排入出水箱内。此过程中，进水泵、曝气泵、排水阀、进泥泵由自动控制系统进行控制。
本发明提供的短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的装置和方法，具有以下优点：
(1)与传统的生物脱氮工艺处理低C/N比生活污水相比，本发明正式运行后，可以节省100％的外加碳源，降低了运行成本。
(2)利用污泥原位发酵，在为反硝化菌提供所需碳源的同时，达到了污泥减量的目的，减少了剩余污泥的排放量。
(3)污泥发酵产生的氨氮与短程反硝化细菌提供的亚硝态氮被厌氧氨氧化细菌原位利用，减少了污泥发酵产生的副产物的排放，以达到深度脱氮的目的。
(4)由于厌氧氨氧化细菌较长的世代周期，填料的投加有利于厌氧氨氧化细菌更好地持留在上流式UASB反应器内，加强脱氮效果。
附图说明
图1是本发明装置示意图
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详细说明。
如图1所示：短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的装置，装置包括：进水水箱(1)、第一进水泵(1.1)、序批式SBR反应器(2)、第一进水口(2.1)、搅拌装置(2.2)、曝气盘(2.3)、pH在线测定仪(2.4)、溶解氧在线测定仪(2.5)、pH在线监测主机(2.6)、溶解氧在线监测主机(2.7)、气体流量计(2.8)、曝气泵(2.9)、第一出水口(2.10)、电动排水阀(2.11)、中间水箱(3)、第二进水泵(3.1)、上流式UASB反应器(4)、第二进水口(4.1)、第三进水口(4.2)、排泥口(4.3)、污泥储存箱(4.4)、进泥泵(4.5)、取样口(4.6)、回流泵(4.7)、三相分离器(4.8)、第二出水口(4.9)、出水箱(4.10)、过程控制器(5)、计算机(6)。
进水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与序批式SBR反应器(2)底部的第一进水口(2.1)相连，序批式SBR反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、曝气盘(2.3)、pH在线测定仪(2.4)、溶解氧在线测定仪(2.5)、第一出水口(2.10)，pH在线测定仪与pH在线测定主机(2.6)相连，溶解氧在线测定仪(2.5)与溶解氧在线测定主机(2.7)相连，曝气盘(2.3)通过气体流量计(2.8)与曝气泵(2.9)相连，序批式SBR反应器(2)的出水经电动排水阀(2.11)进入中间水箱(3)，中间水箱(3)和污泥储存箱(4.4)分别通过第二进水泵(3.1)和进泥泵(4.5)与第二进水口(4.1)相连，上流式UASB反应器(4)设有第二进水口(4.1)、第三进水口(4.2)、排泥口(4.3)、取样口(4.6)、三相分离器(4.8)、第二出水口(4.9)，回流泵(4.7)与第三进水口(4.2)相连，上流式UASB反应器(4)出水由第二出水口(4.9)排入出水箱(4.10)。另外设置过程控制器(5)与计算机(6)相连，用于控制曝气泵(2.9)、第一进水泵(1.1)、pH在线测定仪主机(2.6)、溶解氧在线测定仪主机(2.7)、搅拌装置(2.2)、电动排水阀(2.11)、进泥泵(4.5)。
具体操作过程如下：
(1)启动全程硝化序批式SBR反应器：接种城市污水处理厂二沉池剩余污泥，保持全程硝化序批式SBR反应器内污泥浓度为3500-4000mg/L，进水为生活污水，其水质情况为氨氮浓度60-100mg/L，亚硝态氮浓度0-0.5mg/L，硝态氮浓度0-0.5mg/L，COD浓度200-400mg/L，C/N为2-4。每天运行4个周期，每周期6h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程。生活污水由进水泵泵入全程硝化序批式SBR反应器，进水结束后，同时开启曝气装置和搅拌装置，通过溶解氧在线测定仪和流量计控制反应器中溶解氧浓度1-3mg/L，好氧曝气3-4h，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀30-40min，排水比50％，闲置时间100-120min。当95％以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功。
(2)启动上流式UASB反应器：接种污水处理厂剩余污泥和消化污泥，按照体积比1:1的比例投加到上流式UASB反应器中，保持污泥浓度6000-8000mg/L，投加填料以持留厌氧氨氧化菌，填料采用聚丙烯空心环悬浮填料，填充比为20％，进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为30-40mg/L的人工配水，C/N比2-3，选用乙酸钠作为碳源，出水回流与进水流量之比控制在2-3，以使填料处于流化状态，当系统中亚硝态氮积累率达到90％以上时，短程反硝化启动成功；此时不再投加乙酸钠，每天向上流式UASB反应器内泵入新鲜的剩余污泥，控制上流式UASB反应器内污泥龄30-50天，污泥浓度8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和反应器内的污泥浓度确定，当出水氨氮浓度小于1mg/L且总氮去除率达到90％以上时，上流式UASB反应器启动成功。
(3)联合运行：序批式SBR反应器和上流式UASB反应器分别启动成功后，将两个反应器串联运行：进水水箱中的生活污水由进水泵进入序批式SBR反应器，进水完成后开启搅拌和曝气装置，通过流量计控制序批式SBR反应器中的溶解氧保持在1-3mg/L，好氧曝气3-4h，污泥龄控制在8-15天，污泥浓度控制在3500-4000mg/L，曝气结束后沉淀30-40min，排水比50％，出水进入中间水箱，序批式SBR反应器的出水由进水泵泵入上流式UASB反应器中，污泥储存箱中的剩余污泥由进泥泵泵入上流式UASB反应器中，进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持上流式UASB反应器内污泥龄30-50天，污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间15-18h，出水回流与进水流量之比控制在2-3，使上流式UASB反应器内悬浮填料处于流化状态，反应过程不控制溶解氧浓度，出水排入出水箱内。此过程中，进水泵、曝气泵、排水阀、进泥泵由自动控制系统进行控制。
试验结果表明：
以低C/N比生活污水为处理对象，该装置能够取得较好的处理效果。系统运行稳定后，出水COD40-50mg/L，NH4 +-N<2mg/L，TN<10mg/L，污泥减量25％。

Claims (2)

1.短程反硝化—污泥发酵耦合厌氧氨氧化处理生活污水的装置，其特征在于：包括进水水箱(1)、第一进水泵(1.1)、序批式SBR反应器(2)、第一进水口(2.1)、搅拌装置(2.2)、曝气盘(2.3)、pH在线测定仪(2.4)、溶解氧在线测定仪(2.5)、pH在线监测主机(2.6)、溶解氧在线监测主机(2.7)、气体流量计(2.8)、曝气泵(2.9)、第一出水口(2.10)、电动排水阀(2.11)、中间水箱(3)、第二进水泵(3.1)、上流式UASB反应器(4)、第二进水口(4.1)、第三进水口(4.2)、排泥口(4.3)、储泥箱(4.4)、进泥泵(4.5)、取样口(4.6)、回流泵(4.7)、三相分离器(4.8)、第二出水口(4.9)、出水箱(4.10)、过程控制器(5)、计算机(6)；
进水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与序批式SBR反应器(2)底部的第一进水口(2.1)相连，序批式SBR反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、曝气盘(2.3)、pH在线测定仪(2.4)、溶解氧在线测定仪(2.5)、第一出水口(2.10)，pH在线测定仪与pH在线测定主机(2.6)相连，溶解氧在线测定仪(2.5)与溶解氧在线测定主机(2.7)相连，曝气盘(2.3)通过气体流量计(2.8)与曝气泵(2.9)相连，序批式SBR反应器(2)的出水经电动排水阀(2.11)进入中间水箱(3)，中间水箱(3)和储泥箱(4.4)分别通过第二进水泵(3.1)和进泥泵(4.5)与第二进水口(4.1)相连，上流式UASB反应器(4)设有第二进水口(4.1)、第三进水口(4.2)、排泥口(4.3)、取样口(4.6)、三相分离器(4.8)、第二出水口(4.9)，回流泵(4.7)与第三进水口(4.2)相连，上流式UASB反应器(4)出水由第二出水口(4.9)排入出水箱(4.10)；另外设置过程控制器(5)与计算机(6)相连，用于控制曝气泵(2.9)、第一进水泵(1.1)、pH在线测定仪主机(2.6)、溶解氧在线测定仪主机(2.7)、搅拌装置(2.2)、电动排水阀(2.11)、进泥泵(4.5)。
2.应用权利要求1所述装置处理城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动全程硝化序批式SBR反应器：接种城市污水处理厂二沉池剩余污泥，保持全程硝化序批式SBR反应器内污泥浓度为2000-4000mg/L，进水为生活污水，其水质情况为氨氮浓度60-100mg/L，亚硝态氮浓度0-0.5mg/L，硝态氮浓度0-0.5mg/L，COD浓度200-400mg/L，C/N比2-4；每天运行4个周期，每周期6h，包括进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个过程；生活污水由进水泵泵入全程硝化序批式SBR反应器，进水结束后，同时开启曝气装置和搅拌装置，通过溶解氧在线测定仪和流量计控制反应器中溶解氧浓度1-3mg/L，好氧曝气2-3h，曝气结束的同时关闭搅拌，沉淀40-90min，排水比40％-60％，闲置时间80-120min；当95％以上的氨氮被转化为硝态氮时，该序批式SBR反应器启动成功；
(2)启动上流式UASB反应器：接种污水处理厂剩余污泥和消化污泥，按照体积比1:1的比例投加到上流式UASB反应器中，保持污泥浓度6000-8000mg/L，投加填料以持留厌氧氨氧化菌，填料采用聚丙烯空心环悬浮填料，填充比为20％，进水采用硝酸钠配制的硝态氮浓度为30-40mg/L的人工配水，C/N比2-3，选用乙酸钠作为碳源，出水回流与进水流量之比控制在2-3，以使填料处于流化状态，当系统中亚硝态氮积累率达到90％以上时，短程反硝化启动成功；此时不再投加乙酸钠，每天向上流式UASB反应器内泵入新鲜的剩余污泥，控制上流式UASB反应器内污泥龄30-50天，污泥浓度8000-10000mg/L，每天的进泥量由污泥龄和上流式UASB反应器内的污泥浓度确定，当出水氨氮浓度小于1mg/L且总氮去除率达到90％以上时，上流式UASB反应器启动成功；
(3)运行阶段控制策略：序批式SBR反应器和上流式UASB反应器分别启动成功后，将两个反应器串联运行：进水水箱中的生活污水由进水泵进入序批式SBR反应器，进水完成后开启搅拌和曝气装置，通过流量计控制序批式SBR反应器中的溶解氧保持在1-3mg/L，好氧曝气2-3h，污泥龄控制在8-15天，污泥浓度控制在2000-4000mg/L，曝气结束后沉淀40-90min，排水比40％-60％，出水进入中间水箱，序批式SBR反应器的出水由进水泵泵入上流式UASB反应器中，污泥储存箱中的剩余污泥由进泥泵泵入上流式UASB反应器中，进泥量根据污泥龄和污泥浓度确定，保持上流式UASB反应器内污泥龄30-50天，污泥浓度8000-10000mg/L，水力停留时间15-18h，出水回流与进水流量之比控制在2-3，使上流式UASB反应器内悬浮填料处于流化状态，反应过程不控制溶解氧浓度，出水排入出水箱内；此过程中，进水泵、曝气泵、排水阀、进泥泵由自动控制系统进行控制。
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