CN110002678B - Pna系统后置短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置与方法 - Google Patents

Pna系统后置短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置与方法 Download PDF

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Abstract

PNA系统后置短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置与方法，属于污水生物处理领域。在序批式反应器中以好氧‑缺氧运行。将低C/N比污水进入PNA‑PNAD系统。曝气阶段，AOB和Anammox共同作用利用原水NH4 +‑N进行自养脱氮。通过在线探头监测氨氮和硝酸盐浓度，两值接近时，停止曝气，进入缺氧搅拌，添加有机碳源，使COD/NO3 ‑‑N＝3‑5。缺氧搅拌阶段，反硝化细菌和Anammox协同作用进行脱氮，将剩余NH4 +‑N和NO3 ‑‑N进一步降解，最终实现PNA‑PNDA城市污水深度脱氮。本发明解决PNA应用于城市污水，出水氨氮过低导致亚硝酸盐氧化细菌(NOB)竞争性生长导致系统破坏；解决PNA处理城市污水出水硝酸盐高和氨氮不能过低问题。

Description

PNA系统后置短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置与 方法
技术领域
本发明提供PNA系统后置短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置与方法，具体采用短程硝化/ 厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
城市污水的脱氮一直是污水研究领域的热点，随着氮磷等营养元素引发的水体富营养化现象日益严重，水体排放标准日趋严格，现有污水处理工艺的研究也正迫切的朝着高效、低能耗的方向发展。
由于现行的污水脱氮工艺中存在各种矛盾，主要使对于城市污水中有机物不足。另外，国内95％的污水厂出水中氮的排放都难以达到国家一级A排放标准。这些矛盾和问题在处理碳、氮、磷比例失调的城市污水(尤其是我国南方地区)时变得尤为突出，有机物不足已成为现行传统城市污水脱氮除磷工艺时的“瓶颈”。
短程硝化/厌氧氨氧化一体化技术将短程硝化与厌氧氨氧化有机结合，实现了最短及高效的氨氮转换为氮气的路径，且全程为自养脱氮，节省了有机碳源和曝气量；厌氧氨氧化产生的碱度能有效补偿短程硝化消耗的碱度，节省了中和试剂。在短程硝化/厌氧氨氧化一体化技术中，厌氧氨氧化菌主要时附着性生长，好氧氨氧化菌以絮体形式存在，以实现生物相的分离；采用低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替运行方式，有利于实现稳定的短程硝化和厌氧氨氧化。
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现城市污水深度脱氮的装置与方法是在一个序批式反应器内实现城市生活污水深度脱氮的技术，其结合在好氧阶段将短程硝化耦合厌氧氨氧化，另外在缺氧阶段将短程反硝化和厌氧氨氧化耦合，是解决短程硝化/厌氧氨氧化一体化应用于城市生活污水中出水氨氮不能过低导致亚硝盐氧化菌竞争性增长和出水硝酸盐高的重要举措。本发明通过创造对好氧氨氨氧化菌、厌氧氨氧化菌以及反硝化菌等主要功能菌有利的微生态环境，实现三种细菌在脱氮方面的协同耦合作用；在好氧阶段，通过好氧氨氧化菌将原水中部分的氨氮转变为亚硝酸盐，其中一部分亚硝酸盐与原水中剩余的氨氮经厌氧氨氧化菌作用，实现低碳城市污水的自养脱氮；另外在缺氧阶段，好氧段的硝酸盐通过反硝化细菌和有机物，还原为亚硝酸盐，厌氧氨氧化细菌利用剩余的氨氮和亚硝酸盐进行厌氧氨氧化反应，进一步的降低出水的总氮。本发明不但工艺流程简单，还同时具有了短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化等各自的优势，是一种高效、低能耗的新型污水脱氮工艺。
发明内容
本发明的目的就是提供短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现城市污水深度脱氮的装置与方法，实现城市污水高效、低能耗的脱氮。将短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化技术耦合应用到城市污水的脱氮过程中，使得该工艺与传统脱氮工艺相比能降低耗氧量、耗能量。
利用短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现城市污水深度脱氮的装置，其特征在于包括：城市污水原水箱(1)，短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)，有机物进水箱(3)，控制系统(4)，以及出水水箱(5)；其中所述城市污水原水箱(1)通过进水泵(2.14)与短程硝化/厌氧氨氧化- 短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)相连接；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过排水电动阀控制(2.12)与出水水箱(5)连接；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过加药泵(2.15)与有机物进水箱(3)连接。
所述短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)外连接曝气泵(2.1)、气体流量计(2.2)、 WTW 3420主机(2.3)、进水泵(2.14)、加药泵(2.15)，内置有搅拌浆(2.4)、加热棒(2.5)、pH传感器(2.6)、 DO传感器(2.7)、搅拌器(2.8)、曝气盘(2.9)、进水口(2.10)、加药口(2.11)、排水电动阀(2.12)、第一采样口(2.13)、氨氮在线监测探头(2.16)、硝氮在线监测探头(2.17)。
所述控制系统为可编程过程控制器(4)，可编程过程控制器(4)内置曝气泵继电器(4.1)、加热棒继电器(4.2)、搅拌器继电器(4.3)、进水泵继电器(4.4)、加药泵继电器(4.5)、排水电动阀继电器(4.6)、信号转换器DA转换接口；曝气泵继电器(4.1)与曝气泵(2.1)相连接；加热棒继电器(4.2)与加热棒相连接；搅拌器继电器(4.3)与搅拌器(2.8)相连接；进水泵继电器(4.4)与进水泵(2.14)相连接；加药泵继电器(4.5)与加药泵(2.15)相连接；排水电动阀继电器(4.6)与排水电动阀(2.12)相连接；pH传感器(2.6)、DO传感器(2.7) 与WTW 3420主机(2.3)相连接；氨氮在线监测探头(2.16)和硝氮在线监测探头(2.17)分别与氨氮在线监测探头显示器(4.7)和硝氮在线监测探头显示器(4.8)连接。
应用所述装置的方法，其特征在于包括以下内容：
1)反应启动：
在短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中接种氧氨氧化活性污泥，使短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)污泥浓度维持在5000mg/L～7000mg/L，在C/N＝3～5的城市污水条件下运行；本文提及的C/N按照本领域常识就是化学需氧量和总氮浓度比值。
2)进水有机物的去除：
城市污水在进入短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)之前，去除有机物，获得处理有机物后的城市污水(C/N＝1-1.2)。
3)运行时调节操作：
将处理有机物后的城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动进水泵(2.14)将C/N＝1-1.2的城市污水抽入短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)内。
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)每周期分为：首先启动曝气泵(2.1)和搅拌器(2.8)，进行曝气搅拌，使系统内溶解氧浓度控制在0.2-0.5mg/L，通过氨氮在线监测探头(2.16)和硝氮在线监测探头(2.17)实时监测系统内氨态氮和硝态氮浓度的变化；在曝气搅拌阶段系统内的氨态氮浓度逐渐降低，硝态氮浓度逐渐升高，当监测到系统内氨态氮浓度和硝态氮浓度比为1时，停止曝气泵(2.1)，然后启动加药泵(2.15)，进有机物溶液后进行缺氧搅拌；通过氨氮在线监测探头(2.16)和硝氮在线监测探头(2.17)实时监测系统内氨态氮和硝态氮浓度的变化，当系统内硝态氮浓度小于0.5mg/L时停止搅拌，反应结束，沉淀，然后排水。
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)进水混匀后氨态氮浓度为30～50mg/L；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中的进水通过加热棒(2.5)加热控制反应温度为28～ 35℃。短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)内污泥浓度维持在4000～7000mg/L范围内。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
具体实施方式
利用短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现城市污水深度脱氮的装置包括：城市污水原水箱(1)，短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)，有机物进水箱(3)，可编程过程控制器(4)，以及出水水箱(5)。其中所述城市污水原水箱(1)通过进水泵(2.14)与短程硝化/厌氧氨氧化- 短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)相连接；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过排水电动阀控制(2.12)与出水水箱(5)连接；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过加药泵(2.15)与有机物进水箱(3)连接。
所述短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过外连接曝气泵(2.1)、气体流量计(2.2)、 WTW 3420主机(2.3)、进水泵(2.14)、加药泵(2.15)，内置有搅拌浆(2.4)、加热棒(2.5)、pH传感器(2.6)、 DO传感器(2.7)、搅拌器(2.8)、曝气盘(2.9)、进水口(2.10)、加药口(2.11)、排水电动阀(2.12)、第一采样口(2.13)、氨氮在线监测探头(2.16)、硝态氮在线监测探头(2.17)。
所述控制系统为可编程过程控制器(4)，可编程过程控制器(4)内置曝气泵继电器(4.1)、加热棒继电器(4.2)、搅拌器继电器(4.3)、进水泵继电器(4.4)、加药泵继电器(4.5)、排水电动阀继电器(4.6)、信号转换器DA转换接口。曝气泵继电器(4.1)与曝气泵(2.1)相连接；加热棒继电器(4.2)与加热棒相连接；搅拌器继电器(4.3)与搅拌器(2.8)相连接；进水泵继电器(4.4)与进水泵(2.14)相连接；加药泵继电器(4.5)与加药泵(2.15)相连接；排水电动阀继电器(4.6)与排水电动阀(2.12)相连接；pH传感器(2.6)、DO传感器(2.7) 与WTW 3420主机(2.3)相连接；氨氮在线监测探头(2.16)和硝氮在线监测探头(2.17)分别与氨氮在线监测探头显示器(4.7)和硝氮在线监测探头显示器(4.8)连接。
1)反应启动：在短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中接种厌氧氨氧化活性污泥，使短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)污泥浓度维持在5000mg/L～7000mg/L，在C/N＝3～5的城市污水条件下运行。
2)进水有机物的去除：
城市污水在进入短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)之前，去除有机物，获得处理有机物后的城市污水(C/N＝1-1.2)。
3)运行时调节操作：
将处理有机物后的城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动进水泵(2.14)将C/N＝1-1.2的城市污水抽入短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)内。
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)每周期分为：首先启动曝气泵(2.1)和搅拌器(2.8)，进行曝气搅拌，使系统内溶解氧浓度控制在0.2-0.5mg/L，通过氨氮在线监测探头(2.16)和硝氮在线监测探头(2.17)实时监测系统内氨态氮和硝态氮浓度的变化。在曝气搅拌阶段系统内的氨态氮浓度逐渐降低，硝态氮浓度逐渐升高，当监测到系统内氨态氮浓度和硝态氮浓度比为1时，停止曝气，然后启动加药泵(2.15)，进有机物溶液，后系统进行缺氧搅拌；通过氨氮在线监测探头(2.16)和硝氮在线监测探头(2.17)实时监测系统内氨态氮和硝态氮浓度的变化，当系统内硝态氮浓度小于0.5mg/L时停止搅拌，反应结束，沉淀，然后排水。
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)进水混匀后氨态氮浓度为30～50mg/L；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中的进水通过加热棒(2.5)加热控制反应温度为 28～35℃。
通过测定短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的污泥总浓度、絮体污泥浓度和厌氧氨氧化颗粒污泥浓度(絮体污泥通过200μm的筛子筛分，下同)，并计算颗粒厌氧氨氧化污泥与絮体污泥浓度的比值。通过污泥总浓度，颗粒厌氧氨氧化污泥与絮体污泥浓度确定排放污泥的量，使短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)内污泥浓度维持在4000～7000mg/L范围内。
本发明具有以下优点：
1)在一个序批式反应器内将短程硝化、厌氧氨氧化和短程反硝化技术耦合应用于城市污水的脱氮过程中，短程硝化、厌氧氨氧化技术实现了最短及高效的氨氮转换为氮气的技术路径，最大程度的节省碳源和能耗。
2)短程反硝化和厌氧氨氧化耦合技术充分利用好氧末段的硝酸盐和氨氮，并利用氨氮和硝氮在线监测控制厌氧氨氧化一体化出水，实现城市生活污水的深度脱氮。
3)首次提出利用好氧/缺氧工艺，将短程硝化厌氧氨氧化一体化技术和短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术在一个反应器内实现。
4)采用低氧搅拌和缺氧搅拌，低污泥龄的运行方式，同时结合在线监测和实时控制技术，有利于好氧氨氧化菌，厌氧氨氧化菌和短程反硝化菌稳定的协同耦合作用，并解决了短程硝化一体化厌氧氨氧化应用于城市生活污水中出水氨氮过低导致亚硝酸氧化菌竞争性增长和出水硝酸盐高问题。
5)本发明工艺流程简单，基建费用低，运行管理方便，脱氮效果稳定。

Claims (1)

1.利用短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化工艺实现城市污水深度脱氮的方法，所用装置包括：城市污水原水箱(1)，短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)，有机物进水箱(3)，可编程过程控制器(4)，以及出水水箱(5)；其中所述城市污水原水箱(1)通过进水泵(2.14)与短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)相连接；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过排水电动阀(2.12)与出水水箱(5)连接；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)通过加药泵(2.15)与有机物进水箱(3)连接；
所述短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)外连接有曝气泵(2.1)、气体流量计(2.2)、WTW 3420主机(2.3)、进水泵(2.14)、加药泵(2.15)，内置有搅拌浆(2.4)、加热棒(2.5)、pH传感器(2.6)、DO传感器(2.7)、搅拌器(2.8)、曝气盘(2.9)、进水口(2.10)、加药口(2.11)、排水电动阀(2.12)、第一采样口(2.13)、氨氮在线监测探头(2.16)、硝态氮在线监测探头(2.17)；
可编程过程控制器(4)内置曝气泵继电器(4.1)、加热棒继电器(4.2)、搅拌器继电器(4.3)、进水泵继电器(4.4)、加药泵继电器(4.5)、排水电动阀继电器(4.6)、信号转换器DA转换接口；曝气泵继电器(4.1)与曝气泵(2.1)相连接；加热棒继电器(4.2)与加热棒相连接；搅拌器继电器(4.3)与搅拌器(2.8)相连接；进水泵继电器(4.4)与进水泵(2.14)相连接；加药泵继电器(4.5)与加药泵(2.15)相连接；排水电动阀继电器(4.6)与排水电动阀(2.12)相连接；pH传感器(2.6)、DO传感器(2.7)与WTW 3420主机(2.3)相连接；氨氮在线监测探头(2.16)和硝态氮在线监测探头(2.17)分别与氨氮在线监测探头显示器(4.7)和硝态氮在线监测探头显示器(4.8)连接；
其特征在于，该方法包括以下内容：
1)反应启动：
在短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中接种厌氧氨氧化活性污泥，使短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中污泥浓度维持在5000mg/L～7000mg/L，在城市污水C/N＝3～5的条件下运行，该C/N指的是COD与总氮的质量浓度比；
2)进水有机物的去除：
城市污水在进入短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)之前，去除有机物，获得C/N＝1-1.2的处理后的城市污水；
3)运行时调节操作：
将处理后的城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动进水泵(2.14)将C/N＝1-1.2的城市污水抽入短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)内；
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)每周期分为：首先启动曝气泵(2.1)和搅拌器(2.8)，进行曝气搅拌，使反应器内溶解氧浓度控制在0.2-0.5mg/L，通过氨氮在线监测探头(2.16)和硝态氮在线监测探头(2.17)实时监测反应器内氨氮和硝态氮浓度的变化；在曝气搅拌阶段反应器内的氨氮浓度逐渐降低，硝态氮浓度逐渐升高，当监测到反应器内氨氮浓度和硝态氮浓度比为1时，停止曝气泵(2.1)，然后启动加药泵(2.15)，注入有机物进水箱中的有机物溶液后进行缺氧搅拌；通过氨氮在线监测探头(2.16)和硝态氮在线监测探头(2.17)实时监测反应器内氨氮和硝态氮浓度的变化，当反应器内硝态氮浓度小于0.5mg/L时停止搅拌，反应结束，沉淀，然后排水；
短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)进水混匀后氨氮浓度为30～50mg/L；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)中的进水通过加热棒(2.5)加热并控制反应温度为28～35℃；短程硝化/厌氧氨氧化-短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(2)内污泥浓度维持在4000mg/L～7000mg/L范围内。
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