CN110002689B - 一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置及方法 - Google Patents
一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种实现连续流短程硝化‑厌氧氨氧化处理城市污水的装置及方法属于污水处理领域。装置主要由原水箱、主反应器、沉淀池和羟胺处理单元构成；其中主反应器分为五个区域，依次为第一缺氧反应器、第一好氧反应器、第二缺氧反应器、第二好氧反应器、厌氧氨氧化反应器。单纯通过调整工艺参数的方法很难实现稳定的短程硝化效果，而且进水中的有机物会对厌氧氨氧化过程造成影响。本发明通过增设羟胺处理单元以及缺好氧交替运行的策略，抑制了NOB的活性，并利用缺氧段的反硝化作用消耗进水有机物，减轻了有机物对厌氧氨氧化过程产生的影响，该发明的工艺流程简单，解决了连续流短程硝化‑厌氧氨氧化工艺中短程硝化难以稳定维持的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用羟胺和缺好氧交替运行策略联合抑制污水中硝化细菌(NOB)从而实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化的装置及方法，属于污水生物处理领域。
背景技术
随着社会的不断进步与发展，人们对于生活环境的要求也逐渐升高。近几年，我国出台并发布了一系列针对环境保护的政策和要求，尤其对于水污染来说，“水十条”等制度的颁布进一步规定了出水水质和达标要求，传统的污水生物处理工艺由于能耗高、投资大、产泥量多、处理效果一般，已不能达到新的标准和要求。
短程硝化及厌氧氨氧化技术是近年来发展较快的新型污水生物处理技术，具有显著的优势和广泛的发展前景。短程硝化是指在有氧条件下，污水中的氨氮在亚硝化细菌(AOB)的作用下转化为亚硝态氮即停止，不再生成硝态氮。该技术具有诸多优点，比如节约能源、节约曝气量、产泥量少等。厌氧氨氧化是指在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌将污水中存在的氨氮和亚硝态氮同时转化成氮气的过程。厌氧氨氧化技术具有节省碳源、节约成本、产泥量少等优点。目前，科研人员常常把这两种技术耦合，典型的例子就是连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺。
连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺结合了短程硝化和厌氧氨氧化各自的优点，不但节省碳源、节约成本、污泥产量少，而且处理效果良好，出水水质能够达到要求。但是，连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺也存在着明显的难点，其中最困难的两点是短程硝化反应中亚硝态氮的积累以及厌氧氨氧化菌的有效持留。实现短程硝化过程就是要抑制硝化细菌(NOB)的活性，使亚硝化细菌(AOB)优势生长，目前比较普遍的方法主要有：(1)持续低氧曝气；(2)维持较高的反应温度；(3)利用FA和FNA抑制等。但是这些方法均有一定的局限性：(1)低溶解氧会使反应速率变慢，处理效率下降，还容易造成污泥膨胀；(2)城市污水处理厂水量大，加热策略既不经济也不现实；(3)有研究表明，FA和FNA抑制具有适应性，且长期投加抑制剂并不经济。
有研究表明，缺好氧交替运行是一种有效抑制NOB活性的手段，因为在经历缺氧处理后，NOB活性的恢复具有滞后性，恢复时间比AOB长，这就会使NOB在系统内的生长处于劣势，逐渐被淘洗出去，从而有利于AOB的生长。据相关文献报道，羟胺具有很好的选择抑制性，一定浓度的羟胺可以很好的促进AOB的生长，同时抑制NOB的活性。另外，羟胺作为硝化反应的中间产物，不会引入新的污染物质，同时价格低廉，比较经济。本方法利用羟胺和缺好氧交替运行联合抑制NOB的手段，再配合投加海绵填料以持留厌氧氨氧化菌，实现了短程硝化和厌氧氨氧化过程，节省了100％的碳源，节约了60％的曝气量，降低了成本，且能满足严格的出水标准，是一项符合我国可持续发展战略的绿色工艺，具有较高的应用价值和实际意义。
发明内容
本发明针对目前城市污水处理厂存在的原水碳源不足、运行费用高、污泥产量大等问题，提出了一种连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺，实现了城市污水的深度脱氮，降低了运行成本。
一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于：所用的装置包括原水箱(1)、第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)、沉淀池(7)和羟胺处理单元(8)；
所述的原水箱(1)上设置有进水管(1.1)和溢流管(1.2)；所述的第一缺氧反应器(2)和第二缺氧反应器(4)上均设置有出水口和两个进水口，两者的进水口均通过进水泵(9)和原水箱(1)相连；所述的第一好氧反应器(3)和第二好氧反应器(5)上均设置有进水口、出水口、曝气盘(15)，曝气盘和气泵(12)相连，其中第一好氧反应器还设置有内回流口，通过内回流泵(10)和第一缺氧反应器(2)的内回流口相连；所述的厌氧氨氧化反应器(6)上设置有进水口和出水口，内部固定有海绵填料；所述的沉淀池(7)上设置有进水口、出水管和排泥装置，其中进水口和厌氧氨氧化反应器(6)的出水口相连，排泥装置上设置有排泥管和回流管，回流管通过第一外回流泵(11)与第一缺氧反应器的外回流口相连；所述的羟胺处理单元(8)上设置有进水口、出水口和加药装置(8.1)，其中出水口通过第二外回流泵(13)和第二缺氧反应器(4)的一个进水口相连，进水口通过第三外回流泵(17)和沉淀池(7)的回流管相连；所述的第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)均设置有搅拌器(14)和取样口。以上所述的各个反应器之间均采用硅胶软管相连接。
一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于：
1)接种启动阶段。接种城市污水处理厂二沉池的回流污泥至第一缺氧反应器(2)中，使污泥浓度达到3000mg/L～4000mg/L，再接种已挂好厌氧氨氧化生物膜的海绵填料至厌氧氨氧化反应器(6)中，填充比为30％～40％；沉淀池(7)中的污泥分别通过第一外回流泵(11)和第三外回流泵(17)按照50％～150％的污泥外回流比回流至第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，但不启动加药装置，同时第一好氧反应器(3)中的泥水混合物按照80％～120％的污泥内回流比回流至第一缺氧反应器(2)；根据各反应器中的污泥浓度调整排泥量，并使污泥浓度稳定维持在3000mg/L～4000mg/L；调节各搅拌器的转速为65～75r/min；调节气泵的流量使第一好氧反应器(3)中的溶解氧浓度为2.0mg/L，第二好氧反应器(5)中的溶解氧浓度为0.4mg/L～0.6mg/L；调整水力停留时间为30～150min的范围内，当沉淀池出水中的NH4 +-N<10mg/L，TN<25mg/L时，则本工艺的启动阶段完成；
2)连续运行阶段。启用羟胺处理单元(8)的加药装置(8.1)，投加羟胺使其在混合液中的浓度达到2mg/L～5mg/L，对第二缺氧反应器(4)以及第二好氧反应器(5)中的污泥进行抑制处理，以实现短程硝化过程的稳定运行，使亚硝积累率达到90％以上，同时进入第二缺氧反应器(4)的还有部分城市污水，反硝化细菌可以利用污水中的碳源反硝化第一好氧反应器(3)中的硝态氮，减轻有机物对厌氧氨氧化过程产生的影响；随后在缺好氧交替运行模式以及羟胺的抑制作用下，第二好氧反应器(5)中发生部分短程硝化过程，将60％以上的氨氮转化为亚硝态氮，最后进入厌氧氨氧化反应器(5)，在以厌氧氨氧化菌为主、反硝化细菌为辅的双重作用下进行脱氮；之后在第一缺氧反应器(2)中反硝化细菌的作用下，对沉淀池(7)以及第一好氧反应器(3)回流的污泥进行脱氮；处理后的混合液流入沉淀池(7)进行泥水分离，上清液从出水管排出，产生污泥的50％～150％作为外回流污泥进入第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，其余的则作为剩余污泥排出系统。连续运行期间通过调整水力停留时间(30～150min)来改善处理效果和出水水质，使出水水质达到NH4 +-N<5mg/L，TN<15mg/L。
第一缺氧反应器(2)：城市污水的50％通过进水泵(9)与第一好氧反应器(3)的内回流污泥以及沉淀池(7)的外回流污泥同时进入第一缺氧反应器，在搅拌器的作用下进行混合，内回流比为80％～120％，外回流比为50％～150％。在缺氧条件下，污水中的反硝化菌可以利用污水中的碳源反硝化第一好氧反应器(3)及沉淀池(7)中的硝态氮，减轻有机物对厌氧氨氧化过程产生的影响。
第一好氧反应器(3)：第一缺氧反应器(2)的泥水混合液出水直接进入第一好氧反应器(3)。经过充足的曝气，污水中的AOB及NOB将原水中的NH4 +氧化为NO2 -及NO3 -，曝气量的大小利用转子流量计进行调节，控制反应器内的溶解氧浓度为2.0mg/L。
第二缺氧反应器(4)：第一好氧反应器(3)的泥水混合液出水直接进入第二缺氧反应器(4)，同时进入的还有50％的城市污水、羟胺与沉淀池的外回流污泥的混合液。异养反硝化菌利用混合液中的碳源进行反硝化脱氮，同时投加的羟胺会对污泥中的NOB产生抑制作用。
第二好氧反应器(5)：功能第一好氧反应器(3)相似，第二缺氧反应器(4)中的泥水混合液出水直接进入第二好氧反应器(5)。在微曝气(DO＝0.4mg/L～0.6mg/L)的条件下，AOB将进水中60％的NH4 +氧化为NO2 -，由于羟胺的投加以及低DO条件，NOB的活性逐渐被抑制，最终实现部分短程硝化。
厌氧氨氧化反应器(6)：在缺氧条件下，海绵填料上的厌氧氨氧化细菌利用原水中剩余的NH4 +和NO2 -发生厌氧氨氧化反应，同时存在少量的反硝化作用。
沉淀池(7)：厌氧氨氧化反应器(6)的泥水混合液直接流入沉淀池(7)进行泥水分离，上清液经出水管排出，产生污泥的50％～150％作为外回流污泥进入第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，其余的则作为剩余污泥排出系统，并控制污泥浓度维持在3000mg/L～4000mg/L。
羟胺处理单元(8)：沉淀池(7)的外回流污泥经污泥泵(17)流入羟胺处理单元(8)。开启加药装置(8.1)，利用羟胺对回流污泥进行抑制处理，使羟胺在混合液中的浓度达到2mg/L～5mg/L，外回流污泥在羟胺处理单元(8)的停留时间为1～3h。
连续运行期间通过调整水力停留时间(30～150min)来改善处理效果和出水水质，使出水水质达到NH4 +-N<5mg/L，TN<15mg/L。
本发明为一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置及方法，与传统城市污水处理厂生物脱氮工艺相比具有以下优点：
(1)利用羟胺和缺好氧交替运行策略成功抑制了NOB的生长，利用海绵填料有效持留了厌氧氨氧化菌，从而实现并稳定维持了连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺；
(2)节省了100％的碳源，节约了60％的曝气量，从而降低了运行成本；
(3)原水中的有机物主要用于反硝化过程，强化了脱氮效果，同时避免了过多有机物对后续厌氧氨氧化菌的影响；
(4)分段进水降低了反应器的负荷，避免了原水一次性进入对反应器污泥产成的冲击，而且不会使第二好氧反应器中的底物出现不足的现象；
(5)本发明考虑到自养脱氮会产生少量(5mg/L～10mg/L)的硝酸盐，利用反硝化进一步降低水体中的总氮，保证出水总氮达标，同时厌氧氨氧化菌代谢过程中无N2O生成，因此本工艺温室气体的排放量少。
附图说明
图1为本发明中一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置示意图，其中1表示城市污水原水箱、1.1表示城市污水原水箱进水管、1.2表示城市污水原水箱溢流管、2表示第一缺氧反应器、3表示第一好氧反应器、4表示第二缺氧反应器、5表示第二好氧反应器、6表示厌氧氨氧化反应器、7表示沉淀池、8表示羟胺处理单元、8.1表示羟胺加药装置、9表示进水泵、10表示内回流泵、11表示第一外回流泵、12表示鼓风机、13表示第二外回流泵、14表示搅拌器、15表示曝气盘、16表示转子流量计、17表示第三外回流泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细的说明：
参照图1所示为一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置，所用的装置包括原水箱(1)、第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)、沉淀池(7)和羟胺处理单元(8)；
所述的原水箱(1)上设置有进水管(1.1)和溢流管(1.2)；所述的第一缺氧反应器(2)和第二缺氧反应器(4)上均设置有出水口和两个进水口，两者的进水口均通过进水泵(9)和原水箱(1)相连；所述的第一好氧反应器(3)和第二好氧反应器(5)上均设置有进水口、出水口、曝气盘(15)，曝气盘和气泵(12)相连，其中第一好氧反应器还设置有内回流口，通过内回流泵(10)和第一缺氧反应器(2)的内回流口相连；所述的厌氧氨氧化反应器(6)上设置有进水口和出水口，内部固定有海绵填料；所述的沉淀池(7)上设置有进水口、出水管和排泥装置，其中进水口和厌氧氨氧化反应器(6)的出水口相连，排泥装置上设置有排泥管和回流管，回流管通过第一外回流泵(11)与第一缺氧反应器的外回流口相连；所述的羟胺处理单元(8)上设置有进水口、出水口和加药装置(8.1)，其中出水口通过第二外回流泵(13)和第二缺氧反应器(4)的一个进水口相连，进水口通过第三外回流泵(17)和沉淀池(7)的回流管相连；所述的第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)均设置有搅拌器(14)和取样口。以上所述的各个反应器之间均采用硅胶软管相连接。
参照图1所示的试验装置，按照如下步骤实现城市污水短程硝化-厌氧氨氧化脱氮：
1)接种启动阶段。接种城市污水处理厂二沉池的回流污泥至第一缺氧反应器(2)中，使污泥浓度达到3000mg/L～4000mg/L，再接种已挂好厌氧氨氧化生物膜的海绵填料至厌氧氨氧化反应器(6)中，填充比为30％～40％；沉淀池(7)中的污泥分别通过第一外回流泵(11)和第三外回流泵(17)按照50％～150％的污泥外回流比回流至第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，但不启动加药装置，同时第一好氧反应器(3)中的泥水混合物按照80％～120％的污泥内回流比回流至第一缺氧反应器(2)；根据各反应器中的污泥浓度调整排泥量，并使污泥浓度稳定维持在3000mg/L～4000mg/L；调节各搅拌器的转速为65～75r/min；调节气泵的流量使第一好氧反应器(3)中的溶解氧浓度为2.0mg/L，第二好氧反应器(5)中的溶解氧浓度为0.4mg/L～0.6mg/L；调整水力停留时间为30～150min的范围内，当沉淀池出水中的NH4 +-N<10mg/L，TN<25mg/L时，则本工艺的启动阶段完成；
2)连续运行阶段。启用羟胺处理单元(8)的加药装置(8.1)，投加羟胺使其在混合液中的浓度达到2mg/L～5mg/L，对第二缺氧反应器(4)以及第二好氧反应器(5)中的污泥进行抑制处理，以实现短程硝化过程的稳定运行，使亚硝积累率达到90％以上，同时进入第二缺氧反应器(4)的还有部分城市污水，反硝化细菌可以利用污水中的碳源反硝化第一好氧反应器(3)中的硝态氮，减轻有机物对厌氧氨氧化过程产生的影响；随后在缺好氧交替运行模式以及羟胺的抑制作用下，第二好氧反应器(5)中发生部分短程硝化过程，将60％的氨氮转化为亚硝态氮，最后进入厌氧氨氧化反应器(5)，在以厌氧氨氧化菌为主、反硝化细菌为辅的双重作用下进行脱氮；之后在第一缺氧反应器(2)中反硝化细菌的作用下，对沉淀池(7)以及第一好氧反应器(3)回流的污泥进行脱氮；处理后的混合液流入沉淀池(7)进行泥水分离，上清液从出水管排出，产生污泥的50％～150％作为外回流污泥进入第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，其余的则作为剩余污泥排出系统。连续运行期间通过调整水力停留时间(30～150min)来改善处理效果和出水水质，使出水水质达到NH4 +-N<5mg/L，TN<15mg/L。
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)
1.一种实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于：该装置包括原水箱(1)、第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)、沉淀池(7)和羟胺处理单元(8)，其中第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)、沉淀池(7)依次连接；
所述的原水箱(1)上设置有进水管(1.1)和溢流管(1.2)；所述的第一缺氧反应器(2)和第二缺氧反应器(4)上均设置有出水口和进水口，其中进水口均通过进水泵(9)和原水箱(1)相连，此外，第一缺氧反应器还设置有内回流口和外回流口，第二缺氧反应器还设置有羟胺进液口；所述的第一好氧反应器(3)和第二好氧反应器(5)上均设置有进水口、出水口、曝气盘(15)，曝气盘和气泵(12)相连，其中第一好氧反应器还设置有内回流口，通过内回流泵(10)和第一缺氧反应器(2)的内回流口相连；所述的厌氧氨氧化反应器(6)上设置有进水口和出水口，内部固定有海绵填料；所述的沉淀池(7)上设置有进水口、出水管和排泥装置，其中进水口和厌氧氨氧化反应器(6)的出水口相连，排泥装置上设置有排泥管和回流管，回流管通过第一外回流泵(11)与第一缺氧反应器的外回流口相连；所述的羟胺处理单元(8)上设置有进液口、出液口和加药装置(8.1)，其中出液口通过第二外回流泵(13)和第二缺氧反应器(4)的羟胺进液口相连，进液口通过第三外回流泵(17)和沉淀池(7)的排泥管相连；所述的第一缺氧反应器(2)、第一好氧反应器(3)、第二缺氧反应器(4)、第二好氧反应器(5)、厌氧氨氧化反应器(6)均设置有搅拌器(14)和取样口，以上各个反应器之间均采用硅胶软管相连接。
2.应用权利要求1所述装置的方法，其特征在于：
1)接种启动阶段
接种城市污水处理厂二沉池的回流污泥至第一缺氧反应器(2)中，使污泥浓度达到3000mg/L～4000mg/L，再接种已挂好厌氧氨氧化生物膜的海绵填料至厌氧氨氧化反应器(6)中，填充比为30％～40％；沉淀池(7)中的污泥分别通过第一外回流泵(11)和第三外回流泵(17)按照50％～150％的污泥外回流比回流至第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，但不启动加药装置，同时第一好氧反应器(3)中的泥水混合物按照80％～120％的污泥内回流比回流至第一缺氧反应器(2)；根据各反应器中的污泥浓度调整排泥量，并使污泥浓度稳定维持在3000mg/L～4000mg/L；调节各搅拌器的转速为65～75r/min；调节气泵的流量使第一好氧反应器(3)中的溶解氧浓度为2.0mg/L，第二好氧反应器(5)中的溶解氧浓度为0.4mg/L～0.6mg/L；调整装置水力停留时间为30min～150min，当沉淀池出水中的NH4 +-N<10mg/L，TN<25mg/L时，则启动阶段完成；
2)连续运行阶段
启用羟胺处理单元(8)的加药装置(8.1)，投加羟胺使其在混合液中的浓度达到2mg/L～5mg/L，对第二缺氧反应器(4)以及第二好氧反应器(5)中的污泥进行抑制处理，以实现部分短程硝化过程的稳定运行，使亚硝态氮积累率达到90％以上，同时进入第二缺氧反应器(4)的还有部分城市污水，反硝化细菌利用污水中的碳源反硝化第一好氧反应器(3)中的硝态氮，减轻有机物对厌氧氨氧化过程产生的影响；随后在缺好氧交替运行模式以及羟胺抑制的联合作用下，第二好氧反应器(5)中发生部分短程硝化过程，将60％以上的氨氮转化为亚硝态氮，最后进入厌氧氨氧化反应器(6)，在以厌氧氨氧化菌为主、反硝化细菌为辅的双重作用下进行脱氮；处理后的混合液流入沉淀池(7)进行泥水分离，上清液从出水管排出，底部污泥分别通过第一外回流泵(11)和第三外回流泵(17)按照50％～150％的污泥外回流比回流至第一缺氧反应器(2)和羟胺处理单元(8)，其余则作为剩余污泥排出系统，其中沉淀池(7)以及第一好氧反应器(3)回流的泥水混合物在第一缺氧反应器(2)中反硝化细菌的作用下进行脱氮；控制装置水力停留时间稳定在30min～150min，使出水水质达到NH4 +-N<5mg/L，TN<15mg/L。
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