CN110054291B - 低c/n比生活污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法 - Google Patents

低c/n比生活污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法 Download PDF

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Abstract

低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法，属于污水生物处理领域。系统包括生活污水水箱、除有机物SBR反应器、中间水箱、短程硝化/厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器。污水进入SBR反应器后，采取厌/好氧交替运行的方式，并通过排泥实现磷的去除；出水进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，通过短程硝化厌氧氨氧化，去除污水中的部分总氮，其出水含有硝态氮；进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器处理，进一步降低出水总氮。通过该工艺处理生活污水，在不额外投加碳源的条件下，可最大限度的通过厌氧氨氧化的途径实现生活污水的自养脱氮。

Description

低C/N比生活污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌 氧氨氧化工艺的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着日益加剧的水体富营养化问题、水质指标体系不断严格，使得氮、磷污染的控制与治理成为污水处理技术研究的重点。传统生物法脱氮除磷工艺在污水脱氮除磷方面起到了一定的作用，但仍存在着污水碳源不足，脱氮除磷污泥龄选择矛盾，曝气环节能源消耗量大，污水处理厂运行费用高及自动化控制水平低等问题。随着国家对排放标准的进一步提高，传统工艺的弊端进一步显现，现阶段迫切需求脱氮除磷效率高、运行性能稳定、能源消耗低及二次污染风险小的新型污水脱氮技术。
随着生物技术的快速发展，新的微生物脱氮现象与新型脱氮微生物不断被发现，其中厌氧氨氧化的发现使研发低能耗、可持续的污水处理技术成为可能，与传统脱氮工艺相比厌氧氨氧化工艺可节约60％的曝气量与100％的碳源，且它污泥产量低及脱氮负荷高等诸多优势，是目前世界上公认最经济高效的污水脱氮技术。目前厌氧氨氧化工艺在高氨氮废水处理中得到了广泛的应用，但由于生活污水具有水量大，污染物浓度低，污水水质、水量波动性强等特点，生活污水处理过程中厌氧氨氧化工艺的应用较少。
其反应基质亚硝酸盐(NO2 --N)的稳定获取仍是厌氧氨氧化技术推广应用的瓶颈问题。在短程硝化/厌氧氨氧化一体化工艺中采取短程硝化获取NO2 --N，但是短程硝化过程受环境因素及水质波动影响较大，特别是针对低浓度城市污水的主流厌氧氨氧化目前尚未得到推广应用；此外，由于系统中存在DO和NO2 --N，无法完全抑制NOB，会产生一部分NO3 --N 及厌氧氨氧化反应过程自身产生的NO3 --N往往导致该工艺出水总氮(TN)浓度过高，使实际过程中厌氧氨氧化工艺的脱氮效率大大降低，出水通常需要进一步处理以达到严格的排放标准。因此后接一个短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，利用污水中的有机物通过短程反硝化/厌氧氨氧化、反硝化进一步降低总氮。
本发明将短程硝化和短程反硝化分别与厌氧氨氧化工艺相耦合，通过低氧实现短程的稳定维持，并利用原水中的碳源将厌氧氨氧化产生的硝态氮进一步地反硝化，然后通过厌氧氨氧化作用，最终实现城市污水的高标准、高效率、低能耗的处理。
发明内容
本发明针对城市污水低碳氮比，脱氮效率低，出水硝态氮浓度高等问题，提出了低C/N 比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法。本方法采用除有机碳SBR反应器、短程硝化/厌氧氨氧化一体化和短程反硝化/厌氧氨氧化一体化组合工艺形式，使用升流式UASB反应器，形成对短程硝化菌、反硝化菌、厌氧氨氧化菌各自有利的微环境，利用菌群间的协作，有效利用能源，实现城市污水高效脱氮，出水水质稳定地达到国家一级A排放标准。
低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置，其特征在于：包括生活污水水箱(1)、除有机物SBR反应器(2)、第一调节水箱(3)、短程硝化/ 厌氧氨氧化UASB反应器(4)、第二调节水箱(5)和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中，所述生活污水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与除有机物SBR反应器(2)以及短程硝化反应器相连；除有机物SBR反应器(2)出水阀与第一调节水箱(3)相连；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)相连；短程硝化/厌氧氨氧化 UASB反应器(4)出水管与第二调节水箱(5)相连；生活污水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中通过回流泵(6.3)进行混合液内循环。
应用所述的低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的方法，主要包括以下步骤：
1)采取厌/好氧交替运行的方式，进行厌氧释磷反应，好氧吸磷反应，并通过排泥实现磷的去除，反应器内设有机械搅拌器，以便于反应器内活性污泥与污水充分混合，出水进入第一调节水箱(3)。由微型曝气泵(2.2)为该反应器提供压缩空气，且通过底部的曝气石分散于液相当中，同时配以转子流量计调节其曝气量，维持溶解氧浓度在1.5～4.0mg/L，排水比为50％，控制厌氧搅拌在10～20min，曝气在30～50min；
2)第一调节水箱(3)的污水通过第二进水泵(4.1)进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)内，通过短程硝化作用将进水的部分NH4 +-N转化为NO2 --N，厌氧氨氧化菌利用短程硝化产生的NO2 --N和进水中的NH4 +-N进行厌氧氨氧化作用，去除污水中的氨氮，同时生成硝态氮，出水进入第二调节水箱(5)，溶解氧维持在1.0-1.5mg/L，反应时间240～ 360min；
3)生活污水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)内，通过调节生活污水和短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)的处理水量使混合液中NOx --N，NH4 +-N的质量浓度比例为1:1～1:1.3，利用污水中的有机物通过短程反硝化/厌氧氨氧化、反硝化进一步降低总氮，通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环，反应时间240～300min，出水通过出水管(6.4)排放。
本发明低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法，与现有工艺相比具有以下优势：
1)为了避免有机物对短程硝化/厌氧氨氧化一体化的影响，首先采用SBR反应器将污水中的有机物去除，为了将厌氧氨氧化出水中的硝态氮进一步去除，厌氧氨氧化出水和一定量的原水混合后进入到第二个UASB反应器进行短程反硝化耦合厌氧氨氧化的反应，利用原水中的碳源，增强了系统的稳定性和高效性；
2)使用UASB反应器，对污泥持留性强、易于形成颗粒污泥、负荷高的特点进行厌氧氨氧化菌的富集，抗冲击能力强，处理效果稳定；
3)短程硝化/厌氧氨氧化反应器能够稳定实现NOB活性的部分抑制，去除部分总氮；在实际生活污水条件下能够通过短程反硝化/厌氧氨氧化途径实现高效自养脱氮；
4)采用厌氧氨氧化，节约曝气量，节省碳源，脱氮效率高，污泥产量少，运行成本低，此外本工艺流程简洁，操作简单，运行管理方便，适合工程化。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图1中：1—生活污水水箱，1.1—第一进水泵；2—除有机物SBR反应器，2.1—搅拌桨，2.2—微型曝气泵；3—第一调节水箱；4—短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，4.1—第三进水泵；5—第二调节水箱；6—短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器，6.1—第三进水泵，6.2—第四进水泵，6.3—污泥回流泵，6.4—出水管。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：所用装置主要由除有机物SBR反应器 (2)、短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)三部分组成。其中，所述生活污水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与除有机物SBR反应器(2)以及短程硝化反应器相连；除有机物SBR反应器(2)出水阀与第一调节水箱(3)相连；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)相连；短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水管与第二调节水箱(5)相连；生活污水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中通过回流泵(6.3)进行混合液内循环。
实施案例
试验用水为取自北京某高校家属区化粪池污水，其水质状况如下：COD：150mg/L～236mg/L，NH4 +-N：43mg/L～70mg/L，NO2 —N：0mg/L～0.52mg/L，NO3 —N：0mg/L～0.52mg/L，TP：2.85mg/L～8.05mg/L。实验装置采用如图1所示反应系统，各反应器均由有机玻璃制成，SBR的有效体积为10L，UASB反应器反应区内径为10cm，有效容积 2L。
具体操作运行如下：
启动阶段：除有机物SBR反应器将城市污水处理厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，溶解氧DO维持在2-5mg/L，之后沉淀排水，排水比在40～70％，水力停留时间HRT为3～4h，污泥龄SRT为7d。
短程硝化/厌氧氨氧化UASB接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为3000～4000mg/L，通过短程硝化耦合厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N转化为N2和部分NO3 —N，当UASB反应器处理出水NH4 +-N浓度<1mg/L，或NO2 —N<1mg/L，完成短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器的启动调试。
短程反硝化/厌氧氨氧化UASB接种厌氧氨氧化颗粒污泥，控制污泥浓度为3000～4000mg/L，通过短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用将进水中的NH4 +-N和NO3 —N转化为N2，当处理出水NH4 +-N浓度<3g/L，或NO3 —N<1mg/L，完成短程反硝化/厌氧氨氧化UASB 反应器的启动调试，实现污水中总氮的去除。
运行阶段：系统稳定运行后，控制进水C/N为2～3，城市污水由生活污水水箱(1)进入除有机物SBR反应器(2)，采取厌/好氧交替运行的方式，进行厌氧释磷反应，好氧吸磷反应，并通过排泥实现磷的去除，反应器内设有机械搅拌器，以便于反应器内活性污泥与污水充分混合，出水进入第一调节水箱(3)。由微型曝气泵(2.2)为该反应器提供压缩空气，且通过底部的曝气石分散于液相当中，同时配以转子流量计调节其曝气量，维持溶解氧浓度在3mg/L，排水比为50％，控制厌氧搅拌在20min，曝气在40min；第一调节水箱(3) 的污水通过第二进水泵(4.1)进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)内，通过短程硝化作用将进水的部分NH4 +-N转化为NO2 --N，厌氧氨氧化菌利用短程硝化产生的NO2 --N和进水中的NH4 +-N进行厌氧氨氧化作用，去除污水中的氨氮，同时生成硝态氮，出水进入第二调节水箱(5)，溶解氧维持在1.2mg/L，反应时间300min；生活污水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化 UASB反应器(6)内，通过调节生活污水和短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)的处理水量使混合液中NOx --N，NH4 +-N的质量浓度比例为1:1.2，利用污水中的有机物通过短程反硝化/厌氧氨氧化、反硝化进一步降低总氮，通过污泥回流泵(6.3)进行污泥内循环，反应时间260min，出水通过出水管(6.4)排放。
试验结果表明：待系统运行稳定后，反应器出水COD为30～50mg/L，NH4 +-N浓度为3.5～4mg/L，NO2 --N浓度为2～3mg/L，NO3 --N浓度为2～4mg/L，总氮浓度低于15mg/L，总磷浓度低于0.5mg/L，达到污水排放一级A标准。
本发明——低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺的装置和方法能够广泛应用到低碳氮比的城市污水的处理。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保护范围之内。

Claims (1)

1.低C/N比城市污水短程硝化/厌氧氨氧化后接短程反硝化/厌氧氨氧化工艺，该工艺所采用装置包括生活污水水箱(1)、除有机物SBR反应器(2)、第一调节水箱(3)、短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)、第二调节水箱(5)和短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中，所述生活污水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与除有机物SBR反应器(2)以及短程硝化反应器相连；除有机物SBR反应器(2)出水阀与第一调节水箱(3)相连；第一调节水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)相连；短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水管与第二调节水箱(5)相连；生活污水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)；其中通过回流泵(6.3)进行混合液内循环；
其特征在于，该工艺包括步骤如下：
1)城市污水由生活污水水箱(1)进入除有机物SBR反应器(2)，采取厌/好氧交替运行的方式，进行厌氧释磷反应，好氧吸磷反应，并通过排泥实现磷的去除，反应器内设有机械搅拌器，以便于反应器内活性污泥与污水充分混合，出水进入第一调节水箱(3)；由微型曝气泵(2.2)为该反应器提供压缩空气，且通过底部的曝气石分散于液相当中，同时配以转子流量计调节其曝气量，维持溶解氧浓度在1.5～4.0mg/L，排水比为50％，控制厌氧搅拌在10～20min，曝气在30～50min；
2)第一调节水箱(3)的污水通过第二进水泵(4.1)进入短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)内，通过短程硝化作用将进水的部分NH4 +-N转化为NO2 --N，厌氧氨氧化菌利用短程硝化产生的NO2 --N和进水中的NH4 +-N进行厌氧氨氧化作用，去除污水中的氨氮，同时生成硝态氮，出水进入第二调节水箱(5)，溶解氧维持在1.0～1.5mg/L，反应时间240～360min；
3)生活污水水箱(1)通过第三进水泵(6.1)与第二调节水箱(5)通过第四进水泵(6.2)并联进入短程反硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(6)内，通过调节生活污水和短程硝化/厌氧氨氧化UASB反应器(4)的处理水量使混合液中NOx --N，NH4 +-N的质量浓度比例为1:1～1:1.3，利用污水中的有机物通过短程反硝化/厌氧氨氧化、反硝化进一步降低总氮，通过回流泵(6.3)进行污泥内循环，反应时间240～300min，出水通过出水管(6.4)排放。
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