CN110104774A - 连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置 - Google Patents

Abstract

连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置包括原水水箱、连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器、竖流式沉淀池等；在填料的生物膜中实现厌氧氨氧化，在活性污泥中实现部分反硝化，该装置稳定性强，效率也大大提高；原水分段进入各缺氧段，利用原水中的碳源进行部分反硝化，产生厌氧氨氧化反应的底物；污泥分段回流到各个缺氧区，提供部分反硝化所需的硝态氮和维持装置内污泥浓度；二沉池中的污泥一部分直接分段回流，另一部分进入发酵罐进行污泥发酵，然后将发酵污泥与剩余污泥汇合分段回流至各缺氧段，极大补充反硝化所需碳源，避免外碳源的投加。

Description

连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧 氨氧化处理城市污水的装置

技术领域

本发明涉及污水生物处理领域，尤其涉及一种连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置。

背景技术

随着我国经济的不断发展，居民的生活水平不断提高，随之而来的就是城市生活污水的产量逐年增加，生活污水中的氮磷等污染物会对环境造成巨大的危害，典型的表现就是国内的众多湖泊都出现了不同程度的水体富营养化的现象，严重影响了湖泊水质进而影响环境，对人类的健康带来危害。为避免生活污水直接排放到生态环境中，我国加大力度建设一批污水处理厂，旨在将城市生活污水经过污水厂处理后，再排入自然界的水体中，缓解自然环境所受到的承载压力。现在污水处理厂主要使用传统的主流工艺，依靠硝化反硝化反应实现对于氮素的去除，虽然有些水厂应用厌氧氨氧化反应，但仍未在主流中实现厌氧氨氧化反应脱氮，传统方法中存在生活污水中可生物降解的有机质不足以提供反硝化所需的碳源，因此，在实际污水厂中，还需额外的投加乙酸钠，乙醇等碳源来保证反硝化反应的正常进行，这大大增加了水厂的运行成本，此外，部分水厂采用短程硝化与厌氧氨氧化耦合协同脱氮，但短程硝化反应操作控制复杂，短程硝化反应难以稳定维持，消耗了大量能源。随着国家对于污水排放标准的提高，传统工艺显然已经难以达到排放标准，在这样新的历史挑战下，亟需开发新的节能高效环保的污水处理工艺。

厌氧氨氧化菌的发现为污水处理领域的技术革新指明了一条崭新的道路，厌氧氨氧化工艺与传统脱氮工艺相比存在显著优势：(1)与传统工艺相比节省约60％的曝气量；(2)厌氧氨氧化菌是自养菌，不许外加碳源，所以节省了几乎100％的碳源，同时避免了二次污染；(3)在实际采用厌氧氨氧化工艺时，多是以颗粒污泥或者生物膜的形式，水力停留时间短，处理污水负荷相对较高，工艺的占地面积较小。

目前对于厌氧氨氧化工艺的研究主要有几个特点：(1)对于垃圾渗滤液等高氨氮废水的研究相对比较成熟，在实际生产中也得到了应用；(2)诸如城市生活污水的低氨氮废水的研究非常广泛，也进行了很多深入的研究，但是在实际污水处理厂的主流工艺中还没有得到应用；(3)目前低氨氮废水的厌氧氨氧化工艺的研究重点和难点在短程硝化反应的实现和稳定维持；(4)城市生活污水对于应用厌氧氨氧化工艺主要的限制在于其存在水量大、水质波动大、冬季污水温度低等特点。

因此，现在的技术难题是短程硝化反应的实现和稳定维持，但究其本质，其实是亚硝态氮的稳定积累，连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，通过原水的分段进入以及污泥与发酵污泥分段回流到缺氧区，缺氧区中的生物膜上的厌氧氨氧化菌发生厌氧氨氧化反应降低总氮，利用原水和回流的发酵污泥中的碳源将回流污泥中和厌氧氨氧化反应产生的硝态氮进一步部分反硝化，产生的亚硝供给厌氧氨氧化反应，并且也能够直接反硝化为氮气，最终实现城市污水的高效、环保、节能处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置，将部分反硝化与厌氧氨氧化应用于连续流城市污水处理，实现城市污水的高效环保低能耗处理。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，通过WTW在线监测格室内溶解氧浓度来控制该工艺好氧段维持曝气状态实现稳定硝化，在缺氧段放置移动式聚乙烯填料利于厌氧氨氧化菌挂膜长期持留，通过分段进水的形式利用原水和发酵污泥中的碳源将厌氧氨氧化产生的和污泥分段回流的硝态氮进一步部分反硝化，最终实现部分反硝化/厌氧氨氧化在该系统的稳定高效运行。

该工艺包括原水水箱、连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器、竖流式沉淀池；原水通过进水泵与连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的三个缺氧段的第一格室相连；连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器分为11个格室，依次为缺氧格—好氧格—好氧格—缺氧格—缺氧格—好氧格—好氧格—缺氧格—缺氧格—好氧格—好氧格；泥水混合液以推流式的方式依次通过各格室，在好氧格内发生硝化反应，在缺氧格中发生部分反硝化和厌氧氨氧化；连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的缺氧格内第一格，填充有移动式填料；所述连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的污水混合液以重力流进入竖流式沉淀池；所述竖流式沉淀池内进行泥水分离，上清液通过出水口排出系统，底部活性污泥一部分分段回流到各个缺氧区的，一部分流入到发酵罐中进行污泥发酵，然后和回流污泥一起分段回流至缺氧格。

进一步地，所述的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

进一步地，所述的连续流分段进水、污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器内设有11个格室，并用泵将原水分段进入三个缺氧格的首段；所述反应器内缺氧格设有移动式聚乙烯填料和潜水式搅拌器；所述反应器内设有气泵、气体流量计、曝气头和搅拌器。

进一步地，所述的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于缺氧格放置的移动式聚乙烯填料，比表面积为400—500㎡/m³，填充比在30％—50％。

进一步地，所述的连续流分段进水、污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于所述竖流式沉淀池设有进水管、溢流堰、污泥与发酵污泥回流管、剩余污泥排放口和出水口。

本发明还提供了一种连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的方法，包括：

将城市污水处理厂厌氧段污泥或者反硝化污泥投加至连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为3:5:2，控制污泥与发酵污泥回流比为100％-150％，回流到各缺氧段的污泥与发酵污泥回流量的比为3:5:2，使得反应器内污泥质量浓度MLSS＝3000-5000mg/L；初始阶段在原水水箱中投加乙酸钠，使得C/N比在2.5-3左右，以便在缺氧区实现部分反硝化；通过WTW在线监测各格室内溶解氧浓度来控制好氧段的DO＝2-3mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，当好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间，能更好的实现部分反硝化与厌氧氨氧化的耦合；在出现部分反硝化情况后在缺氧区添加已经挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料。

反应器成功启动后，系统正式运行，原水分三段进入三个缺氧格，污泥分段回流到三个缺氧格，在好氧格进行全程硝化反应，通过WTW在线监测各格室溶解氧的浓度来调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间，之后进入三个缺氧格室进行厌氧氨氧化反应，在有填料的缺氧格室内，由于厌氧氨氧化产生少量的并且回流污泥中含有大量的通过部分反硝化反应将其转化为与原水中的发生厌氧氨氧化反应，充分降低混合液中的总氮。

综上，本发明提供的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置，将部分反硝化和厌氧氨氧化应用于生活污水的深度脱氮处理中，相较于传统的脱氮工艺，使得耗氧量降低60％。主要利用部分反硝化提供亚硝态氮，利用短程反硝化-厌氧氨氧化、短程硝化-厌氧氨氧化、反硝化综合深度脱氮，操作简单，节约运行费用和能源。

将反硝化细菌和厌氧氨氧化菌分别以活性污泥和生物膜的形式并存在于本发明的系统之中，克服了单个污泥系统中反硝化菌和厌氧氨氧化菌的竞争矛盾，最终实现部分反硝化和厌氧氨氧化在该系统的稳定高效运行。

附图说明

图1是本发明连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步地详细说明。

如图1所示结构示意图，1为生活污水原水水箱；2为连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理；3为沉淀池；4为发酵系统；1.1为溢流管；1.2为放空管；2.1为进水泵；2.2为总进水泵管；2.3为进水截止阀；2.4为分段进水泵管；2.5为搅拌器；2.6为好氧格；2.7为缺氧格；2.8为好氧格；2.9为好氧格；2.10为缺氧格；2.11为好氧格；2.12为出水口；2.13为聚乙烯填料；2.14为曝气头；2.15为曝气阀；2.16为气泵连接管；2.17为气体流量计；2.18为气泵；3.1为出水管；3.2为溢流堰；3.3为沉淀池出水口；3.4为污泥回流阀；3.5为污泥回流泵；3.6为污泥回流管；4.1为回流污泥进入发酵罐控制泵；4.2为污泥发酵罐；4.3为发酵污泥污泥回流泵；4.4为发酵污泥回流总管

所述连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的系统包括原水水箱、连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器、竖流式沉淀池；原水通过进水泵与连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的缺氧段的第一格室相连；连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器分为11个格室，依次为缺氧格—好氧格—好氧格—缺氧格—缺氧格—好氧格—好氧格—缺氧格—缺氧格—好氧格—好氧格；泥水混合液以推流式的方式依次通过各格室，在好氧格内发生硝化反应，在缺氧格中发生部分反硝化和厌氧氨氧化反应；连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的缺氧格内填充有移动式填料；所述连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的污水混合液以重力流进入竖流式沉淀池；所述竖流式沉淀池内进行泥水分离，上清液通过出水口排出系统，底部活性污泥一部分分段回流到各个缺氧区，另一部分进入发酵罐进行污泥发酵，然后将发酵污泥与剩余污泥汇合分段回流至各缺氧段，极大补充反硝化所需碳源。所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

所述连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器内共有11个格室，原水分段进入三个缺氧格室首段；所述反应器内缺氧格设有移动式聚乙烯填料、潜水式搅拌器；所述反应器内好氧格设有气泵、气体流量计、曝气头、搅拌器；所述竖流式沉淀池设有进水管、溢流堰、污泥回流管、剩余污泥排放管、出水口；所述反应器还包括发酵罐，对一部分剩余污泥进行污泥发酵，然后回流至缺氧格内。

城市污水在此工艺的处理流程为：原水分三段进入三个缺氧格首段，在好氧格进行全程硝化，使得好氧段出水与质量浓度之比在1-1.5之间，之后进入缺氧格，在缺氧格中利用原水中和回流发酵污泥中的碳源进行部分反硝化，产生大量的和原水中的共同进行厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化反应产生的也通过部分反硝化转化为或者直接转化为氮气去除，最终通过短程反硝化-厌氧氨氧化、短程硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。

处理城市污水的方法具体包括以下步骤：

将城市污水处理厂剩余污泥或者反消化污泥投加至连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为3:5:2，控制污泥与发酵污泥回流比为100％-150％，回流到各缺氧段的污泥与发酵污泥回流量的比为3:5:2，使得反应器内污泥质量浓度MLSS＝3000-5000mg/L；初始阶段在原水水箱中投加乙酸钠，使得C/N比在2.5-3，以便在缺氧区实现部分反硝化；通过WTW在线监测各格室内溶解氧浓度来控制好氧段的DO＝2-3mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，当好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间，能更好的实现部分反硝化与厌氧氨氧化的耦合，完成部分反硝化的启动；在出现部分反硝化情况后在缺氧区添加已经挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料，同时降低原水箱中投加乙酸钠的量直到不投加，当三个缺氧格的出水浓度小于1mg/L，浓度小于2mg/L，小于3mg/L时完成连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的启动。

反应器启动成功后，系统正式运行，原水分三段进入三个缺氧格，污泥分段回流到三个缺氧格，在好氧格进行全程硝化反应，通过WTW在线监测各格室溶解氧浓度来调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间，之后进入三个缺氧格室进行厌氧氨氧化反应，在有填料的缺氧格室内，由于厌氧氨氧化产生少量的并且回流污泥中含有大量的通过部分反硝化反应将其转化为与原水中的发生厌氧氨氧化反应，充分降低混合液中的总氮。最终通过短程反硝化-厌氧氨氧化、短程硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。

具体试验用水取自北京工业大学家属区生活污水，其水质如下：COD120mg/L-270mg/L；40mg/L-75mg/L；<1mg/L；0.12mg/L-1.0mg/L；P 4mg/L-7mg/L。试验系统如附图所示。

具体运行操作如下：

1)将城市污水处理厂剩余污泥或者反消化污泥投加至连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，控制各段进水量之比为3:5:2，控制污泥与发酵污泥回流比为100％-150％，回流到各缺氧段的污泥与发酵污泥回流量的比为3:5:2，使得反应器内污泥质量浓度MLSS＝3000-5000mg/L；

2)初始阶段不在缺氧段放置填料，向原水水箱中投加适量乙酸钠使C/N在3，使各缺氧格能成功完成部分反硝化的启动；通过WTW在线监测各格室的溶解氧浓度，控制好氧格的DO＝2.0-3.0mg/L，同时通过控制各段进水量调节HRT，通过排泥控制活性污泥的污泥龄为10天，排出去的活性污泥进入污泥发酵进行污泥发酵；当在缺氧格中观察到与质量浓度之比在1-1.5之间，完成部分反硝化的启动。

3)部分反硝化启动成功后将挂有厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料放置于各缺氧格，停止向原水水箱中投加乙酸钠，当三个缺氧格的出水浓度小于1mg/L，浓度小于2mg/L，小于3mg/L时完成连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的启动。

4)反应器启动成功之后，系统正式运行，原水分三段进入三个缺氧格，污泥分段回流到三个缺氧格，在好氧格进行全程硝化反应，通过WTW在线监测各格室溶解氧浓度来调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间，之后进入三个缺氧格室进行厌氧氨氧化反应，在有填料的缺氧格室内，由于厌氧氨氧化产生少量的并且回流污泥中含有大量的通过部分反硝化反应将其转化为与原水中的发生厌氧氨氧化反应，充分降低混合液中的总氮。最终通过短程反硝化-厌氧氨氧化、短程硝化-厌氧氨氧化、反硝化三种途径实现污水中总氮的节能高效稳定地去除。

以上对本发明所提供的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法进行了详细介绍，本文中应用具体个例对本发明的原理和实施方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之初，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。

Claims (5)

1.连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于：包括原水水箱、连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器、竖流式沉淀池；原水通过进水泵与连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的缺氧段的第一格室相连；连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器分为11个格室，依次为缺氧格—好氧格—好氧格—缺氧格—缺氧格—好氧格—好氧格—缺氧格—缺氧格—好氧格—好氧格；泥水混合液以推流式的方式依次通过各格室，在好氧格内发生硝化反应，在缺氧格中发生部分反硝化和厌氧氨氧化反应；连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的缺氧格内填充有移动式填料；所述连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的污水混合液以重力流进入竖流式沉淀池；所述竖流式沉淀池内进行泥水分离，上清液通过出水口排出系统，底部活性污泥一部分分段回流到各个缺氧区，另一部分进入发酵罐进行污泥发酵，然后将发酵污泥与剩余污泥汇合分段回流至各缺氧段。

2.根据权利要求1所述的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

3.根据权利要求1所述的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于其用泵将原水分段进入三个缺氧格的首段；污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器内缺氧格填充有移动式聚乙烯填料和潜水式搅拌器；污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器内设有气泵、气体流量计、曝气头和搅拌器。

4.根据权利要求1所述的连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于缺氧格放置的移动式聚乙烯填料，比表面积为400—500㎡/m³，填充比在30％—50％。

5.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括：

将城市污水处理厂厌氧段污泥或者反硝化污泥投加至连续流分段进水、污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器中，原水通过进水泵与连续流分段进水、污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器的缺氧段的第一格室相连，控制各段进水量之比为3:5:2；控制污泥与发酵污泥回流比为100％-150％，回流到各缺氧段的污泥与发酵污泥回流量的比为3:5:2，使得反应器内污泥质量浓度MLSS＝3000-5000mg/L；初始阶段在原水水箱中投加乙酸钠，使得C/N比在2.5-3，以便在缺氧区实现部分反硝化；通过在线监测及反馈系统控制好氧段的DO＝2-3mg/L，同时通过控制各段的进水量调节HRT，当好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间；在出现部分反硝化情况后在缺氧区添加已经挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料；

污泥与发酵污泥分段回流部分反硝化/厌氧氨氧化反应器成功启动后，系统正式运行，原水分三段进入三个缺氧格，污泥与发酵污泥分段回流到三个缺氧格，在好氧格进行全程硝化反应，监测各格室溶解氧浓度来调节好氧段曝气量并通过进水量调节HRT，使得好氧格流入缺氧格与污泥与发酵污泥回流中的污水混合液中的与质量浓度之比在1-1.5之间，之后进入三个缺氧格室进行厌氧氨氧化反应。