CN110436704B - 一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺属于城市污水处理领域。该装置由两单元组成，第一单元为除碳工艺单元，第二单元为基于厌氧氨氧化的脱氮工艺单元。城市污水首先进入第一单元，通过曝气完成有机物的去除，经内置式沉淀池泥水分离、浓缩污泥回流，上清液进入工艺第二单元，实现短程硝化/厌氧氨氧化与反硝化/厌氧氨氧化。其中，通过复合式生物膜‑活性污泥反应器(IFAS)工艺形式及控制曝气实现短程硝化/厌氧氨氧化；通过对后置缺氧区投加填料、搅拌以及外加碳源等措施，实现反硝化/厌氧氨氧化。第二单元末设置好氧区，保障出水氨氮浓度低于限值。最后混合液进入沉淀池完成泥水分离，上清液直接排出，浓缩污泥回流实现深度脱氨。

Description

一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺
技术领域
本发明涉及一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理装置，属于城市污水处理与资源化领域。
背景技术
硝化和反硝化是传统污水生物脱氮的核心环节。传统污水生物脱氮基于硝化/反硝化作用，首先在好氧条件下硝化细菌将污水的氨氮氧化为硝态氮，随后在缺氧条件下，反硝化细菌利用有机物作为电子供体将硝态氮还原为氮气，从而将氮素从水中去除。但城市污水碳源不足，硝化反硝化运行方式难以达标，且脱氮效果受有机物影响。厌氧氨氧化现象的发现为解决以上问题提供了新的方向。相比于传统脱氮工艺，短程硝化/反硝化耦合厌氧氨氧化工艺具有对进水碳氮比和曝气量要求低、能耗少、占地面积小以及反应速率快等优点，自养生物脱氮技术越来越受到关注。随着厌氧氨氧化研究的不断深入，厌氧氨氧化生物脱氮工艺在实际污水处理中逐渐得到应用。
目前厌氧氨氧化工艺主要以短程硝化/厌氧氨氧化、反硝化/厌氧氨氧化等方式运行。短程硝化/厌氧氨氧化反应产物中含有相当一部分比例的硝态氮，对于这一部分硝态氮的去除，采用传统的反硝化工艺又会浪费大量的碳源。反硝化与厌氧氨氧化耦合相对于反硝化可节省59.7％的碳源。因此短程硝化/厌氧氨氧化与反硝化/厌氧氨氧化的耦合工艺具有显著的应用价值。
发明内容
将短程硝化/厌氧氨氧化工艺与反硝化/厌氧氨氧化工艺耦合，可强化城市污水深度脱氮，提高系统的出水效果。本发明涉及一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺，其方法特征及实现步骤如下：
原水由进水箱(1)经进水泵(11)进入推流式反应器(2)，推流式反应器(2)末端设出水口，通过出水管(25)连接沉淀池(3)；沉淀池 (3)的上部有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从出水口(20)排出。沉淀池(3)底部设有污泥回流管(21)，浓缩污泥经污泥回流泵(13)回流至好氧区Ⅱ(6)和缺氧区(8)。
进水采用城市污水，原水由进水箱经进水泵(11)进入推流式反应器(2)。
好氧区Ⅰ(4)由1号鼓风机(14)、1号流量计(15)控制溶解氧在2-3mg/L，水力停留时间为2-3h，有机物在好氧区Ⅰ(4)得到去除。内置式沉淀池(5)进行泥水分离，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区Ⅱ(6)；剩余污泥通过排泥管(28)排放；浓缩污泥经回流管(27)通过回流泵(12) 进行回流。
好氧区Ⅱ(6)由2号鼓风机(31)、2号流量计(32)控制溶解氧在0.1-0.3mg/L，水力停留时间为2-3h。混合液在好氧区Ⅱ(6)以IFAS方式运行，进行短程硝化/厌氧氨氧化反应，依靠聚氨酯填料对厌氧氨氧化菌吸附、固定，其中聚氨酯填料的填充比为10％-15％。混合液由好氧区Ⅱ(6)进入选择性曝气池(7)。
PLC系统(22)由实时氨氮在线监测探头(29)、硝态氮在线监测探头(30)、控制继电器(23)组成。氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给PLC控制系统(22)，经 PLC系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)控制选择性曝气池(7) 的曝气量。从而使混合液在进入缺氧区(8)之前，为反硝化/厌氧氨氧化反应提供合适比例的氨氮与硝态氮。
在选择性曝气池(7)内，根据[NH4 +-N]和[NO3 --N]浓度变化通过 PLC控制系统(22)适时开、关3号鼓风机(33)控制曝气。当[NH4 +-N]-[NO3 --N] 大于5mg/L时，关闭鼓风机(33)；当[NH4 +-N]-[NO3 --N]小于-5mg/L时，开启鼓风机(33)。
混合液经选择性曝气池(7)进入缺氧区(8)，缺氧区(8)以移动床生物膜反应器(MBBR)工艺形式运行进行反硝化-厌氧氨氧化反应，缺氧区(8)采用机械搅拌，水力停留时间为2-3h。悬浮聚丙烯填料为微生物提供了良好的生存环境，强化了反硝化和厌氧氨氧化作用，聚丙烯填料的填充比为10％-15％。
对缺氧区(8)投加碳源以提供反硝化所需的碳源，控制缺氧区 (8)内碳氮比为2-3。其中，外加碳源(10)可以由发酵污泥提供。
混合液从缺氧区(8)进入好氧区Ⅲ(9)，除去剩余的氨氮和有机物，水力停留时间为1-1.5h。
混合液通过排水管(25)进入沉淀池(3)，泥水混合物经沉淀池 (3)分离沉淀后，上清液由排水管(20)排出系统外，浓缩污泥通过回流管 (21)，经回流泵(13)回流至好氧区Ⅱ(6)和缺氧区(8)， 回流比均为100％。
好氧区Ⅱ(6)中聚氨酯填料(18)的挂膜过程：将1.5×1.5×1.5cm 的0.1mm孔径的聚氨酯填料固定在填料架(26)上，在IFAS厌氧氨氧化一体化反应器中培养挂膜5-6个月，使填料上的污泥浓度达到0.375-0.5mg/cm2。
聚氨酯填料(18 )挂膜后，投加至好氧区Ⅱ(6)中。
运行方式：运行初期，采用城市污水(氨氮浓度50-70mg/L，COD 浓度150-200mg/L)与配水(碳酸氢氨50mg/L)1:1混合放置水箱内，运行 15-20d，出水氨氮小于5mg/L、总氮小于15mg/L为适应期结束，随后逐渐增加城市污水的配比直至进水完全为城市污水。
附图说明
图1为基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺主视图。
图2为基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺俯视图。
具体实施方式
与传统方式相比，本装置与方法适用于低碳氮比城市生活污水的深度脱氮处理，出水效果好，运行稳定性强。
1、本装置可在传统AAO、AO工艺基础上进行直接改造。在好氧区Ⅰ(4)去除有机物，通过设置内置沉淀池(5)和污泥回流系统，减小了异养菌和有机物等对后续IFAS反应器中厌氧氨氧化菌的冲击，更有利于厌氧氨氧化菌的生长。同时可富集进水中的有机物，为资源回收提供有利条件。
2、本装置在好氧区Ⅱ(6)采用IFAS工艺，在缺氧区(8)采用 MBBR工艺，针对不同工艺形式采用不同类型的填料，减少菌种的流失，强化了优势菌种的富集，实现种属优化，从而进一步增强系统的脱氮能力。
3、针对短程硝化/厌氧氨氧化工艺稳定性差、出水硝态氮浓度偏高导致不能全程达标的问题，通过选择性曝气池(7)协调氨氮与硝态氮浓度的比值，进而耦合反硝化/厌氧氨氧化工艺深度脱氮，提高运行稳定性。
4、针对城市污水中碳源不足的问题，采用短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮；反硝化、厌氧氨氧化联合运行，高效利用碳源且提高了总氮的去除。
综上，本发明协调了污水脱氮处理过程中曝气能耗高的问题，节省曝气，节约碳源，同时维持连续流反应器在进水氨氮浓度波动时的运行稳定性，缓解了短程硝化/厌氧氨氧化工艺出水硝态氮偏高不能稳定达标的问题。
短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化-厌氧氨氧化升级改造工艺，其特征在于：按照从进水端到出水端的顺序，依次设置进水箱(1)、推流式反应器 (2)、沉淀池(3)，另配有PLC系统(22)。
原水由进水箱(1)经进水泵(11)进入推流式反应器(2)，推流式反应器(2)末端设出水口，通过出水管(25)连接沉淀池(3)；沉淀池(3) 的上部有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从出水口(20)排出。推流式反应器(2)分为两个单元。第一单元由好氧区Ⅰ(4)、内置沉淀池(5)组成；第二单元由好氧区Ⅱ(6)、选择性曝气池(7)、缺氧区(8)、好氧区Ⅲ (9)组成。其中选择性曝气池(7)和缺氧区(8)设有1号液下搅拌器(38)、 2号液下搅拌器(39)；好氧区Ⅰ(4)、好氧区Ⅱ(6)、好氧区Ⅲ(9)底部设有曝气盘(16)，曝气盘(16)经流量计(15)与鼓风机(14)相连；好氧区Ⅱ(6)投加聚氨酯填料，缺氧区(8)投加聚丙烯填料(37)。原水经进水泵 (11)进入好氧区Ⅰ(4)，水力停留时间为2-3h，好氧区Ⅰ(4)的曝气由鼓风机(14)和流量计(15)控制，溶解氧控制在2-3mg/L。由内置式沉淀池(5) 完成泥水分离，浓缩污泥回流至好氧区Ⅰ(4)，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区Ⅱ(6)。好氧区Ⅱ(6)投加聚氨酯填料(18)，填料填充比为10％-15％，水力停留时间为2-3h，溶解氧控制在0.1-0.3mg/L。混合液由好氧区Ⅱ(6)进入选择性曝气池(7)后通过PLC系统控制曝气。其中，PLC系统(22)由实时氨氮在线监测探头(29)、硝态氮在线监测探头(30)、控制继电器(23) 组成。氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给PLC控制系统(22)，经PLC系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)控制选择性曝气池(7)的曝气量。混合液由选择性曝气池(7)进入缺氧区(8)；缺氧区(8)采用机械搅拌，外加碳源(10)为缺氧区(8)提供碳源使得碳氮比保持在2-3；缺氧区(8)投加聚丙烯填料(37)，填料填充比为10％-15％，水力停留时间为2-3h。混合液由缺氧区(8)进入好氧区Ⅲ(9)，水力停留时间为1-1.5h。混合液由缺氧区(8)进入沉淀池(3)，沉淀池(3)的上部设有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从出水口(20) 排出。沉淀池(3)底部设有污泥回流管(21)，浓缩污泥经污泥回流管(27) 回流至好氧区Ⅱ(6)和缺氧区(8)。
内置沉淀池(5)中的混合液泥水分离后，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区Ⅱ(6)，浓缩污泥通过污泥回流泵(12)经回流管(27)回流至好氧区Ⅰ(4)。定期将剩余污泥经排泥管(28)排出系统外。选择性曝气池(7) 的氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给PLC控制系统(22)，经PLC系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)适时开、关3号鼓风机(33)控制曝气。当[NH4 +-N]-[NO3 --N] 大于5mg/L时，关闭鼓风机(33)；当[NH4 +-N]-[NO3 --N]小于-5mg/L时，开启鼓风机(33)。使得混合液进入缺氧区(8)之前，为反硝化/厌氧氨氧化反应提供合适比例的氨氮与硝态氮。该工艺先后设置除碳、脱氮两个单元，在进行短程硝化/厌氧氨氧化工艺前预先处理有机物，减轻了有机物对厌氧氨氧化菌的冲击。后置缺氧区实现反硝化/厌氧氨氧化反应进一步降低总氮，达到深度脱氮的目的。该工艺稳定后总氮去除率可稳定在80％以上，具有良好的脱氮效果。

Claims (2)

1.短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化-厌氧氨氧化升级改造工艺，其特征在于：按照从进水端到出水端的顺序，依次设置进水箱(1)、推流式反应器(2)、沉淀池(3)，另配有PLC系统(22)；
原水由进水箱(1)经进水泵(11)进入推流式反应器(2)，推流式反应器(2)末端设出水口，通过出水管(25)连接沉淀池(3)；沉淀池(3)的上部有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从系统出水口(20)排出；
推流式反应器(2)分为两个单元；第一单元由好氧区Ⅰ(4)、内置沉淀池(5)组成；第二单元由好氧区Ⅱ(6)、选择性曝气池(7)、缺氧区(8)、好氧区Ⅲ(9)组成；其中选择性曝气池(7)和缺氧区(8)分别设有1号液下搅拌器(38)、2号液下搅拌器(39)；好氧区Ⅰ(4)、好氧区Ⅱ(6)、好氧区Ⅲ(9)底部均设有曝气盘(16)，曝气盘(16)经流量计(15)与鼓风机(14)相连；好氧区Ⅱ(6)投加聚氨酯填料，缺氧区(8)投加聚丙烯填料(37)；
原水经进水泵(11)进入好氧区Ⅰ(4)，水力停留时间为2-3h，好氧区Ⅰ(4)的曝气由鼓风机(14)和流量计(15)控制，溶解氧控制在2-3mg/L；由内置沉淀池(5)完成泥水分离，浓缩污泥回流至好氧区Ⅰ(4)，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区Ⅱ(6)；好氧区Ⅱ(6)投加聚氨酯填料(18)，填料填充比为10％-15％，水力停留时间为2-3h，溶解氧控制在0.1-0.3mg/L；混合液由好氧区Ⅱ(6)进入选择性曝气池(7)后通过PLC系统控制曝气；其中，PLC系统(22)由氨氮在线监测探头(29)、硝态氮在线监测探头(30)、控制继电器(23)组成；氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给PLC系统(22)，经PLC系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)控制选择性曝气池(7)的曝气量；混合液由选择性曝气池(7)进入缺氧区(8)；缺氧区(8)采用机械搅拌，外加碳源(10)为缺氧区(8)提供碳源使得碳氮比保持在2-3；缺氧区(8)投加聚丙烯填料(37)，填料填充比为10％-15％，水力停留时间为2-3h；混合液由缺氧区(8)进入好氧区Ⅲ(9)，水力停留时间为1-1.5h；混合液由好氧区Ⅲ(9)进入沉淀池(3)，沉淀池(3)的上部设有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从系统出水口(20)排出；沉淀池(3)底部设有第一污泥回流管(21)，浓缩污泥经第一污泥回流管(21)回流至好氧区Ⅱ(6)和缺氧区(8)。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：内置沉淀池(5)中的混合液泥水分离后，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区Ⅱ(6)，浓缩污泥通过污泥回流泵(12)经第二污泥回流管(27)回流至好氧区Ⅰ(4)；将剩余污泥经排泥管(28)排出系统外；选择性曝气池(7)的氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给PLC系统(22)，经PLC系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)开、关3号鼓风机(33)控制曝气；当[NH4 +-N]-[NO3 --N]大于5mg/L时，关闭3号鼓风机(33)；当[NH4 +-N]-[NO3 --N]小于-5mg/L时，开启3号鼓风机(33)。
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