CN111056707B - 一种城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种城市污水厌氧氨氧化自养脱氮的系统和方法，更具体为一种基于分子态亚硝酸盐旁侧抑制实现城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统和方法。该系统结构设计合理、操作使用方便、运行及维护成本低、且能耗相对较低，无需额外增加碳源，能够实现城市污水短程硝化更加稳定。
Description
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种城市污水厌氧氨氧化自养脱氮的系统和方法，更具体为一种基于分子态亚硝酸盐旁侧抑制实现城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统和方法。
背景技术
目前我国多数内陆河流与湖泊均受到不同程度的氮、磷污染物污染，水体富营养化现象频繁。传统污水脱氮技术存在能耗高、效率低的不足，拯待开发经济高效的污水脱氮新技术。
厌氧氨氧化脱氮途径于上世纪八十年代被荷兰科学家发现，该生化反应以红色的厌氧氨氧化菌(红菌)为基础，利用亚硝酸盐电子受体直接将氨氮氧化成氮气进行脱氮，不需要有机碳源。与传统生物脱氮技术相比可节省脱氮系统运行能耗50％以上，同时降低污泥产量90％左右，降低温室气体排放80％以上。通过厌氧氨氧化实现总氮(TN)去除，需短程硝化过程提供亚硝酸盐作为电子受体，因此短程硝化-厌氧氨氧化工艺中短程硝化的稳定运行是该工艺的关键。
基于此，本发明提供了一种基于分子态亚硝酸盐旁侧抑制实现厌氧氨氧化自养脱氮系统和方法，利用节能高效的方法处理城市污水，
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中城市污水短程硝化-厌氧氨氧化应用中存在的不足，提供一种基于分子态亚硝酸盐旁侧抑制实现城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统和方法，该系统结构设计合理、操作使用方便、运行及维护成本低、且能耗相对较低，无需额外增加碳源，能够实现城市污水短程硝化更加稳定。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统，该系统包括：
初沉系统，包括初沉池和排泥泵，所述初沉池与污水进水管线连接，上部设置有出水堰，下部设置有与所述排泥泵连接的排泥口；
A/O反应池，包括顺次连接的A区和O区；所述出水堰与A区连接；所述O区底部设置有曝气盘；
鼓风机，与所述曝气盘连接；
斜板沉淀系统，包括排污管、污泥回流泵以及斜板沉淀池，所述斜板沉淀池内由上至下依次设置的斜板、穿孔布水管以及污泥斗；所述O区通过所述穿孔布水管与斜板沉淀池连接；所述污泥斗依次与所述排污管、污泥回流泵连接；所述污泥回流泵分别与A区和抑制池连接；
抑制系统，包括抑制池、药剂桶、抑制回流泵以及加药泵，所述药剂桶通过所述加药泵与抑制池连接，所述抑制池通过所述抑制回流泵与A区连接；
厌氧氨氧化池，与所述斜板沉淀池连接，内部设置有若干厌氧氨氧化填料；
二沉系统，包括二沉池、污泥排出泵和二沉池回流泵，所述二沉池与厌氧氨氧化池出口连接，所述二沉池底部通过所述二沉池回流泵与厌氧氨氧化池进口连接，下部设置有污泥排出管线，所述污泥排出管线与所述污泥排出泵连接；
搅拌装置，设置于所述A区、抑制池以及加药桶底部；
在线pH检测系统，用于实时检测所述抑制池内的pH值。
本发明中，为了更好地控制斜板沉淀池内返回A区和进入抑制池的污泥量，优选地，所述污泥回流泵分别与A区和抑制池连接的管线上设置有调节阀。为了控制抑制池中污泥龄，优选地，所述抑制池与A区连接的管线上设置有调节阀。为了调整厌氧氨氧化池内的过水速度，同时控制排出二沉池中的老化生物膜和悬浮泥排出，优选地，所述二沉池底部与二沉池回流泵连接的管线上以及所述污泥排出管线上均设置有调节阀。
为了更好的控制污水进水，优选地，污水进水管线上设置有进水阀门。
根据本发明，优选地，所述A/O池内交错设置有若干折流挡板，所述折流挡板分别将A区和O区分隔成若干A池和若干O池，每个A池底部均设置有搅拌装置，每个O池底部均设置有曝气盘。
根据本发明，优选地，所述厌氧氨氧化池交错设置有若干折流挡板，所述折流挡板将厌氧氨氧化池分隔成若干红菌池，所述红菌池内设有若干厌氧氨氧化填料。
本发明中，折流板优选一端垂直固定于水池的顶部或底部，另一端与水池的底部或顶部形成流体通道。
本发明另一方面提供一种城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，所述方法在上述系统中进行，包括：
1)启动短程硝化：将具有硝化作用的活性污泥投加到A/O反应池、斜板沉淀池以及抑制池内，同时引入城市污水，启动搅拌装置和鼓风机，污水在初沉池进过初步沉淀后送至A/O反应池，并经穿孔布水管流至斜板沉淀池，斜板沉淀池底部污泥部分送回至A/O反应池，其余部分送至抑制池；在抑制池内，将污泥与亚硝酸盐溶液混合，待抑制池中pH值为5.5～6.5，亚硝酸盐溶液的浓度为400～500mg/L，分子态亚硝酸盐FNA的浓度为 0.9～1.3mg/L时，开启抑制回流泵，向A/O反应池内注入抑制污泥；
2)启动厌氧氨氧化：当A/O反应池内的亚硝酸盐累计率达到60％以上时，将斜板沉淀池内的污水送至厌氧氨氧化池，在厌氧氨氧化池内污水经厌氧氨氧化填料完成生物脱氮后送至二沉池，二沉池底部液相物料送回厌氧氨氧化池，污泥排出系统；待A/O反应池内污水的NAR达到目标值后，二沉池底部液相物料部分送回厌氧氨氧化池，其余部分采出；
其中，所述亚硝酸盐累计率为A/O反应池出水亚硝酸盐浓度/(进水中亚硝酸盐浓度+硝酸盐浓度)。
本发明中，在A/O反应池，城市污水中的氨氮被氧化为亚硝态氮，优选地，步骤(1)中，所述具有硝化作用的活性污泥来自城市污水厂曝气池；所述A/O反应池、斜板沉淀池以及抑制池内的活性污泥浓度MLSS为 3000～4000mg/L。
为了控制短程硝化反应过程，优选地，步骤(1)中，A/O反应池内水力停留时间HRT为6～8h，O区内溶解氧DO为1.5～2.5mg/L；所述抑制池中，污泥龄SRT为大于等于3d。
根据本发明中，优选地，步骤(1)中，所述目标值为3000～4000mg/L；
在厌氧氨氧化池内，亚硝态氮与城市污水中的氨氮反应生成氮气和少量硝态氮。待污水在厌氧氨氧化池内经生物厌氧氨氧化填料完成脱氮后送至二沉池，二沉池底部液相物料送回厌氧氨氧化池内，增大厌氧氨氧化池内过水流速，增大对厌氧氨氧化填料的水力剪切力，利于生物膜的生长。同时，来自厌氧氨氧化池内的老化生物膜及悬浮泥通过污泥排出泵及时的抽出了系统，避免二沉池底部污泥的积聚。待达到排放标准后，二沉池底部液相物料部分送回厌氧氨氧化池内，其余部分采出。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明采用连续流运行工艺，便于控制；与间歇流工艺相比，连续流运行工艺运行操作更简单，易于控制，利于工艺推广应用。
2)本发明提供的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统与传统硝化反应相比，更加节省曝气能耗；且与全程硝化过程相比，短程硝化需氧量降低 62.5％。
3)本发明采用的厌氧氨氧化菌为自养型微生物，无需外加碳源即可进行脱氮反应，相比传统硝化-反硝化处理工艺而言，大大节省了药耗。
4)本发明通过设置斜板沉淀池，将短程硝化污泥提前分离，有效避免了短程硝化污泥与厌氧氨氧化生物膜的直接接触，满足了不同脱氮微生物对溶解氧的需求。
5)本发明通过旁侧分子态亚硝酸盐抑制实现短程硝化，可维持系统短程硝化长期稳定运行。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明一个具体实施例中城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统的示意图。
图2示出了本发明一个具体实施例中启动短程硝化后A/O反应池中 NAR变化情况。
图3示出了本发明一个具体实施例中稳定运行后A/O反应池及厌氧氨氧化池出水水质变化情况。
附图标记说明：
1、进水阀门；2、进水泵；3、初沉池；4、搅拌器-1；5、A/O反应池； 6、鼓风机；7、曝气盘；8、污泥回流泵；9、斜板沉淀池；10、穿孔布水管；11、厌氧氨氧化池；12、厌氧氨氧化填料；13、二沉池回流泵；14、二沉池；15、污泥排出泵；16、抑制池；17、抑制污泥调节阀；18、回流污泥调节阀；19、排泥泵；20、在线pH检测系统；21、抑制回流泵；22、搅拌器-2；23、搅拌器-3；24、药剂桶；25、加药泵。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例
一种如图1所示的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统，包括：
初沉系统，包括初沉池3和排泥泵19，初沉池3与污水进水管线连接，上部设置有出水堰，下部设置有与排泥泵19连接的排泥口；污水进水管线上设置有进水阀门1和进水泵2；
A/O反应池5，包括顺次连接的A区、O区以及若干交错设置的折流挡板，该折流挡板一端垂直固定于水池的顶部或底部，另一端与水池的底部或顶部形成流体通道，折流挡板将A区和O区分隔成若干A池和若干O 池，每个A池内均设置有搅拌器-1 4，每个O池内均设置有曝气盘7，曝气盘7与连接鼓风机6；出水堰与第一个A池连接；
斜板沉淀系统，包括排污管、污泥回流泵8以及斜板沉淀池9，斜板沉淀池9内由上至下依次设置的斜板、穿孔布水管10以及污泥斗；
最后一个O池通过穿孔布水管10与斜板沉淀池9连接；
污泥斗依次与排污管、污泥回流泵8连接；污泥回流泵8分别与第一个A池和抑制池16连接，污泥回流泵8分别与第一个A池和抑制池16连接的管线上设置有回流污泥调节阀18和抑制污泥调节阀17；
抑制系统，包括抑制池16、药剂桶24、搅拌器-2 22、搅拌器-3 23、抑制回流泵21以及加药泵25，药剂桶24通过加药泵25与抑制池16连接，抑制池16通过抑制回流泵21与第一个A池连接；抑制池16与第一个A 池连接的管线上设置有调节阀，搅拌器-2 22设置于抑制池16底部，搅拌器 -3 23设置于药剂桶24底部；
厌氧氨氧化池11，内部交错设置有若干折流挡板，折流挡板一端垂直固定于水池的顶部或底部，另一端与水池的底部或顶部形成流体通道，折流挡板将厌氧氨氧化池11分隔成若干红菌池，红菌池内设有若干生物厌氧氨氧化填料；第一红菌池与斜板沉淀池9连接，
二沉系统，包括二沉池14和二沉池回流泵13，二沉池14与厌氧氨氧化池11出口连接，底部通过二沉池回流泵13与厌氧氨氧化池11进口连接，下部设置有污泥排出管线，污泥排出管线上设置有污泥排出泵15；二沉池 14底部与二沉池回流泵13连接的管线上污泥排出管线上均设置有调节阀。
在线pH检测系统20，用于实时检测抑制池16内的pH值。
在上述城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统内进行城市污水处理，包括：
1)启动短程硝化：将来自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到A/O反应池5、斜板沉淀池9以及抑制池16内，接种活性污泥后使活性污泥浓度MLSS保持在3000～4000mg/L；同时引入城市污水，启动搅拌装置和鼓风机6，污水在初沉池3进过初步沉淀后送至A/O反应池5， A/O反应池5内水力停留时间HRT为6～8h，O区内溶解氧DO为 1.5～2.5mg/L。污水经穿孔布水管10流至斜板沉淀池9，斜板沉淀池9底部污泥部分送回至A/O反应池5，其余部分送至抑制池16；向抑制池内持续投加亚硝酸盐溶液，待抑制池中pH值为5.5～6.5，亚硝酸盐溶液的浓度为 400～500mg/L，分子态亚硝酸盐FNA的浓度为0.9～1.3mg/L时，开启抑制回流泵21，向第一A池内泵入污泥与亚硝酸盐溶液混合物料，并通过抑制回流泵21和调节阀控制抑制池16中污泥龄SRT为3d；
2)启动厌氧氨氧化：当A/O反应池5内的亚硝酸盐累计率达到60％以上时，将斜板沉淀池9内的污水送至厌氧氨氧化池11，在厌氧氨氧化池11 内污水经厌氧氨氧化填料12完成生物脱氮后送至二沉池14，二沉池14底部液相物料部分送回厌氧氨氧化池11，污泥排出系统；待A/O反应池5内 NAR达到60％以上时，二沉池底部液相物料部分送回厌氧氨氧化池，其余部分采出；
其中，所述亚硝酸盐累计率为A/O反应池出水亚硝酸盐浓度/(进水中亚硝酸盐浓度+硝酸盐浓度)。
上述实施例中，城市污水水质为：COD为106.1-182.4mg/L，NH 4 +-N 为40.24～64.97mg/L，NO2 --N为0.00～1.12mg/L，NO3 --N为0.11～1.19mg/L； TP为3.13～8.31mg/L；pH为7.02～7.58。
利用图1所示的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统进行污水处理过程时，短程硝化启动过程中，AO池NAR变化如图2所示，58天后，污水中 NAR达到60％以上，短程硝化启动成功。此时，将二沉池内污水部分送回厌氧氨氧化池，其余部分排出，排出过程中检测A/O反应池及厌氧氨氧化池出水水质，检测结构如图3所示，其中，出水中氨氮为5mg/L左右，出水TN为12mg/L左右，完全符合污水处理标准。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (9)
1.一种城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其特征在于，所述城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法在城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统中进行，该城市污水厌氧氨氧化自养脱氮系统包括：
初沉系统，包括初沉池和排泥泵，所述初沉池与污水进水管线连接，上部设置有出水堰，下部设置有与所述排泥泵连接的排泥口；
A/O反应池，包括顺次连接的A区和O区；所述出水堰与A区连接；所述O区底部设置有曝气盘；
鼓风机，与所述曝气盘连接；
斜板沉淀系统，包括排污管、污泥回流泵以及斜板沉淀池，所述斜板沉淀池内由上至下依次设置的斜板、穿孔布水管以及污泥斗；
所述O区通过所述穿孔布水管与斜板沉淀池连接；
所述污泥斗依次与所述排污管、污泥回流泵连接；所述污泥回流泵分别与A区和抑制池连接；
抑制系统，包括抑制池、药剂桶、抑制回流泵以及加药泵，所述药剂桶通过所述加药泵与抑制池连接，所述抑制池通过所述抑制回流泵与A区连接；
厌氧氨氧化池，与所述斜板沉淀池连接，内部设置有若干生物厌氧氨氧化填料；
二沉系统，包括二沉池、污泥排出泵和二沉池回流泵，所述二沉池与厌氧氨氧化池出口连接，所述二沉池底部通过所述二沉池回流泵与厌氧氨氧化池进口连接，下部设置有污泥排出管线，所述污泥排出管线与所述污泥排出泵连接；
搅拌装置，设置于所述A区、抑制池以及加药桶底部；
在线pH检测系统，用于实时检测所述抑制池内的pH值；
所述方法包括：
1)启动短程硝化：将具有硝化作用的活性污泥投加到A/O反应池、斜板沉淀池以及抑制池内，同时引入城市污水，启动搅拌装置和鼓风机，污水在初沉池进过初步沉淀后送至A/O反应池，并经穿孔布水管流至斜板沉淀池，斜板沉淀池底部污泥部分送回至A/O反应池，其余部分送至抑制池；在抑制池内，将污泥与亚硝酸盐溶液混合，待抑制池中pH值为5.5～6.5，亚硝酸盐溶液的浓度为400～500mg/L，分子态亚硝酸盐FNA的浓度为0.9～1.3mg/L时，开启抑制回流泵，向A/O反应池内注入抑制污泥；
2)启动厌氧氨氧化：当A/O反应池内的亚硝酸盐累计率达到60％以上时，将斜板沉淀池内的污水送至厌氧氨氧化池，在厌氧氨氧化池内污水经厌氧氨氧化填料完成生物脱氮后送至二沉池，二沉池底部液相物料送回厌氧氨氧化池，污泥排出系统；待A/O反应池内污水的NAR达到目标值后，二沉池底部液相物料部分送回厌氧氨氧化池，其余部分采出；
其中，所述亚硝酸盐累计率为A/O反应池出水亚硝酸盐浓度/(进水中亚硝酸盐浓度+硝酸盐浓度)。
2.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，所述污泥回流泵分别与A区和抑制池连接的管线上，所述抑制池与A区连接的管线上、所述二沉池底部与二沉池回流泵连接的管线上以及所述污泥排出管线上均设置有调节阀；所述污水进水管线上设置有进水阀门。
3.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，
所述A/O反应池内内交错设置有若干折流挡板，所述折流挡板分别将A区和O区分隔成若干A池和若干O池，每个A池底部均设置有搅拌装置，每个O池底部均设置有曝气盘。
4.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，
所述厌氧氨氧化池内交错设置有若干折流挡板，所述折流挡板将厌氧氨氧化池分隔成若干红菌池，所述红菌池内设有若干生物厌氧氨氧化填料。
5.根据权利要求3或4所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，所述折流挡板一端垂直固定于水池的顶部或底部，另一端与水池的底部或顶部形成流体通道。
6.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，步骤(1)中，所述具有硝化作用的活性污泥来自城市污水厂曝气池。
7.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，步骤(1)中，所述A/O反应池、斜板沉淀池以及抑制池内的活性污泥浓度MLSS为3000～4000mg/L。
8.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，步骤(1)中，A/O反应池内水力停留时间HRT为6～8h，O区内溶解氧DO为1.5～2.5mg/L；所述抑制池中，污泥龄SRT为大于等于3d。
9.根据权利要求1所述的城市污水厌氧氨氧化自养脱氮方法，其中，步骤(1)中，所述目标值为3000～4000mg/L。
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