CN112250175A - 一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种一体化短程硝化‑厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置和方法。所述装置包括：城市污水原水箱、短程硝化‑厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器、出水水箱。所述方法是城市污水首先进入短程硝化‑厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器，聚磷菌和反硝化聚糖菌储存内碳源的同时聚磷菌进行磷的释放，反硝化聚糖菌摄取有机物并转化为PHAs储存在体内。然后进行低氧曝气，部分氨氮转化为亚硝态氮。后续进行缺氧搅拌，剩余氨氮与生成的亚硝态氮进行厌氧氨氧化实现脱氮。产生的硝态氮作为反硝化聚糖菌的电子受体，进行内源短程反硝化，产生的亚硝态氮可为厌氧氨氧化继续利用。此方法可稳定实现低C/N的城市污水深度脱氮。

Description

一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市 污水深度脱氮的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的工艺，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
目前我国面临着严重的水资源危机，淡水资源总量占全球水资源的6％，但人均水资源量仅有2300平方米，是全球人均水资源最为贫乏的国家之一，自然水循环的不断恶化和社会用水需求的不断提升以及工业废水的不断排放等问题使我国的水污染形式十分严峻。此外，我国已成为世界上湖泊富营养化严重的国家之一。水体富营养化是N、P等元素过量排入水体中导致的，水中的溶解氧被大量消耗，生态平衡被打破，造成供水水质下降且处理成本升高。因此，对污水进行脱氮除磷就成为水污染治理领域迫在眉睫的问题。目前城市污水大部分采用传统的硝化-反硝化进行脱氮处理，但随着城市污水处理效果要求的日益严格，传统脱氮工艺的不足也日益明显。其碳源不足，曝气过程的运行能耗高且出水水质难以达标。因此，新型脱氮工艺的开发和应用，就具有尤为重要的意义。
短程硝化将硝化过程控制在亚硝酸盐积累阶段，能够节省曝气量，减少能耗。厌氧氨氧化可以在自养条件下将氨氮和亚硝态氮直接转化为氮气，能够节省100％的碳源，节能降耗，对于工程的实际应用具有重要作用。然而，厌氧氨氧化在脱氮过程中会产生硝酸盐，增加出水总氮的含量。而反硝化聚糖菌可以以硝态氮为电子受体进行内源短程反硝化。因此，对于碳氮比较低的生活污水，短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化可以实现城市污水的深度脱氮。首先在厌氧段聚磷菌和反硝化聚糖菌储存内碳源，聚磷菌进行磷的释放。好氧段短程硝化所需的溶解氧很低，部分氨氮转化为亚硝态氮，在缺氧区厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气和硝态氮，反硝化聚糖菌利用硝态氮为电子受体进行内源短程反硝化，实现深度脱氮。脱氮主要由短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化过程完成。原水中的碳源主要用于反硝化聚糖菌进行内源短程反硝化使用，因此有效解决了城市污水碳源不足的问题，可以使城市污水达到良好的深度脱氮除磷效果。
发明内容
本发明提出了一种一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置和方法，将短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化联合应用于C/N比较低的城市污水的脱氮过程中，解决了传统工艺能耗较大，碳源不足，污泥产量大等棘手问题。该发明创造性的提出了厌氧氨氧化与内源短程反硝化一体化的联合，使得厌氧氨氧化可直接利用短程硝化产生的亚硝态氮为基质，并且充分发挥反硝化聚糖菌的优势，利用厌氧氨氧化产生的硝态氮为电子受体进行内源短程反硝化，实现生活污水深度脱氮的目的，处理负荷较高且效果良好。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置，其特征在于，所用装置包括城市污水原水水箱(1)、一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)、出水水箱(3)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空阀Ⅰ(1.2)；所述一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.2)、空气压缩机Ⅰ(2.3)、转子流量计Ⅰ(2.4)、曝气盘Ⅰ(2.5)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.6)、取样口/排泥口Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅰ(2.8)、继电器Ⅰ(2.9)；所述出水水箱(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(3.1)、放空阀Ⅲ(3.2)以及排水口(3.3)；
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)相连接，通过排水阀Ⅰ(2.8)及继电器Ⅰ(2.9)连接出水水箱(3)。
应用所述装置实现生活污水深度脱氮的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：
1)系统启动阶段：
一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)接种短程硝化污泥和内源短程反硝化污泥为种泥，使反应器内絮体污泥污泥浓度MLSS＝3000±200mg/L。
2)运行阶段：
城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)中，进水后先进行厌氧搅拌，一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)厌氧搅拌100～120min；接着，好氧曝气60～80min，通过气体转子流量计Ⅰ(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在0.2～0.4mg/L，曝气搅拌结束后，开始进行缺氧搅拌，搅拌时间为120～150min，反应完成后，沉淀排水共30min，排水比为50～60％，排水进入出水水箱(3)中，排水后闲置30min，随后开始进行下一周期。
本发明专利具有以下优势：
1)将短程硝化与厌氧氨氧化进行一体化联合，工艺流程简单，且厌氧氨氧化可实现自养脱氮，在城市污水C/N比较低的情况下实现脱氮处理。
2)厌氧氨氧化产生的硝态氮可为反硝化聚糖菌提供电子受体进行内源短程反硝化，生成的亚硝态氮继续为厌氧氨氧化利用，可实现城市污水的深度脱氮。
3)反硝化聚糖菌在厌氧段储存内碳源，在缺氧段进行内源短程反硝化，可在无外加碳源的条件下，实现低C/N比城市污水的深度脱氮，提高了生活污水中碳源的利用率，节省能耗，降低运行和维护费用。
4)短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化提高了系统的鲁棒性，与传统工艺相比，抗冲击能力增强。
5)温室气体排放量少，不易造成二次污染问题。
综上所述，利用本发明处理C/N比较低的城市污水，具有高效的脱氮效果，节能降耗，运行和维护费用低，工艺流程简单，处理效果稳定。
附图说明
图1是一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置示意图。
图1中：1——城市污水原水水箱、2——一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器、3——出水水箱；1.1——原水水箱溢流管Ⅰ、1.2——原水水箱放空阀Ⅰ；2.1——进水泵Ⅰ、2.2——搅拌装置Ⅰ、2.3——空气压缩机Ⅰ、2.4——转子流量计Ⅰ、2.5——曝气盘Ⅰ、2.6——pH和DO在线测定仪Ⅰ、2.7——取样口/排泥口Ⅰ、2.8——排水阀Ⅰ、2.9——继电器Ⅰ、3.1——出水水箱溢流管Ⅲ、3.2——出水水箱放空阀Ⅲ、3.3——排水口。
图2一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化脱氮机理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案：
如图1所示，一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的工艺，所用装置包括城市污水原水水箱(1)、一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)、出水水箱(3)；其特征在于城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)相连接，通过排水阀Ⅰ(2.8)及继电器Ⅰ(2.9)连接出水水箱(3)。
实验采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为165-275mg/L，NH4 +-N浓度58-80mg/L，NO2 --N≤2.1mg/L，NO3 --N≤1.7mg/L。实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器总体积11L，其中有效体积为10L。
具体运行操作如下：
1)系统启动阶段：
一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)接种短程硝化污泥和内源短程反硝化污泥为种泥，使反应器内絮体污泥污泥浓度MLSS＝3000±200mg/L。
2)运行阶段：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)中，进水后先进行厌氧搅拌，一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)厌氧搅拌100～120min；接着，好氧曝气60～80min，通过气体转子流量计Ⅰ(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在0.2～0.4mg/L，曝气搅拌结束后，开始进行缺氧搅拌，搅拌时间为120～150min，反应完成后，沉淀排水共30min，排水比为50～60％，排水进入出水水箱(3)中，排水后闲置30min，随后开始进行下一周期。
试验结果表明：运行稳定后，一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)出水COD浓度为34～51mg/L，NH4 +-N浓度＜2.9mg/L，NO2 --N为＜1.9mg/L，NO3 --N＜1.9mg/L，TN浓度＜9.8mg/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，但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 (2)

1.一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化实现城市污水深度脱氮的装置，其特征在于：
所用装置包括城市污水原水水箱(1)、一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)、出水水箱(3)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空阀Ⅰ(1.2)；所述短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.2)、空气压缩机Ⅰ(2.3)、转子流量计Ⅰ(2.4)、曝气盘Ⅰ(2.5)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.6)、取样口/排泥口Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅰ(2.8)、继电器Ⅰ(2.9)；所述出水水箱(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(3.1)、放空阀Ⅲ(3.2)以及排水口(3.3)；
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)相连接，通过排水阀Ⅰ(2.8)及继电器Ⅰ(2.9)连接出水水箱(3)。
2.应用如权利要求1所述装置实现生活污水深度脱氮的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：
1)系统启动阶段：
一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)接种短程硝化污泥和内源短程反硝化污泥为种泥，使反应器内絮体污泥污泥浓度MLSS＝3000±200mg/L；
2)运行阶段：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)中，进水后先进行厌氧搅拌，一体化短程硝化-厌氧氨氧化耦合内源短程反硝化反应器(2)厌氧搅拌100～120min；接着，好氧曝气60～80min，通过气体转子流量计Ⅰ(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在0.2～0.4mg/L，曝气搅拌结束后，开始进行缺氧搅拌，搅拌时间为120～150min，反应完成后，沉淀排水共30min，排水比为50～60％，排水进入出水水箱(3)中，排水后闲置30min，随后开始进行下一周期。
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