CN112250179A - 通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化的装置与方法，属于污水处理领域。该装置主要由污水原水箱、污泥发酵物贮存箱、污水处理连续流反应器、沉淀池组成。所述方法中的污水处理连续流反应器包括污水处理中一切形式的连续流反应器，主要通过污泥发酵物抑制NOB活性，从而使得连续流中好氧段发生短程硝化反应。此方法简单可行，可解决连续流工艺短程硝化实现难的问题，而且可为反硝化、厌氧氨氧化提供亚硝态氮，同时达到节能降耗的目的。

Description

通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合 厌氧氨氧化反硝化的装置与方法
技术领域
本发明公开了一种通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化的装置与方法，在污泥减量的同时可以实现短程硝化效果，适用于我国城市污水C/N比较低的现状，节省能源，节能降耗。
背景技术
随着我国社会和经济的不断发展，人民的生活水平日益提高，伴随而来的城市化进程的不断加快导致生活污水的排放量也日益增加。生活污水中含有的有机物质及氮磷等污染物，排入水体后会造成河流、湖泊等水体富营养氧化，破坏原有的水环境平衡。
城市生活污水的C/N、C/P都较低，往往难以满足生物脱氮除磷的需要，现阶段污水处理厂为了出水的稳定达标往往会投加额外的碳源，如乙酸钠、乙醇、葡萄糖等。但外碳源的投加不仅直接增加了污水处理厂的运行成本，而且大量外碳源的增加会导致剩余污泥的产量增大，对污水处理厂的出水和出泥带来环境风险。剩余污泥是污水生物处理过程中产生的物质，许多污水中的有害物质会在处理过程总转嫁到污泥中，剩余污泥的含水率高达97％，且含有大量的有机物质、病原体和寄生虫卵。目前剩余污泥的产量随着污水处理厂建设规模的扩大和处理程度的不断提高而大大增加。虽然剩余污泥的产量只占水厂处理数量的很小一部分，但目前剩余污泥的处理费用占水厂总运行费用的50％-60％。
我国对于剩余污泥的处理处置多是以填埋为主，脱水、发酵、消化为辅。而我国近70％的污水处理厂对于产生的剩余污泥都没有妥善的处理方式，随意的填埋和堆放或选择不排泥，不仅对于自身的运营产生影响，也带来了环境二次污染的风险。因此对于剩余污泥及其处理产物的的处理处置是现阶段污水处理厂亟需解决的问题。
本发明基于低碳比城市生活污水碳源不足、剩余污泥产量大、污泥发酵产物处理成本高等问题，建立了低碳氮比生活污水联合污泥发酵产物短程硝化-反硝化耦合部分厌氧氨氧化深度脱氮的新工艺，通过利用剩余污泥碱性发酵产物联合部分厌氧氨氧化实现低碳氮比生活污水的深度脱氮及剩余污泥的减量化与资源化。
发明内容
所述方法中的污水处理连续流反应器包括污水处理中一切形式的连续流反应器，主要通过污泥发酵物抑制NOB活性，从而使得连续流中好氧段发生短程硝化反应。此方法简单可行，可解决连续流工艺短程硝化实现难的问题，而且可为反硝化、厌氧氨氧化提供亚硝态氮，同时达到节能降耗的目的。其中主要部分AAO反应器中，厌氧段微生物利用生活污水中的COD合成内碳源，同时释放磷；然后进入缺氧段，从好氧池回流回来的硝化液与进水中的NH4 +进行厌氧氨氧化反应同时去除NO2 -和NH4 +，同时在反硝化菌的作用下发生反硝化反应；最后污水进入好氧段进行短程硝化,将NH4 +转化为NO2 -。在污泥发酵罐中对部分回流污泥进行发酵后进入反应器，来实现亚硝酸盐的稳定积累；并且通过投加填料形成生物膜的方式来持留厌氧氨氧化菌。本发明具有节能降耗的特点，符合城市污水现状，可以实现低C/N污水深度处理。
为了实现上述目的，本发明提供了一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的装置，设有原水水箱(1)、连续流AAO反应器(2)、沉淀池(3)、污泥发酵罐(4)；原水水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2)和放空管(1.3)；出水管(1.2)通过蠕动泵(1.4)与连续流AOA反应器(2)相连；连续流AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为2格厌氧段(2.1)、4格缺氧段(2.2)、2格好氧段(2.3)，为防止短流现象的发生，每个格室用短管相连；好氧格(2.3)通过包括空压机(5)、气体流量计(5.1)、曝气头(5.2)组成的曝气系统持续曝气；厌氧格室(2.1)包括第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；缺氧格采用流化填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；连续流AAO反应器(2)出水由第二进水管(2.8)进入沉淀池(3)，沉淀池中污泥一部分通过第一污泥回流泵(3.2)回流至前端厌氧区(2.1)，另一部分通过第二污泥回流泵(3.3)进入污泥发酵罐(4)进行发酵，发酵后污泥通过第三污泥回流泵(4.3)进入前端厌氧区；发酵罐(4)包括第二搅拌电机与搅拌桨(4.2)、进泥管(3.6)、排泥管(4.4)、放空管(4.5)。
通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)各个单元的启动
1.1)AAO反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于AAO反应器中，保持厌氧段、好氧段的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用生活污水，COD:100-200mg/L，氨氮:50-60mg/L；水力停留时间为10-15h；控制好氧段DO在1.5-2.0mg/L，通过实时监测pH来控制后续曝气量，使pH保持到氨谷点前来实现短程硝化，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为30d；当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持20天以上时，即认为短程硝化得以实现；短程硝化稳定实现后，接种城市污水厌氧氨氧化生物膜反应器填料污泥到缺氧区，填充比为25％-30％，实际缺氧区污泥浓度为3000-4000mg/L，污泥回流比与进入发酵罐的回流比均为100％；硝化液回流比为200％；在此阶段，控制温度为20-24℃；当AAO反应器的COD、总氮去除率分别达到80％，90％以上并持续20天以上，则认定AAO反应器启动成功；
1.2)污泥发酵罐：污泥发酵罐启动时接种污水厂厌氧发酵污泥，污泥浓度10000mg/L，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌。
2)各个单元的运行：
2.1)AAO反应器：厌氧区的体积：缺氧区的体积：好氧区的体积为2：4：2；缺氧区厌氧氨氧化固定填料的填充比为25％，采用生物填料；AAO反应器总的系统水力停留时间为10-15h；好氧段溶解氧浓度控制在1.5-2.0mg/L；污泥浓度在3500-5000mg/L，；污泥龄为100-300d，污泥回流比为100％，硝化液回流比为200％，进入发酵罐的回流比控制在50％-100％；进水水质：pH为7.1-7.9，COD浓度为150-200mg/L，NH4 +-N浓度为60-80mg/L，C/N为2-3；
2.2)污泥发酵罐:每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动后系统内污泥浓度大于5000mg/L，则依靠系统自身剩余污泥进行发酵，回流比为50-100％，整个过程保持发酵罐污泥龄20d。
本发明技术原理如下：
本发明的原理是利用污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌的抑制远大于对氨氧化细菌的抑制，结合控制溶解氧的手段在连续流中稳定维持短程硝化，同时利用污泥发酵物中的高效碳源来完成内碳源的积累和后续反硝化。在AAO反应器中，厌氧段利用生活污水中的COD和污泥发酵产生的碳源合成内碳源，同时释放磷然后进入缺氧段，从好氧池回流回来的硝化液与进水中的NH4 +进行厌氧氨氧化反应同时去除NO2 -和NH4 +，同时在反硝化菌的作用下发生反硝化反应；最后污水进入好氧段进行短程硝化,将NH4 +转化为NO2 -。该工艺不仅具有节能高效的特点，而且可以同时实现污泥减量，对于城市污水与污泥处理提供一种新的思路。
与现有发明相比，本装置具有以下优点：
该发明通过自身污泥发酵物对氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性结合曝气量与曝气时间来实现稳定的短程硝化，对比现有的控制短程的方式，如FNA抑制，羟胺抑制等，本装置可以减少污泥旁侧处理系统费用和药耗，对于实际连续流污水处理工程来说具有很大的价值。
该发明通过利用自身或者系统外部的污泥进行发酵，实现了对污泥的减量，大大降低了污泥处理成本，同时起到了保护环境的作用。
我国城市污水现状为C/N低，水量大。低的C/N污水很难在不投加碳源情况下实现脱氮的达标。本发明基于以上特点，开发了依靠污泥发酵提供高效碳源的连续流污水处理装置。
附图说明
图1是本发明装置图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种利用污泥发酵强化连续流城市污水部分短程硝化厌氧氨氧化的技术，设有原水水箱(1)、连续流AAO反应器(2)、沉淀池(3)、污泥发酵罐(4)；原水水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2)和放空管(1.3)；出水管(1.2)通过蠕动泵(1.4)与连续流AOA反应器(2)相连；连续流AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为2格厌氧段(2.1)、4格缺氧段(2.2)、2格好氧段(2.3)，为防止短流现象的发生，每个格室用短管相连；好氧格(2.3)通过包括空压机(5)、气体流量计(5.1)、曝气头(5.2)组成的曝气系统持续曝气；厌氧格室(2.1)包括第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；缺氧格采用流化填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；连续流AAO反应器(2)出水由第二进水管(2.8)进入沉淀池(3)，沉淀池中污泥一部分通过第一污泥回流泵(3.2)回流至前端厌氧区(2.1)，另一部分通过第二污泥回流泵(3.3)进入污泥发酵罐(4)进行发酵，发酵后污泥通过第三污泥回流泵(4.3)进入前端厌氧区；发酵罐(4)包括第二搅拌电机与搅拌桨(4.2)、进泥管(3.6)、排泥管(4.4)、放空管(4.5)。
通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化，其特征在于，包括以下步骤：
1)各个单元的启动
1.1)AAO反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于AAO反应器中，保持厌氧段、好氧段的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用生活污水，COD:100-200mg/L，氨氮:50-60mg/L；水力停留时间为10-15h；控制好氧段DO在1.5-2.0mg/L，通过实时监测pH来控制后续曝气量，使pH保持到氨谷点前来实现短程硝化，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为30d；当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持20天以上时，即认为短程硝化得以实现；短程硝化稳定实现后，接种城市污水厌氧氨氧化生物膜反应器填料污泥到缺氧区，填充比为25％-30％，实际缺氧区污泥浓度为3000-4000mg/L，污泥回流比与进入发酵罐的回流比均为100％；硝化液回流比为200％；在此阶段，控制温度为20-24℃；当AAO反应器的COD、总氮去除率分别达到80％，90％以上并持续20天以上，则认定AAO反应器启动成功；
1.2)污泥发酵罐：污泥发酵罐启动时接种污水厂厌氧发酵污泥，污泥浓度10000mg/L，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌。
2)各个单元的运行：
2.1)AAO反应器：厌氧区的体积：缺氧区的体积：好氧区的体积为2：4：2；缺氧区厌氧氨氧化固定填料的填充比为25％，采用生物填料；AAO反应器总的系统水力停留时间为10-15h；好氧段溶解氧浓度控制在1.5-2.0mg/L；污泥浓度在3500-5000mg/L，；污泥龄为100-300d，污泥回流比为100％，硝化液回流比为200％，进入发酵罐的回流比控制在50％-100％；进水水质：pH为7.1-7.9，COD浓度为150-200mg/L，NH4 +-N浓度为60-80mg/L，C/N为2-3；
2.2)污泥发酵罐:每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动后系统内污泥浓度大于5000mg/L，则依靠系统自身剩余污泥进行发酵，回流比为50-100％，整个过程保持发酵罐污泥龄20d。

Claims (2)

1.一种通过污泥发酵物在污水处理连续流工艺中实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化的装置，其特征在于：设有原水水箱(1)、连续流AAO反应器(2)、沉淀池(3)、污泥发酵罐(4)；原水水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2)和放空管(1.3)；出水管(1.2)通过蠕动泵(1.4)与连续流AOA反应器(2)相连；连续流AOA反应器(2)包括8个格室，按水流方向，共分为2格厌氧段(2.1)、4格缺氧段(2.2)、2格好氧段(2.3)，每个格室用管道相连；好氧格(2.3)通过包括空压机(5)、气体流量计(5.1)、曝气头(5.2)组成的曝气系统持续曝气；厌氧格室(2.1)包括第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；缺氧格采用流化填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；连续流AAO反应器(2)出水由第二进水管(2.8)进入沉淀池(3)，沉淀池中污泥一部分通过第一污泥回流泵(3.2)回流至前端厌氧区(2.1)，另一部分通过第二污泥回流泵(3.3)进入污泥发酵罐(4)进行发酵，发酵后污泥通过第三污泥回流泵(4.3)进入前端厌氧区；发酵罐(4)包括第二搅拌电机与搅拌桨(4.2)、进泥管(3.6)、排泥管(4.4)、放空管(4.5)。
2.应用权利要求1所述装置实现短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)各个单元的启动
1.1)AAO反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥于AAO反应器中，保持厌氧段、好氧段的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用生活污水，COD:100-200mg/L，氨氮:50-60mg/L；水力停留时间为10-15h；控制好氧段DO在1.5-2.0mg/L，通过实时监测pH来控制后续曝气量，使pH保持到氨谷点前来实现短程硝化，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为30d；当出水亚硝酸盐累积率大于95％且持续维持20天以上时，即认为短程硝化得以实现；
短程硝化实现后，接种城市污水厌氧氨氧化生物膜反应器填料污泥到缺氧区，填充比为25％-30％，实际缺氧区污泥浓度为3000-4000mg/L，污泥回流比与进入发酵罐的回流比均为100％；硝化液回流比为200％；在此阶段，控制温度为20-24℃；当AAO反应器的COD、总氮去除率分别达到80％，90％以上并持续20天以上，则认定AAO反应器启动成功；
1.2)污泥发酵罐：污泥发酵罐启动时接种污水厂厌氧发酵污泥，污泥浓度8000-10000mg/L，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌；
2)各个单元的运行：
2.1)AAO反应器：厌氧区的体积：缺氧区的体积：好氧区的体积为2：4：2；缺氧区厌氧氨氧化固定填料的填充比为25％，采用生物填料；AAO反应器总的系统水力停留时间为10-15h；好氧段溶解氧浓度控制在1.5-2.0mg/L；污泥浓度在3500-5000mg/L，；污泥龄为100-300d，污泥回流比为100％，硝化液回流比为200％，进入发酵罐的回流比控制在50％-100％；进水水质：pH为7.1-7.9，COD浓度为150-200mg/L，NH4 +-N浓度为60-80mg/L，C/N为2-3；
2.2)污泥发酵罐:每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，启动后系统内污泥浓度大于5000mg/L，则依靠系统自身剩余污泥进行发酵，回流比为50-100％，整个过程保持发酵罐污泥龄20d。
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