CN112250180B - 半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现生活污水深度脱氮的装置与方法 - Google Patents

半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现生活污水深度脱氮的装置与方法 Download PDF

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Abstract

半短程硝化‑厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现生活污水深度脱氮的装置与方法，属污水生物处理领域。装置包括原水水箱，短程硝化反应器，调节水箱，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器。生活污水进入半短程硝化反应器中，通过实时控制达到出水NO2 ‑‑N和NH4 +‑N质量浓度比为1～1.32，出水进入中间水箱，后进入厌氧氨氧化耦合自养反硝化反应器，反应器内同时实现厌氧氨氧化和硫的自养反硝化的协同反应，达到脱氮的效果。本发明通过充分利用微生物间的协同作用，提高了脱氮效率，实现了高效节能的城市污水深度脱氮。

Description

半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化实现生活污水深 度脱氮的装置与方法
技术领域
本发明所涉及的半短程硝化-厌氧氨氧化耦合自养反硝化实现城市生活污水深度脱氮的装置与方法，属污水生物处理领域，适用于低C/N比城市生活污水深度脱氮。
背景技术
人类活动会产生大量废水，其中包含C、N、P等多种元素副产物，导致了水体的氮、磷污染。其中城市污水中的氮素主要以有机氮和氨氮形式存在，不但对人体健康有极大的威胁；同时也会引起水体富营养化，破坏生态环境，造成水资源短缺。传统的硝化反硝化污水生物处理技术存在能耗较高，脱氮效率低的问题，为实现废水处理的可持续发展，可利用低耗高效的厌氧氨氧化工艺加以解决，而厌氧氨氧化反应会生成NO3 --N，将其与反硝化相耦合是普遍选择。硫自养反硝化是利用脱氮硫杆菌等反硝化脱硫细菌独特的代谢特性，以还原性硫化合物作为电子供体和能源，以NO3 --N或NO2 --N作为电子受体。本实验前端以半短程硝化出水为厌氧氨氧化提供NH4 +-N和NO2 --N，后端基于硫自养反硝化菌的化能自养特性，将其与厌氧氨氧化耦合，具有节省曝气量，污泥产量低的优点。
短程硝化是指将传统的硝化过程控制在氨氧化阶段，可通过实时控制的方式实现，即在硝化过程中，当氨氧化反应结束时，系统内不再产生H+，pH值变化曲线会出现由下降转为上升的拐点，即“氨氮谷点”，因此可实时监测系统内pH变化，在pH曲线达到“氨氮谷点”时停止曝气将硝化反应控制在氨氧化阶段，为厌氧氨氧化反应提供底物NO2 --N，而半短程硝化需要在氨谷点之前停止曝气，达到出水NH4 +-N与NO2 --N的质量浓度比为1～1.32。
硫的自养反硝化可以采用多种电子供体，其中FeS作为电子供体在自养反硝化过程中对厌氧氨氧化菌无毒害作用，且两类菌均是以CO2为碳源的化能自养微生物，因此两类菌代谢途径的互补性和增殖速率的一致性，可以实现稳定的共存关系，两类菌可协同去除系统中的总氮，提高系统总氮的去除率，从而改善出水水质。
发明内容
本发明提供的是一种半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫反硝化实现城市生活污水深度脱氮的装置与方法，目的是解决传统污水处理工艺中碳源不足的问题，同时提高出水水质。
1.半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫反硝化处理城市生活污水的装置其特征在于：设有原水箱(1)、半短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)和上流式厌氧氨氧化合反硝化颗粒污泥反应器(4)：原水箱(1)设有进水泵Ⅰ；半短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)设有温控装置(4.1)、pH/DO测定仪(4.4)、出水管(4.6)和集气口(4.7)。
实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与短程硝化反应器(2)进水口相连；半短 程硝化反应器(2)出水口通过排水阀(2.4)与与中间水箱(3)相连；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与中间水箱(3)相连，上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)出水口通过出水管(4.6)进行排水。
半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫反硝化处理城市生活污水的装置其特征在于：设有原水箱(1)、半短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)和厌氧氨氧化耦合自养反硝化反应器(4)：原水箱(1)设有进水泵Ⅰ；短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)设有温控装置(4.1)、pH/DO测定仪(4.4)、出水管(4.6)和集气口(4.7)。
实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与半短程硝化反应器(2)进水口相连；半短 程硝化反应器(2)出水口通过排水阀(2.4)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与中间水箱(3)相连，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4) 出水口通过出水管(4.6)进行排水。
2.实验步骤：
(1)系统的启动：
(1.1)半短程硝化反应器的启动：接种短程硝化絮体污泥，控制污泥浓度为2500～3000mg/L，水力停留时间4～5h，污泥龄10～15d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽入反应器中，低氧曝气搅拌，控制反应器内溶解氧为0.5～2.0mg/L，沉淀排水，排水比为 50％，当半短程硝化SBR反应器出水中的NH4 +-N与NO2 --N的质量浓度比为1～1.3时，完成半短程硝化SBR反应器的启动过程，其出水排入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化耦合反硝化反应器的启动：①接种厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥平均粒径为0.3～0.5mm；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度为30± 1℃；②在缺氧UASB反应器中以浓度为30～50mg/LNa2S2O3和20～40mg/LNaNO3配的模拟废水为进水富集培养自养反硝化菌，通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃，调节pH为 7～8；培养3个月以上使功能微生物充分富集，收集污泥样品进行微生物群落结构的辨识，进行污泥内微生物丰度分析，当菌群丰度＞10％即可；③依照污泥浓度将厌氧氨氧化污泥与反硝化污泥混合，厌氧氨氧化污泥浓度大于等于反硝化污泥浓度的5倍，在混合污泥内加入FeS，每1L反应器内FeS所加质量浓度是反应器内进水氨氮质量浓度的10％～20％；控制混合后反应器内污泥浓度为4000～5000mg/L，上升流速为0.5m/h，水力停留时间为150～160min；当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓度均小于5mg/L时，即认为该反应器启动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入半短程硝化反应器中，开启AO运行，SBR反应器经历进水、反应、静置、沉淀、出水五个过程，进水后厌氧搅拌，反应时间为30～60min，可去除水中有机物；随后开启空气泵，进行好氧搅拌，通过调节气体流量计控制溶解氧为 0.3～2mg/L，进行半短程硝化反应，反应时间为3～4h；搅拌结束后，静置沉淀30～60min 后开启排水阀，排水比为50％，通过定期排泥控制污泥龄为10～15d；反应出水中NH4 +-N 与NO2 - - N的质量浓度比为1～1.32；
(2.2)含有NH4 +-N与NO2 --N的SBR出水进入中间水箱，通过进水泵Ⅱ将中间水箱的污水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内；控制UASB水力停留时间为3～6h，即流速为 1L/h～3L/h；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃；反应器内通过厌氧氨氧化菌作用将进水的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2；而自养反硝化菌则通过FeS作为电子供体与NO3 - - N反应产生NO2 --N，进一步供厌氧氨氧化反应，从而达到深度脱氮的作用；出水通过U型出水管溢流排出。
(3)实验装置的优点：
1.通过低氧曝气联合实时控制不仅有利于半短程硝化的实现，为厌氧氨氧化提供底物，还能够节约曝气能耗，降低处理成本；
2.通过自养反硝化作用去除厌氧氨氧化反应的副产物，提高了系统的脱氮效率，改善了出水水质；
3.FeS作为自养反硝化菌的电子供体，对厌氧氨氧化菌无毒害作用,且过量的FeS加入对厌氧氨氧化菌没有抑制作用；
4.厌氧氨氧化菌和自养反硝化菌均是以CO2为碳源的化能自养微生物，因此两类菌代谢途径的互补性和增殖速率的一致性，可以实现稳定的共存关系。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
主要符号说明如下：
1-进水箱2-半短程硝化SBR反应器3-中间水箱
4-厌氧氨氧化耦合自养反硝化反应器
1.1-蠕动泵Ⅰ 2.1-pH测定仪
2.2-曝气盘 2.3-排泥阀 2.4-排水阀
2.5-DO测定仪 2.6-气泵 2.7-转子流量计
2.8-搅拌装置
3.1-蠕动泵
4.1-温控 4.2-进水阀 4.3-蠕动泵
4.4-pH/DO测定仪 4.5-回流口
4.6-出水口区 4.7-集气口
具体实施方式
原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与半短程硝化反应器(2)进水口相连；半短 程硝化反应器(2) 出水口通过排水阀(2.4)与与中间水箱(3)相连；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与中间水箱(3)相连，上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)出水口通过出水管(4.6)进行排水。
1.半短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化处理城市生活污水的装置其特征在于：设有原水箱(1)、半短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)和厌氧氨氧化耦合自养反硝化反应器(4)：原水箱(1)设有进水泵Ⅰ；短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化颗粒污泥反应器(4)设有温控装置(4.1)、pH/DO测定仪(4.4)、出水管(4.6)和集气口(4.7)。
实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与半短程硝化反应器(2)进水口相连；半短 程硝化反应器(2)出水口通过排水阀(2.4)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与中间水箱(3)相连，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4) 出水口通过出水管(4.6)进行排水。
2.实验步骤：
(1)系统的启动：
(1.1)半短程硝化反应器的启动：接种短程硝化絮体污泥，控制污泥浓度为2500～3000mg/L，水力停留时间4～5h，污泥龄10～15d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽入反应器中，低氧曝气搅拌，控制反应器内溶解氧为0.5～2.0mg/L，沉淀排水，排水比为 50％，当半短程硝化SBR反应器出水中的NH4 +-N与NO2 --N的质量浓度比为1～1.3时，完成半短程硝化SBR反应器的启动过程，其出水排入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化耦合反硝化反应器的启动：①接种厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥平均粒径为0.3～0.5mm；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度为30± 1℃；②在缺氧UASB中以浓度为30～50mg/LNa2S2O3和20～40mg/LNaNO3配的模拟废水为进水富集培养自养反硝化菌，通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃，调节pH为7～8；培养3个月以上使功能微生物充分富集，收集污泥样品进行微生物群落结构的辨识，进行污泥内微生物丰度分析，当菌群丰度＞10％即可；③依照污泥浓度将厌氧氨氧化污泥与反硝化污泥混合，厌氧氨氧化污泥浓度大于等于反硝化污泥浓度的5倍，在混合污泥内加入FeS，每1L反应器内FeS所加质量浓度是反应器内进水氨氮质量浓度的10％～20％；控制混合后反应器内污泥浓度为4000～5000mg/L，上升流速为0.5m/h，水力停留时间为150～160min；当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓度均小于5mg/L时，即认为该反应器启动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入半短程硝化反应器中，开启AO运行，SBR反应器经历进水、反应、静置、沉淀、出水五个过程，进水后厌氧搅拌，反应时间为30～60min，可去除水中有机物；随后开启空气泵，进行好氧搅拌，通过调节气体流量计控制溶解氧为 0.3～2mg/L，进行半短程硝化反应，反应时间为3～4h；搅拌结束后，静置沉淀30～60min 后开启排水阀，排水比为50％，通过定期排泥控制污泥龄为10～15d；反应出水中NH4 +-N 与NO2 - - N的质量浓度比为1～1.32；
(2.2)含有NH4 +-N与NO2 --N的SBR出水进入中间水箱，通过进水泵Ⅱ将中间水箱的污水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内；控制UASB水力停留时间为3～6h，即流速为 1L/h～3L/h；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃；反应器内通过厌氧氨氧化菌作用将进水的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2；而自养反硝化菌则通过FeS作为电子供体与NO3 - - N反应产生NO2 --N，进一步供厌氧氨氧化反应，从而达到深度脱氮的作用；出水通过U型出水管溢流排出。

Claims (1)

1.半短程硝化-厌氧氨氧化耦合硫自养反硝化处理城市生活污水的方法，该方法所用装置设有原水箱(1)、半短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)和上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器(4)：原水箱(1)设有进水泵Ⅰ；半短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ；上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器(4)设有温控装置(4.1)、pH/DO测定仪(4.4)、U型出水管(4.6)和集气口(4.7)；
实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与半短程硝化反应器(2)进水口相连；半短程硝化反应器(2)出水口通过排水阀(2.4)与中间水箱(3)相连；上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与中间水箱(3)相连，上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器(4)出水口通过U型出水管(4.6)进行排水；
其特征在于：
(1)系统的启动：
(1.1)半短程硝化反应器的启动：接种短程硝化絮体污泥，控制污泥浓度为2500～3000mg/L，水力停留时间4～5h，污泥龄10～15d；每周期通过进水泵Ⅰ将污水从原水箱抽入半短程硝化反应器中，低氧曝气搅拌3～5h，控制溶解氧为0.5～2.0mg/L，沉淀排水，排水比为50％，当半短程硝化反应器出水中的NH4 +-N与NO2 --N的质量浓度比为1～1.3时，完成半短程硝化反应器的启动过程，其出水排入中间水箱；
(1.2)上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器的启动：①接种厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥平均粒径为0.3～0.5mm；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃；
②在上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器中以浓度为30～50mg/LNa2S2O3和20～40mg/L NaNO3配的模拟废水为进水富集培养自养反硝化菌，通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃，调节pH为7～8；培养3个月以上进行污泥内微生物丰度分析，当菌群丰度＞10％即可；
③依照污泥浓度将厌氧氨氧化颗粒污泥与反硝化污泥混合，厌氧氨氧化颗粒污泥浓度大于等于反硝化污泥浓度的5倍，在混合污泥内加入FeS，每1L反应器内FeS所加质量浓度是反应器内进水氨氮质量浓度的10％～20％；控制混合后反应器内污泥浓度为4000～5000mg/L，上升流速为0.5m/h，水力停留时间为150～160min；当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓度均小于5mg/L时，即认为该反应器启动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)城市生活污水通过进水泵Ⅰ进入半短程硝化反应器中，开启AO运行，半短程硝化反应器经历进水、反应、静置沉淀、出水、闲置五个过程，进水后厌氧搅拌，反应时间为30～60min，去除水中有机物；随后开启空气泵，进行好氧搅拌，通过调节气体流量计控制溶解氧为0.3～2mg/L，进行半短程硝化反应，反应时间为3～4h；搅拌结束后，静置沉淀30～60min后开启排水阀，排水比为50％，通过定期排泥控制污泥龄为10～15d；反应出水中NH4 +-N 与NO2 - - N的质量浓度比为1～1.32；
(2.2)含有NH4 +-N与NO2 --N的半短程硝化反应器出水进入中间水箱，通过进水泵Ⅱ将中间水箱的污水泵入上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器内；控制上流式厌氧氨氧化耦合自养反硝化颗粒污泥反应器水力停留时间为3～6h，即流速为1L/h～3L/h；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃；反应器内通过厌氧氨氧化菌作用将进水的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2；而自养反硝化菌则通过FeS作为电子供体与NO3 - -N反应产生NO2 --N，出水通过U型出水管溢流排出。
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