CN112250183B - 全程硝化联合污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
全程硝化联合污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法属于污水生物处理领域。生活污水进入SBR反应器，首先进行缺氧搅拌反硝化上一周期剩余硝态氮，1/8排水进入第一中间水箱为厌氧氨氧化提供氨氮；曝气进行硝化反应，二次排水3/8进入第二中间水箱为短程反硝化提供硝态氮。UASB反应器自下而上分为厌氧氨氧化反应区、中间混合区、短程反硝化厌氧氨氧化反应区，内置有填料。第二中间水箱出水混合储泥罐中污泥从中部进入UASB反应器，同步进行短程反硝化、污泥发酵反应；第一中间水箱出水从底部进入UASB反应器，氨氮与回流的亚硝态氮通过厌氧氨氧化去除，实现污泥内碳源开发、短程反硝化和厌氧氨氧化耦合的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种全程硝化分段出水联合多段进水反硝化氨氧化深度处理城市污水的装置和方法，属于污水生物脱氮技术领域。
背景技术
随着社会的快速发展，生活污水中氮磷含量不断增高，由其引起的水体富营养化问题日益严重，导致城市河湖即水库水体环境日益恶化，城市生活污水深度脱氮除磷问题逐渐受到重视。我国生活污水中碳源含量普遍不足，直接影响到总氮去除率并且增加剩余污泥产量，采用外加碳源的方式进行污水的深度脱氮则会进一步加重污水处理厂的运行成本，因此如何充分利用原水中的碳源，提高传统硝化反硝化工艺的脱氮效果，是现如今污水处理领域中的重要问题。
厌氧氨氧化技术作为一种新型自养脱氮工艺，是目前国内外普遍认可的高效、低能耗的生物处理技术。该反应是在缺氧的条件下，厌氧氨氧化菌利用氨氮作为电子供体直接将亚硝态氮还原为氮气，并产生11％氮素为硝态氮。与传统硝化反硝化工艺相比，该工艺无需曝气，无需添加碳源，同时减少污泥产量的优点，是目前最节能经济的生物脱氮途径。目前厌氧氨氧化技术多用于处理高氨氮废水中，应用于城市生活污水有以下难点：1.厌氧氨氧化菌生长缓慢时代周期长，工艺的启动时间长；2.低氨氮废水难以实现稳定的短程硝化，难以为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝态氮来源；3.厌氧氨氧化对环境较为敏感，包括溶解氧、pH值、底物浓度等；4.厌氧氨氧化反应会产生少量硝态氮，难以实现污水深度脱氮。
短程反硝化耦合厌氧氨氧化是污水高效脱氮的新技术。该工艺能将硝态氮还原为亚硝态氮，为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝底物，无需曝气，有机碳源需求量大大降低，且能去除厌氧氨氧化反应产生的硝态氮，在城市生活污水领域具有重要的应用潜力。但该工艺存在异养的反硝化菌与自养的厌氧氨氧化菌对环境竞争的问题。由于厌氧氨氧化菌时代周期长，生长缓慢，当底物供给不充足不稳定或碳氮比过高时，厌氧氨氧化菌生长受到抑制导致丰度减少，脱氮效率减低，出水不达标。
污泥发酵技术是指剩余污泥的碱性发酵通过控制过程维持在水解酸化的阶段，产生大量利于微生物利用的短链脂肪酸，同时能使剩余污泥减量，实现污泥的减量化和资源化的利用。
发明内容
为解决上述问题本工艺针对异养反硝化菌与自养厌氧氨氧化菌生存竞争问题，将污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器系统进行分区，采用全程硝化反应器分段排水UASB反应器多段进水的方式，提供厌氧氨氧化菌更具竞争的环境，提高工艺的脱氮效率，同时短程反硝化也能将厌氧氨氧化反应产生的硝态氮进一步还原，简化运行操作，提高脱氮的稳定性，实现城市生活污水的深度脱氮。
为实现上述目的，本发明提供了一种全程硝化联合污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于：包括进水箱(1)、全程硝化SBR反应器(2)、第一中间水箱(3)、第二中间水箱(4)、污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)、储泥箱(6)；进水箱(1)设置有蠕动泵Ⅰ(1.1)，全程硝化SBR反应器(2)设置有空气压缩机(2.1)、空气阀(2.2)、转子流量计(2.3)、pH测定仪(2.4)、曝气盘(2.5)、排水阀Ⅰ(2.6)、DO测定仪(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)、温控装置(2.9)、搅拌装置(2.10)、排泥阀(2.11)，第一中间水箱(3)设置有蠕动泵Ⅱ(3.1)，第二中间水箱(4)设置有蠕动泵Ⅲ(4.1),污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器自下而上设置有排水阀Ⅲ(5.1)、布水器(5.2)、蠕动泵Ⅴ(5.3)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化区(5.4)、承托板(5.5)、中间区(5.6)、挡板(5.7)、厌氧氨氧化区(5.8)、三相分离器(5.9)、循环阀(5.10)、出水口(5.11)、排气口(5.12)、填料(5.13)，储泥罐设有蠕动泵Ⅳ(6.1)；
所述进水箱(1)通过蠕动泵Ⅰ(1.1)与全程硝化SBR反应器相；全程硝化SBR反应器通过排水阀Ⅱ(2.8)与第一中间水箱相连(3)，通过排水阀Ⅰ(2.6)与第二中间水箱(4)相连；第一中间水箱(3)通过蠕动泵Ⅱ(3.1)与污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)底部进水口相连；第二中间水箱(4)通过蠕动泵Ⅲ与污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)中部进水口相连；
应用上述装置进行全程硝化联合污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化处理城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)全程硝化SBR反应器启动：接种实际污水处理厂硝化污泥于全程硝化SBR反应器中，控制污泥浓度为2500-5000mg/L，控制污泥龄为15-20天，实际生活污水通过蠕动泵Ⅰ进入全程硝化SBR反应器中，启动空气压缩机对污水进行充氧，DO保持在2-5mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运用搅拌装置实现泥液充分混合，每日运行2-4周期，每周期包括进水、搅拌、沉淀、排水、曝气、沉淀、排水和闲置，第一次排水的排水比为1/8，第二次排水的排水比为3/8，在上述条件下运行全程硝化SBR反应器，当氨氧化率大于90％且稳定维持15日以上时，全程硝化SBR反应器完成启动；
(2)污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器启动：以城市污水厌氧氨氧化反应器的污泥为接种污泥，污泥浓度为2000-8000mg/l，投加到放置了填料的污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器中，充填比为30％-50％，填料采用聚氨酯海绵填料，孔径20-25ppi；第二中间水箱混合液通过蠕动泵Ⅲ从UASB反应器中部进水口进入中间区，第一中间水箱水通过蠕动泵Ⅱ从UASB反应器底部进水口进入厌氧氨氧化反应区，控制中间混合区的氨氮质量浓度：亚硝酸盐质量浓度为1：1.32；污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器水力停留时间为3.0-5.0h；回流比为1.0-3.0；当短程反硝化厌氧氨氧化反应区中亚硝态氮积累率达90％以上时，短程反硝化启动成功；厌氧氨氧化反应区每天的进泥量由污泥龄和该区内污泥浓度确定，当出水氨氮小于1mg/l且总氮去除率达90％以上时，污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器启动成功。
(3)全程硝化SBR反应器和污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器分别启动完成后将两者联合运行：全程硝化SBR水力停留时间为10-16h，污泥龄为15-20天，DO维持在2-5mg/l，pH维持在6.5-8.5，缺氧搅拌后第一次排1/8水进入第一中间水箱；之后曝气，当pH曲线出现“氨谷点”，全程硝化达到终点，之后二次排水3/8进入第二中间水箱。第一中间水箱从UASB底部进水口进入厌氧氨氧化反应区，第二中间水箱混合储泥箱污泥从UASB反应器中部进水口进入中间区；UASB反应器水力停留时间为3.0-5.0h；回流比为1-3，控制中间区氨氮质量浓度：亚硝态氮质量浓度为1：1.32。处理后的出水通过出水管排出。
所述步骤(2)中短程反硝化厌氧氨氧化反应区与厌氧氨氧化反应区体积比为1：1-1:3，中间过渡区与厌氧氨氧化区的体积比为1：4-1：8；
本发明提供的一种全程硝化分段出水联合多段进水污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化深度处理城市污水的装置和方法，具有以下优势：
1、将污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器系统进行分区，采用全程硝化反应器分段排水UASB反应器多段进水的方式，提供厌氧氨氧化菌更具竞争的环境。
2、短程反硝化菌能将厌氧氨氧化反应产生的硝态氮还原，实现生活污水的深度脱氮处理。
3、污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化实现污泥的减量化和资源化的利用。
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-全程硝化SBR反应器3-第一中间水箱
4-第二中间水箱5-污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器
6-储泥罐1.1-蠕动泵Ⅰ2.1-空气压缩机
2.2-空气阀2.3-转子流量计2.4-pH测定仪
2.5-曝气盘2.6-排水阀Ⅰ2.7-DO测定仪
2.8-排水阀Ⅱ2.9-温控装置2.10-搅拌装置
2.11-排泥阀3.1-蠕动泵Ⅲ4.1-蠕动泵Ⅲ
5.1-排空阀5.2-布水装置5.3-蠕动泵Ⅴ
5.4-短程反硝化耦合厌氧氨氧化区5.5-承托板
5.6-中间混合区5.7-挡板5.8-厌氧氨氧化区
5.9-三相分离器5.10-循环阀5.11-出水口
5.12-排气口6.1-蠕动泵Ⅳ
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明做进一步说明，如图1所示一种全程硝化分段出水联合多段进水反硝化氨氧化深度处理城市污水的装置，其特征在于：包括进水箱(1)、全程硝化SBR反应器(2)、第一中间水箱(3)、第二中间水箱(4)、污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)、储泥箱(6)；进水箱(1)设置有蠕动泵Ⅰ(1.1)，全程硝化SBR反应器(2)设置有空气压缩机(2.1)、空气阀(2.2)、转子流量计(2.3)、pH测定仪(2.4)、曝气盘(2.5)、排水阀Ⅰ(2.6)、DO测定仪(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)、温控装置(2.9)、搅拌装置(2.10)、排泥阀(2.11)，第一中间水箱(3)设置有蠕动泵Ⅱ(3.1)，第二中间水箱(4)设置有蠕动泵Ⅲ(4.1),污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器自下而上设置有排水阀Ⅲ(5.1)、布水器(5.2)、蠕动泵Ⅴ(5.3)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化区(5.4)、承托板(5.5)、中间区(5.6)、挡板(5.7)、厌氧氨氧化区(5.8)、三相分离器(5.9)、循环阀(5.10)、出水口(5.11)、排气口(5.12)、填料(5.13)，储泥罐设有蠕动泵Ⅳ(6.1)；
所述进水箱(1)通过蠕动泵Ⅰ(1.1)与全程硝化SBR反应器相；全程硝化SBR反应器通过排水阀Ⅱ(2.8)与第一中间水箱相连(3)，通过排水阀Ⅰ(2.6)与第二中间水箱(4)相连；第一中间水箱(3)通过蠕动泵Ⅱ(3.1)与污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)底部进水口相连；第二中间水箱(4)通过蠕动泵Ⅲ与污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)中部进水口相连；
应用上述装置进行全程硝化联合污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化处理城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)全程硝化SBR反应器启动：接种实际污水处理厂硝化污泥于全程硝化SBR反应器中，控制污泥浓度为4000-5000mg/L，控制污泥龄为15-20天，实际生活污水通过蠕动泵Ⅰ进入全程硝化SBR反应器中，启动空气压缩机对污水进行充氧，DO保持在3-4mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运用搅拌装置实现泥液充分混合，每日运行2-4周期，每周期包括进水、搅拌、沉淀、排水、曝气、沉淀、排水和闲置，第一次排水的排水比为1/8，第二次排水的排水比为3/8，在上述条件下运行全程硝化SBR反应器，当氨氧化率大于90％且稳定维持15日以上时，全程硝化SBR反应器完成启动；
(2)污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器启动：以城市污水厌氧氨氧化反应器的污泥为接种污泥，污泥浓度为5000-8000mg/l，投加到放置了填料的污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器中，充填比为30％，填料采用聚氨酯海绵填料，孔径20-25ppi；第二中间水箱混合液通过蠕动泵Ⅲ从UASB反应器中部进水口进入中间区，第一中间水箱水通过蠕动泵Ⅱ从UASB反应器底部进水口进入厌氧氨氧化反应区，控制中间混合区的氨氮质量浓度：亚硝酸盐质量浓度为1：1.32；污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器水力停留时间为3.0-5.0h；回流比为100％；当短程反硝化厌氧氨氧化反应区中亚硝态氮积累率达90％以上时，短程反硝化启动成功；厌氧氨氧化反应区每天的进泥量由污泥龄和该区内污泥浓度确定，当出水氨氮小于1mg/l且总氮去除率达90％以上时，污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器启动成功。
(3)全程硝化SBR反应器和污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB生物膜反应器分别启动完成后将两者联合运行：全程硝化SBR水力停留时间为10-16h，污泥龄为15-20天，DO维持在2-5mg/l，pH维持在6.5-8.5，缺氧搅拌后第一次排1/8水进入第一中间水箱；之后曝气，当pH曲线出现“氨谷点”，全程硝化达到终点，之后二次排水3/8进入第二中间水箱。第一中间水箱从UASB底部进水口进入厌氧氨氧化反应区，第二中间水箱混合储泥箱污泥从UASB反应器中部进水口进入中间区；UASB反应器水力停留时间为3.0-5.0h；回流比为100％，控制中间区氨氮质量浓度：亚硝态氮质量浓度为1-1.32。处理后的出水通过出水管排出。
所述步骤(2)中短程反硝化厌氧氨氧化反应区与厌氧氨氧化反应区体积比为1：1，中间过渡区与厌氧氨氧化区的体积比为1：4；
全程硝化联合污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化装置处理氨氮浓度为50-60mg/l，COD浓度为150-200mg/l的生活污水，最终出水氨氮浓度为5-10mg/l，COD浓度为35-55mg/l，出水pH为7.0-7.5，污泥减量25％，同时实现污泥减量及生活污水深度脱氮处理。
Claims (1)
1.一种全程硝化分段出水联合多段进水污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化深度处理城市污水的方法，该方法所用装置包括进水箱(1)、全程硝化SBR反应器(2)、第一中间水箱(3)、第二中间水箱(4)、污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)、储泥箱(6)；进水箱(1)设置有蠕动泵Ⅰ(1.1)，全程硝化SBR反应器(2)设置有空气压缩机(2.1)、空气阀(2.2)、转子流量计(2.3)、pH测定仪(2.4)、曝气盘(2.5)、排水阀Ⅰ(2.6)、DO测定仪(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)、温控装置(2.9)、搅拌装置(2.10)、排泥阀(2.11)，第一中间水箱(3)设置有蠕动泵Ⅱ(3.1)，第二中间水箱(4)设置有蠕动泵Ⅲ(4.1)，污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器自下而上设置有排水阀Ⅲ(5.1)、布水器(5.2)、蠕动泵Ⅴ(5.3)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化区(5.4)、承托板(5.5)、中间区(5.6)、挡板(5.7)、厌氧氨氧化区(5.8)、三相分离器(5.9)、循环阀(5.10)、出水口(5.11)、排气口(5.12)、填料(5.13)，储泥箱设有蠕动泵Ⅳ(6.1)；
所述进水箱(1)通过蠕动泵Ⅰ(1.1)与全程硝化SBR反应器相连；全程硝化SBR反应器通过排水阀Ⅱ(2.8)与第一中间水箱(3)相连，通过排水阀Ⅰ(2.6)与第二中间水箱(4)相连；第一中间水箱(3)通过蠕动泵Ⅱ(3.1)与污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)底部进水口相连；第二中间水箱(4)的出水经过蠕动泵Ⅲ后与储泥箱(6)中经过蠕动泵Ⅳ(6.1)的污泥混合后进入污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器(5)的中部进水口；
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)全程硝化SBR反应器启动：接种实际污水处理厂硝化污泥于全程硝化SBR反应器中，控制污泥浓度为2500-5000mg/L，控制污泥龄为15-20天，实际城市污水通过蠕动泵Ⅰ进入全程硝化SBR反应器中，启动空气压缩机对污水进行充氧，DO保持在2-5mg/L，pH值维持在6.5-8.5，期间运用搅拌装置实现泥液充分混合，每日运行2-4周期，每周期包括进水、搅拌、沉淀、排水、曝气、沉淀、排水和闲置，第一次排水的排水比为1/8，第二次排水的排水比为3/8，在上述条件下运行全程硝化SBR反应器，当氨氧化率大于90％且稳定维持15日以上时，全程硝化SBR反应器完成启动；
(2)污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器启动：以城市污水厌氧氨氧化反应器的污泥为接种污泥，污泥浓度为2000-8000mg/L，投加到放置了填料的污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器中，充填比为30％-50％，填料采用聚氨酯海绵填料，孔径20-25ppi；第二中间水箱出水通过蠕动泵Ⅲ从UASB反应器中部进水口进入中间区，第一中间水箱出水通过蠕动泵Ⅱ从UASB反应器底部进水口进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化区，控制中间区的氨氮质量浓度：亚硝酸盐质量浓度为1：1.32；污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器水力停留时间为3.0-5.0h；回流比为1.0-3.0；当短程反硝化耦合厌氧氨氧化区中亚硝态氮积累率达90％以上时，短程反硝化启动成功；厌氧氨氧化区每天的进泥量由污泥龄和该区内污泥浓度确定，当出水氨氮小于1mg/L且总氮去除率达90％以上时，污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器启动成功；
(3)全程硝化SBR反应器和污泥发酵耦合短程反硝化厌氧氨氧化UASB反应器分别启动完成后将两者联合运行：全程硝化SBR反应器水力停留时间为10-16h，污泥龄为15-20天，DO维持在2-5mg/L，pH维持在6.5-8.5，缺氧搅拌后第一次排1/8水进入第一中间水箱；之后曝气，当pH曲线出现“氨谷点”，全程硝化达到终点，之后二次排水3/8进入第二中间水箱；第一中间水箱出水从UASB反应器底部进水口进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化区，第二中间水箱的出水混合储泥箱排出的污泥从UASB反应器中部进水口进入中间区；UASB反应器水力停留时间为3.0-5.0h；回流比为1-3，控制中间区氨氮质量浓度：亚硝态氮质量浓度为1：1.32；处理后的出水通过出水口排出；
所述步骤(2)中短程反硝化耦合厌氧氨氧化区与厌氧氨氧化区体积比为1：1-1:3，中间区与厌氧氨氧化区的体积比为1:4-1:8。
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