CN112250185A - 一种连续流城市污水aoao自富集厌氧氨氧化实现自养与异养耦合脱氮的装置与方法 - Google Patents

一种连续流城市污水aoao自富集厌氧氨氧化实现自养与异养耦合脱氮的装置与方法 Download PDF

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Abstract

一种连续流城市污水AOAO自富集厌氧氨氧化实现自养与异养耦合脱氮的装置与方法，属于污水生物处理领域。该装置包括原水水箱、AOAO反应器、二沉池；生活污水和二沉池的部分回流污泥首先进入AOAO反应器的厌氧区，聚磷菌、反硝化聚磷菌厌氧释磷并贮存内碳源；随后部分厌氧末混合液进入AOAO反应器的好氧区，进行吸磷和短程硝化反应，部分厌氧末混合液、全部好氧区混合液与二沉池的部分回流污泥进入缺氧区，通过在缺氧区投加填料利用厌氧末混合液中含有的氨氮和好氧区混合液中含有的亚硝为基质富集厌氧氨氧化菌，在缺氧区发生自养与异养耦合脱氮，随后混合液进入后置好氧区发生短程硝化反应，然后混合液进入二沉池进行泥水分离。本发明实现深度脱氮。

Description

一种连续流城市污水AOAO自富集厌氧氨氧化实现自养与异养 耦合脱氮的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种连续流城市污水AOAO自富集厌氧氨氧化实现自养与异养耦合脱氮的装置与方法，属于污水处理技术领域，适用于新建城市污水处理厂或旧水厂提标改造、市政生活污水和工业废水的处理等污水处理领域。
背景技术
在污水治理中，对氮素的去除是污水解决最棘手的问题，也是实现污水深度处置达标排放的关键。按照污水脱氮原理分类，可分为物化法脱氮和生物法脱氮。与物理化学法相比较，生物法在含氮废水处理中呈现出经济高效、应用范围广的特点，同时生物脱氮技术发展潜力巨大，因而只有利用生物法脱氮才是去除污水中氮素最合理可行的措施。
厌氧氨氧化反应是在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以氨氮作为电子供体将亚硝酸盐氮还原为氮气的反应。城市污水中含有大量氨氮，可作为厌氧氨氧化反应的基质之一，短程硝化是将氨氮(NH4 +-N)的氧化过程控制产物为亚硝态氮(NO2 --N)，从而为厌氧氨氧化反应提供底物。
厌氧氨氧化作为一种高效的生物脱氮工艺，因其高容积去除效率具有很好的开发和应用前景。人们对厌氧氨氧化工艺的研究始于20世纪末，在21世纪初开发成功，目前在垃圾渗滤液、污泥消化液等高浓度氨氮废水的脱氮处理中已有很多成功的案例。但是目前厌氧氨氧化反应应用于城市污水主流处理的案例并不多，主要受到短程不易维持、有机负荷冲击而影响厌氧氨氧化菌生长；另外，厌氧氨氧化菌种泥购买价格昂贵，增加污水处理厂运行费用，而且通过购买厌氧氨氧化种泥启动主流厌氧氨氧化反应存在厌氧氨氧化不易维持生存、污泥流失等问题。
发明内容
本发明提供的是一种连续流城市污水AOAO自富集厌氧氨氧化实现自养与异养耦合脱氮的装置与方法。通过“厌氧/好氧/缺氧/好氧”的AOAO运行模式，以及设置二沉池污泥双回流模式维持中间好氧区稳定的短程硝化以为缺氧区提供亚硝态氮基质，超越污泥的存在为缺氧区厌氧氨氧化反应提供氨氮基质；缺氧环境中，通过长期运行在缺氧区投加的填料上利用厌氧氨氧化菌生长所需的氨氮基质与亚硝态氮基质自富集厌氧氨氧化菌，同时AOAO特有的运行模式可以减轻有机物对厌氧氨氧化菌的影响，实现无种泥投加下厌氧氨氧化菌的富集；从而在缺氧区形成自养厌氧氨氧化脱氮与异养反硝化脱氮耦合，节省了碳源实现深度脱氮；连续流的运行模式提高了处理负荷。
其特征在于包括原水水箱(1)、AOAO生物反应器(2)、二沉池(3)顺序连接组成；AOAO生物反应器(2)顺次包括厌氧区(2.1.1)、好氧一区(2.2.1)、好氧二区(2.2.2)、缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)、好氧三区(2.4.1)；原水水箱(1)通过进水泵(1.1)与厌氧区(2.1.1)连接，厌氧区(2.1.1)与好氧一区(2.2.1)连接，厌氧区(2.1.1)末端经超越污泥泵(2.5)与缺氧一区(2.3.1)连接，好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)连接，好氧二区(2.2.2)与缺氧一区(2.3.1)连接，缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)顺次连接，缺氧四区(2.3.4)与好氧三区(2.4.1)连接，好氧三区(2.4.1)经溢流管(2.10)与二沉池(3)连接；二沉池(3)底部通过第一污泥回流泵(3.1)与厌氧区(2.1.1)连接，二沉池(3)底部通过第二污泥回流泵(3.2)与缺氧一区(2.3.1)前端连接，二沉池(3)出水经排水管(3.3)排放，定期从排泥管(3.4)排泥；AOAO生物反应器(2)中厌氧区(2.1.1)装有第一搅拌器(2.7.1)，缺氧一区(2.3.1)装有第二搅拌器(2.7.2)，缺氧二区(2.3.2)装有第三搅拌器(2.7.3)，缺氧三区(2.3.3)装有第四搅拌器(2.7.4)，缺氧四区(2.3.4)装有第五搅拌器(2.7.5)，曝气泵(2.8)通过第一转子流量计(2.9.1)与好氧一区(2.2.1)中第一曝气砂块(2.6.1)连接，曝气泵(2.8)通过第二转子流量计(2.9.2)与好氧二区(2.2.2)中第二曝气砂块(2.6.2)连接，曝气泵(2.8)通过第三转子流量计(2.9.3)与好氧四区(2.4.1)中第三曝气砂块(2.6.3)连接；缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)均放置有聚乙烯塑料环填料(2.11)，该填料比表面积为300-500m2/m3，反应器填料填充比为20-40％；
应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种污泥为短程硝化污泥，通过AOAO反应器所具有的交替缺好氧运行模式以及长缺氧时间抑制NOB维持稳定的短程硝化。生活污水由原水水箱(1)经进水泵(1.1)进入AOAO生物反应器(2)的厌氧区(2.1.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第一污泥回流泵(3.1)抽回的部分回流污泥，控制厌氧区(2.1.1)的水力停留时间为2-4h，聚磷菌、反硝化聚磷菌进行内碳源储存并发生厌氧释磷反应；
2)部分混合液从厌氧区(2.1.1)顺次流经好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)，通过第一转子流量计(2.9.1)与第二转子流量计(2.9.2)控制好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)溶解氧浓度均为0.5-1.5mg/L，控制好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)总水力停留时间为3-4h，聚磷菌进行好氧吸磷，硝化菌群进行短程硝化；
3)部分混合液从厌氧区(2.1.1)末端经超越污泥泵(2.5)进入缺氧一区(2.3.1)，厌氧混合液超越比为20％-40％，全部的好氧混合液从好氧二区(2.2.2)末端进入缺氧一区(2.3.1)，同时进入缺氧一区(2.3.1)的还有来自二沉池(3)底部经第二污泥回流泵(3.2)抽回的部分回流污泥，缺氧一区(2.3.1)的混合液顺次流经缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)与缺氧四区(2.3.4)。控制缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)的总水力停留时间在6-8h，在缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)中利用厌氧区(2.1.1)混合液中含有的氨氮基质和好氧二区(2.2.2)混合液中含有的亚硝基质，以投加聚乙烯塑料环填料(2.11)为厌氧氨氧化菌群的富集提供附着生长载体，运行后，若在缺氧区检测到有氨氮损失大于2mg/L且在填料上能观察到红褐色生物群落，辅助微生物检测手段能够检测到浮霉菌门厌氧氨氧化菌属丰度能达到0.1％以上，则认为在聚乙烯塑料环填料(2.11)上实现无种泥添加情况下自富集厌氧氨氧化菌；
4)混合液从缺氧四区(2.3.4)进入好氧三区(2.4.1)，发生短程硝化反应并吹脱缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)产生的氮气，与此同时好氧吸磷，若好氧三区(2.4.1)的混合液中的磷浓度低于0.3mg/L，则认为完成磷的吸收；
5)混合液从好氧三区(2.4.1)通过溢流管(2.10)进入二沉池(3)，实现泥水分离的目的，二沉池(3)中的上清液经排水管(3.3)排放，二沉池(3)底部的污泥经第一污泥回流泵(3.1)回流到厌氧区(2.1.1)前端，污泥回流比为70％-150％，二沉池(3)底部的污泥经第二污泥回流泵(3.2)回流到缺氧一区(2.3.1)前端，污泥回流比为70％-150％；
6)通过排泥管(3.4)排泥，保持AOAO生物反应器内活性污泥浓度为4000-6000mg/L，污泥龄控制在20-30d。
本发明的目的是提供一种自富集厌氧氨氧化菌的装置和方法，具有以下优点：
1)连续流“厌氧/好氧/缺氧/好氧状态以及特有的污泥双回流、超越污泥的存在的运行模式，可以维持好氧区稳定的短程硝化；
2)厌氧末超越污泥的存在为厌氧氨氧化菌增殖提供氨氮基质，稳定的短程硝化为厌氧氨氧化菌增资提供亚硝基质，缺氧区投加填料为厌氧氨氧化菌增殖提供附着条件；实现无种泥投加下自富集厌氧氨氧化菌，达到高效深度脱氮的目的；
3)连续流的运行方式，提高了处理负荷，操作方便；
附图说明
图1为一种连续流城市污水污泥双回流AOAO自富集厌氧氨氧化深度脱氮的装置。
图1中：1-原水水箱；1.1-进水泵；2-AOAO生物反应器；2.1.1-厌氧区；2.2.1-好氧一区；2.2.2-好氧二区；2.3.1-缺氧一区；2.3.2-缺氧二区；2.3.3-缺氧三区；2.3.4-缺氧四区；2.4.1-好氧三区；2.5-超越污泥泵；2.6.1-第一曝气砂块；2.6.2-第二曝气砂块；2.6.3-第三曝气砂块；2.7.1-第一搅拌器；2.7.2-第二搅拌器；2.7.3-第三搅拌器；2.7.4-第四搅拌器；2.7.5-第五搅拌器；2.8-曝气泵；2.9.1-第一转子流量计；2.9.2-第二转子流量计；2.9.3-第三转子流量计；2.10-溢流管；2.11-聚乙烯塑料环填料；3-二沉池；3.1-第一污泥回流泵；3.2-第二污泥回流泵；3.3-排水管；3.4-排泥管
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的实施方案：
1)接种污泥为短程硝化污泥，通过AOAO反应器所具有的交替缺好氧运行模式以及长缺氧时间抑制NOB维持稳定的短程硝化。生活污水由原水水箱(1)经进水泵(1.1)进入AOAO生物反应器(2)的厌氧区(2.1.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第一污泥回流泵(3.1)抽回的部分回流污泥，控制厌氧区(2.1.1)的水力停留时间为2-4h，聚磷菌、反硝化聚磷菌进行内碳源储存并发生厌氧释磷反应；
2)部分混合液从厌氧区(2.1.1)顺次流经好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)，通过第一转子流量计(2.9.1)与第二转子流量计(2.9.2)控制好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)溶解氧浓度均为0.5-1.5mg/L，控制好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)总水力停留时间为3-4h，聚磷菌进行好氧吸磷，硝化菌群进行短程硝化；
3)部分混合液从厌氧区(2.1.1)末端经超越污泥泵(2.5)进入缺氧一区(2.3.1)，厌氧混合液超越比为20％-40％，全部的好氧混合液从好氧二区(2.2.2)末端进入缺氧一区(2.3.1)，同时进入缺氧一区(2.3.1)的还有来自二沉池(3)底部经第二污泥回流泵(3.2)抽回的部分回流污泥，缺氧一区(2.3.1)的混合液顺次流经缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)与缺氧四区(2.3.4)。控制缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)的总水力停留时间在6-8h，在缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)中利用厌氧区(2.1.1)混合液中含有的氨氮基质和好氧二区(2.2.2)混合液中含有的亚硝基质，以投加聚乙烯塑料环填料(2.11)为厌氧氨氧化菌群的富集提供附着生长载体，运行后，若在缺氧区检测到有氨氮损失大于2mg/L且在填料上能观察到红褐色生物群落，辅助微生物检测手段能够检测到浮霉菌门厌氧氨氧化菌属丰度能达到0.1％以上，则认为在聚乙烯塑料环填料(2.11)上实现无种泥添加情况下自富集厌氧氨氧化菌；
4)混合液从缺氧四区(2.3.4)进入好氧三区(2.4.1)，发生短程硝化反应并吹脱缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)产生的氮气，与此同时好氧吸磷，若好氧三区(2.4.1)的混合液中的磷浓度低于0.3mg/L，则认为完成磷的吸收；
5)混合液从好氧三区(2.4.1)通过溢流管(2.10)进入二沉池(3)，实现泥水分离的目的，二沉池(3)中的上清液经排水管(3.3)排放，二沉池(3)底部的污泥经第一污泥回流泵(3.1)回流到厌氧区(2.1.1)前端，污泥回流比为70％-150％，二沉池(3)底部的污泥经第二污泥回流泵(3.2)回流到缺氧一区(2.3.1)前端，污泥回流比为70％-150％；
6)通过排泥管(3.4)排泥，保持AOAO生物反应器内活性污泥浓度为4000-6000mg/L，污泥龄控制在20-30d。
以北京某高校家属区生活污水为处理对象，考察此系统的脱氮除磷性能。
COD(mg/L) NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L) TN(mg/L) PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>-P(mg/L)
进水 180-260 40-50 50-60 3-6
出水 35-45 0-2 3-9 0.1-0.3
试验结果表明，该系统稳定运行情况下，达到污水国家一级A排放标准。

Claims (2)

1.一种连续流城市污水AOAO自富集厌氧氨氧化实现自养与异养耦合脱氮的装置，其特征在于：包括原水水箱(1)、AOAO生物反应器(2)、二沉池(3)顺序连接组成；AOAO生物反应器(2)顺次包括厌氧区(2.1.1)、好氧一区(2.2.1)、好氧二区(2.2.2)、缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)、好氧三区(2.4.1)；原水水箱(1)通过进水泵(1.1)与厌氧区(2.1.1)连接，厌氧区(2.1.1)与好氧一区(2.2.1)连接，厌氧区(2.1.1)末端经超越污泥泵(2.5)与缺氧一区(2.3.1)连接，好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)连接，好氧二区(2.2.2)与缺氧一区(2.3.1)连接，缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)顺次连接，缺氧四区(2.3.4)与好氧三区(2.4.1)连接，好氧三区(2.4.1)经溢流管(2.10)与二沉池(3)连接；二沉池(3)底部通过第一污泥回流泵(3.1)与厌氧区(2.1.1)连接，二沉池(3)底部通过第二污泥回流泵(3.2)与缺氧一区(2.3.1)前端连接，二沉池(3)出水经排水管(3.3)排放，定期从排泥管(3.4)排泥；AOAO生物反应器(2)中厌氧区(2.1.1)装有第一搅拌器(2.7.1)，缺氧一区(2.3.1)装有第二搅拌器(2.7.2)，缺氧二区(2.3.2)装有第三搅拌器(2.7.3)，缺氧三区(2.3.3)装有第四搅拌器(2.7.4)，缺氧四区(2.3.4)装有第五搅拌器(2.7.5)，曝气泵(2.8)通过第一转子流量计(2.9.1)与好氧一区(2.2.1)中第一曝气砂块(2.6.1)连接，曝气泵(2.8)通过第二转子流量计(2.9.2)与好氧二区(2.2.2)中第二曝气砂块(2.6.2)连接，曝气泵(2.8)通过第三转子流量计(2.9.3)与好氧四区(2.4.1)中第三曝气砂块(2.6.3)连接；缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)均放置有聚乙烯塑料环填料(2.11)，该填料比表面积为300-500m2/m3，填料填充比为20-40％。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种污泥为短程硝化污泥，生活污水由原水水箱(1)经进水泵(1.1)进入AOAO生物反应器(2)的厌氧区(2.1.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第一污泥回流泵(3.1)抽回的部分回流污泥，控制厌氧区(2.1.1)的水力停留时间为2-4h，聚磷菌、反硝化聚磷菌进行内碳源储存并发生厌氧释磷反应；
2)部分混合液从厌氧区(2.1.1)顺次流经好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)，通过第一转子流量计(2.9.1)与第二转子流量计(2.9.2)控制好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)溶解氧浓度均为0.5-1.5mg/L，控制好氧一区(2.2.1)与好氧二区(2.2.2)总水力停留时间为3-4h，聚磷菌进行好氧吸磷，硝化菌群进行短程硝化；
3)部分混合液从厌氧区(2.1.1)末端经超越污泥泵(2.5)进入缺氧一区(2.3.1)，厌氧混合液超越比为20％-40％，全部的好氧混合液从好氧二区(2.2.2)末端进入缺氧一区(2.3.1)，同时进入缺氧一区(2.3.1)的还有来自二沉池(3)底部经第二污泥回流泵(3.2)抽回的部分回流污泥，缺氧一区(2.3.1)的混合液顺次流经缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)与缺氧四区(2.3.4)；控制缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)的总水力停留时间在6-8h，在缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)中利用厌氧区(2.1.1)混合液中含有的氨氮基质和好氧二区(2.2.2)混合液中含有的亚硝基质，以投加聚乙烯塑料环填料(2.11)为厌氧氨氧化菌群的富集提供附着生长载体，运行后，若在缺氧区检测到有氨氮损失大于2mg/L且在填料上能观察到红褐色生物群落，辅助微生物检测手段能够检测到浮霉菌门厌氧氨氧化菌属丰度能达到0.1％以上，则认为在聚乙烯塑料环填料(2.11)上实现无种泥添加情况下自富集厌氧氨氧化菌；
4)混合液从缺氧四区(2.3.4)进入好氧三区(2.4.1)，发生短程硝化反应并吹脱缺氧一区(2.3.1)、缺氧二区(2.3.2)、缺氧三区(2.3.3)、缺氧四区(2.3.4)产生的氮气，与此同时好氧吸磷，若好氧三区(2.4.1)的混合液中的磷浓度低于0.3mg/L，则认为完成磷的吸收；
5)混合液从好氧三区(2.4.1)通过溢流管(2.10)进入二沉池(3)，实现泥水分离的目的，二沉池(3)中的上清液经排水管(3.3)排放，二沉池(3)底部的污泥经第一污泥回流泵(3.1)回流到厌氧区(2.1.1)前端，污泥回流比为70％-150％，二沉池(3)底部的污泥经第二污泥回流泵(3.2)回流到缺氧一区(2.3.1)前端，污泥回流比为70％-150％；
6)通过排泥管(3.4)排泥，保持AOAO生物反应器内活性污泥浓度为4000-6000mg/L，污泥龄控制在20-30d。
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