CN112408593B - 一种基于fa预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置与方法,属于污水生物处理领域。短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器中的部分污泥离心浓缩后进入污泥预处理反应器,经游离氨(FA)处理后提高污泥水解速率,回流至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器,从而强化污泥原位发酵产酸效果。生活污水和硝酸盐废水按比例进入短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器,短程反硝化反应利用进水中或发酵作用产生的易降解有机物将硝态氮还原为亚硝态氮;通过厌氧氨氧化反应去除氨氮和亚硝态氮。本发明整体无需排泥,节省了污泥处置费用。在无需外加碳源的情况下,实现低C/N生活污水和硝酸盐废水的经济高效脱氮。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置与方法,属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着当今社会的快速发展和全球对环境问题的高度关注,污水处理量不断增多,污染物排放标准也日趋严格,而传统污水处理方法难以满足达标排放的技术需求。此外,污水处理过程带来的较高能耗也是备受关注的问题之一。
厌氧氨氧化作为一种高效节能的新型生物脱氮技术,可直接将NH4 +-N和NO2 -–N转化为N2,无需外部有机物或氧气,大大节省了能耗和运行成本。由于实际生活污水中基本不含亚硝酸态氮,因此获取稳定的亚硝酸态氮是厌氧氨氧化技术应用的关键。短程反硝化作为亚硝态氮获取的途径之一,将NO3 --N还原为NO2 --N,而不进一步还原为N2,从而实现反硝化过程中的NO2 --N积累,进而作为厌氧氨氧化反应的电子受体。在工农业生产上,常常会排放大量的硝酸盐废水,如金属加工、化肥制造和硝基类炸药生产等。如果采用传统的反硝化工艺处理,则需要投加大量的有机碳源,不仅增加了污水处理成本,而且还会产生大量的剩余污泥,增加污泥处置费用。若将生活污水和硝酸盐废水一同处理,则可采用短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术实现污水处理的节能降耗。
值得注意的是,生活污水中含有大量的慢速可生物降解有机物如蛋白质、多糖等,不能直接被短程反硝化微生物利用,存在优质碳源不足的问题。通过额外投加一部分简单有机物,虽然可以补充生活污水中易降解有机物的不足,提升系统短程反硝化活性,但是也增加了运行成本。而污泥厌氧发酵过程中,异养或自养微生物的不断衰亡会促进细胞裂解,进而释放出有机碳源;发酵作用可以使蛋白质、多糖等复杂有机物水解为有机酸,为原位反硝化提供优质电子供体。如果短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术引入原位发酵,可以促进对微生物代谢或裂解产生的有机物的利用,同时生活污水中的慢速可生物降解有机物也可以得到充分利用,为短程反硝化提供充足的优质电子供体。
但是,水解阶段常常是发酵的限速步骤,引入原位发酵后,为了达到良好的发酵产酸效果,可能需要较长的水力停留时间。而有研究表明,通过预处理手段可以使细胞破壁,加快发酵的溶出和水解阶段,进而提高产酸速率。近年来,有研究者提出了一种绿色可持续的预处理方法,FA预处理。FA可以通过被动的扩散进入到细胞,导致细胞裂解,产生大量的可溶性有机物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是短程反硝化微生物难以直接利用生活污水中的复杂有机物,生活污水中优质电子供体不足;以及原位发酵产酸速率较低,水力停留时间较长。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置,其特征在于,包括:生活污水箱1、硝酸盐废水箱2、短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3、污泥预处理反应器4;所述短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3设有进水口3.1、回流泵3.2、出水口3.3、阀门3.4;所述污泥预处理反应器4设有搅拌子4.2、磁力搅拌器4.3、pH在线测定仪4.4、加药管4.5。
所述生活污水箱1通过进水泵Ⅰ1.1与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口3.1相连;硝酸盐废水箱2通过进水泵Ⅱ2.1与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口3.1相连;短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3通过出水口3.3进行排水,通过回流泵3.2进行回流,维持反应器内一定的上升流速;污泥预处理反应器4通过污泥回流泵Ⅰ4.1和污泥回流泵Ⅱ4.6与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3相连。
本发明还提供了一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮方法,其具体启动与调控步骤如下:
1启动系统:
将短程反硝化、厌氧氨氧化颗粒污泥和发酵污泥接种至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3中,接种质量比为1:2:0.2,使接种后的短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3内污泥浓度达到6000~8000mg/L。以实际生活污水和硝酸盐废水作为进水,二者进水体积比为1:1~2:1,硝酸盐废水硝态氮浓度范围为60~150mg/L。当系统总氮去除率达到90%以上,即认为短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3启动成功。
2运行调节操作:
短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口3.1通过进水泵Ⅰ1.1与生活污水箱1相连,通过进水泵Ⅱ2.1与硝酸盐废水箱2相连。硝酸盐废水硝态氮浓度范围为60~150mg/L,生活污水和硝酸盐废水按1:1~2:1体积比进入短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3。通过污泥回流泵Ⅰ4.1取出短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3有效体积3%~5%的污泥,离心浓缩至污泥浓度为20000~40000mg/L,然后进行FA预处理。FA预处理即通过向污泥预处理反应器4中投加氯化铵,使污泥预处理反应器4中的氨氮浓度达到800~1000mg/L,并通过投加酸或碱维持污泥预处理反应器4内pH大于8.5,污泥停留时间为8~24h。通过污泥回流泵Ⅱ4.6将预处理后的污泥回流至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3。运行过程中整个系统无需外排剩余污泥,水力停留时间HRT=6~12h,回流比100%~300%,出水实现深度脱氮并排放。
综上,提供的一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置与方法,其处理流程为:短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器中的部分污泥经离心浓缩后进入污泥预处理反应器,经FA处理后回流至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器。生活污水和硝酸盐废水按比例进入短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器中,反硝化菌以进水中或发酵产生的有机物作为电子供体,将硝态氮还原为亚硝态氮。亚硝态氮和氨氮通过厌氧氨氧化反应去除。厌氧氨氧化的副产物硝态氮通过短程反硝化作用也可被还原为亚硝态氮,继而通过厌氧氨氧化作用被进一步去除。其中,FA预处理促进了污泥水解,进一步提高了原位发酵的产酸速率;原位发酵将生活污水中慢速可生物降解有机物和微生物代谢或裂解释放的有机物水解为有机酸,为反硝化提供更多易利用的电子供体。最终,系统中各生化过程的协同作用确保了生活污水和硝酸盐废水的深度脱氮。
因此,本发明一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置与方法,具有以下优势:
1)FA预处理促进了污泥水解,进一步提高了原位发酵的产酸速率,为反硝化提供更多优质电子供体,缩短水力停留时间,提高出水水质;FA是污水处理厂中广泛存在的副产物,可以从污水处理厂如污泥消化上清液直接获取,实现资源的循环利用。
2)反应器无需曝气,大大削减了电能消耗。
3)原位发酵提供了优质碳源,使本工艺中无需额外投加碳源,降低了运行成本。
4)反应器类型为UASB,水力停留时间较短,节省占地;运行过程中无需排泥,节约了污泥处置费用。
5)同步处理了生活污水和硝酸盐废水,厌氧氨氧化反应的亚硝态氮由短程反硝化提供,进而实现自养脱氮,大大节省了碳源。
附图说明
图1为一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置图。
图中:1-生活污水箱;1.1-进水泵Ⅰ;2-硝酸盐废水箱;2.1-进水泵Ⅱ;3-短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器;3.1-进水口;3.2-回流泵;3.3-出水口;3.4-阀门;4-污泥预处理反应器;4.1-污泥回流泵Ⅰ;4.2-搅拌子;4.3-磁力搅拌器;4.4-pH在线测定仪;4.5-加药管;4.6-污泥回流泵Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步地详细说明:
如图1所示,一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮装置,包括:生活污水箱1、硝酸盐废水箱2、短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3、污泥预处理反应器4。所述短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3设有进水口3.1、回流泵3.2、出水口3.3、阀门3.4;所述污泥预处理反应器4设有搅拌子4.2、磁力搅拌器4.3、pH在线测定仪4.4、加药管4.5。所述生活污水箱1通过进水泵Ⅰ1.1与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口3.1相连;硝酸盐废水箱2通过进水泵Ⅱ2.1与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口3.1相连,短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3通过出水口3.3进行排水,通过回流泵3.2进行回流,提升反应器内的上升流速;污泥预处理反应器4通过污泥回流泵Ⅰ4.1和污泥回流泵Ⅱ4.6与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器3相连。
生活污水和硝酸盐废水在此工艺中的处理流程为:短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器中的部分污泥经离心浓缩后进入污泥预处理反应器,经FA处理后回流至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器。生活污水和硝酸盐废水按比例进入短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器中,反硝化菌以进水中或发酵产生的有机物作为电子供体,将硝态氮还原为亚硝态氮。亚硝态氮和氨氮通过厌氧氨氧化反应去除。厌氧氨氧化的副产物硝态氮通过短程反硝化作用也可被还原为亚硝态氮,继而通过厌氧氨氧化作用被进一步去除。其中,FA预处理促进了污泥水解,进一步提高了原位发酵的产酸速率;原位发酵将生活污水中慢速可生物降解有机物和微生物代谢或裂解释放的有机物水解为有机酸,为反硝化提供更多易利用的电子供体。最终,系统中各生化过程的协同作用确保了生活污水和硝酸盐废水的深度脱氮。
以北京某高校家属区生活污水和模拟硝酸盐废水为处理对象,生活污水具体水质:pH为7.0~7.9,COD浓度为120~290mg/L,NH4 +-N浓度为50~75mg/L,NO2 --N及NO3 --N均≤0.5mg/L;模拟硝酸盐废水的硝态氮浓度为140mg/L。考察本实际脱氮性能:
短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器有效体积为5L,水力停留时间为12h,生活污水和硝酸盐废水的进水体积比为2:1;污泥预处理反应器有效体积为1L,取短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器有效体积5%的污泥,离心浓缩至污泥浓度约为20000mg/L,控制污泥预处理反应器内氨氮浓度为800mg/L,pH为9.0,污泥停留时间为24h。
试验结果表明,运行稳定后,该系统的最终出水COD<50mg/L、NH4 +-N<5mg/L、TIN<10mg/L,满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。
Claims (1)
1.一种基于FA预处理强化同步短程反硝化厌氧氨氧化耦合原位发酵深度脱氮方法,该方法所用装置包括生活污水箱(1)、硝酸盐废水箱(2)、短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)、污泥预处理反应器(4);所述短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)设有进水口(3.1)、回流泵(3.2)、出水口(3.3)、阀门(3.4);所述污泥预处理反应器(4)设有搅拌子(4.2)、磁力搅拌器(4.3)、pH在线测定仪(4.4)、加药管(4.5);
所述生活污水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口(3.1)相连;硝酸盐废水箱(2)通过进水泵Ⅱ(2.1)与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口(3.1)相连;短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)通过出水口(3.3)进行排水,通过回流泵(3.2)进行回流;污泥预处理反应器(4)通过污泥回流泵Ⅰ(4.1)和污泥回流泵Ⅱ(4.6)与短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)相连;
其特征在于:
1)启动系统:
将短程反硝化、厌氧氨氧化颗粒污泥和发酵污泥接种至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)中,接种质量比为1:2:0.2,使接种后的短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)内污泥浓度达到6000~8000mg/L;以实际生活污水和硝酸盐废水作为进水,二者进水体积比为1:1~2:1,硝酸盐废水硝态氮浓度范围为60~150mg/L;当系统总氮去除率达到90%以上,即认为短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)启动成功;
2)运行调节操作:
短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器进水口(3.1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与生活污水箱(1)相连,通过进水泵Ⅱ(2.1)与硝酸盐废水箱(2)相连;硝酸盐废水硝态氮浓度范围为60~150mg/L,生活污水和硝酸盐废水按1:1~2:1体积比进入短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3);通过污泥回流泵Ⅰ(4.1)取出短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3)有效体积3%~5%的污泥,离心浓缩至污泥浓度为20000~40000mg/L,然后进行FA预处理;FA预处理即通过向污泥预处理反应器(4)中投加氯化铵,使污泥预处理反应器(4)中的氨氮浓度达到800~1000mg/L,并通过投加酸或碱维持污泥预处理反应器(4)内pH大于8.5,污泥停留时间为8~24h;通过污泥回流泵Ⅱ(4.6)将预处理后的污泥回流至短程反硝化/厌氧氨氧化/原位发酵反应器(3);运行过程中整个装置无需外排剩余污泥,水力停留时间HRT=6~12h,回流比100%~300%。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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