CN112479363A

CN112479363A - 一种同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置及方法

Info

Publication number: CN112479363A
Application number: CN202011245966.3A
Authority: CN
Inventors: 赵骥; 楚光玉; 王晓霞; 于德爽
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置及方法，城市污水由城市污水原水水箱进入一体化完全厌氧氨氧化SBBR反应器，聚糖菌充分利用城市污水中有机物完成内碳源PHAs的转化，实现对COD的高效去除；随后含硝酸盐废水进入一体化完全厌氧氨氧化SBBR反应器，聚糖菌则利用储存的PHAs驱动硝态氮部分还原为亚硝态氮，以达到降解硝酸盐的目的，最后，反应剩余的亚硝态氮与城市污水中的氨氮通过厌氧氨氧化菌作用去除，实现城市污水和含硝酸盐废水的同时处理；其结构简单，易于操作，降低了基础建设成本，具有一定的经济价值和环境应用优势，在城市污水处理厂的升级改造中拥有较大的潜力。

Description

一种同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置及方法

技术领域：

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置及方法，特别是一种采用一体式完全厌氧氨氧化技术同时处理城市污水和含硝酸盐废水的设备和方法。

背景技术：

治理水体污染、解决水资源短缺是实现人类可持续发展不可或缺的条件和赖以生存的根基，而以城市污水、工业废水污染水环境的问题日益突出，由此造成的水危机也严重阻碍我国社会经济的可持续发展。水体污染物主要是来自于城市污水、工业和农业等废水排放的有机物、氮素和无机磷等物质。目前，国内污水处理厂磷的去除通常采用投加聚合铝盐或铁盐等化学方法，且能够达到良好的去除效果；污水中氮的去除则主要采用传统生物脱氮-硝化反硝化技术，特别是厌氧氨氧化过程的发现，使人们对自然界的氮循环有了新的认知，为生物深度脱氮提供了新的思路。

厌氧氨氧化的应用面对诸多挑战，而通过短程反硝化途径可为厌氧氨氧化提供稳定和有效的亚硝酸盐积累，拓展了厌氧氨氧化的应用范围，为污水生物脱氮领域提供了一种可持续的新技术。利用内碳源驱动的短程反硝化不仅解决了亚硝酸盐的来源问题，而且实现了城市污水中有机污染物的去除，同时避免了有机物对厌氧氨氧化产生不利影响。一体化内碳源驱动硝态氮部分还原耦合厌氧氨氧化可被用于同步处理城市污水和含硝酸盐废水，在这种技术路线下，以内碳源驱动短程反硝化的形式实现亚硝态氮的积累，充分利用了城市污水中的有机碳源，实现对有机物的降解和氮素的深度去除。

与传统活性污泥法相比，生物膜工艺具有紧凑型的特点，生物膜系统中悬浮生物量远低于活性污泥系统，其最终出水很少因为SS浓度过高而不达标，且其在选择生物量分离方法方面具有更大的灵活性；由于不需要污泥回流，生物膜系统实现了SRT和HRT的分离，使附着的生物量能够在工艺流程的不同特点实现不同的功能菌种，以实现不同的生物代谢过程。因此，设计一种利用生物膜技术通过一体化完全厌氧氨氧化深度脱氮以期实现同步处理城市污水和含硝酸盐废水的设备和方法，在充分利用原水碳源的基础上实现深度脱氮，基于生物膜特点实现厌氧氨氧化菌和聚糖菌的附着生长，解决其在污泥龄上的矛盾，具有一定的经济价值和环境应用潜力。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种采用一体式完全厌氧氨氧化技术实现同步处理城市污水和含硝酸盐废水的装置及方法，针对城市污水中的主要污染物(无机氮和化学需氧量COD等)以及农业、工业等废水排放的中的硝态氮物质，在充分利用原水中有机碳源的基础上结合生物膜技术，实现经济高效的深度脱氮和有机污染物的去除。

为了实现上述目的，本发明所述同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置主体结构包括城市污水原水水箱、含硝酸盐废水水箱、一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器和出水水箱，城市污水原水水箱的左侧上部设有第一溢流管，底部左侧设有第一放空管；含硝酸盐废水水箱的左侧上部设有第二溢流管，底部左侧设有第二放空管；城市污水原水水箱通过第一进水泵与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器相连接，含硝酸盐废水水箱通过第二进水泵与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器相连接；一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器左侧设置有pH/DO在线测定仪和恒温装置，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内设有搅拌装置，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内填有固定在填料支架上的厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球和反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内右侧中设有出水口，出水口与排水阀连通，出水水箱的左侧上部设有第三溢流管，底部左侧设有第三放空管，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器通过排水口和排水阀与出水水箱连接。

本发明同时处理城市污水和含硝酸盐废水的具体过程为：

(1)反应器启动阶段：将具有厌氧氨氧化自养脱氮性能的厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球和具有内碳源驱动硝态氮部分还原功能的反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料分别用高分子尼龙线穿挂于填料支架后接种在一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器中，两种填料的填充比均为20-25％，其中厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球的比表面积大于600m²/m³，反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料的比表面积大于4000m²/m³，两种填料均匀分布于一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3中；

(2)反应器正常运行调控阶段：将城市污水加入城市污水原水水箱，启动第一进水泵，城市污水由城市污水原水水箱进入一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器中，控制一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内的搅拌装置转速为60-70r/min，DO<0.1mg/L，先厌氧搅拌120-150min，聚糖菌充分利用城市污水中有机物完成内碳源PHAs的转化，实现对COD的高效去除；当COD浓度<30.0mg/L随后启动第二进水泵将含硝酸盐废水抽入一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器，进行缺氧搅拌30-50min，聚糖菌利用储存的PHAs进行反硝化，完成硝态氮到亚硝态氮的转化，以达到降解硝酸盐的目的；同时，产生的亚硝态氮同步与城市污水中的氨氮通过厌氧氨氧化作用去除，实现自养深度脱氮；最后，当NH₄ ⁺-N浓度<1.0mg/L进行排水，排水比35％～40％，出水通过出水口经排水阀排出到出水水箱，完成一个周期。

本发明所述一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器运行时需排泥，使一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器悬污泥浓度维持在2000～2500mg/L范围内。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是将内碳源驱动硝态氮部分还原与厌氧氨氧化工艺耦合到一个SBBR反应器内，充分利用原水碳源的基础上，最高能减少100％的外碳源投加量和曝气能耗；二是以内碳源驱动短程反硝化的形式实现亚硝态氮的积累，充分利用了城市污水中的有机物，实现对无机氮和COD的高效去除；三是基于生物膜技术，根据不同菌种特点选择最优的填料类型，有利于内碳源短程反硝化和厌氧氨氧化过程的进行和功能菌的持留，减少菌种的流失，保证了工艺的脱氮效果，同时降低了污泥产量，避免了出水SS过高而不达标的问题；四是一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内原位去除厌氧氨氧化过程中产生的硝态氮，从而提高了系统的脱氮效率；其结构简单，易于操作，降低了基础建设成本，具有一定的经济价值和环境应用优势，在城市污水处理厂的升级改造中拥有较大的潜力。

附图说明：

图1为本发明所述同时处理城市生活污水和含硝酸盐废水的装置主体结构示意图。

具体实施方式：

下面通过实施实例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例所述同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置主体结构如图1所示，包括城市污水原水水箱1、含硝酸盐废水水箱2、一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3和出水水箱4，城市污水原水水箱1的左侧上部设有第一溢流管1.1，底部左侧设有第一放空管1.2；含硝酸盐废水水箱2的左侧上部设有第二溢流管2.1，底部左侧设有第二放空管2.2；城市污水原水水箱1通过第一进水泵3.3与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器相连接，含硝酸盐废水水箱2通过第二进水泵3.4与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3相连接；一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3左侧设置有pH/DO在线测定仪3.1和恒温装置3.2，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3内设有搅拌装置3.7，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3内填有固定在填料支架上的厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球3.8和反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料3.9，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3内右侧中设有出水口3.5，出水口3.5与排水阀3.6连通，出水水箱4的左侧上部设有第三溢流管3.1，底部左侧设有第三放空管3.2，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3通过排水口3.5和排水阀3.6与出水水箱4连接。所述城市污水原水水箱1和含硝酸盐废水水箱2分别通过进水泵3.3和进水泵3.4与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器相连接；一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3通过排水口3.5和排水阀3.6连接出水水箱4。

本实施例所示厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球3.8和聚糖菌生物膜多孔凝胶填料3.9的体积填充比均为20-25％，厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球3.8的比表面积大于600m²/m³，反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料3.9的比表面积大于4000m²/m³，二者用高分子尼龙线穿挂在填料支架上，均匀分布于一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3中。

本实施例所用的城市污水取自某城市污水厂的初沉池出水，具体水质如下：COD浓度为200mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为45mg/L，NO₂ ^--N浓度<1mg/L，NO₃ ^--N浓度<1mg/L，碳氮比平均为4.2，无机磷浓度6.6mg/L，pH为7.6；含硝酸盐废水为稀释后的某城市化工厂的出水，具体水质如下：COD浓度<0mg/L，NH₄ ⁺-N浓度<5mg/L，NO₂ ^--N浓度<1mg/L，NO₃ ^--N浓度为50mg/L，pH为5.6。采用如图1所示装置进行试验，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3采用有机玻璃制作，形状为圆柱体状，有效容积分别为3.5L。从所述城市污水中实现深度脱氮的工艺具体包括以下步骤：

(1)反应器启动阶段：将具有厌氧氨氧化自养脱氮性能的厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球3.8和具有内碳源驱动硝态氮部分还原功能的反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料3.9分别用高分子尼龙线穿挂于填料支架上并接种在一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3中，两种填料的填充比均为20-25％；

(2)反应器正常运行调控阶段：将1L城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵3.3，城市污水由城市污水原水水箱1进入一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3中后，控制搅拌装置3.7的转速为60-70r/min，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3内DO<0.1mg/L，先厌氧搅拌120-150min，聚糖菌充分利用城市污水中有机物完成内碳源PHAs的转化，实现对COD的高效去除；当COD浓度<30.0mg/L随后启动第二进水泵3.4将0.5L含硝酸盐废水抽入一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器，进行缺氧搅拌30-50min，聚糖菌利用储存的PHAs进行反硝化，完成硝态氮到亚硝态氮的转化，以达到降解硝酸盐的目的；同时，产生的亚硝态氮同步与城市污水中的氨氮通过厌氧氨氧化作用去除，实现自养深度脱氮；最后，当NH₄ ⁺-N浓度<1.0mg/L进行排水，排水比35％～40％，1.5L出水则通过出水口经排水阀排出到出水水箱，完成一个周期。

本实施例所述一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器3运行时需排泥，使一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器悬污泥浓度维持在2000～2500mg/L范围内。

本实施例的试验结果表明：运行稳定后，该工艺出水COD浓度为20mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为<0.5mg/L，NO₂ ^--N浓度<0.5mg/L，NO₃ ^--N浓度<1.5mg/L，TN<2mg/L。

Claims

1.一种同时处理城市污水和含硝酸盐废水的装置，其特征在于：该装置的主体结构包括城市污水原水水箱、含硝酸盐废水水箱、一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器和出水水箱，城市污水原水水箱的左侧上部设有第一溢流管，底部左侧设有第一放空管；含硝酸盐废水水箱的左侧上部设有第二溢流管，底部左侧设有第二放空管；城市污水原水水箱通过第一进水泵与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器相连接，含硝酸盐废水水箱通过第二进水泵与一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器相连接；一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器左侧设置有pH/DO在线测定仪和恒温装置，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内设有搅拌装置，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内填有固定在填料支架上的厌氧氨氧化菌生物膜聚丙烯填料球和反硝化聚糖菌生物膜多孔凝胶填料，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器内右侧中设有出水口，出水口与排水阀连通，出水水箱的左侧上部设有第三溢流管，底部左侧设有第三放空管，一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器通过排水口和排水阀与出水水箱连接。

2.一种采用如权利要求1所述装置同时处理城市污水和含硝酸盐废水的方法，其特征在于：具体过程为：

3.根据权利要求2所述同时处理城市污水和含硝酸盐废水的方法，其特征在于：所述一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器运行时需排泥，使一体式完全厌氧氨氧化SBBR反应器悬污泥浓度维持在2000～2500mg/L范围内。