CN112607861A - 一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水工艺 - Google Patents

一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水工艺 Download PDF

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Abstract

一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷‑部分短程反硝化‑厌氧氨氧化处理城市污水工艺属于城市污水处理与资源化领域。反应装置由原水箱、SBR1反应器、SBR2反应器、SBR3应器、中间水箱构成。SBR2的运行模式为进水/投加发酵物/厌氧搅拌/缺氧搅拌/好氧曝气，原水进入SBR2后，投加来自SBR1的污泥发酵物，然后进入厌氧段。微生物利用城市污水中的COD及发酵物中的挥发性脂肪酸(VFAs)合成内碳源，同时过量释放细胞内的磷；随后SBR3的含硝态氮的出水进入到SBR2，SBR2进入缺氧段，微生物利用内碳源进行反硝化除磷‑短程反硝化‑厌氧氨氧化反应；最后SBR2进入好氧段。该发明可实现污泥减量降低污泥处置费用且适于低COD/N、低B/C的城市污水深度处理。

Description

一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌 氧氨氧化处理城市污水工艺
技术领域
本发明公开了一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水工艺，适用于我国低COD/N、低BOD5/COD(B/C)的城市污水，同时还能实现污泥减量，是一种经济、可持续的节能降耗型污水处理技术。属于城市污水处理与资源化领域。
背景技术
传统的氮磷的去除过程涉及硝化、反硝化、释磷和吸磷等多个生化反应过程，每一个过程对微生物的组成、基质类型的要求不仅各不相同，在运行条件上还具有矛盾，导致各个过程运行不能同时达到最佳状态。
目前，在实际污水处理厂运营中，有机碳源是影响脱氮除磷的一个重要因素，实际城市污水的进水COD/N往往低于6，B/C范围在0.3-0.5之间，绝大多数污水处理厂主要考虑外加碳源(如甲醇、乙醇、乙酸和葡萄糖等)或者将富含可生物降解有机物的工业废水投加到城市污水中。研究表明：外加碳源的处理成本占运行管理成本的10％左右，一定程度上增加了污水处理厂的运行费用，而且投加的外碳源还会导致二氧化碳和剩余污泥的增加，提高污泥处理的成本。因此，对于低COD/N，低B/C的城市污水，研究经济、高效、可持续的节能降耗型污水处理工艺势在必行。
另外，剩余污泥的处置也是污水处理领域的一大难题，传统的剩余污泥处理方法，如填埋和焚烧，是将剩余污泥作为一种污染物进行处理，这种处理方法不仅浪费了资源而且还可以导致二次污染。剩余污泥中含有大量的有机物如蛋白质、多糖等，如果通过发酵的方式把剩余污泥中的有机物转化为易生物降解的有机物(Readily Biodegradable COD)、挥发性脂肪酸(VFAs)来替代或者减少外碳源的投加，不仅能减少外加碳源的成本，还能实现污泥减量及资源化利用。
厌氧氨氧化反应原理为：在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO2 --N为电子受体将NH4 +-N氧化为N2的过程，其化学计量方程式为：
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.066CH2O0.5N0.15
+0.26NO3 -+2.03H2O
由该方程式可知，厌氧氨氧化是一种自养脱氮反应，不需要氧气和碳源参与反应。在SBR2反应器缺氧段，由于有机物缺乏NO3 --N不能全部还原为N2，而是会产生NO2 --N的积累，同时剩余污泥发酵物向SBR2引入了部分NH4 +-N，即使有硝化液的稀释作用，SBR2的出水NH4 +-N浓度仍难以达标。如果引入厌氧氨氧化菌，实现部分短程反硝化耦合厌氧氨氧化，可以解决因碳源缺乏导致的NO2 --N积累问题，同时降低进入SBR2反应器中NH4 +-N浓度，提高TN去除率。
发明内容
本发明针对低COD/N、低B/C的城市污水脱氮除磷效果不能同时达到最佳，而且往往需要外加碳源增加运行费用，剩余污泥处理难等问题，提出了利用剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷耦合部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的新工艺，可减少碳源消耗，实现氮磷的同时去除，污泥减量及资源化利用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种利用污泥发酵强化反硝化除磷耦合部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其中装置包括：原水箱(1)、SBR1应器(2)、SBR2反应器(3)、中间水箱(4)、SBR3反应器(5)；
原水箱(1)上设置有进水管(1.1)和出水管(1.2)；出水管(1.2)通过蠕动泵(9)与SBR2反应器相连；所述的SBR1应器(2)上设置有进泥口(2.1)、出泥管(2.2)和搅拌桨(13)，出泥管(2.2)通过蠕动泵(12)与SBR2反应器相连；所述的SBR2反应器(3)上设置有出水管(3.1)、出水管(3.2)、曝气盘(8)、搅拌桨(13)，内部装有塑料环悬浮填料，曝气盘通过气体流量计(7)和气泵(6)相连；SBR2反应器通过出水管(3.2)与中间水箱(4)相连；所述的中间水箱(4)上设置有出水管(4.1)，通过蠕动泵(11)与SBR3应器(5)相连；所述的SBR3应器(5)上设置有硝化液回流管(5.1)、曝气盘(8)，内部装有塑料环悬浮填料，曝气盘通过气体流量计(7)和气泵(6)相连；
一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水工艺，其特征在于，包括以下步骤：
各个单元的启动：
SBR1应器：通过接种发酵污泥启动，污泥浓度为6000-7500mg/L，以连续搅拌方式运行，用3mol/L的NaOH溶液调节pH到10-11，每天投加城市污水处理厂剩余污泥及排泥体积均为SBR1反应器有效容积的14％-16％，控制污泥龄为6-7天。
SBR2反应器：接种城市污水处理厂剩余污泥于SBR2反应器中，进水采用城市污水厂曝气沉砂池出水，进水后投加污泥发酵物；污泥发酵物为SBR2进水体积的5％；启动阶段以A/O模式运行：进水10min/厌氧搅拌2h/好氧1h/沉淀40min/排水10min，排水比为50％，污泥龄为9天，污泥浓度在4000-4600mg/L，每天运行5周期，好氧阶段的溶解氧控制在2-3mg/L；当出水COD浓度在50mg/L以下，磷浓度在0.5mg/L以下且维持20天以上时，污泥的除磷能力驯化成功。
SBR3应器：向反应器中投加塑料环悬浮填料，填充率为40％，进水为SBR2反应器出水Q升，启动阶段运行模式为：进水10min，好氧3h，沉淀40min，排水10min，排水比50％，每天运行5周期；启动过程中，控制溶解氧DO在6-7mg/L，当出水氨氮降解为1mg/L以下并维持15天以上时，SBR3反应器启动成功。
各个单元的运行：
SBR1反应器：SBR1反应器：运行时以连续搅拌方式运行，用3mol/L的NaOH溶液调节pH到10-11，每天投加城市污水处理厂剩余污泥体积为SBR1反应器有效容积的14％-16％，控制污泥浓度为6000-7500mg/L，污泥龄为6-7天。
SBR2反应器：SBR2反应器：运行阶段，以A/A/O模式运行：进水10min/厌氧搅拌1.5h/缺氧2h/好氧0.5h/沉淀、排水0.5h，每个周期开始时，进水Q升，Q升为SBR2反应器有效容积的25％，并同时投加0.05Q升从SBR1反应器排出的污泥发酵物到SBR2反应器中，厌氧搅拌1.5h，在SBR2反应器缺氧段加入从SBR3反应器回流的硝化液2Q升，缺氧搅拌2h后，沉淀0.5h，排出上清液3Q升，其中2Q升进入SBR3反应器，另外Q升排出系统，剩余Q升沉淀污泥；污泥龄控制在12-13天，每天运行5周期，当出水磷浓度磷浓度在0.5mg/L以下且维持15天以上时，按照50％的填充比向SBR2反应器中投加厌氧氨氧化生物膜填料，降低SBR2反应器出水氨氮的浓度。
SBR3应器：SBR2反应器2Q升出水进入SBR3应器，设定曝气时间为2h，DO控制在3mg/L以上，曝气结束后2Q升出水回流至SBR2反应器中，排水比50％，SBR3应器每天运行5个周期。
本发明技术原理如下：
本发明的原理是首先利用城市污水中的COD及发酵物中的易降解有机物和VFAs强化厌氧段微生物储存内碳源，释放磷，然后在缺氧段微生物利用内碳源以及发酵物中的易降解有机物和VFAs为电子供体，以SBR3应器中回流的硝态氮为电子受体完成反硝化除磷过程，同时在该过程中，部分硝态氮转化为亚硝态氮，填料上持留的厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮和氨氮完成厌氧氨氧化过程。该发明的工艺可实现污泥减量降低污泥处置费用且适用于低COD/N、低B/C的城市污水深度处理。
本装置与方法具有以下优点：
本发明通过投加剩余污泥发酵物，利用其中的易降解有机物和VFAs强化厌氧段微生物储存内碳源，释放磷，从而使反硝化除磷过程更易进行。这解决了常规城市污水处理工艺面临碳源不足，BOD5/COD低的问题；通过将除磷及硝化两个生化过程分置在两个SBR反应器中，解决了除磷菌短污泥龄和硝化菌长污泥龄的矛盾，两种生化过程所需条件均可达到最佳；由于向SBR2反应器中投加污泥发酵物，NH4 +-N浓度会上升，又因为反硝化除磷过程不能去除NH4 +-N，这部分NH4 +-N在SBR3反应器中转化为NO3 --N，系统出水TN偏高，所以当缺氧段增大硝化液回流量，COD/NO3 --N比降低，NO3 --N/P比提高，会出现部分亚硝态氮积累现象，这时投加厌氧氨氧化填料耦合厌氧氨氧化工艺，可在SBR2反应器的缺氧段进一步降低NH4 +-N、NO2 --N浓度，因为进入SBR3反应器NH4 +-N含量降低，其出水TN更容易达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准，实现深度脱氮。该系统工艺流程简单，尤其对碳、氮、磷比例失调的城市污水的同步脱氮除磷具有广泛的应用价值。
本发明通过采用污泥发酵的方式不仅为污水处理补充了内碳源，而且实现了污泥减量，减少了污泥处置的费用。
附图说明
图1是本发明装置示意图，
图2是本发明工艺示意图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种利用城市污水处理厂剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷耦合部分短程反硝化-厌氧氨氧化双污泥系统处理城市污水的新工艺包括以下部分：原水箱(1)、SBR1应器(2)、SBR2反应器(3)、中间水箱(4)、SBR3应器(5)。
原水箱(1)上设置有进水管(1.1)和出水管(1.2)；出水管(1.2)通过蠕动泵(9)与SBR2反应器相连；SBR1应器(2)上设置有进泥口(2.1)、出泥管(2.2)和搅拌桨(13)，出泥管(2.2)通过蠕动泵(12)与SBR2反应器相连；SBR2反应器(3)上设置有出水管(3.1)、出水管(3.2)曝气盘(8)、搅拌桨(13)，内部装有塑料环悬浮填料，曝气盘通过气体流量计(7)和气泵(6)相连；SBR2反应器通过出水管(3.2)与中间水箱(4)相连；中间水箱(4)上设置有出水管(4.1)，通过蠕动泵(11)与SBR3应器(5)相连；SBR3应器(5)硝化液回流管(5.1)、曝气盘(8)，内部装有塑料环悬浮填料，曝气盘通过气体流量计(7)和气泵(6)相连。

Claims (2)

1.一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水工艺，其特征在于：所用的装置包括原水箱(1)、SBR1反应器(2)、SBR2反应器(3)、中间水箱(4)、SBR3反应器(5)；
所述的原水箱(1)上设置有进水管(1.1)和出水管(1.2)；出水管(1.2)通过蠕动泵(9)与SBR2反应器相连；所述的SBR1应器(2)上设置有进泥口(2.1)、出泥管(2.2)和搅拌桨，出泥管(2.2)通过蠕动泵(12)与SBR2反应器相连；所述的SBR2反应器(3)上设置有出水管(3.1)、出水管(3.2)、曝气盘、搅拌桨，内部装有塑料环悬浮填料，曝气盘通过气体流量计和气泵相连；SBR2反应器通过出水管(3.2)与中间水箱(4)相连；所述的中间水箱(4)上设置有出水管(4.1)，通过蠕动泵(11)与SBR3应器(5)相连；所述的SBR3应器(5)上设置有硝化液回流管(5.1)、曝气盘，内部装有塑料环悬浮填料，曝气盘通过气体流量计和气泵相连。
2.一种剩余污泥发酵碳源强化反硝化除磷-部分短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)各个单元的启动
1.1)SBR1反应器：通过接种发酵污泥启动，污泥浓度为6000-7500mg/L，以连续搅拌方式运行，用3mol/L的NaOH溶液调节pH到10-11，每天投加城市污水处理厂剩余污泥及排泥体积均为SBR1反应器有效容积的14％-16％，控制污泥龄为6-7天；
1.2)SBR2反应器：接种城市污水处理厂剩余污泥于SBR2反应器中，进水采用城市污水厂曝气沉砂池出水，进水后投加污泥发酵物；污泥发酵物为SBR2进水体积的5％；启动阶段以A/O模式运行：进水10min/厌氧搅拌2h/好氧1h/沉淀40min/排水10min，排水比为50％，污泥龄为9天，污泥浓度在4000-4600mg/L，每天运行5周期，好氧阶段的溶解氧控制在2-3mg/L；当出水COD浓度在50mg/L以下，磷浓度在0.5mg/L以下且维持20天以上时，污泥的除磷能力驯化成功；
1.3)SBR3应器：向反应器中投加塑料环悬浮填料，填充率为40％，进水为SBR2反应器出水Q升，启动阶段运行模式为：进水10min，好氧3h，沉淀40min，排水10min，排水比50％，每天运行5周期；启动过程中，控制溶解氧DO在6-7mg/L，当出水氨氮降解为1mg/L以下并维持15天以上时，SBR3反应器启动成功；
2)各个单元的稳定运行：
2.1)SBR1反应器：运行时以连续搅拌方式运行，用3mol/L的NaOH溶液调节pH到10-11，每天投加城市污水处理厂剩余污泥体积为SBR1反应器有效容积的14％-16％，控制污泥浓度为6000-7500mg/L，污泥龄为6-7天；
2.2)SBR2反应器：运行阶段，以A/A/O模式运行：进水10min/厌氧搅拌1.5h/缺氧2h/好氧0.5h/沉淀、排水0.5h，每个周期开始时，进水Q升，Q升为SBR2反应器有效容积的25％，并同时投加0.05Q升从SBR1反应器排出的污泥发酵物到SBR2反应器中，厌氧搅拌1.5h，在SBR2反应器缺氧段加入从SBR3反应器回流的硝化液2Q升，缺氧搅拌2h后，沉淀0.5h，排出上清液3Q升，其中2Q升进入SBR3反应器，另外Q升排出系统，剩余Q升沉淀污泥；污泥龄控制在12-13天，每天运行5周期，当出水磷浓度磷浓度在0.5mg/L以下且维持15天以上时，按照50％的填充比向SBR2反应器中投加厌氧氨氧化生物膜填料，降低SBR2反应器出水氨氮的浓度；
2.3)SBR3应器：SBR2反应器2Q升出水进入SBR3应器，设定曝气时间为2h，DO控制在3mg/L以上，曝气结束后2Q升出水回流至SBR2反应器中，排水比50％，SBR3应器每天运行5个周期。
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