CN113003725A - 基于deamox与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

基于DEAMOX与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置与方法属于生物脱氮与污泥发酵减量技术领域。污泥消化液首先泵入短程硝化反应器，完成短程硝化过程；短程硝化反应器出水与剩余污泥共同泵送至缺氧反应器，完成污泥发酵与反硝化的同步进行；最终发酵过程释放的氨氮与二沉池出水中包含的硝态氮在升流式污泥床反应器内通过DEAMOX过程得到进一步去除，硝态氮经短程反硝化被还原为亚硝态氮，生成的亚硝态氮与进水中的氨氮以1.32:1的比例进而被厌氧氨氧化过程同步去除。DEAMOX与污泥发酵耦合技术有效解决了目前限制污水处理厂增值提效的三大主要问题：污泥消化液氨氮负担重、出水硝态氮浓度高和剩余污泥产量大。

Description

基于DEAMOX与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置 与方法
技术领域
本发明涉及一种基于短程反硝化-厌氧氨氧化(DEnitrifying AMmoniumOxidation，DEAMOX)与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置与方法，属于生物脱氮与污泥发酵减量技术领域。
背景技术
为了保护自然水生态系统免受过量的氮和磷污染，污水处理厂在世界各地广泛应用。据国家统计局统计，截至2019年，中国连续运行的污水处理厂超过3976个，日污水处理能力超过2亿立方米。然而，阻碍污水处理厂提质增效和可持续发展的的主要问题如下：1)目前污水处理厂采用的硝化-反硝化工艺，由于原水中有机物浓度过低进水C/N严重不足，导致处理结束后二沉池出水常常包含过量的硝酸盐；2)作为污水处理的副产品，产生大量的剩余污泥，剩余污泥的相关处理成本可超过污水处理厂整体运营成本的60％；3)高氨氮(NH4 +-N＝500-2000mg/L)污泥上清液循环至主流区，将污水处理厂氮负荷提高10-30％。
发明内容
本发明涉及一种基于短程反硝化-厌氧氨氧化(DEnitrifying AMmoniumOxidation，DEAMOX)与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置与方法，属于生物脱氮与污泥发酵减量技术领域。污泥消化液首先泵入短程硝化反应器，完成短程硝化过程；短程硝化反应器出水与剩余污泥共同泵送至缺氧反应器，完成污泥发酵与反硝化的同步进行；最终发酵过程释放的氨氮与二沉池出水中包含的硝态氮在升流式污泥床反应器内通过DEAMOX过程得到进一步去除，硝态氮经短程反硝化被还原为亚硝态氮，生成的亚硝态氮与进水中的氨氮以1.32:1质量浓度比例进而被厌氧氨氧化过程同步去除。DEAMOX与污泥发酵耦合技术有效解决了目前限制污水处理厂增值提效的三大主要问题：污泥消化液氨氮负担重、出水硝态氮浓度高和剩余污泥产量大。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
基于DEAMOX与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置，其特征在于，包括短程硝化反应器(1)、第一中间水箱(2)、储泥罐(3)、污泥发酵耦合反硝化反应器(4)、第二中间水箱(5)、DEAMOX反应器(6)；
所述短程硝化反应器设有第一搅拌器(1.1)、第一在线监测装置(1.2)、第一进水蠕动泵(1.3)、空气压缩机(1.4)、第一进水口(1.5)、第一出水口(1.6)、第一出水蠕动泵(1.7)；所述第一中间水箱(2)设有第二进水口(2.1)、第二出水口(2.2)；所述储泥罐(3)设有第一进泥口(3.1)、第一出泥口(3.2)；所述污泥发酵耦合反硝化反应器(4)设有第一进泥泵(4.1)、第二进水泵(4.7)、第二进泥口(4.2)、第三进水口(4.3)、第二搅拌器(4.5)、第三出水口(4.6)、第二在线监测装置(4.4)；所述第二中间水箱(5)设有第四进水口(5.1)、第五进水口(5.2)、第四出水口(5.3)；所述DEAMOX反应器(6)设有第三进水蠕动泵(6.1)、第五进水口(6.2)、第一回流口(6.3)、第三在线监测装置(6.4)和第二回流口(6.5)。
第一进水蠕动泵(1.5)与短程硝化反应器(1)第一进水口(1.5)相连接，空气通过空气压缩机(1.4)打入反应器内，第一出水口(1.6)通过第一出水蠕动泵(1.7)与第一中间水箱(2)第二进水口(2.1)相连接、第一中间水箱(2)第二出水口(2.2)通过第二进水蠕动泵(4.7)与污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第三进水口(4.3)相连接，储泥罐(3)第一出泥口(3.2)通过第一进泥泵(4.1)与污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第一进泥口(4.2)相连接，污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第三出水口(4.6)与第二中间水箱(5)第四进水口(5.1)相连接，二沉池出水通过第四进水蠕动泵(5.4)与第二中间水箱(5)第五进水口(5.2)相连接，第二中间水箱(5)第四出水口(5.3)通过第三进水蠕动泵(6.1)与DEAMOX反应器(6)第五进水口(6.2)相连接，第一回流口(6.3)与第二回流口(6.5)相连接。
利用所述装置进行污泥消化液、二沉池出水与剩余污泥的同步处理，其特征在于，包括以下过程：
1)污泥消化液被第一进水蠕动泵以1L/min流速泵送至短程硝化反应器，打开第一搅拌器(rpm＝100)、空气压缩机(DO＝0.5±0.1mg/L)和第一在线监测装置，消化液中的氨氮逐渐被氧化。第一在线监测装置实时监测记录反应器内pH和Do等指标，当pH曲线停止下降出现“氨谷点”时，关闭第一搅拌器和空气压缩机，确保氨氮的氧化过程停留在短程硝化阶段。
2)打开第二进水蠕动泵和第一进泥泵，同时将短程硝化反应器出水与外源剩余污泥以1L/min和0.5L/min流速泵送至污泥发酵耦合反硝化反应器，打开第二搅拌器(rpm＝100)在缺氧搅拌条件下，高浓度游离亚硝酸(0.2±0.03mg/L)促进污泥有机物降解释放，反硝化过程获取释放的有机碳源，利用其作为电子供体进而完成亚硝态氮到氮气的还原过程。第二在线监测装置实时统计总结反应器内pH数据，当pH曲线出现拐点“亚硝酸盐膝”时，停止搅拌。
3)打开第三和第四进水蠕动泵，调整两台蠕动泵转速确保发酵过程释放氨氮和二沉池出水中的硝态氮以1:1.32质量浓度比在DEAMOX反应器内混合并停留20-30min。短程反硝化作用首先将原水中硝态氮还原为亚硝态氮，生成的亚硝态氮与氨氮经过厌氧氨氧化过程完成同步的去除。
本发明属于生物脱氮与污泥发酵减量技术领域。污泥消化液首先泵入短程硝化反应器，完成短程硝化过程；短程硝化反应器出水与剩余污泥共同泵送至缺氧反应器，完成污泥发酵与反硝化的同步进行；最终发酵过程释放的氨氮与二沉池出水中包含的硝态氮在升流式污泥床反应器内通过DEAMOX过程得到进一步去除，硝态氮经短程反硝化被还原为亚硝态氮，生成的亚硝态氮与进水中的氨氮以1.32:1质量浓度比例进而被厌氧氨氧化过程同步去除。DEAMOX与污泥发酵耦合技术有效解决了目前限制污水处理厂增值提效的三大主要问题：污泥消化液氨氮负担重、出水硝态氮浓度高和剩余污泥产量大。
本发明具有以下优点：
1)DEAMOX与污泥发酵耦合技术不仅实现了无外碳源投加条件下污泥上清液与二沉池出水的同步去除，以剩余污泥发酵产物作为电子供体弥补了原水碳源不足的同时又有效促进了污泥减量的进行，该技术的应用将有效促进污水处理厂的可持续发展和增值提效。
2)污泥上清液泵入短程硝化反应器，氨氮在反应器内逐渐被氧化为亚硝态氮，在线装置收集统计反应器内pH，实时控制曝气时间，当pH曲线出现“氨谷”时及时停止曝气，避免生成的亚硝态氮进一步被氧化为硝态氮，短程硝化过程比传统硝化过程节约25％曝气量。
3)短程硝化反应器出水与外源剩余污泥同时泵送至污泥发酵耦合反硝化反应器，实现了单一反应器内污水与污泥的同步处理，第二在线监测装置实时统计总结反应器内pH数据，当pH曲线出现“亚硝酸盐膝”或其他明显拐点时，停止搅拌，避免不必要的能源浪费。
4)发酵过程释放的氨氮和二沉池出水中包含的硝态氮经过DEAMOX过程，完成三级深度去除，DEAMOX通过短程反硝化与厌氧氨氧化的有效结合理论上可以去除100％含氮污染物。
附图说明
图1是本发明的装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示基于DEAMOX与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置与方法，其特征在于，包括短程硝化反应器(1)、第一中间水箱(2)、储泥罐(3)、污泥发酵耦合反硝化反应器(4)、第二中间水箱(5)、DEAMOX反应器(6)。
所述短程硝化反应器设有第一搅拌器(1.1)、第一在线监测装置(1.2)、第一进水蠕动泵(1.3)、空气压缩机(1.4)、第一进水口(1.5)、第一出水口(1.6)、第一出水蠕动泵(1.7)；所述第一中间水箱(2)设有第二进水口(2.1)、第二出水口(2.2)；所述储泥罐(3)设有第一进泥口(3.1)、第一出泥口(3.2)；所述污泥发酵耦合反硝化反应器(4)设有第一进泥泵(4.1)、第二进水泵(4.7)、第二进泥口(4.2)、第三进水口(4.3)、第二搅拌器(4.5)、第三出水口(4.6)、第二在线监测装置(4.4)；所述第二中间水箱(5)设有第四进水口(5.1)、第五进水口(5.2)、第四出水口(5.3)；所述DEAMOX反应器(6)设有第三进水蠕动泵(6.1)、第五进水口(6.2)、第一回流口(6.3)、第三在线监测装置(6.4)和第二回流口(6.5)。
第一进水蠕动泵(1.5)与短程硝化反应器(1)第一进水口(1.5)相连接，空气通过空气压缩机(1.4)打入反应器内，第一出水口(1.6)通过第一出水蠕动泵(1.7)与第一中间水箱(2)第二进水口(2.1)相连接、第一中间水箱(2)第二出水口(2.2)通过第二进水蠕动泵(4.7)与污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第三进水口(4.3)相连接，储泥罐(3)第一出泥口(3.2)通过第一进泥泵(4.1)与污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第一进泥口(4.2)相连接，污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第三出水口(4.6)与第二中间水箱(5)第四进水口(5.1)相连接，二沉池出水通过第四进水蠕动泵(5.4)与第二中间水箱(5)第五进水口(5.2)相连接，第二中间水箱(5)第四出水口(5.3)通过第三进水蠕动泵(6.1)与DEAMOX反应器(6)第五进水口(6.2)相连接，第一回流口(6.3)与第二回流口(6.5)相连接。
本实施中具体试验水为实际污泥上清液和硝态氮配水，污泥上清液水质特点如下：1965±611mg/L COD、1194±119mg/L NH4 +-N、1±1mg/L NO2 --N、2±1mg/L NO3 --N、2237±83mg/L TN、7.8±0.4pH、和80±13mg/L TDS。硝态氮采用配水58mg/L NO3 --N。剩余污泥取自实际污水处理厂二沉池MLSS＝21337±2145mg/L。
具体操作过程如下：
1)污泥消化液被第一进水蠕动泵以1L/min流速泵送至短程硝化反应器，打开第一搅拌器、空气压缩机和第一在线监测装置，消化液中的氨氮逐渐被氧化。第一在线监测装置实时监测记录反应器内pH和Do指标，当pH曲线停止下降出现拐点“氨谷点”时，关闭第一搅拌器和空气压缩机，确保氨氮的氧化过程停留在短程硝化阶段。
2)打开第二进水蠕动泵和第一进泥泵，同时将短程硝化反应器出水与外源剩余污泥以1L/min和0.5L/min流速泵送至污泥发酵耦合反硝化反应器，打开第二搅拌器(rpm＝100)在缺氧搅拌条件下，高浓度游离亚硝酸促进污泥有机物降解释放，反硝化过程获取释放的有机碳源，利用其作为电子供体进而完成亚硝态氮到氮气的还原过程。第二在线监测装置实时统计总结反应器内pH数据，当pH曲线出现拐点“亚硝酸盐膝”时，停止搅拌。
3)打开第三和第四进水蠕动泵，调整两台蠕动泵转速确保发酵过程释放氨氮和二沉池出水中的硝态氮以1:1.32质量浓度比在DEAMOX反应器内混合并停留20-30min。短程反硝化作用首先将原水中硝态氮还原为亚硝态氮，生成的亚硝态氮与氨氮经过厌氧氨氧化过程完成同步的去除。
试验结果表明：
高氨氮负荷污泥消化液(NH4 +-N＝1194.1mg/L)引入好氧反应器完成短程硝化过程。短程硝化反应器出水和浓缩的外源剩余污泥泵送至缺氧SBR完成污泥发酵与反硝化的同步进行，获得了0.31kg/m3·d总氮去除速率和4.1kg/m3·d污泥减量速率。DEAMOX反应器内通过厌氧氨氧化与短程反硝化的耦合过程，完成发酵过程中释放的氨氮(76.3mg/L)和污水处理厂二级出水中过量硝酸盐(58.6mg/L)的进一步去除。连续运行200天，出水总氮(TN)浓度为10.7mg/L，脱氮效率为98.7％。IFD-SBR和AD-UASB的脱氮率分别为89.4％和9.2％。

Claims (2)

1.基于DEAMOX与污泥发酵耦合技术促进污水厂提质增效的装置，其特征在于，包括短程硝化反应器(1)、第一中间水箱(2)、储泥罐(3)、污泥发酵耦合反硝化反应器(4)、第二中间水箱(5)、DEAMOX反应器(6)；
所述短程硝化反应器设有第一搅拌器(1.1)、第一在线监测装置(1.2)、第一进水蠕动泵(1.3)、空气压缩机(1.4)、第一进水口(1.5)、第一出水口(1.6)、第一出水蠕动泵(1.7)；所述第一中间水箱(2)设有第二进水口(2.1)、第二出水口(2.2)；所述储泥罐(3)设有第一进泥口(3.1)、第一出泥口(3.2)；所述污泥发酵耦合反硝化反应器(4)设有第一进泥泵(4.1)、第二进水泵(4.7)、第二进泥口(4.2)、第三进水口(4.3)、第二搅拌器(4.5)、第三出水口(4.6)、第二在线监测装置(4.4)；所述第二中间水箱(5)设有第四进水口(5.1)、第五进水口(5.2)、第四出水口(5.3)；所述DEAMOX反应器(6)设有第三进水蠕动泵(6.1)、第五进水口(6.2)、第一回流口(6.3)、第三在线监测装置(6.4)和第二回流口(6.5)；
第一进水蠕动泵(1.5)与短程硝化反应器(1)第一进水口(1.5)相连接，空气通过空气压缩机(1.4)打入反应器内，第一出水口(1.6)通过第一出水蠕动泵(1.7)与第一中间水箱(2)第二进水口(2.1)相连接、第一中间水箱(2)第二出水口(2.2)通过第二进水蠕动泵(4.7)与污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第三进水口(4.3)相连接，储泥罐(3)第一出泥口(3.2)通过第一进泥泵(4.1)与污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第一进泥口(4.2)相连接，污泥发酵耦合反硝化反应器(4)第三出水口(4.6)与第二中间水箱(5)第四进水口(5.1)相连接，二沉池出水通过第四进水蠕动泵(5.4)与第二中间水箱(5)第五进水口(5.2)相连接，第二中间水箱(5)第四出水口(5.3)通过第三进水蠕动泵(6.1)与DEAMOX反应器(6)第五进水口(6.2)相连接，第一回流口(6.3)与第二回流口(6.5)相连接。
2.利用权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)污泥消化液被第一进水蠕动泵以1L/min流速泵送至短程硝化反应器，打开第一搅拌器、空气压缩机和第一在线监测装置，消化液中的氨氮逐渐被氧化；第一在线监测装置实时监测记录反应器内pH和Do，其中DO＝0.5±0.1mg/L；当pH曲线停止下降出现“氨谷点”时，关闭第一搅拌器和空气压缩机，确保氨氮的氧化过程停留在短程硝化阶段；
2)打开第二进水蠕动泵和第一进泥泵，同时将短程硝化反应器出水与外源剩余污泥分别以1L/min和0.5L/min流速泵送至污泥发酵耦合反硝化反应器，打开第二搅拌器在缺氧搅拌条件下，浓度为0.2±0.03mg/L游离亚硝酸促进污泥有机物降解释放，反硝化过程获取释放的有机碳源，利用其作为电子供体进而完成亚硝态氮到氮气的还原过程；第二在线监测装置实时统计总结反应器内pH数据，当pH曲线出现拐点“亚硝酸盐膝”时，停止搅拌；
3)打开第三和第四进水蠕动泵，调整两台蠕动泵转速确保发酵过程释放氨氮和二沉池出水中的硝态氮以质量浓度比为1:1.32在DEAMOX反应器内混合并停留20-30min；短程反硝化作用首先将原水中硝态氮还原为亚硝态氮，生成的亚硝态氮与氨氮经过厌氧氨氧化过程完成同步的去除。
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