CN113415883A

CN113415883A - 一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法

Info

Publication number: CN113415883A
Application number: CN202110627653.2A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 罗绍平; 贾彤
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2021-09-21

Abstract

一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法，属于污水生物处理领域。本系统包括进水水箱、SBR反应器和出水水箱三部分。SBR反应器底部设有微孔曝气盘，曝气泵连接气体转子流量计控制系统进气量，生活污水经蠕动泵进入SBR反应器，出水经排水阀排出SBR反应器，进入出水水箱。本方法通过简便的常温厌氧搅拌处理活性污泥，以达到实现短程硝化的启动。经过长期厌氧搅拌后NOB活性下降，以AOA正常运行一段时间后短程硝化亚硝积累率仍保持90％以上。

Description

一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法

技术领域

本发明涉及简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

水体富营养化是指水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。水体富营养化会导致水体中溶解氧含量大量减少，引起水体生态系统物种分布失衡，造成水生态系统的破坏，所以脱氮除磷也成为了污水处理厂的首要任务。传统的脱氮方式一般通过“硝化-反硝化”完成，反应相对稳定，但需要投加碳源，生活污水中的有机物也需要曝气去除，耗能巨大，随着“碳中和-碳达峰”的提出，传统硝化反硝化已不满足可持续和绿色发展的需求。近年来，随着新兴工艺短程硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化的提出与应用，节能降耗，大大降低了污水处理厂实际运行过程中的运营成本以及温室气体的排放。而短程硝化是短程硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化工艺技术形成的关键因素，具有非常重要的研究价值和应用前景。

由于城镇污水处理厂污水处理系统是较为开放的菌群处理系统，氨氧化菌AOB和亚硝氧化菌NOB有相对稳定的共生关系，如何实现稳定的短程硝化是目前研究的重点和热点。国内外很多学者均对NOB的活性抑制和淘洗出系统做了研究，包括pH、DO、SRT、温度等条件变化对短程硝化的影响或形成。以上条件控制均可快速实现短程硝化，但是存在操作复杂、运行成本高、易被破坏、稳定性较差等不足，亟需寻找一种运行简便，成本低，稳定性较好短程硝化形成方法。

根据文献报道，经过简单的厌氧处理后在恢复期出现明显的亚硝积累，但是随着时间推移亚硝积累逐渐消失。可能的原因NOB经过短期无底物饥饿后活性受到抑制，但短期内恢复过程使NOB获得底物亚硝酸盐，活性逐渐恢复。本发明利用相对长期的厌氧饥饿使NOB活性长期受到抑制，逐渐凋亡；同时使系统少量氨氮剩余，根据AOB和NOB的氧饱和常数差别，使NOB在短期内无法恢复。本发明采用的方法简便易操作，无需添加任何抑制剂或者控制其他条件，可广泛应用于城市污水处理厂城镇污水处理系统短程硝化的启动与稳定运行。

发明内容

本发明提出了简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法，实现了将城镇污水处理厂二沉池剩余全程硝化污泥简便快速实现稳定短程硝化，可节省曝气和减少碳源投加，使节能降耗，同时可为后期实现短程硝化-厌氧氨氧化耦合提供稳定的亚硝积累，强化短程硝化广泛应用于低C/N比城市污水的深度脱氮除磷处理中，解决了传统污水处理厂生活污水碳源浪费、增加曝气和碳源投加的问题，使得污水处理过程中形成稳定的短程硝化，减少不必要的曝气和碳源浪费，同时为厌氧氨氧化的工程应用提供稳定的基质亚硝酸盐。该发明创造性的提出了以厌氧饥饿长期处理抑制AOB活性以强化城市污水短程硝化的方法，并且好氧端的短程硝化不仅节约了曝气量而且减少了反硝化所需的内碳源量，同时能稳定获得厌氧氨氧化的基质亚硝，更加的经济节能，脱氮除磷效果良好。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法，其特征在于：

所用装置包括城市污水原水水箱(1)、SBR反应器(2)、出水水箱(3)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有放空阀Ⅰ(1.1)和溢流管Ⅰ(1.2)；所述SBR反应器(2)设有蠕动泵(2.1)、空气压缩机(2.2)、转子流量计(2.3)、搅拌装置(2.4)、曝气盘(2.5)、溢流管Ⅱ(2.6)、排水阀Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)、排泥阀(2.9)、pH/DO在线监测仪(2.10)；所述出水水箱(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(3.1)、排水口(3.2)以及放空阀Ⅱ(3.3)；

所述城市污水原水箱(1)通过蠕动泵(2.1)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)通过排水阀Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)与出水水箱(3)相连接。

2.应用如权利要求1所述装置实现生活污水深度脱氮的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：

1)系统启动阶段：

SBR反应器(2)接种污泥为城市污水处理厂全程污泥，使反应器内污泥浓度MLSS＝3000-3500mg/L。

2)运行阶段：

2.1)阶段一：城市污水原水箱(1)中的污水通过蠕动泵(2.1)进入SBR反应器(2)中，进水的同时开始厌氧搅拌，厌氧搅拌420min，然后沉淀排水共30min，排水比为10％，排水后闲置30min，开始下一周期，继续进行进水厌氧搅拌，沉淀排水和闲置，每天运行三周期，循环运行7天；

2.2)阶段二：城市污水原水箱(1)中的污水通过蠕动泵(2.1)进入SBR反应器(2)中，进水的同时开始厌氧搅拌，厌氧搅拌120min，厌氧搅拌结束后好氧曝气180-240min，通过气体转子流量计(2.3)调整曝气量，控制反应器内溶解氧2-3mg/L，曝气搅拌结束后，开始缺氧搅拌，时间为300-360min，然后沉淀排水共30min，排水比为50％，排水后闲置30min，开始下一周期，继续进行进水搅拌，曝气和缺氧搅拌，周而复始，每天运行两周期；

SBR反应器(2)运行时需要排泥，使反应器内污泥浓度维持在3000±300mg/L，污泥龄控制在15～25天。

技术原理：

AOB相比NOB受溶解氧不足抑制程度较小，经过简单的厌氧处理后在恢复期出现明显的亚硝积累，但是随着时间推移亚硝积累逐渐消失。可能的原因NOB经过短期无底物饥饿后活性受到抑制，但短期内恢复过程使NOB获得底物亚硝酸盐，活性逐渐恢复。本发明利用相对长期的厌氧饥饿使NOB活性长期受到抑制，逐渐凋亡，阶段一在每个周期引入部分生活污水碳源，反硝化去除反应器中可能产生的NOB底物基质亚硝酸盐；同时在阶段二使系统少量氨氮剩余，根据AOB和NOB的氧饱和常数差别，使NOB在短期内无法恢复；而AOA运行模式下，长期的厌氧缺氧时间进一步抑制了NOB的活性，从而实现了稳定的短程硝化。

本发明专利为一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置和方法，具有以下优势：

1))生化反应器为SBR反应器，具有操作方便，运行简便，沉淀排水效果好，适合自动化操作；

2)、运行过程中未添加任何抑制剂，节约成本，减少二次污染；

3)、阶段一短程硝化启动阶段为控制其他因素，运行简便易实现；

4)、阶段二稳定运行过程中可随时调控氨氮剩余量，为后期富集/引入厌氧氨氧化提供条件，也能进一步降低氨氧化曝气量，节省成本；

4)、短程硝化的实现可降低曝气量和反硝化碳源消耗，AOA运行模式可在厌氧段储存生活污水COD为内碳源以提供缺氧段的反硝化，进一步节省碳源。

综上所述，利用本发明处理低C/N比的城市生活污水，具有高效脱氮除磷，运行简便，节能降耗，节约成本，系统处理效果稳定等优点。

附图说明

图1是：一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置。

图1中：1为城市污水原水水箱、2为SBR反应器、3为出水水箱；1.1和1.2分别为城市污水原水箱放空阀Ⅰ和溢流管Ⅰ；2.1为蠕动泵，2.2为空气压缩机，2.3为转子流量计，2.4为搅拌装置，2.5为曝气盘，2.6为SBR反应器溢流管Ⅱ、2.7和2.8分别为SBR反应器排水阀Ⅰ和排水阀Ⅱ，2.9为排泥阀，2.10为pH/DO在线监测仪；3.1为出水水箱溢流管Ⅲ，3.2为出水水箱排水口，3.3为出水水箱放空阀Ⅱ。

图2是本发明具体案例阶段二稳定运行后系统内进出水COD和氨氮、好氧末亚硝和硝氮的浓度变化以及好氧末亚硝积累示意图，目前已稳定运行30个周期以上。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案：

如图1所示，一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的方法，所用装置由包括城市污水原水水箱(1)，SBR反应器(2)，出水水箱(3)；其特征在于城市污水原水箱(1)通过蠕动泵(2.1)与SBR反应器(2)相连接；SBR反应器(2)通过排水阀Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)与出水水箱(3)相连接。

实验采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为208-281mg/L，NH₄ ⁺-N浓度63-81mg/L，NO₂ ^--N≤1mg/L，NO₃ ^--N≤2mg/L。实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，SBR反应器总体积11L，其中有效体积为10L。

具体运行操作如下：

1)系统启动阶段：

3)运行阶段：

试验结果表明：阶段二运行稳定后，SBR反应器(2)好氧末NH₄ ⁺-N浓度小于10mg/L，NO₂ ^--N为15-20mg/L，NO₃ ^--N＜2mg/L，缺氧末出水COD浓度为32-47mg/L，NH₄ ⁺-N＜10mg/L，NO₂ ^--N为6-11mg/L，NO₃ ^--N＜1mg/L，氨氮剩余准备后期与亚硝为基质富集/引入厌氧氨氧化，进一步减少曝气量，同时防止过曝气导致NOB活性恢复，整个阶段二好氧末亚硝积累率大于90％，说明短程硝化稳定运行。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种简便实现城市污水处理短程硝化并长期稳定运行的装置，其特征在于：

包括城市污水原水水箱(1)、SBR反应器(2)、出水水箱(3)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有放空阀Ⅰ(1.1)和溢流管Ⅰ(1.2)；所述SBR反应器(2)设有蠕动泵(2.1)、空气压缩机(2.2)、转子流量计(2.3)、搅拌装置(2.4)、曝气盘(2.5)、溢流管Ⅱ(2.6)、排水阀Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅱ(2.8)、排泥阀(2.9)、pH/DO在线监测仪(2.10)；所述出水水箱(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(3.1)、排水口(3.2)以及放空阀Ⅱ(3.3)；

2.应用如权利要求1所述装置实现城市生活污水短程硝化并长期稳定的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：

1)系统启动阶段：

SBR反应器(2)接种污泥为城市污水处理厂全程污泥，使反应器内污泥浓度MLSS＝3000-3500mg/L；

2)运行阶段：