CN113428979A - 基于生物膜的两段式强化pdamox工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置和方法属于废水生物处理领域。城市生活污水和硝酸盐废水首先进入短程反硝化序批式生物膜反应器中，由生活污水提供有机碳源，缺氧搅拌使反硝化细菌将硝酸盐氮转化成亚硝酸盐氮；短程反硝化序批式生物膜反应器出水进入厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器中进行脱氮。同时厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器部分出水回流至原水箱将厌氧氨氧化反应生成的硝酸盐氮深度去除。本发明无需外加碳源，同时短程反硝化过程产生的OH‑给厌氧氨氧化过程提供碱度，并且回流解决了硝酸盐氮无法去除的问题；生物膜载体提高系统生物量和耐冲击负荷能力，以达到废水深度脱氮。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置和方法，属于废水生物处理技术领域。
背景技术
在实际生活中，工业生产往往产生大量含硝酸盐氮的废水，这类废水的物理化学处理方法通常需要投加大量药剂，运行成本高且无法去除水中含有的氮素；而采用完全硝化反硝化的生物处理方法也需要投加大量碳源，且剩余污泥产高，增加污水处理厂运行成本。
厌氧氨氧化技术因其不需曝气，无需碳源，污泥产量小等优点，属于自养脱氮技术，近年来引起业内普遍关注。而其与其他技术耦合的深度脱氮技术也逐渐发展成熟。厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐转变成氮气。限制其大规模应用的瓶颈之一是底物亚硝酸盐的稳定获取。
短程反硝化技术能够将硝酸盐氮转化成亚硝酸盐，相比于完全反硝化，其节省部分碳源，污泥产量较少，同时可为厌氧氨氧化提供底物亚硝酸盐。将含硝酸盐氮的工业废水与城市生活污水混合，城市生活污水中的可降解有机物为短程反硝化提供碳源，同时产生的亚硝酸盐氮和生活污水中的氨氮可通过厌氧氨氧化技术同步去除。
由于反应器在运行过程中出水往往会造成生物量的流失，因此采取投加载体填料的方式，可以有效截留生物量，并提高反应器的沉降性能，从而提高总氮去除率达到深度高效脱氮。
发明内容
本发明提出了一种基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置和方法。首先，含硝酸盐的废水和城市生活污水一起进入短程反硝化序批式生物膜反应器，硝酸盐还原菌利用生活污水中的有机碳源将硝态氮转化成亚硝态氮；含有氨氮和亚硝态氮的序批式生物膜反应器出水进入厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器，厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐氮转化成氮气和少量的硝酸盐氮；厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器出水一部分回流至原水箱中，进而将产生的硝酸盐氮进一步去除。最终实现硝酸盐废水和城市生活污水的同步深度脱氮。
为实现上述目的，本发明提出了基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置，装置包括：原水箱(1)、短程反硝化序批式生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)、沉淀池(5)；短程反硝化序批式生物膜反应器(2)中含直径在20～50mm、密度在0.9～1.0g/cm3、比表面积在200～800m2/m3、孔隙率为94％～96％、填充比为15％～25％的聚乙烯空心环填料(2.3)、搅拌器(2.4)、第一取样口(2.5)、第一出水口(2.6)、排水阀(2.7)、放空管(2.8)、第一pH在线测定仪(2.9)；所述厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)包括第二进水泵(4.1)、第二进水口(4.2)、第二取样口(4.3)、第二出水口(4.4)、回流口(4.5)、第一回流泵(4.6)、第三进水口(4.7)、第二放空管(4.8)、三相分离器(4.9)、第二pH在线测定仪(4.10)、第二回流泵(4.11)；原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与短程反硝化序批式生物膜反应器(2)相连接；中间水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)第二进水口(4.2)相连；另外，第一pH在线测定仪(2.9)和第二pH在线测定仪(4.10)与过程控制器(6)相连；设置过程控制器(6)和计算机(7)相连，用以控制第一进水泵(2.1)、第二进水泵(4.1)、第一回流泵(4.6)、第二回流泵(4.11)、搅拌器(2.4)、排水阀(2.7)、第一pH在线测定仪(2.9)、第二pH在线测定仪(4.10)；自动控制系统包括过程控制器(6)、计算机(7)。
基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
(1)短程反硝化序批式生物膜反应器的启动：接种聚乙烯空心环填料，控制填料的填充比在20％～40％，接种填料污泥浓度为2000～4000mg/L；进水为硝酸盐氮的废水和生活污水,控制硝酸盐废水和生活污水混合比例，使其进水中COD/NO3 -质量浓度控制在2～4，其中硝酸盐浓度为50～200mg/L，每天运行6周期，每周期4h，包括进水、搅拌、沉淀、排水、闲置五个阶段，其中进水时间控制在10～20min，搅拌时间控制在60～120min，沉淀时间控制在50～100min，闲置时间控制在20～40min,排水比控制在40～60％,当亚硝酸盐积累率大于80％时，该反应器启动成功。
(2)厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器的启动：首先接种附着厌氧氨氧化种泥的悬浮填料于上流式厌氧污泥床生物膜反应器中，控制接种后上流式厌氧污泥床生物膜反应器填料的污泥浓度在2000～5000mg/L，进水为人工配置的亚硝酸盐氮浓度为100mg/L，氨氮浓度在100mg/L的模拟废水，水力停留时间为6～15h，出水回流与进水流量之比控制在100％～200％，控制污泥龄为6～15d；当出水中氨氮与亚硝态氮去除率大于80％时，该反应器启动成功。
(3)联合运行：
原水箱中含有生活污水和硝酸盐废水的混合废水通过第一进水泵进入短程反硝化SBBR反应器中，每天运行6周期，每周期4h，包括进水、搅拌、沉淀、排水、闲置五个阶段，其中进水时间控制在10～20min，搅拌时间控制在60～120min，沉淀时间控制在50～100min，闲置时间控制在20～40min,排水比控制在40～60％，出水进入中间水箱。
中间水箱中的废水通过第二进水泵进入厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器，水力停留时间为6～15h，调节第一回流泵泵速使出水回流与进水流量之比控制在100％～200％。厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器出水的50％由第二回流泵泵入原水箱。
所述过程中进水泵、回流泵、排水阀均由自动控制系统进行控制。
本发明提出的基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置和方法，其特点和优势如下：
(1)相比于完全反硝化，短程反硝化节省部分碳源，减少剩余污泥产量，氮素去除速率高；此外，生活污水中的有机物用作短程反硝化碳源，无需外加碳源，节约运行成本；
(2)上流式厌氧污泥床生物膜反应器出水部分回流，去除厌氧氨氧化反应产生的硝态氮，进一步提高出水水质，解决了厌氧氨氧化反应产生的硝态氮无法去除的问题；
(3)采取投加载体填料的方式可有效截留生物量，同时提高系统对环境变化的鲁棒性；提高了细菌的活性和丰度从而达到稳定高效脱氮；
(4)短程反硝化过程产生的OH-可以为后续厌氧氨氧化过程提供碱度。
附图说明
图1为一种基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置，图中：1-原水箱、2-短程反硝化序批式生物膜反应器、3-中间水箱、4-厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器、5-沉淀池。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置，包括原水箱(1)、短程反硝化序批式生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)、沉淀池(5)；短程反硝化序批式生物膜反应器(2)中含直径在20～50mm、密度在0.9～1.0g/cm3、比表面积在200～800m2/m3、孔隙率为94％～96％、填充比为15％～25％的聚乙烯空心环填料(2.3)、搅拌器(2.4)、第一取样口(2.5)、第一出水口(2.6)、排水阀(2.7)、放空管(2.8)、第一pH在线测定仪(2.9)；所述厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)包括第二进水泵(4.1)、第二进水口(4.2)、第二取样口(4.3)、第二出水口(4.4)、回流口(4.5)、第一回流泵(4.6)、第三进水口(4.7)、第二放空管(4.8)、三相分离器(4.9)、第二pH在线测定仪(4.10)、第二回流泵(4.11)；原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与短程反硝化序批式生物膜反应器(2)相连接；中间水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)第二进水口(4.2)相连；另外，第一pH在线测定仪(2.9)和第二pH在线测定仪(4.10)与过程控制器(6)相连；设置过程控制器(6)和计算机(7)相连，用以控制第一进水泵(2.1)、第二进水泵(4.1)、第一回流泵(4.6)、第二回流泵(4.11)、搅拌器(2.4)、排水阀(2.7)、第一pH在线测定仪(2.9)、第二pH在线测定仪(4.10)；自动控制系统包括过程控制器(6)、计算机(7)。
具体操作过程如下：
(1)短程反硝化序批式生物膜反应器的启动：接种具有不完全硝酸盐还原特性的短程反硝化污泥的聚乙烯空心环填料，控制填料的填充比在20％～40％，接种填料污泥浓度为2000～4000mg/L；进水为硝酸盐氮的废水和生活污水,控制硝酸盐废水和生活污水混合比例，使其进水中COD/NO3 -质量浓度控制在2～4，其中硝酸盐浓度为50～200mg/L，每天运行6周期，每周期4h，包括进水、搅拌、沉淀、排水、闲置五个阶段，其中进水时间控制在10～20min，搅拌时间控制在60～120min，沉淀时间控制在50～100min，闲置时间控制在20～40min,排水比控制在40～60％,当亚硝酸盐积累率大于80％时，该反应器启动成功。
(2)厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器的启动：首先接种附着厌氧氨氧化种泥的悬浮填料于上流式厌氧污泥床生物膜反应器中，控制接种后反应器填料的污泥浓度在2000～5000mg/L，进水为人工配置的亚硝酸盐氮浓度为100mg/L，氨氮浓度在100mg/L的模拟废水，水力停留时间为6～15h，出水回流与进水流量之比控制在100％～200％，控制污泥龄为6～15d；当出水中氨氮与亚硝态氮去除率大于80％时，该反应器启动成功。
(3)联合运行：
原水箱中含有生活污水和硝酸盐废水的混合废水通过第一进水泵进入短程反硝化SBBR反应器中，每天运行6周期，每周期4h，包括进水、搅拌、沉淀、排水、闲置五个阶段，其中进水时间控制在10～20min，搅拌时间控制在60～120min，沉淀时间控制在50～100min，闲置时间控制在20～40min,排水比控制在40～60％，出水进入中间水箱。
中间水箱中的废水通过第二进水泵进入厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器，水力停留时间为6～15h，调节第一回流泵泵速使出水回流与进水流量之比控制在100％～200％。厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器出水50％由第二回流泵泵入原水箱。
所述过程中进水泵、回流泵、排水阀均由自动控制系统进行控制。
连续试验结果表明：
该装置能够同步处理高浓度硝态氮废水和城市生活污水，氨氮去除率大于93.6％，有机物去除率大于91.3％，系统出水氨氮质量浓度小于10mg/L,亚硝酸盐氮出水质量浓度小于5mg/L,硝酸盐氮出水质量浓度小于10mg/L。
Claims (2)
1.基于生物膜的两段式强化PDAMOX工艺同步处理硝酸盐废水和生活污水的装置，其特征在于，包括原水箱(1)、短程反硝化序批式生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)、沉淀池(5)；短程反硝化序批式生物膜反应器(2)中含直径在20～50mm、密度在0.9～1.0g/cm3、比表面积在200～800m2/m3、孔隙率为94％～96％、填充比为15％～25％的聚乙烯空心环填料(2.3)、搅拌器(2.4)、第一取样口(2.5)、第一出水口(2.6)、排水阀(2.7)、放空管(2.8)、第一pH在线测定仪(2.9)；所述厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)包括第二进水泵(4.1)、第二进水口(4.2)、第二取样口(4.3)、第二出水口(4.4)、回流口(4.5)、第一回流泵(4.6)、第三进水口(4.7)、第二放空管(4.8)、三相分离器(4.9)、第二pH在线测定仪(4.10)、第二回流泵(4.11)；原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与短程反硝化序批式生物膜反应器(2)相连接；中间水箱(3)通过第二进水泵(4.1)与厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器(4)第二进水口(4.2)相连；另外，第一pH在线测定仪(2.9)和第二pH在线测定仪(4.10)与过程控制器(6)相连；设置过程控制器(6)和计算机(7)相连，用以控制第一进水泵(2.1)、第二进水泵(4.1)、第一回流泵(4.6)、第二回流泵(4.11)、搅拌器(2.4)、排水阀(2.7)、第一pH在线测定仪(2.9)、第二pH在线测定仪(4.10)；自动控制系统包括过程控制器(6)、计算机(7)。
2.应用权利要求1所述的装置同步处理硝酸盐废水和生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
(1)短程反硝化序批式生物膜反应器的启动：接种聚乙烯空心环填料，控制填料的填充比在20％～40％，接种填料污泥浓度为2000～4000mg/L；进水为硝酸盐氮的废水和生活污水,控制硝酸盐废水和生活污水混合比例，使其进水中COD/NO3 -的质量浓度控制在2～4，其中硝酸盐浓度为50～200mg/L，每天运行6周期，每周期4h，包括进水、搅拌、沉淀、排水、闲置五个阶段，其中进水时间控制在10～20min，搅拌时间控制在60～120min，沉淀时间控制在50～100min，闲置时间控制在20～40min,排水比控制在40～60％,当亚硝酸盐积累率大于80％时，短程反硝化序批式生物膜反应器启动成功；
(2)厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器的启动：首先接种附着厌氧氨氧化种泥的悬浮填料于上流式厌氧污泥床生物膜反应器中，控制接种后上流式厌氧污泥床生物膜反应器填料的污泥浓度在2000～5000mg/L，进水为人工配置的亚硝酸盐氮浓度为100mg/L，氨氮浓度在100mg/L的模拟废水，水力停留时间为6～15h，出水回流与进水流量之比控制在100％～200％，控制污泥龄为6～15d；当出水中氨氮与亚硝态氮去除率大于80％时，厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器启动成功；
(3)联合运行：
原水箱中含有生活污水和硝酸盐废水的混合废水通过第一进水泵进入短程反硝化序批式生物膜反应器中，每天运行6周期，每周期4h，包括进水、搅拌、沉淀、排水、闲置五个阶段，其中进水时间控制在10～20min，搅拌时间控制在60～120min，沉淀时间控制在50～100min，闲置时间控制在20～40min,排水比控制在40～60％，出水进入中间水箱；
中间水箱中的废水通过第二进水泵进入厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器，水力停留时间为6～15h，调节第一回流泵泵速使出水回流与进水流量之比控制在100％～200％；厌氧氨氧化上流式厌氧污泥床生物膜反应器出水50％由第二回流泵泵入原水箱；
所述过程中进水泵、回流泵、排水阀均由自动控制系统进行控制。
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