CN113461161A - 一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置属于污水生物处理领域。整套装置共包含进水箱、序批式水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化反应器、颗粒有机物储备罐以及PLC自动控制系统等。整套装置采用水解酸化耦合短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺，实现颗粒有机物去除的同时也实现了进水中总无机氮的高效去除。
Description
技术领域
本研究涉及一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置，属于废水生物处理领域。
背景技术
在废水生物脱氮领域中，厌氧氨氧化工艺因无需曝气和有机碳源投加，污泥产量低、温室气体产生量少等优势，已经成为了污水生物脱氮的首选。厌氧氨氧化过程中的瓶颈问题之一是底物亚硝的获取问题，现有的两种NO2 --N的获取途径主要包括短程硝化过程和短程反硝化过程。因短程硝化过程难实现且难稳定，短程反硝化过程逐渐被研究者们所亲睐。以短程反硝化过程为NO2 --N供给方式的短程反硝化厌氧氨氧化工艺，因具有稳定性较强、污泥产量低等优势，为生活污水与工业硝酸盐废水的同步处理提供了一种新途径。
然而，实际的生活污水与工业硝酸盐废水中含有大量的慢速生物降解有机物，以颗粒的形态存在；这部分慢速生物降解有机物通常无法被微生物所直接利用，需要在微生物胞外酶的作用下被水解为小分子才能进入胞内被微生物所利用；若我们仅依靠原水中易生物降解的有机碳源，通常无法满足脱氮的需求；如果我们能将原水中这大部分的慢速生物降解有机物加以利用，将其转化为易生物降解有机物为短程反硝化过程提供碳源的话，或许能弥补污水厂原水中易生物降解碳源不足的问题，从而进一步节省污水厂的运行成本。基于此，本发明开发了一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置。
发明内容
本发明为探究颗粒有机物在废水短程反硝化厌氧氨氧化一体化生物脱氮方面的作用，开发了一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置。
1.一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置，其特征在于：包括进水箱、序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器、颗粒有机物储备罐、出水箱、PLC自动控制系统和PLC控制柜；
其中进水箱(1)设置有进水箱放空阀(1.1)以及进水箱溢流管(1.2)，通过第一进水管(1.3)和第一进水泵(1.4)与序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连，序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)设置有温控加热带装置(2.1)，第一机械搅拌装置(2.2)以及DO/pH在线监测装置(2.3)，内部装有长有厌氧氨氧化生物膜的填料架(2.4)，通过第一电磁排水阀(2.5)与出水管(2.6)与出水箱(4)相互连接起来；(3)为颗粒有机物储备罐，内有磁子(3.2)，放置于磁力搅拌器(3.1)上，并通过第二进水管(3.3)以及第二进水泵(3.4)将颗粒有机物泵入序批式水解酸化原位短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，(5)为PLC自动控制系统，(6)为PLC控制柜。
实现短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺，其特征在于包含以下步骤：
(1)运行准备阶段：
颗粒有机物储备罐(3)中接种的是质量浓度为5g/L的淀粉胶体悬浊液，调整磁力搅拌器(4.1)的转数为100rpm，保证颗粒有机物储备罐(3)中的有机物颗粒均匀分布；调整第一进水泵(1.4)的转数为60-80rpm，调整第二进水泵(2.3)的转数为55-70rpm；进水箱(1)中是用质量浓度为240～250mg/L的硝酸钠以及经稀释后的生活污水混合而成的含有质量浓度为40±5mg/L的NH4 +-N和质量浓度为40±5mg/L NO3 --N的废水；序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中接种的是初沉絮体污泥以及长有厌氧氨氧化生物膜的填料，填料的填充比为20～30％，初始的污泥浓度为4000±200mg/L；
(2)运行启动阶段：
序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)的排水比为50％，一天24h运行一个周期，每周期包括：进颗粒有机物1min→厌氧搅拌449min→进废水2min→缺氧搅拌238min→沉淀30min→排水10min→闲置710min；设定第一机械搅拌装置(2.2)的转速为60-70rpm；通过温控加热带装置(2.1)控制运行期间混合液的温度为30±2℃；通过监测进出水中的NH4 +-N与NO2 --N和NO3 --N的质量浓度，计算序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中总无机氮即TIN的去除效率，TIN质量浓度的计算公式为TIN＝NH4 +-N+NO2 --N+NO3 --N，TIN去除效率的计算公式为进出水TIN质量浓度之差×100％/进水TIN的质量浓度；通过调整颗粒淀粉有机物的投配比，投配比的控制范围在0.24～0.45g/L，控制序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)的TIN去除效率高于80％并能稳定维持10d以上后进入下一阶段；
(3)负荷提升阶段：
以10mg/L为质量浓度梯度，第二阶段将进水箱(1)中NH4 +-N和NO3 --N的质量浓度均提升至50±5mg/L，通过监测进出水中的NH4 +-N与NO2 --N和NO3 --N的质量浓度，计算序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中TIN的去除效率，通过调整颗粒有机物的投配比，投配比的控制范围在0.24～0.45g/L，控制序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)TIN的去除效率高于80％；稳定维持10d以上后进一步提升进水中NH4 +-N和NO3 --N的质量浓度至60±5mg/L，然后进入下一阶段；
(4)稳定运行阶段：
进水箱(1)中含质量浓度分别为60±5mg/L的NH4 +-N和NO3 --N的废水进入至序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)排水比为50％，一天24h运行一个周期，每周期包括：进颗粒有机物1min→厌氧搅拌399～449min→进水2min→缺氧搅拌238～358min→沉淀20～30min→排水10min→闲置590～770min，反应期间混合液的温度为30±2℃，第一机械搅拌装置(2.2)的转速为60-70rpm，最终出水进入到出水箱(4)中。
此发明与现有技术相比较，具有如下优势：
(1)整套装置结构简洁，运行流程清晰。
(2)反应过程均在厌-缺氧的条件下运行，无需消耗曝气能耗。
(3)采用PLC自动控制系统，使反应器的运行更加智能与灵活，保证了良好的出水效果。
(4)利用颗粒有机物水解酸化的产物作为短程反硝化过程中的电子供体，无需额外投加小分子有机碳源，同时实现了颗粒有机物的去除。
(5)反应器中的生物载体减少了厌氧氨氧化菌的流失，有利于厌氧氨氧化菌的稳定持留，提高了脱氮效率。
附图说明
图1为整套水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化实现氮素去除及污泥减量的装置图。
其中(1)为进水箱，(1.1)为进水箱溢流管，(1.2)为进水箱放空阀，(1.3)为第一进水管，(1.4)为第一进水泵，(2)为水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器，(2.1)为温控加热带装置，(2.2)为机械搅拌装置，(2.3)为DO/pH在线监测装置，(2.4)为填料架，(2.5)为电磁排水阀，(2.6)为出水管，(3)为颗粒有机物储备罐，(3.1)为磁力搅拌器，(3.2)为磁子，(3.3)为第二进水管，(3.4)为第二进水泵，(4)为出水箱，(5)为PLC自动控制系统，(6)为PLC控制柜。
图2为整套利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置的具体运行方式，包括厌氧搅拌400～450min，缺氧搅拌240～360min等阶段。
具体实施方式
(1)运行准备阶段：
颗粒有机物储备罐(3)中接种的是质量浓度为5g/L的淀粉胶体悬浊液，调整磁力搅拌器(4.1)的转数为100rpm，保证颗粒有机物储备罐(3)中的有机物颗粒均匀分布；调整第一进水泵(1.4)的转数为60-80rpm，调整第二进水泵(2.3)的转数为55-70rpm；进水箱(1)中是用质量浓度为240～250mg/L的硝酸钠以及经稀释后的生活污水混合而成的含有质量浓度为40±5mg/L的NH4 +-N和质量浓度为40±5mg/L NO3 --N的废水；序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中接种的是初沉絮体污泥以及长有厌氧氨氧化生物膜的填料，填料的填充比为20～30％，初始的污泥浓度为4000±200mg/L；
(2)运行启动阶段：
序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)的排水比为50％，一天24h运行一个周期，每周期包括：进颗粒有机物1min→厌氧搅拌449min→进废水2min→缺氧搅拌238min→沉淀30min→排水10min→闲置710min；设定第一机械搅拌装置(2.2)的转速为60-70rpm；通过温控加热带装置(2.1)控制运行期间混合液的温度为30±2℃；通过监测进出水中的NH4 +-N与NO2 --N和NO3 --N的质量浓度，计算序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中总无机氮即TIN的去除效率，TIN质量浓度的计算公式为TIN＝NH4 +-N+NO2 --N+NO3 --N，TIN去除效率的计算公式为进出水TIN质量浓度之差×100％/进水TIN的质量浓度；通过调整颗粒淀粉有机物的投配比，投配比的控制范围在0.24～0.45g/L，控制序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)的TIN去除效率高于80％并能稳定维持10d以上后进入下一阶段；
(3)负荷提升阶段：
以10mg/L为质量浓度梯度，第二阶段将进水箱(1)中NH4 +-N和NO3 --N的质量浓度均提升至50±5mg/L，通过监测进出水中的NH4 +-N与NO2 --N和NO3 --N的质量浓度，计算序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中TIN的去除效率，通过调整颗粒有机物的投配比，投配比的控制范围在0.24～0.45g/L，控制序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)TIN的去除效率高于80％；稳定维持10d以上后进一步提升进水中NH4 +-N和NO3 --N的质量浓度至60±5mg/L，然后进入下一阶段；
(4)稳定运行阶段：
进水箱(1)中含质量浓度分别为60±5mg/L的NH4 +-N和NO3 --N的废水进入至序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)排水比为50％，一天24h运行一个周期，每周期包括：进颗粒有机物1min→厌氧搅拌399～449min→进水2min→缺氧搅拌238～358min→沉淀20～30min→排水10min→闲置590～770min，反应期间混合液的温度为30±2℃，第一机械搅拌装置(2.2)的转速为60-70rpm，最终出水进入到出水箱(4)中。
Claims (2)
1.一种利用水解酸化短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺实现氮素及颗粒有机物去除的装置，其特征在于：包括进水箱、序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器、颗粒有机物储备罐、出水箱、PLC自动控制系统和PLC控制柜；
其中进水箱(1)设置有进水箱放空阀(1.1)以及进水箱溢流管(1.2)，通过第一进水管(1.3)和第一进水泵(1.4)与序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连，序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)设置有温控加热带装置(2.1)，第一机械搅拌装置(2.2)以及DO/pH在线监测装置(2.3)，内部装有长有厌氧氨氧化生物膜的填料架(2.4)，通过第一电磁排水阀(2.5)与出水管(2.6)与出水箱(4)相互连接起来；(3)为颗粒有机物储备罐，内有磁子(3.2)，放置于磁力搅拌器(3.1)上，并通过第二进水管(3.3)以及第二进水泵(3.4)将颗粒有机物泵入序批式水解酸化原位短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，(5)为PLC自动控制系统，(6)为PLC控制柜。
2.应用如权利要求1所述装置实现短程反硝化厌氧氨氧化一体化工艺，其特征在于包含以下步骤：
(1)运行准备阶段：
颗粒有机物储备罐(3)中接种的是质量浓度为5g/L的淀粉胶体悬浊液，调整磁力搅拌器(4.1)的转数为100rpm，保证颗粒有机物储备罐(3)中的有机物颗粒均匀分布；调整第一进水泵(1.4)的转数为60-80rpm，调整第二进水泵(2.3)的转数为55-70rpm；进水箱(1)中是用质量浓度为240～250mg/L的硝酸钠以及经稀释后的生活污水混合而成的含有质量浓度为40±5mg/L的NH4 +-N和质量浓度为40±5mg/L NO3 --N的废水；序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中接种的是初沉絮体污泥以及长有厌氧氨氧化生物膜的填料，填料的填充比为20～30％，初始的污泥浓度为4000±200mg/L；
(2)运行启动阶段：
序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)的排水比为50％，一天24h运行一个周期，每周期包括：进颗粒有机物1min→厌氧搅拌449min→进废水2min→缺氧搅拌238min→沉淀30min→排水10min→闲置710min；设定第一机械搅拌装置(2.2)的转速为60-70rpm；通过温控加热带装置(2.1)控制运行期间混合液的温度为30±2℃；通过监测进出水中的NH4 +-N与NO2 --N和NO3 --N的质量浓度，计算序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中总无机氮即TIN的去除效率，TIN质量浓度的计算公式为TIN＝NH4 +-N+NO2 --N+NO3 --N，TIN去除效率的计算公式为进出水TIN质量浓度之差×100％/进水TIN的质量浓度；通过调整颗粒淀粉有机物的投配比，投配比的控制范围在0.24～0.45g/L，控制序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)的TIN去除效率高于80％并能稳定维持10d以上后进入下一阶段；
(3)负荷提升阶段：
以10mg/L为质量浓度梯度，第二阶段将进水箱(1)中NH4 +-N和NO3 --N的质量浓度均提升至50±5mg/L，通过监测进出水中的NH4 +-N与NO2 --N和NO3 --N的质量浓度，计算序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中TIN的去除效率，通过调整颗粒有机物的投配比，投配比的控制范围在0.24～0.45g/L，控制序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)TIN的去除效率高于80％；稳定维持10d以上后进一步提升进水中NH4 +-N和NO3 --N的质量浓度至60±5mg/L，然后进入下一阶段；
(4)稳定运行阶段：
进水箱(1)中含质量浓度分别为60±5mg/L的NH4 +-N和NO3 --N的废水进入至序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，序批式水解酸化短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应器(2)排水比为50％，一天24h运行一个周期，每周期包括：进颗粒有机物1min→厌氧搅拌399～449min→进水2min→缺氧搅拌238～358min→沉淀20～30min→排水10min→闲置590～770min，反应期间混合液的温度为30±2℃，第一机械搅拌装置(2.2)的转速为60-70rpm，最终出水进入到出水箱(4)中。
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