CN113526659A - 一种处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置和方法，先将污泥进行厌氧发酵产生挥发性脂肪酸(VFAs)，再在缺氧条件下利用VFAs作为内碳源进行短程反硝化反应，最后厌氧氨氧化菌利用由厌氧发酵产生的氨氮与短程反硝化产生的亚硝酸盐氮作为基质进行厌氧氨氧化反应产生氮气和硝酸盐氮，从而达到深度脱氮与污泥减量的目的，解决了现阶段污水厂脱氮碳源不足和剩余污泥产量大这两大难题。
Description
技术领域：
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置和方法，采用单级UABR中污泥发酵同步短程反硝化氨氧化处理高硝酸盐废水和剩余污泥。
背景技术：
硝酸盐类污染物主要来源于制革、化工的废水以及生化处理设施的排水和农田排水。也可由含氮有机物经氧化或微生物作用而产生。硝酸盐污染导致水体富营养化，水质下降；水体中硝酸盐浓度过高会导致一系列的环境风险，会间接影响人类健康，比如会增加人类患高铁血红蛋白的风险，因此消除硝酸盐引起的污染尤为重要。
短程反硝化技术恰好解决了这类问题，短程反硝化是指将传统的反硝化控制到以NO2 -为终产物，而不进一步的还原。短程反硝化相比传统反硝化，省去了多步还原过程，因此具有较高的反应速率，并且碳源消耗量大大降低，相应的污泥产量也大大减少。
在污水处理厂去除硝酸盐类污染运用的短程反硝化技术需要消耗大量碳源，而这类废水最大问题就是低碳氮比，那么就需要外加碳源，这就增加了处理成本。为解决传统脱氮过程消耗外碳源的问题，提高城市污泥内碳源的开发效率和使用效率，污泥发酵技术便应运而生，这类技术最显著的特点就是可以产生大量挥发性脂肪酸VFAs。VFAs可用作短程反硝化的碳源，同时由于硝酸盐浓度很高使得产甲烷菌的活性大大降低，即减少了VFAs的消耗。
然而仅仅依靠污泥发酵与短程反硝化不能实现深度脱氮，必须依靠厌氧氨氧化技术来进一步脱氮，反应的底物可来自污泥发酵产生的氨氮与短程反硝化产生的亚硝酸盐，但是厌氧氨氧化菌在城市污水厌氧氨氧化系统中增殖较慢，因此对于城市污水自养脱氮工艺厌氧氨氧化菌的有效持留显得尤为重要，通过形成颗粒污泥和生物膜可保证厌氧氨氧化菌的有效持留，减少菌种流失。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对进水碳氮比低、剩余污泥处置困难的问题，提供一种单级UABR中关于污泥发酵同步短程反硝化氨氧化处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置和方法，使得污泥发酵、短程反硝化与厌氧氨氧化在同一个反应器中进行，大大减少了反应器的占地面积，先将污泥进行厌氧发酵产生挥发性脂肪酸(VFAs)，再在缺氧条件下利用VFAs作为内碳源进行短程反硝化反应，最后厌氧氨氧化菌利用由厌氧发酵产生的氨氮与短程反硝化产生的亚硝酸盐氮作为基质进行厌氧氨氧化反应产生氮气和硝酸盐氮，从而达到深度脱氮与污泥减量的目的。
为了实现上述目的，本发明所述处理高硝酸盐废水和剩余污泥的装置包括高硝酸盐废水原水水箱、进泥箱、污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器、储泥池、出水水箱和在线监测反馈控制系统；高硝酸盐废水原水水箱通过进水泵与污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器相连接；高硝酸盐废水原水水箱的左侧上部连接有第一溢流管，底部连接有第一放空管；污水处理厂二沉池剩余污泥经蠕动泵注入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器通过电动排水阀与出水水箱相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器通过排泥阀与储泥池相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内置搅拌桨，搅拌桨伸出污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器的一端与搅拌器连接，污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内设有pH传感器、DO传感器、ORP传感器和加热棒，pH传感器、DO传感器和ORP传感器分别通过传感器导线与pH/DO/ORP测定仪相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器的底部连接有第二放空管，右侧下部开有采样口；在线监测反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内置信号转换器AD转换接口、信号转换器DA转换接口、进泥继电器、进水继电器、搅拌器继电器、pH/DO/ORP数据信号接口、出水继电器和排泥继电器；其中信号AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机；计算机通过信号转换器DA转换接口与可编程过程控制器相连接；进泥继电器与蠕动泵相连接；进水继电器与进水泵相连接；搅拌器继电器与搅拌器相连接；pH/DO/ORP继电器与pH/DO/ORP测定仪相连接；出水继电器与电动排水阀相连接；排泥继电器与排泥阀相连接。
本发明所述高硝酸盐废水原水水箱的左侧上部连接有第一溢流管，底部连接有第一放空管；储泥池的左侧上部连接有第二溢流管，底部连接有第三放空管；出水水箱的左侧上部连接有第三溢流管，底部连接有第四放空管。
本发明所述高硝酸盐废水在此装置中的处理流程为：将污水处理厂二沉池剩余污泥进入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，在水解细菌和酸化细菌的作用下产生大量挥发性脂肪酸VFAs；随后，高硝酸盐废水进入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，反硝化细菌利用发酵产生的大量VFAs作为碳源进行短程反硝化反应，把硝酸盐还原为亚硝酸盐，而污泥水解发酵过程产生的氨氮，则与亚硝酸盐一同经厌氧氨氧化反应去除，实现污水脱氮。
本发明处理高硝酸盐废水与剩余污泥的具体过程为：
1)系统的启动：
将具有良好污泥发酵性能的城市污水处理厂二沉池剩余污泥接种至污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，使接种后反应器内悬浮活性污泥浓度达到1.0-1.6g/L；将具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器有效容积的1/2；
2)运行时调节操作：
将污水处理厂二沉池剩余污泥通过蠕动泵注入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内，进行厌氧搅拌2～6h；随后将高硝酸盐废水加入高硝酸盐废水原水水箱，启动进水泵将高硝酸盐废水抽入到污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内，先缺氧搅拌120～300min，当NO3 --N浓度小于1mg/L时停止缺氧搅拌，再低氧曝气搅拌60～180min，当NH4 +-N浓度小于1mg/L时停止低氧曝气搅拌，进行沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱；此处的低氧曝气搅拌是指指DO浓度为0.5～1.5mg/L；
污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器运行时，厌氧氨氧化菌主要在海绵填料上附着生长，水解酸化菌和短程反硝化菌则主要在反应器内悬浮生长；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器运行时需排泥，排泥进入储泥池，排泥量根据SRT确定。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)采用污泥发酵技术在厌氧条件下产生挥发性脂肪酸(VFAs)，VFAs被用作污泥的内碳源进行短程反硝化反应，由于高浓度的硝酸盐使产甲烷菌的活性受到抑制，继而减少VFAs的消耗，绝大部分可以被利用，一方面可以强化脱氮效果，另一方面由于被短程反硝化利用，从而实现污泥减量，达到少排泥、不排泥的效果，减少污泥消化后污泥体积，节省后续处理费用，同时解决了现阶段污水厂脱氮碳源不足和剩余污泥产量大这两大难题；
2)单级污泥发酵同步短程反硝化氨氧化反应器，具有占地面积小，运行成本低，操作运行简单的优势；
3)在高氨氮、高硝态氮废水的处理，具有良好的脱氮效果。高浓度硝态氮废水可经短程反硝化反应转化为亚硝酸盐氮，继而与高浓度氨氮一同经由厌氧氨氧化反应去除；
4)在污泥发酵同步短程反硝化氨氧化反应器中添加了厌氧氨氧化填料，有效减少了排泥过程中厌氧氨氧化菌的流失，促进了菌种的有效持留；可用于低C/N比高硝酸盐废水的同步脱氮与污泥减量，且是一种高效、低能耗并具有实际应用价值的高硝酸盐废水脱氮工艺。
附图说明：
图1为本发明所述处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置的结构示意图，其中1为污泥消化液原水水箱；2为进泥箱；3为污泥发酵同步短程反硝化与厌氧氨氧化SBR反应器；4为储泥池；5为出水水箱；6为在线监测和反馈控制系统；1.1为第一溢流管；1.2第一放空管；3.1为进水泵；3.2为排泥阀；3.3为采样口；3.4为搅拌器；3.5为搅拌桨；3.6为电动排水阀；3.7为pH传感器；3.8为DO传感器；3.9为ORP传感器；3.10为pH/DO/ORP测定仪；3.12为加热棒；3.11为第二放空管；4.1为第二溢流管；4.2第三放空管；5.1为第三溢流管；5.2第四放空管；6.1为计算机；6.2为可编程过程控制器；6.3为信号转换器AD转换接口；6.4为信号转换器DA转换接口；6.5为进泥继电器、6.6为进水继电器、6.7为搅拌器继电器、6.8为pH/DO/ORP数据信号接口、6.9为出水继电器、6.10为排泥继电器。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
本实施例所述处理高硝酸盐废水和剩余污泥的装置结构如图1所示，包括高硝酸盐废水原水水箱1、进泥箱2、污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3、储泥池4、出水水箱5和在线监测反馈控制系统6；高硝酸盐废水原水水箱1通过进水泵3.1与污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3相连接；高硝酸盐废水原水水箱1的左侧上部连接有第一溢流管，底部连接有第一放空管1.2；污水处理厂二沉池剩余污泥经蠕动泵2.1注入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3，污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3通过电动排水阀3.6与出水水箱5相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3通过排泥阀3.2与储泥池4相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3内置搅拌桨3.5，搅拌桨3.5伸出污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3的一端与搅拌器3.4连接，污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3内设有pH传感器3.7、DO传感器3.8、ORP传感器3.9和加热棒3.12，pH传感器3.7、DO传感器3.8、ORP传感器3.9分别通过传感器导线与pH/DO/ORP测定仪3.10相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器3的底部连接有第二放空管3.11，右侧下部开有采样口3.3；在线监测反馈控制系统6包括计算机6.1和可编程过程控制器6.2，可编程过程控制器6.2内置信号转换器AD转换接口6.3、信号转换器DA转换接口6.4、进泥继电器6.5、进水继电器6.6、搅拌器继电器6.7、pH/DO/ORP数据信号接口6.8、出水继电器6.9和排泥继电器6.10；其中信号AD转换接口6.3通过电缆线与计算机6.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机6.1；计算机6.1通过信号转换器DA转换接口6.4与可编程过程控制器6.2相连接；进泥继电器6.5与蠕动泵2.1相连接；进水继电器6.6与进水泵3.1相连接；搅拌器继电器6.7与搅拌器3.4相连接；pH/DO/ORP继电器6.8与pH/DO/ORP测定仪3.10相连接；出水继电器6.9与电动排水阀3.6相连接；排泥继电器6.10与排泥阀3.2相连接。
本实施例所述高硝酸盐废水原水水箱1的左侧上部连接有第一溢流管，底部连接有第一放空管1.2；储泥池4的左侧上部连接有第二溢流管4.1，底部连接有第三放空管4.2；出水水箱5的左侧上部连接有第三溢流管5.1，底部连接有第四放空管5.2。
本实施例采用所述装置进行试验，实验用水取自某实验室硝化UABR反应器出水，具体水质如下：COD浓度为150～300mg/L，NO3 --N浓度为355～539mg/L，NO2 --N浓度＜2mg/L，NH4 +-N浓度＜2mg/L，碳氮比平均为0.4，pH为6.8～8.6，污泥发酵同步短程反硝化厌氧氨氧化UABR反应器2采用有机玻璃制作，有效容积为8L，具体过程如下：
1)系统的启动：
将实验室的短程反硝化反应器的排泥与污水处理厂取回的二沉池剩余污泥接种至污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)，使接种后反应器内悬浮活性污泥浓度达到13000mg/L；将具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)有效容积的1/2；
2)运行时调节操作：
将实验室的短程反硝化反应器的排泥与污水处理厂二沉池剩余污泥通过蠕动泵(2.1)注入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)内，进行厌氧搅拌4h；随后将高硝酸盐废水加入高硝酸盐废水原水水箱(1)，启动进水泵(3.1)将高硝酸盐废水抽入到污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)内，先缺氧搅拌240min，当NO3 --N浓度小于1mg/L时停止缺氧搅拌，再低氧曝气搅拌120min，当NH4 +-N浓度小于1mg/L时停止低氧曝气搅拌，进行沉淀排水，排水比为0.3，出水排入出水水箱(5)；此处的低氧曝气搅拌是指指DO浓度为0.6mg/L；
污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)运行时，厌氧氨氧化菌主要在海绵填料上附着生长，水解酸化菌和短程反硝化菌则主要在反应器内悬浮生长；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器(3)运行时需排泥，排泥进入储泥池(4)，排泥量为250mL。
Claims (3)
1.一种处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置，其特征在于，包括高硝酸盐废水原水水箱、进泥箱、污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器、储泥池、出水水箱和在线监测反馈控制系统；高硝酸盐废水原水水箱通过进水泵与污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器相连接；高硝酸盐废水原水水箱的左侧上部连接有第一溢流管，底部连接有第一放空管；污水处理厂二沉池剩余污泥经蠕动泵注入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器通过电动排水阀与出水水箱相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器通过排泥阀与储泥池相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内置搅拌桨，搅拌桨伸出污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器的一端与搅拌器连接，污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内设有pH传感器、DO传感器、ORP传感器和加热棒，pH传感器、DO传感器和ORP传感器分别通过传感器导线与pH/DO/ORP测定仪相连接；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器的底部连接有第二放空管，右侧下部开有采样口；在线监测反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内置信号转换器AD转换接口、信号转换器DA转换接口、进泥继电器、进水继电器、搅拌器继电器、pH/DO/ORP数据信号接口、出水继电器和排泥继电器；其中信号AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机；计算机通过信号转换器DA转换接口与可编程过程控制器相连接；进泥继电器与蠕动泵相连接；进水继电器与进水泵相连接；搅拌器继电器与搅拌器相连接；pH/DO/ORP继电器与pH/DO/ORP测定仪相连接；出水继电器与电动排水阀相连接；排泥继电器与排泥阀相连接。
2.根据权利要求1所述处理高硝酸盐废水与剩余污泥的装置，其特征在于，所述高硝酸盐废水原水水箱的左侧上部连接有第一溢流管，底部连接有第一放空管；储泥池的左侧上部连接有第二溢流管，底部连接有第三放空管；出水水箱的左侧上部连接有第三溢流管，底部连接有第四放空管。
3.一种采用如权利要求2所述装置处理高硝酸盐废水与剩余污泥的方法，其特征在于，具体过程为：
1)系统的启动：
将具有良好污泥发酵性能的城市污水处理厂二沉池剩余污泥接种至污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，使接种后反应器内悬浮活性污泥浓度达到1.0-1.6g/L；将具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化海绵填料投加至污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器有效容积的1/2；
2)运行时调节操作：
将污水处理厂二沉池剩余污泥通过蠕动泵注入污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内，进行厌氧搅拌2～6h；随后将高硝酸盐废水加入高硝酸盐废水原水水箱，启动进水泵将高硝酸盐废水抽入到污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器内，先缺氧搅拌120～300min，当NO3 --N浓度小于1mg/L时停止缺氧搅拌，再低氧曝气搅拌60～180min，当NH4 +-N浓度小于1mg/L时停止低氧曝气搅拌，进行沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱；此处的低氧曝气搅拌是指指DO浓度为0.5～1.5mg/L；
污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器运行时，厌氧氨氧化菌主要在海绵填料上附着生长，水解酸化菌和短程反硝化菌则主要在反应器内悬浮生长；污泥发酵同步短程反硝化氨氧化UABR反应器运行时需排泥，排泥进入储泥池，排泥量根据SRT确定。
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