CN113697954A - 通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法 - Google Patents

通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法 Download PDF

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Abstract

通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置与方法属于活性污泥法污水生物处理领域。其装置主要由污泥旁侧处理装置(16)、原水水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(10)组成。所述方法为碳氮比为3～4的生活污水首先进入厌氧区(4)，反硝化聚磷菌完成释磷和内碳源合成过程。随后污水进入已投加短程反硝化厌氧氨氧化生物膜(8)的缺氧区(5)，侧流处理后的反硝化聚磷菌(DPAOs)在除磷的同时将硝酸盐转化为亚硝酸盐。DPAOs以及短程反硝化产生的亚硝酸盐为厌氧氨氧化菌提供了充分的底物，有利于厌氧氨氧化自养脱氮。后续好氧区(6)完成剩余氨氮去除，同时为缺氧区提供硝酸盐。本发明用于低碳氮比城市生活污水处理，出水稳定兼具节能降耗优势。

Description

通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱 氮的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种深度脱氮除磷装置与方法，具体属于活性污泥法新型生物处理技术领域，适用于市政污水处理技术领域。
背景技术
污水排放标准的日益严格以及绿色、节能降耗理念的提出对污水处理领域来说是一个艰巨的挑战，生物脱氮除磷与化学法相比优势显著。然而传统硝化反硝化生物处理技术，在硝化阶段需要进行充分曝气，且反硝化阶段需要外加碳源保证反硝化过程完全，消耗了大量的能源，故开展更为经济高效的新型生物脱氮除磷技术开发势在必行。
厌氧氨氧化工艺是一种极具潜力的新型生物脱氮技术，短程硝化及短程反硝化均能为厌氧氨氧化过程提供必备底物-亚硝酸盐。其中短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术避开了短程硝化难以控制即NOB难以抑制这一瓶颈问题，能够稳定高效的完成硝氮和氨氮的同步去除。我国城市污水具有低碳氮比的特点，故实现碳源的高效利用尤为关键，其中短程反硝化与传统反硝化过程相比节省了约40％的碳源，且反硝化除磷工艺具有“一碳两用”的特性，在缺氧的条件下能够以硝氮/亚硝为电子受体吸收污水中的无机磷酸盐，实现氮磷的同步去除。有研究表明，通过驯化可以富集在缺氧条件下仅以硝酸盐为电子受体的DPAOs，若将短程反硝化、以硝酸盐为电子受体的反硝化除磷以及厌氧氨氧化工艺结合起来，则两条亚硝酸盐供给途径能够保证厌氧氨氧化工艺的稳定性，提高自养脱氮比例，实现氮磷等营养素的高效绿色去除。
发明内容
本发明目的是提供一种低碳氮比污水深度脱氮除磷的装置和方法。本装置的特色在于缺氧区的短程反硝化及反硝化除磷均为厌氧氨氧化反应提供底物亚硝酸盐，不仅实现一碳两用及节约碳源，还且提高了自养脱氮比例。全程反硝化过程将剩余硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气实现深度脱氮。缺氧区(5)中接种了厌氧氨氧化菌聚乙烯填料(8)为厌氧氨氧化菌提供了富集和持留的场所，解决了厌氧氨氧化菌生长速率慢这一关键问题。污泥侧流装置(16)为缺氧区(5)提供驯化好的以NO3 -为单一电子受体的DPAOs，吸收污水中的磷，为厌氧氨氧化及反硝化提供NO2 -。通过控制进水碳氮比和缺氧区的HRT来实现短程反硝化，实现亚硝酸盐的积累，提供另一亚硝来源途径。从而在缺氧区富集以硝酸盐为单一电子受体的DPAOs、厌氧氨氧化菌、短程反硝化菌，实现各功能菌深度协同脱氮除磷。此外，厌氧区(4)的主要功能是DPAOs合成PHAs储存内碳源，好氧区(6)的主要功能为去除进水中剩余氨氮，为缺氧区(5)和污泥侧流处理装置(16)提供硝酸盐。
通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置，其特征在于：由一个污泥侧流处理装置(16)和顺序连接的原水水箱(1)、A2/O反应装置(2)、二沉池(10)组成，其中A2/O反应装置(3)依次包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；生活污水从原水水箱(1)通过进水泵(2)分别流经厌氧区(4)、缺氧区(5)、好氧区(6)，最后经A2/O溢流管(9)与二沉池(10)连接；二沉池(10)底部经过污泥回流泵(14)与厌氧区(4)连接，其中部分回流污泥进入污泥侧流处理装置(16)，污泥侧流处理装置(16)通过污泥投加泵(19)与厌氧区(4)相连接。厌氧区(4)、缺氧区(5)内安装搅拌器(7)，其功能是保证混合液通过时充分混合均匀，缺氧区内(5)设置搅拌器(7)同时保证了聚乙烯填料(8)的正常流化效果。缺氧区(5)内接种有富集厌氧氨氧化菌的直径25mm比表面积500m2/m3聚乙烯填料(8)，其填充比为20％～30％，能够为厌氧氨氧化菌提供生长载体，改变A2/O工艺中缺氧区(5)的功能。通过污泥回流泵(15)使回流污泥一部分进入污泥侧流处理装置(16)，其中污泥侧流处理装置(16)设置有加药管和搅拌器。经处理后污泥经过污泥投加泵(19)进入厌氧区(4)，发挥生物强化作用。
通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：
1.污泥侧流处理装置污泥驯化阶段
污泥侧流处理装置(16)接种普通聚磷菌污泥，污泥浓度维持为3000～3500mg/L，通过加药管投加一部分硝酸盐和乙酸钠，保证硝酸盐浓度为20mg/L，乙酸钠浓度为60mg/L，驯化出在缺氧条件下仅以硝酸盐为电子受体的DPAOs。该驯化阶段结束的标志为：该污泥侧流处理装置的出水亚硝浓度大于等于15mg/L。
2.正式运行阶段
1)生活污水从原水水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O反应装置(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有经污泥回流泵(14)从二沉池(10)沉淀后的回流污泥以及经污泥投加泵(19)在污泥侧流处理装置(16)处理后的污泥，污泥回流比控制为80～100％。在缺氧区(4)反硝化聚磷菌利用原水中的碳源完成释磷过程的同时合成PHAs，分解糖原。通过控制厌氧水力停留时间HRT厌氧为1.5～2.5h使释磷量达到10mg/L以上。
2)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有来自好氧区(6)的回流硝化液，硝态氮浓度为10～15mg/L，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为2～4.5h。缺氧区(5)的主要功能是反硝化脱氮，此外在缺氧区经过侧流处理的DPAOs以硝酸盐为电子受体过量吸收污水中的磷，同时将硝酸盐转化为亚硝酸盐，实现一碳两用。厌氧氨氧化以DPAOs产生的亚硝酸盐以及短程反硝化过程产生的亚硝酸盐与原水中的氨氮为底物完成氮素的部分自养去除。
3)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行好氧反应：控制溶解氧浓度为2～4mg/L，主要进行硝化作用，氨氧化细菌将原水中剩余的氨氮转化为硝酸盐，同时完成混合液中剩余磷的好氧去除，控制好氧水力停留时间HRT好氧为3～5h。
4)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(9)进入二沉池(10)，完成泥水分离过程，出水由出水口11排放。二沉池(10)底部大部分污泥经污泥回流泵(14)回流到厌氧区(4)，污泥回流比为75％～100％。部分回流污泥，占总回流污泥流量的5％，则进入污泥旁侧处理装置(16)，经该污泥旁侧处理装置(16)处理后的污泥经污泥投加泵(19)与进水一起进入厌氧区(4)。
通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法，与传统A2/O工艺相比，具有以下优势：
(1)短程反硝化和驯化后的DPAOs为厌氧氨氧化底物亚硝酸盐提供了两个可能途径，使亚硝酸盐供给更为稳定，有望进一步提高“部分厌氧氨氧化”自养脱氮比例；
(2)短程反硝化与全程反硝化相比能够节省约40％的碳源，短程反硝化耦合厌氧氨氧化能够节省约80％的碳源，反硝化除磷实现一碳两用，进一步节省碳源；
(3)氨氮一部分通过厌氧氨氧化去除，可进一步减少好氧区体积；
(4)污泥产量低，进一步节省污泥处置费用。
附图说明
图1为通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置。
图1中：1-原水水箱；2-进水泵；3-A2/O反应装置；4-厌氧区；5-缺氧区；6-好氧区；7-搅拌器；8-直径25mm比表面积500m2/m3聚乙烯填料；9-A2/O溢流管；10-二沉池；11-出水口；12-转子流量计；13-电磁阀；14-微孔曝气头；15-污泥回流泵；16-污泥侧流处理装置；17-鼓风机；18-硝化液回流泵；19-污泥投加泵。
结合图1，说明本发明具体操作步骤：
1)污泥侧流处理装置(16)接种普通聚磷菌污泥，污泥浓度维持为3000～3500mg/L，通过加药管投加一部分硝酸盐和乙酸钠，保证硝酸盐浓度为20mg/L，乙酸钠浓度为60mg/L，驯化出在缺氧条件下仅以硝酸盐为电子受体的DPAOs，该阶段成功的标志为该侧流反应器出水亚硝浓度大于等于15mg/L；
2)接种污水处理厂活性污泥于A2/O反应装置(3)内，保证污泥浓度在3000～3500mg/L，控制原水碳氮比为3～4，并在缺氧区内接种稳定运行的短程反硝化厌氧氨氧化反应器中富集厌氧氨氧化菌的直径25mm比表面积500m2/m3聚乙烯填料(8)，填充比为20％～30％。
3)正式运行阶段控制的参数有：好氧区(6)溶解氧2～4mg/L，污泥回流比控制在80％～100％，硝化液回流比控制在200％～300％，HRT厌氧、HRT缺氧、HRT好氧分别为2h、4h、1h，按照A2/O反应装置中絮体污泥的污泥龄为12d来控制剩余污泥的排放。
实验结果表明，运行稳定后，实验进水NH4 +-N为60～70mg/L，COD浓度为140～250mg/L，NO2 --N浓度为0～0.5mg/L，NO3 --N浓度0～1mg/L；实验出水NH4 +-N为0～2mg/L，COD浓度为20～35mg/L，NO2 --N浓度0～0.5mg/L，NO3 --N浓度8～10mg/L,TN浓度为9～12mg/L。

Claims (2)

1.通过侧流反应器实现短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化深度脱氮的装置，其特征在于：由一个污泥侧流处理装置(16)和顺序连接的原水水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(10)组成，其中A2/O反应装置(3)依次包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；生活污水从原水水箱(1)通过进水泵(2)分别流经厌氧区(4)、缺氧区(5)、好氧区(6)，最后经A2/O溢流管(9)与二沉池(10)连接；二沉池(10)底部经过污泥回流泵(14)与厌氧区(4)连接，其中部分回流污泥进入污泥侧流处理装置(16)，污泥侧流处理装置(16)通过污泥投加泵(19)与厌氧区(4)相连接；缺氧区(5)内接种有聚乙烯填料(8)，其填充比为20％～30％，缺氧区内(5)设置搅拌器(7)；
通过污泥回流泵(15)使部分回流污泥进入污泥侧流处理装置(16)，进入污泥侧流处理装置的回流污泥占总回流污泥流量的5％；其中污泥侧流处理装置(16)设置有加药管和搅拌器，通过加药管投加一部分硝酸盐和乙酸钠，控制硝酸盐浓度为20mg/L，乙酸钠浓度为60mg/L；经处理后污泥经过污泥投加泵(19)同进水一起进入厌氧区(4)。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1).污泥侧流处理装置污泥驯化阶段
污泥侧流处理装置(16)接种普通聚磷菌污泥，污泥浓度维持为3000～3500mg/L，通过加药管投加一部分硝酸盐和乙酸钠，保证硝酸盐浓度为20mg/L，乙酸钠浓度为60mg/L，驯化出在缺氧条件下仅以硝酸盐为电子受体的DPAOs；该驯化阶段结束的标志为：该污泥侧流处理装置的出水亚硝浓度大于等于15mg/L；
2).正式运行阶段
1)生活污水从原水水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O反应装置(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有经污泥回流泵(14)从二沉池(10)沉淀后的回流污泥以及经污泥投加泵(19)在污泥侧流处理装置(16)处理后的污泥，污泥回流比控制为80～100％；在厌氧区(4)进行厌氧释磷反应，控制厌氧水力停留时间HRT厌氧为1.5～2.5h；
2)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有来自好氧区(6)的回流硝化液，硝酸盐浓度为10～15mg/L，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为2～4.5h；
3)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行好氧反应：控制溶解氧浓度为2～4mg/L，进行硝化和好氧吸磷反应，控制好氧水力停留时间HRT好氧为3～5h；
4)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(9)进入二沉池(10)，完成泥水分离过程，出水由出水口(11)排放；二沉池(10)底部部分污泥经污泥回流泵(14)回流到厌氧区(4)，污泥回流比为75％～100％；回流污泥流量的5％回流污泥进入污泥旁侧处理装置(16)；经该污泥旁侧处理装置(16)处理后的污泥经污泥投加泵(19)与进水一起进入厌氧区(4)。
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