CN113845223B - 两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法。城市污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，内源菌摄取生活污水中的有机物储存为内碳源PHAs然后开始初次沉淀排水，排出的部分生活污水进入中间水箱。一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器接着开始曝气搅拌，污水中的氨氮被全程硝化为硝态氮。之后开始缺氧搅拌，内源菌将硝态氮转化为亚硝态氮，缺氧搅拌一段时间后，中间水箱的污水进入反应器并且继续缺氧搅拌，厌氧氨氧化菌以氨氮和亚硝态氮为基质，深度脱氮，厌氧氨氧化产生的硝氮同时也会被内源菌利用产生亚硝，供厌氧氨氧化菌利用。此方法无需外加碳源、曝气能耗低、污泥产量少。

Description

两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生 活污水深度脱氮的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺，实现低C/N生活污水深度脱氮，属于生活污水生物处理领域。
背景技术：
经济水平日益提高，但是由此带来的水体富营养化问题日趋严重。其主要是N、P元素造成的在水体中超标造成的。水体中过多的N、P元素引起藻类等自养植物快速繁殖，从而使得水体中溶解氧缺乏，其他水生动植物则因供氧不足而窒息死亡。并且藻类大量繁殖覆盖在水面上，阻挡了水生植物的光合作用。蓝藻分泌的一种藻蓝素对水生动植物具有毒害作用。总之，水体富营养化对生态环境造成难以估计的损害。因此需要对N、P元素进行处理。传统的脱氮技术主要是硝化反硝化，但是面临曝气能耗大、碳源不足等问题，因此开发新型节能降耗的工艺迫在眉睫。
厌氧氨氧化是一种新型脱氮工艺，无需碳源，无需曝气就可实现自养脱氮。但是所需基质亚硝态氮难以获得。一般获取途径为：短程硝化和短程反硝化。短程硝化难以调控，并且易破坏，实际工程中难以利用。短程反硝化较好控制，只需控制好C/N、反应时间等参数就可获得较高的亚硝积累率。并且通过前置一个厌氧段，就可以将生活污水中的有机物提前储存为内碳源PHAs，不会因曝气而损耗。因此内源短程反硝化不但可以为厌氧氨氧化提供亚硝态氮，也具有节约碳源的特点，无需另外投加碳源。
本发明将内源短程反硝化与厌氧氨氧化耦合在一个反应器中，实现生活污水的深度脱氮。生活污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，经过一个厌氧段，污水中有机物提前被储存为内碳源PHAs；接着部分含氨氮的污水进入中间水箱(4)，为厌氧氨氧化提供氨氮基质；之后一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)好氧搅拌，将剩余的氨氮转化为硝态氮，仅有部分氨氮被氧化为硝态氮，大大降低了曝气能耗；然后反应器进行缺氧搅拌，此时硝态氮被还原为亚硝态氮，所需碳源低于全程反硝化，适合低C/N特点的生活污水；全程反硝化后，中间水箱的污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)并继续缺氧搅拌，此时厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮，并将其转化为氮气；缺氧结束后，进行沉淀排水，排水进入出水箱。至此，该一体化反应器实现生活污水的深度脱氮。
发明内容：
本发明提供了两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，将内源短程反硝化和厌氧氨氧化应用于生活污水的深度脱氮中，此方法具有无需外加碳源、曝气能耗低、污泥产量低等特点，适应低C/N的生活污水高效脱氮。
为解决上述技术问题，本发明提供了两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法；所述装置包括城市污水原水箱(1)、一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、出水箱(3)、中间水箱(4)；所述城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；所述一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、聚乙烯塑料环(2.3)、空气压缩机(2.4)、曝气头(2.5)、DO/pH在线监测仪(2.6)；所述出水箱(3)设有放空管(3.1)；所述中间水箱(4)设有放空管(4.1)；
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接；一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器通过泵(2.7)、排水阀(2.8)分别与中间水箱(4)、出水箱(3)相连接；中间水箱(4)通过进水泵(4.2)与一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接；
本发明提供了两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法，具体启动和调控步骤如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化和硝化活性的种泥按照体积比1:2的比例投入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，使反应器内污泥浓度MLSS＝3000-5000mg/L；将长有厌氧氨氧化菌的生物填料投加到一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中；
2)运行调控
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵(2.1)抽入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)内，进水时间为10-15min；然后一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)厌氧搅拌60-120min，之后通过排水泵(2.7)第一次沉淀排水30-45min，排水比为22％，排水进入中间水箱(4)；
2.2)一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)好氧搅拌60-120min，发生硝化反应，通过空气压缩机(2.4)和曝气头(2.5)保证反应器内DO浓度1-3mg/L；
2.3)硝化完全后，一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进行缺氧搅拌120-180min；之后中间水箱(4)中的污水通过进水泵(4.2)进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，并继续搅拌180-300min；
2.4)缺氧搅拌结束后，一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进行第二次沉淀排水30-45min，排水比为50％，排水进入出水箱(3)。
综上所诉，提供的两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法处理流程为：生活污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，经过一个厌氧段，污水中有机物提前被储存为内碳源PHAs；接着部分含氨氮的污水进入中间水箱(4)，为厌氧氨氧化提供氨氮基质；之后一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)好氧搅拌，将剩余的氨氮转化为硝态氮，仅有部分氨氮被氧化为硝态氮，大大降低了曝气能耗；然后反应器进行缺氧搅拌，此时硝态氮被还原为亚硝态氮，所需碳源低于全程反硝化，适合生活污水低C/N的特点；全程反硝化后，中间水箱的污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)并继续缺氧搅拌，此时厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮，并将其转化为氮气；缺氧结束后，进行沉淀排水，排水进入出水箱。至此，该一体化反应器实现生活污水的深度脱氮。
因此，本发明两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法与传统的硝氮反硝化工艺相比具有以下优势：
(1)生活污水中的有机物可提前被储存为内碳源，不会因为硝化反应而被曝气浪费，能够全部用于反硝化；
(2)一次排水部分氨氮排出反应器，可为厌氧氨氧化提供氨氮基质，并且硝化过程中只有部分氨氮被氧化，节省曝气能耗；
(3)内源短程反硝化可以为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝来源，并且所需碳源较全程反硝化少，适合C/N特点的生活污水；
(4)一体化反应器节省空间，基建费用低，并且聚乙烯塑料环对厌氧氨氧化菌具有较高的持留效果，厌氧氨氧化反应产生的硝态氮可被内源短程反硝化菌利用，出水中硝态氮浓度低。
(5)整个系统污泥龄较长，可减少剩余污泥的产量。
附图说明：
图1是主流两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置的结构示意图。
图中1城市污水原水箱、2一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器、3为出水箱、4为中间水箱；1.1为溢流管，1.2为放空管；2.1为进水泵，2.2为搅拌装置、2.3为聚乙烯塑料环、2.4为空气压缩机、2.5为曝气头、2.6为DO/pH在线监测仪、2.7为排水泵、2.8为排水阀；3.1为放空管；4.1为放空管、4.2为进水泵。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置：所述装置包括城市污水原水箱(1)、一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、出水箱(3)、中间水箱(4)；所述城市污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接；一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器通过泵(2.7)、排水阀(2.8)分别与中间水箱(4)、出水箱(3)相连接；中间水箱(4)通过进水泵(4.2)与一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接。
城市污水在此工艺中的处理流程为：生活污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，经过一个厌氧段，污水中有机物提前被储存为内碳源PHAs；接着部分含氨氮的污水进入中间水箱(4)，为厌氧氨氧化提供氨氮基质；之后一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)好氧搅拌，将剩余的氨氮转化为硝态氮，仅有部分氨氮被氧化为硝态氮，大大降低了曝气能耗；然后反应器进行缺氧搅拌，此时硝态氮被还原为亚硝态氮，所需碳源低于全程反硝化，适合生活污水低C/N的特点；全程反硝化后中间水箱的污水进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)并继续缺氧搅拌，此时厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮，并将其转化为氮气；缺氧结束后，进行沉淀排水，排水进入出水箱。至此，该一体化反应器实现生活污水的深度脱氮。
具体试验用水取自某小区生活污水，其水质如下：COD浓度为160-260mg/L；NH4 +-N浓度为40-80mg/L，NO2 --N≤0.5mg/L，NO3 --N≤0.5mg/L，P浓度为5-8mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器有效体积为10L。
具体运行步骤如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化和硝化活性的种泥按照体积比1:2的比例投入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，使反应器内污泥浓度MLSS＝3000-5000mg/L；将长有厌氧氨氧化菌的生物填料投加到一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中；
2)运行调控
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵(2.1)抽入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)内，进水时间为10-15min；然后一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)厌氧搅拌60-120min，之后通过排水泵(2.7)第一次沉淀排水30-45min，排水比为22％，排水进入中间水箱(4)；
2.2)一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)好氧搅拌60-120min，发生硝化反应，通过空气压缩机(2.4)和曝气头(2.5)保证反应器内DO浓度1-3mg/L；
2.3)硝化完全后，一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进行缺氧搅拌120-180min；之后中间水箱(4)中的污水通过进水泵(4.2)进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，并继续搅拌180-300min；
2.4)缺氧搅拌结束后，一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进行第二次沉淀排水30-45min，排水比为50％，排水进入出水箱(3)。
试验结果表明：待系统稳定后，出水水质为：COD＜40mg/L，NH4 +-N＜3mg/L，NO2 --N＜1mg/L，NO3 --N＜1mg/L，TN＜5mg/L。
本发明两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法可广泛应用于生活污水和含硝酸盐工业废水的处理。
以上对本发明提供的的两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺实现生活污水深度脱氮的装置和方法进行了详细的介绍，并且利用具体实例对本发明的原理与实施过程进行了详细的阐述，但是该案例只是帮助理解本发明具体运行流程和核心思想。对于相关领域内专业人员具体运行该工艺时，各参数均具有可改变之处。总之本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种两次排水内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化一段式工艺，该工艺所用装置包括城市污水原水箱(1)、一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、出水箱(3)、中间水箱(4)；所述城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和第一放空管(1.2)；所述一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)设有搅拌装置(2.2)、聚乙烯塑料环(2.3)、空气压缩机(2.4)、曝气头(2.5)、DO/pH在线监测仪(2.6)；所述出水箱(3)设有第二放空管(3.1)；所述中间水箱(4)设有第三放空管(4.1)；
所述城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接；一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器通过排水泵(2.7)、排水阀(2.8)分别与中间水箱(4)、出水箱(3)相连接；中间水箱(4)通过第二进水泵(4.2)与一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接；
其特征在于具体启动与调控步骤如下：
1)启动：将具有内源短程反硝化和硝化活性的种泥按照体积比1:2的比例投入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，使污泥浓度MLSS=3000-5000mg/L；将长有厌氧氨氧化菌的生物填料投加到一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中；
2)运行调控
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过第一进水泵(2.1)抽入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)内，进水时间为10-15min；然后一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)厌氧搅拌60-120min，之后通过排水泵(2.7)第一次沉淀排水30-45min，排水比为22%，排水进入中间水箱(4)；
2.2)一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)好氧搅拌60-120min，发生硝化反应，通过空气压缩机(2.4)和曝气头(2.5)保证反应器内DO浓度1-3mg/L；
2.3)一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进行缺氧搅拌120-180min；之后中间水箱(4)中的污水通过第二进水泵(4.2)进入一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，并继续搅拌180-300min；
2.4)缺氧搅拌结束后，一体化内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进行第二次沉淀排水30-45min，排水比为50%，排水进入出水箱(3)。
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