CN114180715B - 连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置和方法 - Google Patents

连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置和方法 Download PDF

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Abstract

连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置和方法，属于城市污水生物处理技术领域。该方法采用连续流方式进水，从左到右依次是短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器、硝化反应器以及沉淀池，其中短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器中又设有缺氧反应区和沉淀区，缺氧反应区以及硝化反应器中的好氧反应区均投加悬浮填料。城市污水中的氨氮和回流污水中的硝酸盐氮在缺氧反应区反应，出水中的硝酸盐氮又可回流至缺氧反应区，实现高效脱氮。本发明可连续有效地脱氮，出水总氮浓度低，且可在缺氧反应区有效富集厌氧氨氧化菌和具有短程反硝化特性的功能菌群，为新工艺的启动提供了菌种来源和保障，具备十分重要的实际意义。

Description

连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置和 方法
技术领域
本发明涉及了连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置与方法，属于城市污水生物脱氮处理技术领域。
背景技术
厌氧氨氧化工艺是迄今最经济高效的城市污水脱氮技术。厌氧氨氧化反应过程中，氨氮和亚硝酸盐氮为底物，在缺氧条件下生成氮气和少量硝酸盐氮。基于短程硝化提供基质亚硝酸盐的厌氧氨氧化工艺已经在高氨氮废水中得到应用。然而，城市污水氨氮浓度低、温度变化较大、有机物浓度较高(厌氧氨氧化菌无需有机碳源)，均不利于短程硝化的实现和稳定维持。因此，短程硝化与厌氧氨氧化工艺至今仍未实现在主流城市污水中的工程化应用。短程反硝化是为厌氧氨氧化提供基质的新途径，其是指将硝酸盐氮仅还原为亚硝酸盐氮，而不再被还原为氮气。对于主流城市污水处理，短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺具有稳定、高效、节能降耗的重要优势，具有重要研究和应用价值，已成为当前研究热点。目前，关于短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的研究，多采用SBR反应器启动与运行。而实际污水处理厂中，连续流处理工艺仍占主导地位。与SBR反应器相比，连续流处理工艺运行简单、易于调控、处理负荷高。因此，在连续流处理工艺中实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程具有重要的现实意义。另一方面，城市污水水质和水量随时间和空间的变化较大，对厌氧氨氧化菌群影响较大，难以持留和富集厌氧氨氧化菌。因此，有效富集短程反硝化和厌氧氨氧化的功能菌群对该工艺在主流城市污水中的应用具有重要意义。
颗粒污泥和生物膜的形成是有效持留和富集污水处理系统中慢速生长微生物的重要手段，该方法具有处理效率高、污泥沉降性好、抗冲击负荷能力强、微生物富集程度高等重要优势。但同时促进颗粒污泥与生物膜形成以从不同空间结构的微生物聚集体富集短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌，并通过连续流工艺实现的短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺应用尚未得到开发。另一方面，硝化菌为自养菌，生长速率较慢。城市污水中大量有机物能够促进异养菌快速增殖，与硝化菌竞争溶解氧，易导致硝化效果受到不利影响。
为解决上述问题，本发明提出利用连续搅拌系统实现短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮，设置污泥沉淀区和回流装置，减少菌群流失，实现功能菌的高效富集；并采用另一级生物膜反应区富集硝化菌实现氨氮氧化，降低有机物对硝化菌群的不利影响，提高硝化效果，进而提高脱氮负荷，最终实现城市污水的低能耗深度脱氮。
发明内容
本发明提出了一种新型的连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置与方法。具体是将城市污水进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，初次进水在其缺氧环境下并不能进行短程反硝化以及厌氧氨氧化，则该反应器的出水中含有氨氮，其出水再进入硝化反应器，硝化反应器底部设有曝气装置，将氨氮氧化为硝态氮，含有硝态氮的出水进入沉淀池，沉淀池中含硝态氮的水回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器中，回流的硝态氮可以在该反应器中进行短程反硝化，积累的亚硝态氮与城市污水的氨氮进行厌氧氨氧化，厌氧氨氧化产生的少量硝态氮原位去除，实现氮素的深度去除，同时实现脱氮功能菌的有效富集。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
1、连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置，其包括城市污水箱(1)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、硝化反应器
(3)、沉淀池(4)、储泥箱(5)、出水箱(6)；短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)设有第一进水口(2.1)、进药口(2.2)、回流进水口
(2.3)、进水泵(2.4)、碳源投加泵(2.5)、碳源投加装置(2.6)、缺氧反应区(2.7)、第一搅拌装置(2.8)、沉淀区(2.9)、污泥回流挡板
(2.10)、第一排泥管(2.11)、厌氧反应区挡板(2.12)、第一出水口
(2.13)；硝化反应器(3)设有第二进水口(3.1)、进水泵(3.2)、好氧反应区(3.3)、曝气装置(3.4)、第二出水口(3.5)、污泥回流口
(3.6)、排水阀(3.7)、污水回流泵(3.8)；沉淀池(4)设有第三进水口(4.1)、回流口(4.2)、第三出水口(4.3)、污泥回流泵(4.4)；储泥箱(5)设有第一进泥口(5.1)；出水箱(6)设有第四进水口(6.1)。
城市污水箱(1)通过第一进水口(2.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连，碳源投加装置(2.6)也与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连，沉淀区(2.9)底部倾斜角度为45°～60°，缺氧反应区挡板(2.12)的底部开口高度与缺氧反应区(2.7)总高度之比为1:8～1:12，污泥回流挡板(2.10)高度与缺氧反应区(2.7)总高度之比为1:5～1:3，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)通过第一出水口(2.13)与硝化反应器(3)的第二进水口(3.1)相连，在好氧反应区(3.3)进行好氧反应，硝化反应器(3)底部配有曝气装置(3.4)，硝化反应器(3)的第二进水口(3.1)与沉淀池(4)的第三进水口(4.1)相连，可通过回流口(4.2)进行污泥回流由污泥回流口(3.6)至硝化反应器反应器(3)的好氧反应区(3.3)，另外还有一部分污泥由回流口(4.2)进入储泥箱(5)。
2、连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器的启动：在短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器中接种城市污水处理厂剩余污泥与厌氧氨氧化污泥，接种后污泥浓度为3000～5000mg/L，剩余污泥与厌氧氨氧化污泥质量比为10:1～15:1；接种后投加悬浮填料，填料填充比为15％～30％；城市污水进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，城市污水TN浓度为30～70mg/L，碳源通过加药口进入反应器，C/N设置为2.5～3.5，开启搅拌装置，HRT为4～5h，污泥龄为15～20天，沉淀区污泥自污泥回流挡板下回流至反应区，出水进入硝化反应器。
(2)硝化反应器的启动：硝化反应器接种城市污水处理厂剩余污泥，接种后污泥浓度为3000～5000mg/L，开启曝气装置，DO浓度为1.0～2.0mg/L，HRT为3～4h，污泥龄为10～15天，接种后投加悬浮填料，填料填充比为15％～30％；出水排入沉淀池，沉淀池出水回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，回流比为150％～300％，沉淀池污泥回流至硝化反应器回流比为50％～100％。
(3)系统运行：城市污水由第一进水口进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，同时通过第二进水口进入硝化反应器，曝气条件下，控制DO为1.0～2.0mg/L，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器与硝化反应器容积比为1:1～2:1；硝化反应器的出水回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，回流比为150％～300％；另一部分硝化反应器的出水排入沉淀池，沉淀池排放的剩余污泥回流至硝化反应器回流比为50％～100％。
连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置和方法，具有以下的特点和优势：
(1)短程反硝化与厌氧氨氧化过程在单级连续流系统中进行，有效降低空间利用率而且提高反应器的利用率；
(2)短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器设有污泥回流挡板以及沉淀区，有助于系统强化其污泥颗粒化，实现脱氮功能菌的快速富集；
(3)通过生物膜与颗粒污泥的形成提高短程反硝化与厌氧氨氧化系统微生物菌群活性，实现氨氮与硝酸盐氮深度去除，降低出水硝态氮浓度，同时大大节省有机碳源；
(4)将短程反硝化耦合厌氧氨氧化与硝化过程在两个系统中实现，避免有机物对硝化菌生长的不利影响，提高硝化效率；
(5)形成生物膜与颗粒污泥有利于实现自养型厌氧氨氧化菌在不利环境条件下的活性维持与自身持留，保障系统具有较强抗冲击负荷能力和稳定性。
附图说明
图1为一种连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置结构图。
1为城市污水箱；2为短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器；3为硝化反应器；4为沉淀池；5为储泥箱；6为出水箱。2.1为第一进水口、2.2为进药口、2.3为回流进水口、2.4为进水泵、2.5为碳源投加泵、2.6为碳源投加装置、2.7为缺氧反应区、2.8为第一搅拌装置、2.9为沉淀区、2.10为污泥回流挡板、2.11为第一排泥管、2.12为厌氧反应区挡板、2.13为第一出水口；3.1为第二进水口、3.2为进水泵、3.3为好氧反应区、3.4为曝气装置、3.5为第二出水口、3.6为污泥回流口、3.7为排水阀、3.8为污水回流泵；4.1为第三进水口、4.2为回流口、4.3为第三出水口、4.4为污泥回流泵；5.1为第一进泥口；6.1为第四进水口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1结构图所示，一种新型的连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置与方法结构如下，1为城市污水箱；2为短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器；3为硝化反应器；4为沉淀池；5为储泥箱；6为出水箱。2.1为第一进水口、2.2为进药口、2.3为回流进水口、2.4为进水泵、2.5为碳源投加泵、2.6为碳源投加装置、2.7为缺氧反应区、2.8为第一搅拌装置、2.9为沉淀区、2.10为污泥回流挡板、2.11为第一排泥管、2.12为厌氧反应区挡板、2.13为第一出水口；3.1为第二进水口、3.2为进水泵、3.3为好氧反应区、3.4为曝气装置、3.5为第二出水口、3.6为污泥回流口、3.7为排水阀、3.8为污水回流泵；4.1为第三进水口、4.2为回流口、4.3为第三出水口、4.4为污泥回流泵；5.1为第一进泥口；6.1为第四进水口。
城市污水箱(1)通过第一进水口(2.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连，碳源投加装置(2.6)也与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连，沉淀区(2.9)底部倾斜角度为45°，缺氧反应区挡板(2.12)的底部开口高度与缺氧反应区(2.7)总高度之比为1:10，污泥回流挡板(2.10)高度与缺氧反应区(2.7)总高度之比为1:4，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)通过第一出水口(2.13)与硝化反应器(3)的第二进水口(3.1)相连，在好氧反应区(3.3)进行好氧反应，硝化反应器(3)底部配有曝气装置
(3.4)，硝化反应器(3)的第二进水口(3.1)与沉淀池(4)的第三进水口(4.1)相连，可通过回流口(4.2)进行污泥回流由污泥回流口(3.6)至硝化反应器反应器(3)的好氧反应区(3.3)，另外还有一部分污泥由回流口(4.2)进入储泥箱(5)。
具体运行过程如下：
连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置和方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器的启动：在短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器中接种城市污水处理厂剩余污泥与厌氧氨氧化污泥，接种后污泥浓度为3900mg/L，剩余污泥与厌氧氨氧化污泥质量比为12:1；接种后投加悬浮填料，填料填充比为25％；城市污水进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，城市污水TN浓度为67mg/L，碳源通过加药口进入反应器，C/N设置为2.5，开启搅拌装置，HRT为4h，污泥龄为20天，沉淀区污泥自污泥回流挡板下回流至反应区，出水进入硝化反应器。
(2)硝化反应器的启动：硝化反应器接种城市污水处理厂剩余污泥，接种后污泥浓度为3500mg/L，开启曝气装置，溶解氧浓度为1.2mg/L，HRT为3h，污泥龄为15天，接种后投加悬浮填料，填料填充比为20％；出水排入沉淀池，沉淀池出水回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，回流比为200％，沉淀池污泥回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器回流比为80％。
(3)系统运行：城市污水由第一进水口进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，同时通过第二进水口进入硝化反应器，曝气条件下，控制DO为1.2mg/L，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器与硝化反应器容积比为1:1；硝化反应器的出水回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，回流比为200％；另一部分硝化反应器的出水排入沉淀池，沉淀池排放的剩余污泥回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器回流比为80％。
实验结果表明：工艺稳定运行后，实际城市污水氨氮浓度为57.6mg/L，COD为126.3mg/L，采用连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置与方法，长期运行90天，出水TN达到5mg/L以下，实现低曝气能耗条件下的污水深度脱氮，同时在短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应区富集了厌氧氨氧化菌和具有短程反硝化特性的功能菌群，为新工艺的启动提供了菌种来源和保障。

Claims (2)

1.连续流短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化菌群富集的装置，其特征在于，包括城市污水箱(1)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、硝化反应器(3)、沉淀池(4)、储泥箱(5)、出水箱(6)；短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)设有第一进水口(2.1)、进药口(2.2)、回流进水口(2.3)、第一进水泵(2.4)、碳源投加泵(2.5)、碳源投加装置(2.6)、缺氧反应区(2.7)、第一搅拌装置(2.8)、沉淀区(2.9)、污泥回流挡板(2.10)、第一排泥管(2.11)、缺氧反应区挡板(2.12)、第一出水口(2.13)；硝化反应器(3)设有第二进水口(3.1)、第二进水泵(3.2)、好氧反应区(3.3)、曝气装置(3.4)、第二出水口(3.5)、污泥回流口(3.6)、排水阀(3.7)、污水回流泵(3.8)；沉淀池(4)设有第三进水口(4.1)、回流口(4.2)、第三出水口(4.3)、污泥回流泵(4.4)；储泥箱(5)设有第一进泥口(5.1)；出水箱(6)设有第四进水口(6.1)；
城市污水箱(1)通过第一进水口(2.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连，碳源投加装置(2.6)也与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连，沉淀区(2.9)底部倾斜角度为45°～60°，缺氧反应区挡板(2.12)的底部开口高度与缺氧反应区(2.7)总高度之比为1:8～1:12，污泥回流挡板(2.10)高度与缺氧反应区(2.7)总高度之比为1:5～1:3，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)通过第一出水口(2.13)与硝化反应器(3)的第二进水口(3.1)相连，在好氧反应区(3.3)进行好氧反应，硝化反应器(3)底部配有曝气装置(3.4)，硝化反应器(3)的第二出水口（3.5）同时与短程反硝化耦合厌氧氨氧化（2）的回流进水口（2.3）和沉淀池(4)的第三进水口(4.1)相连，硝化反应器（3）的出水经第二出水口（3.5）及回流进水口（2.3）至短程反硝化耦合厌氧氨氧化（2）的缺氧反应区（2.7），沉淀池（4）的污泥通过回流口(4.2)由污泥回流口(3.6)至硝化反应器(3)的好氧反应区(3.3)，另外还有一部分污泥由回流口(4.2)进入储泥箱(5)。
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：
短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器的启动：在短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器中接种城市污水处理厂剩余污泥与厌氧氨氧化污泥，接种后污泥浓度为3000～5000mg/L，剩余污泥与厌氧氨氧化污泥质量比为10:1～15:1；接种后投加悬浮填料，填料填充比为15％～30％；城市污水进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，城市污水总氮(TN)浓度为30～70mg/L，碳源通过进药口进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，C/N设置为2.5～3.5，开启第一搅拌装置，水力停留时间(HRT)为4～5h，污泥龄为15～20天，沉淀区污泥自污泥回流挡板下回流至缺氧反应区，出水进入硝化反应器；
硝化反应器的启动：硝化反应器接种城市污水处理厂剩余污泥，接种后污泥浓度为3000～5000mg/L，开启曝气装置，溶解氧浓度为1.0～2.0mg/L，HRT为3～4h，污泥龄为10～15天，接种后投加悬浮填料，填料填充比为15％～30％；出水一部分回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，回流比为150％～300％，另一部分硝化反应器的出水排入沉淀池，沉淀池污泥回流至硝化反应器，回流比为50％～100％；
系统运行：城市污水由第一进水口进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，同时通过第二进水口进入硝化反应器，曝气条件下，控制溶解氧(DO)为1.0～2.0mg/L，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器与硝化反应器容积比为1:1～2:1；在污水回流泵的动力作用下，硝化反应器的出水依次经过第二出水口与回流进水口回流至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，回流比为150％～300％；另一部分硝化反应器的出水排入沉淀池，同时，在污泥回流泵的动力作用下，沉淀池的污泥回流至硝化反应器，回流比为50％～100％。
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