CN114477420A - 连续流aoa短程硝化及内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的方法与装置 - Google Patents

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连续流AOA短程硝化与内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的方法与装置属于污水生物处理领域。装置包括城市生活污水原水箱、连续流AOA反应器、沉淀池。方法是城市生活污水泵入连续流反应器后以厌氧、好氧、缺氧模式运行，厌氧区储存内碳源并释磷，好氧区发生短程硝化厌氧氨氧化作用并吸磷，缺氧区发生内源短程硝化厌氧氨氧化作用，好氧区以及缺氧区分别投加悬浮以及固定生物载体，以持留富集厌氧氨氧化菌，最终分别在好氧区及缺氧区内实现厌氧氨氧化的双耦合，提高脱氮除磷效率。本发明无需严格抑制NOB即可实现主流厌氧氨氧化，且好氧区厌氧氨氧化的实现能够有效减少曝气需求、降低能耗。

Description

连续流AOA短程硝化及内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实 现污水深度脱氮的方法与装置
技术领域
本发明涉及的连续流AOA短程硝化及内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的方法与装置，属于污水生物处理领域，适用于城市生活污水深度脱氮。
背景技术
随着人类活动和社会的飞速发展，水环境污染问题日益突出。氨氮、磷和有机物等污染物被大量携带至自然水体会引起藻类植物的过量繁殖，有效去除废水中的这些营养物质对于控制水体富营养化和保护水环境具有极其重要的意义。传统的生物脱氮首先将原水中的氨氮硝化为硝氮随后反硝化为氮气去除，该过程曝气能耗高、碳源需求量大，会增加水厂的运行费用，因此必须开发应用新型节能高效的脱氮除磷技术。
厌氧氨氧化技术作为新型自养脱氮技术，无需曝气即可将将氨氧与亚硝酸盐直接转化为氮气，符合低碳节能的要求。通过与短程硝化技术(NH4 +→NO2 -)结合，该工艺可以节约60％的曝气和100％的碳源。研究表明，短程硝化可以通过控制低溶解氧、实时控制、以及保证氨氮剩余等策略实现，然而亚硝酸盐氧化菌(NOB)无法完全抑制，同时其副产物硝氮难以进一步去除，限制了PN/A工艺在主流城市污水处理厂的应用。近年来内源短程反硝化技术(NO3 -→NO2 -)的出现为厌氧氨氧化工艺提供了另一种亚硝产生方式。文献表明，内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺(EPD/A)可以充分利用内碳源实现较高的总氮去除。然而相较PN/A工艺，EPD/A需要曝气能耗更高，增加了水厂运行成本。因此，PN/A与EPD/A技术具有不同的优势，同时在向主流污水处理厂推广应用之前仍需克服许多困难。
主流污水处理厂的常用工艺形式为连续流，而厌氧/缺氧/好氧(AOA)模式能够在厌氧区充分利用原水碳源并储存为内碳源，并在缺氧区发生内源反硝化作用。在传统的连续流AOA反应器内应用厌氧氨氧化工艺对主流污水处理厂节能降耗有重要前景，而将PN/A及EPD/A技术分别在好氧区以及缺氧区结合，能最大限度的发挥二者的不同优势，实现深度脱氮。在此新型工艺中，好氧区应用PN/A工艺可以节约曝气能耗，且无需严格控制NOB，而缺氧区应用EPD工艺可以将PN/A以及NOB产生的硝氮进一步反硝化为亚硝再次为厌氧氨氧化提供底物，提高厌氧氨氧化的贡献。
本发明通过将生活污水泵入连续流AOA反应器，悬浮污泥在厌氧区将原水碳源储存为内碳源，同时聚磷菌厌氧释磷；在好氧区利用低溶解氧以及氨氮剩余条件实现PN，并通过投加悬浮生物膜持留富集厌氧氨氧化菌，充分发挥PN/A作用，去除部分总氮，同时好氧吸磷；在缺氧区，悬浮污泥利用储存的内碳源驱动EPD作用，并通过投加固定生物膜持留富集厌氧氨氧化菌，将好氧区未反应完全的氨氮以及硝氮同步去除，最终实现主流城市生活污水的深度脱氮除磷。该工艺具有碳源需求量少、曝气能耗低、操作简单、运行成本低等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续流AOA短程硝化及内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的方法与装置，具体方法是原水进入连续流反应器，反应器好氧区以及缺氧度内投加生物载体，悬浮污泥在厌氧段将原水中的碳源储存为内碳源，同时厌氧释磷，随后原水进入好氧区，发生短程硝化厌氧氨氧化作用，去除部分总氮并将部分氨氮全程硝化为硝酸盐，同时聚磷菌好氧吸磷，最后原水进入缺氧区，悬浮污泥利用在厌氧区储存的内碳源将硝酸盐短程反硝化为亚硝酸盐，与氨氮同步被厌氧氨氧化作用去除，最终实现生活污水的深度脱氮除磷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
连续流AOA短程硝化与内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的装置，包括城市生活污水原水箱(1)、连续流AOA反应器(2)、沉淀池(6)，其曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统完成；连续流AOA反应器(2)包括厌氧区(3)，好氧区(4)，缺氧区(5)；厌氧区(3)体积占连续流AOA反应器总体积的20-30％，好氧区(4)体积占连续流AOA反应器总体积的20-30％，缺氧区(5)占连续流AOA反应器总体积40-60％。
城市生活污水原水箱(1)中的生活污水经进水泵(1-1)进入连续流AOA反应器(2)的厌氧区(3)；厌氧区(3)分为两格，每格内设有搅拌器(8)；好氧区(4)分为两格，设有pH/DO测定仪(4-1)，曝气泵(4-2)曝气头(4-3)，悬浮生物载体(7)；缺氧区(5)分为三格，每格内设固定生物载体(9)，搅拌器(8)，反应后的泥水混合物经沉淀池(6)沉淀后，上清液由排水管(6-2)排出，沉淀后的污泥一部分经污泥回流泵(6-1)回流至连续流AOA反应器(2)的厌氧区(3)，另一部分经排泥泵(6-3)排出。
按照所述装置的方法，包括以下步骤：
1)反应器的启动：接种城市污水处理厂回流污泥于连续流AOA反应器(2)中，使反应器内悬浮污泥浓度维持在3000～5000mg/L；同时设置悬浮生物载体(7)于好氧区(4)，固定生物载体(8)于缺氧区(9)，填充比均为10％-30％，载体为空白载体或已接种厌氧氨氧化菌的载体。进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4+-N：35-60mg/L，C/N为3-4，总水力停留时间为9-15h，污泥回流比为100％-200％；好氧区(4)溶解氧浓度控制在0.3-0.5mg/L，污泥龄15-20d；通过长期保持低溶解氧抑制NOB活性，从而实现短程硝化。此外，向好氧区(4)投加悬浮生物载体(7)，为菌群提供附着生长的载体，同时利用其内部缺氧的结构为厌氧氨氧化菌的富集创造条件；每天检测厌氧区(3)，好氧区(4)，缺氧区(5)内氨氮、亚硝态氮、硝态氮、磷、COD含量的变化，若好氧区(4)COD变化量连续7天小于1.5mg/L，且好氧区(4)总氮下降量大于5mg/L，则同步短程硝化耦合厌氧氨氧化过程启动成功。若缺氧区(5)内COD变化量连续7天小于1.5mg/L，且氨氮含量的下降量大于3mg/L，硝态氮含量的下降量大于5mg/L，则证明内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程启动成功。两个启动条件同时满足则证明连续流AOA反应器(2)启动成功。
2)启动后的工艺运行：进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，总水力停留时间为9-15h，污泥回流比为100％-200％，污泥龄15-20d；生活污水泵入连续流AOA反应器(2)后首先进入厌氧阶段，厌氧水力停留时间1.5-2.5h，悬浮污泥将原水碳源储存为内碳源，聚磷菌厌氧释磷。污泥混合液进入好氧区，溶解氧控制在0.2-0.5mg/L，悬浮生物载体(7)用于持留厌氧氨氧化菌，填充比10％-30％，挡板(10)截留悬浮生物载体(7)，通过短程硝化耦合厌氧氨氧化作用去除部分总氮，同时聚磷菌好氧吸磷。通过控制好氧水力停留时间保证好氧结束后，混合液仅剩氨氮和硝态氮，好氧水力停留时间1.5-2.5h。污泥混合液进入缺氧区后，氨氮和硝态氮在内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用下去除，缺氧停留时间6-10h，缺氧区固定生物载体(8)填充比为10％-30％。检测沉淀池(6)出水的氨氮、亚硝、硝氮、磷含量，最终达到出水氨氮<1.0mg/L，出水亚硝<0.5mg/L，出水硝氮<1.0mg/L，出水磷<0.1mg/L。
本发明提供的连续流AOA短程硝化及内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的方法与装置与传统硝化反硝化工艺相比，具有以下优点：
1)充分利用原水碳源，悬浮污泥在厌氧区储存内碳源，在缺氧区发生内源短程反硝化作用，降低处理成本；
2)投加生物载体以及低溶解氧的条件有利于好氧段SPN/A反应的发生，节省曝气；
3)通过短程硝化、内源短程反硝化两种方式为厌氧氨氧化提供底物，提高厌氧氨氧化贡献；
4)运行过程中无需严格控制溶解氧，节省人力成本。
附图说明
图1是连续流AOA短程硝化及内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的方法与装置结构示意图：
图1中：1—城市生活污水原水箱；1-1—进水泵；2—连续流AOA反应器；3—厌氧区；4—好氧区；4-1—pH/DO测定仪；4-2—曝气泵；4-3—曝气头；5—缺氧区；6—沉淀池；6-1—污泥回流泵；6-2—排水管；6-3—排泥泵；7—悬浮生物载体；8—搅拌器；9—固定生物载体。
具体实施方式
结合附图及实施实例详细说明本发明方案。
连续流AOA短程硝化与内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的装置，包括城市生活污水原水箱(1)、连续流AOA反应器(2)、沉淀池(6)，其曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统完成；连续流AOA反应器(2)包括厌氧区(3)，好氧区(4)，缺氧区(5)；厌氧区(3)体积占连续流AOA反应器总体积的20-30％，好氧区(4)体积占连续流AOA反应器总体积的20-30％，缺氧区(5)占连续流AOA反应器总体积40-60％。
城市生活污水原水箱(1)中的生活污水经进水泵(1-1)进入连续流AOA反应器(2)的厌氧区(3)；厌氧区(3)每格内设有搅拌器(8)；好氧区(4)设有pH/DO测定仪(4-1)、曝气泵(4-2)、曝气头(4-3)、悬浮生物载体(7)；缺氧区(5)每格内设固定生物载体(9)、搅拌器(8)、挡板(10)，反应后的泥水混合物经沉淀池(6)沉淀后，上清液由排水管(6-2)排出，沉淀后的污泥一部分经污泥回流泵(6-1)回流至连续流AOA反应器(2)的厌氧区(3)，另一部分经排泥泵(6-3)排出。
应用所述装置的方法，包括以下步骤：
1)反应器的启动：接种城市污水处理厂回流污泥于连续流AOA反应器(2)中，使反应器内悬浮污泥浓度维持在3000～5000mg/L；同时设置悬浮生物载体(7)于好氧区(4)，固定生物载体(8)于缺氧区(9)，填充比均为10％-30％，载体为空白载体或已接种厌氧氨氧化菌的载体。进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4+-N：35-60mg/L，C/N为3-4，总水力停留时间为9-15h，污泥回流比为100％-200％；好氧区(4)溶解氧浓度控制在0.3-0.5mg/L，污泥龄15-20d；通过长期保持低溶解氧抑制NOB活性，从而实现短程硝化。此外，向好氧区(4)投加悬浮生物载体(7)，为菌群提供附着生长的载体，同时利用其内部缺氧的结构为厌氧氨氧化菌的富集创造条件；每天检测厌氧区(3)，好氧区(4)，缺氧区(5)内氨氮、亚硝态氮、硝态氮、磷、COD含量的变化，若好氧区(4)COD变化量连续7天小于1.5mg/L，且好氧区(4)总氮下降量大于5mg/L，则同步短程硝化耦合厌氧氨氧化过程启动成功。若缺氧区(5)内COD变化量连续7天小于1.5mg/L，且氨氮含量的下降量大于3mg/L，硝态氮含量的下降量大于5mg/L，则证明内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程启动成功。两个启动条件同时满足则证明连续流AOA反应器(2)启动成功。
2)启动后的工艺运行：进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，总水力停留时间为9-15h，污泥回流比为100％-200％，污泥龄15-20d；生活污水泵入连续流AOA反应器(2)后首先进入厌氧阶段，厌氧水力停留时间1.5-2.5h，悬浮污泥将原水碳源储存为内碳源，聚磷菌厌氧释磷。污泥混合液进入好氧区，溶解氧控制在0.2-0.5mg/L，悬浮生物载体(7)用于持留厌氧氨氧化菌，填充比10％-30％，挡板(10)截留悬浮生物载体(7)，通过短程硝化耦合厌氧氨氧化作用去除部分总氮，同时聚磷菌好氧吸磷。通过控制好氧水力停留时间保证好氧结束后，混合液仅剩氨氮和硝态氮，好氧水力停留时间1.5-2.5h。污泥混合液进入缺氧区后，氨氮和硝态氮在内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用下去除，缺氧停留时间6-10h，缺氧区固定生物载体(8)填充比为10％-30％。检测沉淀池(6)出水的氨氮、亚硝、硝氮、磷含量，最终达到出水氨氮<1.0mg/L，出水亚硝<0.5mg/L，出水硝氮<1.0mg/L，出水磷<0.1mg/L。

Claims (2)

1.连续流AOA短程硝化与内源短程反硝化双耦合厌氧氨氧化实现污水深度脱氮的装置，包括城市生活污水原水箱(1)、连续流AOA反应器(2)、沉淀池(6)，其曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统完成；连续流AOA反应器(2)包括厌氧区(3)，好氧区(4)，缺氧区(5)；厌氧区(3)体积占连续流AOA反应器总体积的20-30％，好氧区(4)体积占连续流AOA反应器总体积的20-30％，缺氧区(5)占连续流AOA反应器总体积40-60％。
城市生活污水原水箱(1)中的生活污水经进水泵(1-1)进入连续流AOA反应器(2)的厌氧区(3)；厌氧区(3)每格内设有搅拌器(8)；好氧区(4)设有pH/DO测定仪(4-1)、曝气泵(4-2)、曝气头(4-3)、悬浮生物载体(7)；缺氧区(5)每格内设固定生物载体(9)、搅拌器(8)、挡板(10)，反应后的泥水混合物经沉淀池(6)沉淀后，上清液由排水管(6-2)排出，沉淀后的污泥一部分经污泥回流泵(6-1)回流至连续流AOA反应器(2)的厌氧区(3)，另一部分经排泥泵(6-3)排出。
2.应用所述装置的方法，包括以下步骤：
1)反应器的启动：接种城市污水处理厂回流污泥于连续流AOA反应器(2)中，使反应器内悬浮污泥浓度维持在3000～5000mg/L；同时设置悬浮生物载体(7)于好氧区(4)，固定生物载体(8)于缺氧区(9)，填充比均为10％-30％，载体为空白载体或已接种厌氧氨氧化菌的载体。进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，总水力停留时间为9-15h，污泥回流比为100％-200％；好氧区(4)溶解氧浓度控制在0.3-0.5mg/L，污泥龄15-20d；此外，向好氧区(4)投加悬浮生物载体(7)，为菌群提供附着生长的载体，同时利用其内部缺氧的结构为厌氧氨氧化菌的富集创造条件；每天检测厌氧区(3)，好氧区(4)，缺氧区(5)内氨氮、亚硝态氮、硝态氮、磷、COD含量的变化，若好氧区(4)COD变化量连续7天小于1.5mg/L，且好氧区(4)总氮下降量大于5mg/L，则同步短程硝化耦合厌氧氨氧化过程启动成功。若缺氧区(5)内COD变化量连续7天小于1.5mg/L，且氨氮含量的下降量大于3mg/L，硝态氮含量的下降量大于5mg/L，则证明内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程启动成功。两个启动条件同时满足则证明连续流AOA反应器(2)启动成功。
2)启动后的工艺运行：进水为城市生活污水，进水COD：150-250mg/L，NH4 +-N：35-60mg/L，C/N为3-4，总水力停留时间为9-15h，污泥回流比为100％-200％，污泥龄15-20d；生活污水泵入连续流AOA反应器(2)后首先进入厌氧阶段，厌氧水力停留时间1.5-2.5h，悬浮污泥将原水碳源储存为内碳源，聚磷菌厌氧释磷。污泥混合液进入好氧区，溶解氧控制在0.2-0.5mg/L，悬浮生物载体(7)用于持留厌氧氨氧化菌，填充比10％-30％，挡板(10)截留悬浮生物载体(7)，通过短程硝化耦合厌氧氨氧化作用去除部分总氮，同时聚磷菌好氧吸磷。通过控制好氧水力停留时间保证好氧结束后，混合液仅剩氨氮和硝态氮，好氧水力停留时间1.5-2.5h。污泥混合液进入缺氧区后，氨氮和硝态氮在内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用下去除，缺氧停留时间6-10h，缺氧区固定生物载体(8)填充比为10％-30％。
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