CN114735823A - 一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置和方法。本发明第一方面提供了一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置，包括初沉池、第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化‑厌氧氨氧化处理单元、第一好氧处理单元、第二短程反硝化处理单元、第二短程反硝化‑厌氧氨氧化处理单元和第二好氧处理单元。本发明通过对城市污水进行初沉，得到初沉出水，然后对初沉出水进行分流，通过两段处理工艺以及处理工艺流程的合理安排，不仅为厌氧氨氧化工艺提供了稳定的亚硝态氮来源，实现了极限脱氮，而且不需要额外添加碳源，在保证城市污水处理效果的基础上，有效降低了城市污水的处理成本。

Description

一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，涉及一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置和方法。
背景技术
近年来随着我国城市化水平的提高，城市污水排放量日益增多，污水中的氮、磷等营养元素若不经过处理直接排入水中会造成水体富营养化，因此，需要对城市污水进行脱氮除磷后再排放。在污水处理厂中，通过初沉处理可以去除大部分的磷，而去除氮元素常用的方法是进行硝化、反硝化处理，但是硝化、反硝化处理需要向污水中加入额外碳源，以满足硝化菌和反硝化菌的正常生长需要，导致污水的处理成本较高。
厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)作为一种的新兴脱氮工艺，不同于传统的硝化反硝化过程，该工艺所使用的厌氧氨氧化菌能够在厌氧的条件下利用氨氮和亚硝态氮生成氮气和少量的硝酸盐，无需加入额外的碳源，但需要稳定的亚硝态氮来源。因此，如何为厌氧氨氧化工艺提供稳定的亚硝态氮来源，实现深度脱氮的同时，降低城市污水的处理成本，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置和方法，用于实现城市污水的深度脱氮。
本发明第一方面提供一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置，所述装置包括初沉池、第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元、第一好氧处理单元、第二短程反硝化处理单元、第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和第二好氧处理单元，其中：
所述初沉池包括城市污水入口、第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，所述城市污水入口用于输入城市污水，所述第一出口通过第一管线与所述第一短程反硝化处理单元连通，所述第二出口通过第二管线与所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元连通，所述第三出口通过第三管线与所述第二短程反硝化处理单元连通，所述第四出口通过第四管线与所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元连通；
所述第一短程反硝化处理单元的出口与所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的入口连通，所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的出口与所述第一好氧处理单元的入口连通，所述第一好氧处理单元的第一出口通过第五管线与所述第一短程反硝化处理单元的入口连通，所述第一好氧处理单元的第二出口与所述第二短程反硝化处理单元的入口连通；
所述第二短程反硝化处理单元的出口与所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的入口连通，所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的出口与所述第二好氧处理单元的入口连通，所述第二好氧处理单元的第一出口通过第六管线与所述第二短程反硝化处理单元的入口连通，所述第二好氧处理单元的第二出口用于排出处理后的城市污水。
进一步地，所述第一短程反硝化处理单元和第二短程反硝化处理单元内设置有短程反硝化菌，所述短程反硝化菌能够利用初沉出水中的有机物将硝态氮还原为亚硝态氮。
进一步地，所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元内设置有短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌，所述厌氧氨氧化菌能够利用亚硝态氮和氨氮进行厌氧氨氧化，生成氮气。
进一步地，所述第一好氧处理单元和第二好氧处理单元内设置有硝化菌，所述硝化菌能够将氨氮氧化为硝态氮。
进一步地，所述第一管线、第二管线、第三管线、第四管线、第五管线和第六管线上分别设置有流量调节器，用于控制待处理污水的流量。
本发明第二方面提供一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的方法，所述方法使用上述任一所述的装置，具体包括以下步骤：
将城市污水引入所述初沉池进行初沉，得到初沉出水；
将初沉出水通过第一管线、第二管线、第三管线和第四管线分别输送至第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元、第二短程反硝化处理单元和第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元中；
所述第一短程反硝化处理单元的出水进入所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元中，与第二管线输入的初沉出水混合进行第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理，得到氮气和第一短程反硝化-厌氧氨氧化出水；所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化出水引入第一好氧处理单元进行好氧处理得到硝酸盐和第一好氧出水，将一部分第一好氧出水通过第五管线返回至第一短程反硝化处理单元进行第一短程反硝化处理，将剩余部分的第一好氧出水引入第二短程反硝化单元中与第三管线引入的初沉出水混合进行第二短程反硝化处理得到第二短程反硝化出水；
将所述第二短程反硝化出水引入第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元，与第四管线输入的初沉出水混合进行第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理得到氮气和第二短程反硝化厌氧氨氧化出水；将所述第二短程反硝化厌氧氨氧化出水引入第二好氧处理单元进行好氧处理得到硝酸盐和第二好氧出水，将一部分第二好氧出水通过第六管线返回至所述第二短程反硝化处理单元进行第二短程反硝化处理，将剩余部分的第二好氧出水过滤，完成对所述城市污水的处理。
进一步地，所述城市污水中氨氮的浓度为30-80mg/L，有机物的浓度为150-400mg/L。
进一步地，所述初沉出水中氨氮的浓度为30-80mg/L，有机物浓度为75-200mg/L。
进一步地，分别调节第一管线和第五管线上的流量调节器，使第一短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比为1.2-3.2。
进一步地，分别调节第三管线和第六管线上的流量调节器，使第二短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比为1.2-3.2。
本发明的实施，至少具备以下技术效果：
1、本发明提供一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置和方法，通过对城市污水进行初沉，得到初沉出水，然后对初沉出水进行分流，通过两段处理工艺以及处理工艺流程的合理安排，不仅为厌氧氨氧化工艺提供了稳定的亚硝态氮来源，实现了深度脱氮，而且不需要额外添加碳源，在保证城市污水处理效果的基础上，有效降低了城市污水的处理成本。
2、本发明通过调控初沉出水中有机物以及氨氮的浓度和初沉出水在各个出口的流量值，可进一步保证脱氮效率，提高城市污水的处理效果。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的装置的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置，如图1所示，装置包括初沉池、第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元、第一好氧处理单元、第二短程反硝化处理单元、第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和第二好氧处理单元，其中：
初沉池包括城市污水入口、第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，城市污水入口用于输入城市污水，第一出口通过第一管线与第一短程反硝化处理单元连通，第二出口通过第二管线与第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元连通，第三出口通过第三管线与第二短程反硝化处理单元连通，第四出口通过第四管线与第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元连通；
第一短程反硝化处理单元的出口与第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的入口连通，第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的出口与第一好氧处理单元的入口连通，第一好氧处理单元的第一出口通过第五管线与第一短程反硝化处理单元的入口连通，第一好氧处理单元的第二出口与第二短程反硝化处理单元的入口连通；
第二短程反硝化处理单元的出口与第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的入口连通，第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的出口与第二好氧处理单元的入口连通，第二好氧处理单元的第一出口通过第六管线与第二短程反硝化处理单元的入口连通，第二好氧处理单元的第二出口用于排出处理后的城市污水。
在上述各单元中，第一短程反硝化处理单元和第二短程反硝化处理单元内设置有短程反硝化菌，短程反硝化菌能够利用初沉出水中的有机物将硝态氮还原为亚硝态氮；第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元内设置有短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌，厌氧氨氧化菌能够利用亚硝态氮和氨氮进行厌氧氨氧化，生成氮气；第一好氧处理单元和第二好氧处理单元内设置有硝化菌，硝化菌能够将氨氮氧化为硝态氮。
此外，第一管线、第二管线、第三管线、第四管线、第五管线和第六管线上分别设置有流量调节器，用于控制待处理污水的流量。
本实施例所使用的处理单元及菌种均为本领域常规技术手段，本发明对此不作进一步限制。
实施例2
本实施例提供一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的方法，使用实施例1提供的装置进行，具体地：将总流量为Q0的待处理城市污水引入初沉池进行初沉得到初沉出水，经测定，该初沉出水中氨氮浓度为50mg/L，有机物(COD)浓度为135mg/L；
1、将初沉出水进行分流，进入第一短程反硝化处理单元的第一部分初沉出水的流量为Q1，进入第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的第二部分初沉出水的流量为Q2，进入第二短程反硝化处理单元的第三部分初沉出水的流量为Q3，进入第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的第四部分初沉出水的流量为Q4。
2、将流量为Q1的初沉出水依次引入至第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和第一好氧单元，初沉出水中含有的氨氮在第一好氧单元内生成硝态氮，将流量为Q5的第一好氧出水返回至第一短程反硝化处理单元，第一短程反硝化处理单元内的短程反硝化菌在回流的硝化液的作用下，充分利用污水中的有机物进行短程反硝化反应，得到含有亚硝态氮和硝态氮的第一短程反硝化出水；
将第一短程反硝化出水进入第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元，和流量为Q2的初沉出水混合，在初沉出水中有机物的作用下，第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元内的短程反硝化菌将第一短程反硝化出水中剩余的硝态氮还原为亚硝态氮，再在厌氧氨氧化菌作用下，使亚硝态氮与初沉出水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，得到氮气和第一短程反硝化-厌氧氨氧化出水；
将第一短程反硝化-厌氧氨氧化出水进入第一好氧处理单元，在硝化菌的作用下，使短程反硝化-厌氧氨氧化出水中的氨氮和有机物被去除，得到含有硝态氮的第一好氧出水，同时将流量为Q5的第一好氧出水回流至第一短程反硝化处理单元。
3、将剩余部分的第一好氧出水与流量为Q3的初沉出水混合后进入第二短程反硝化处理单元，使短程反硝化菌充分利用污水中的有机物进行短程反硝化反应，得到含有亚硝态氮和硝态氮的第二短程反硝化出水；
将第二短程反硝化出水和流量为Q4的初沉出水混合后进入第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元，在初沉出水中有机物的作用下，短程反硝化菌将第二短程反硝化处理单元出水中剩余的硝态氮还原为亚硝态氮，再在厌氧氨氧化菌作用下，使亚硝态氮与初沉出水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，得到氮气和第二短程反硝化-厌氧氨氧化出水；
将第二短程反硝化-厌氧氨氧化出水进入第二好氧处理单元，在硝化菌和其他好氧菌的作用下，使短程反硝化厌氧氨氧化出水中的氨氮和有机物被去除，得到含有硝态氮的第二好氧出水，将流量为Q6的第二好氧出水返回并与流量为Q3的初沉出水混合，剩余部分的第二好氧出水经过滤后排出，即为处理后的城市污水。
短程反硝化的反应方程式为：
1.32NO3 -+0.55CH3COO-+0.088NH4 +→1.32NO2 -+0.088C5H7NO2+0.66HCO3 -+0.198H++0.264H2O
厌氧氨氧化的反应方程式为：
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.5+2.03H2O。
上述方法中，Q1为22.8％Q0，Q2为54.2％Q0，Q3为10.8％Q0，Q4为12.2％Q0，并且为了提高厌氧氨氧化对总氮去除的贡献率，在第一短程反硝化处理单元中，调节流量Q5和Q1，使得第一短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比(COD/NO3 --N)为2：1；在第二短程反硝化处理单元中，调节流量Q3和Q6，使得第二短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比(COD/NO3 --N)为2：1。
经检测，最终处理结束后的城市污水中，COD值为40mg/L，含氮量为4.6mg/L。
实施例3
本实施例提供的城市污水处理方法可参考实施例2，区别在于：初沉出水中氨氮浓度为50mg/L，COD为160mg/L，Q1为20.2％Q0，Q2为60.3％Q0，Q3为9.6％Q0，Q4为9.9％Q0。
在第一短程反硝化单元中，调节流量Q5与Q1，使得COD/NO3 --N＝2：1；在第二短程反硝化单元中，调节流量Q3和Q6，使得COD/NO3 --N＝2：1。
最终，处理结束后的城市污水中COD值为40mg/L，含氮量为2.6mg/L。
对比例1
本对比例中，城市污水在经过初沉后，只进行一段处理工艺，初沉出水中氨氮浓度为50mg/L，COD为135mg/L，包括以下步骤：
1、将流量为Q0的初沉出水进行分流，进入短程反硝化处理单元的第一部分初沉出水的流量为Q1，进入短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的第二部分初沉出水的流量为Q2。
2、将流量为Q1的初沉出水和流量为Q3的好氧出水混合后进入短程反硝化处理单元，期间，短程反硝化菌在回流的硝化液的作用下，充分利用污水中的有机物进行短程反硝化反应，得到含有亚硝态氮和硝态氮的短程反硝化处理单元出水；
将短程反硝化处理单元出水和流量为Q2的初沉出水混合后进入短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元，在初沉出水中有机物的作用下，短程反硝化菌将短程反硝化处理单元出水中剩余的硝态氮还原为亚硝态氮，再在厌氧氨氧化菌作用下，使亚硝态氮与初沉出水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，得到氮气和短程反硝化厌氧氨氧化出水；
将短程反硝化厌氧氨氧化出水进入好氧处理单元，在硝化菌的作用下，使短程反硝化厌氧氨氧化出水中的氨氮和有机物被去除，得到含有硝态氮的好氧池出水，同时将流量为Q3的好氧处理单元出水回流至短程反硝化处理单元。
上述方法中，Q1为33.6％Q0，Q2为66.4％Q0，在短程反硝化处理单元中，调节流量Q3和Q1，使得短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比(COD/NO3 --N)为2：1。
最终，处理结束后的城市污水中，COD值为40mg/L，含氮量为11.8mg/L，不能完成对城市污水的深度脱氮。
对比例2
本对比例提供的城市污水处理方法可参考实施例2，区别在于，不设Q2和Q4，即Q1为77％Q0，Q3为23％Q0；
在第一短程反硝化单元中，调节流量Q5与Q1，使得COD/NO3--N＝4.2：1，在第二短程反硝化单元中，调节流量Q6与Q3，使得COD/NO3--N＝4.2：1。
最终，处理结束后的城市污水中，COD值为40mg/L，含氮量为11.37mg/L，不能完成对城市污水的深度脱氮。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的装置，其特征在于，所述装置包括初沉池、第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元、第一好氧处理单元、第二短程反硝化处理单元、第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和第二好氧处理单元，其中：
所述初沉池包括城市污水入口、第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，所述城市污水入口用于输入城市污水，所述第一出口通过第一管线与所述第一短程反硝化处理单元连通，所述第二出口通过第二管线与所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元连通，所述第三出口通过第三管线与所述第二短程反硝化处理单元连通，所述第四出口通过第四管线与所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元连通；
所述第一短程反硝化处理单元的出口与所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的入口连通，所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的出口与所述第一好氧处理单元的入口连通，所述第一好氧处理单元的第一出口通过第五管线与所述第一短程反硝化处理单元的入口连通，所述第一好氧处理单元的第二出口与所述第二短程反硝化处理单元的入口连通；
所述第二短程反硝化处理单元的出口与所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的入口连通，所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元的出口与所述第二好氧处理单元的入口连通，所述第二好氧处理单元的第一出口通过第六管线与所述第二短程反硝化处理单元的入口连通，所述第二好氧处理单元的第二出口用于排出处理后的城市污水。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一短程反硝化处理单元和第二短程反硝化处理单元内设置有短程反硝化菌，所述短程反硝化菌能够利用初沉出水中的有机物将硝态氮还原为亚硝态氮。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元和所述第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元内设置有短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌，所述厌氧氨氧化菌能够利用亚硝态氮和氨氮进行厌氧氨氧化，生成氮气。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一好氧处理单元和第二好氧处理单元内设置有硝化菌，所述硝化菌能够将氨氮氧化为硝态氮。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一管线、第二管线、第三管线、第四管线、第五管线和第六管线上分别设置有流量调节器，用于控制待处理污水的流量。
6.一种基于厌氧氨氧化的城市污水极限脱氮的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1-5任一项所述的装置，具体包括以下步骤：
将城市污水引入所述初沉池进行初沉，得到初沉出水；
将初沉出水通过第一管线、第二管线、第三管线和第四管线分别输送至第一短程反硝化处理单元、第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元、第二短程反硝化处理单元和第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元中；
所述第一短程反硝化处理单元的出水进入所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元中，与第二管线输入的初沉出水混合进行第一短程反硝化-厌氧氨氧化处理，得到氮气和第一短程反硝化-厌氧氨氧化出水；所述第一短程反硝化-厌氧氨氧化出水引入第一好氧处理单元进行好氧处理得到硝酸盐和第一好氧出水，将一部分第一好氧出水通过第五管线返回至第一短程反硝化处理单元进行第一短程反硝化处理，将剩余部分的第一好氧出水引入第二短程反硝化单元中与第三管线引入的初沉出水混合进行第二短程反硝化处理得到第二短程反硝化出水；
将所述第二短程反硝化出水引入第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理单元，与第四管线输入的初沉出水混合进行第二短程反硝化-厌氧氨氧化处理得到氮气和第二短程反硝化厌氧氨氧化出水；将所述第二短程反硝化厌氧氨氧化出水引入第二好氧处理单元进行好氧处理得到硝酸盐和第二好氧出水，将一部分第二好氧出水通过第六管线返回至所述第二短程反硝化处理单元进行第二短程反硝化处理，将剩余部分的第二好氧出水过滤，完成对所述城市污水的处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述城市污水中氨氮的浓度为30-80mg/L，有机物的浓度为150-400mg/L。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述初沉出水中氨氮的浓度为30-80mg/L，有机物浓度为75-200mg/L。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，分别调节第一管线和第五管线上的流量调节器，使第一短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比为1.2-3.2。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，分别调节第三管线和第六管线上的流量调节器，使第二短程反硝化处理单元中待处理污水的COD与硝态氮的摩尔比为1.2-3.2。
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