CN114772727A - 一种基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置和方法属于生活污水处理领域。装置包括水箱、序批式反应器(SBR)、硫自养短程反硝化生物滤池、空压机、进水泵、回流泵、厌氧氨氧化UASB反应器等。在该方法中，城镇生活污水进入SBR，经过厌氧、好氧运行去除污水中的有机物和磷；硝酸盐废水通过硫自养短程反硝化生物滤池将硝态氮还原为亚硝态氮，含有氨氮的SBR出水和含有亚硝态氮的硫自养短程反硝化生物滤池出水按比例同步进入到厌氧氨氧化UASB反应器中发生厌氧氨氧化反应，实现氨氮和亚硝态氮的同步去除。本发明实现同步处理生活污水和硝酸盐废水提供了新的思路，进一步提高了脱氮除磷效率，提高了出水水质。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置和方法，属于生活污水处理领域。本方法适用于城市生活污水的高效、节能脱氮除磷过程。
背景技术：
我国城市污水处理厂通常采用活性污泥法进行脱氮除磷，然而生活污水中的碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)普遍较低，脱氮除磷效率低下，水厂通常需要购买碳源进行额外投加来提高脱氮除磷效果。硝酸盐(NO3 -)是全球水资源中最常见的污染物之一，主要是由滥用农业肥料和过度排放工业和生活废水引起的，如果采用传统的反硝化工艺处理，则需要投加大量的有机碳源，这不仅增加了污水处理成本，而且还会产生大量的剩余污泥。若将生活污水和硝酸盐废水一同处理，则可采用短程反硝化串联厌氧氨氧化技术实现污水处理的节能降耗。
近年来，以单质硫为电子供体的硫自养反硝化工艺在国内外已经有诸多研究先例，单质硫作为电子供体不需要投加额外的有机碳源就可实现自养反硝化脱氮，价格低廉易得，这大大降低了投资和运行成本。在硫自养反硝化功能菌的作用下，硝酸盐作为电子受体优先被还原为亚硝酸盐并得以积累，该过程称之为硫自养短程反硝化，这部分积累的亚硝酸盐可以作为底物参与厌氧氨氧化反应。
因此，以城市生活污水和硝酸盐废水为研究对象，我们提出一种基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置和方法。城镇生活污水经过SBR反应器实现除碳除磷，硝酸盐废水经过硫自养短程反硝化生物滤池，以硫粒滤料(由硫磺和菱铁矿组成)中的单质硫为电子供体将硝态氮还原为亚硝态氮，含有氨氮的SBR出水和含有亚硝态氮的硫自养短程反硝化生物滤池出水按比例同步进入到厌氧氨氧化UASB反应器中进行厌氧氨氧化反应，控制UASB进水氨氮和亚硝态氮的质量浓度比例为1：1.32，实现氨氮和亚硝态氮的同步去除，即完成生活污水和硝酸盐废水的同步脱氮。该装置与方法为实现同步处理生活污水和硝酸盐废水提供了新的思路，进一步提高了脱氮除磷效率，大大节省了污水处理厂的运行费用。
发明内容
利用基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置和方法，其装置包括：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(2)与SBR(3)连接，SBR(3)中安装搅拌器(4)、溶解氧监测装置(6)；SBR(3)中的曝气盘(7)与第一空压机(5)连接；SBR(3)通过第一出水阀(8)与第一中间水箱(9)连接；中间水箱(9)通过第二进水泵(10)与厌氧氨氧化UASB反应器(21)连接；硝酸盐废水水箱(11)通过第三进水泵(12)与硫自养短程反硝化生物滤池(13)连接；硫自养短程反硝化生物滤池(13)与排空阀(16)连接，经第二空压机(18)进行反气洗；硫自养短程反硝化生物滤池(13)从下往上依次为承托层(如鹅卵石)和硫粒滤料，生物滤池的出水通过第一回流泵(14)进行回流且通过第四进水泵(15)进入第二中间水箱(17)；第二中间水箱(17)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(19)对反应装置内滤料进行反冲洗，反冲洗后废水通过出水口直接排出，第二中间水箱(17)通过第五进水泵(20)与厌氧氨氧化UASB反应器(21)连接；厌氧氨氧化UASB反应器(21)通过第二回流泵(22)进行回流，出水通过U型管直接排出。
利用基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置，包括以下步骤：以污水处理厂全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，实际生活污水作为原水通过第一进水泵泵入SBR，反应器以厌氧/好氧(A/O)的方式运行，每天运行5～6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌0.5～1.5h，曝气0.5～1.5h，沉淀0.5h，排水10min，闲置60～230min，通过实时控制装置保持好氧段溶解氧维持在2～2.5mg/L，排水比维持在50％，在反应器中实现原水中有机物和磷的去除，SBR出水的污染物以氨氮为主。硝酸盐废水泵入硫自养短程反硝化生物滤池中进行硫自养短程反硝化反应，将硝态氮还原为亚硝态氮，出水的污染物以亚硝态氮为主。将SBR出水和硫自养短程反硝化生物滤池出水按比例泵入厌氧氨氧化UASB反应器中，控制UASB进水氨氮和亚硝态氮的质量浓度比例为1：1.32，调节水力停留时间在3～4h，完成生活污水中氨氮与硫自养短程反硝化生物滤池出水中亚硝态氮的同步去除。
本发明通过以下技术方案来实现：
1)SBR反应器的启动与运行：
接种污泥为污水处理厂全程硝化污泥，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，水力停留时间为3～6h，每两天进行一次排泥控制污泥停留时间为25d，室温下运行；以实际生活污水作为原水注入生活污水水箱(1)，通过第一进水泵(2)进入SBR(3)，以A/O(厌氧/好氧)方式运行，好氧段通过实时控制装置保持溶解氧维持在2～2.5mg/L每天运行5-6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌30～60min，曝气60～90min，沉淀30min，排水以及闲置6个过程，排水比维持在50％，当磷酸盐和COD的去除率达到90％以上且稳定运行15d及以上认为SBR启动成功。SBR成功启动之后继续稳定运行，将污染物主要是氨氮的SBR出水排入第一中间水箱(9)。
2)硫自养短程反硝化生物滤池的启动与运行：在室温环境下，向生物滤池中投加硫粒滤料至装置总高度的70％，硫粒滤料粒径为3～6mm，接种污泥取自城镇污水处理厂二沉池的回流污泥，将其与硫自养反硝化菌菌种混合后注入到硫自养短程反硝化生物滤池(13)，保持污泥浓度为5000～6000mg/L，硝酸盐配水作为营养液，用蠕动泵将营养液从反应器底部的进水口泵入，循环进出水，对生物滤池进行微生物驯化及挂膜，直到亚硝态氮积累率基本稳定达到80％及其以上即挂膜成功，完成硫自养短程反硝化生物滤池(13)的启动。营养液的成分及含量为：硝酸钾(KNO3，100～200mg/L)、碳酸氢钠(NaHCO3，2g/L)、硫酸镁(MgSO4·7H2O，0.14g/L)、氯化钙(CaCl2·2H2O，0.14g/L)、磷酸二氢钾(KH2PO4，0.03g/L)以及微生物生长需要的微量元素储备液，生物滤池的启动处理时间为30～50d。当硫自养短程反硝化生物滤池(13)启动完成后，将硝酸盐废水以连续进出水的方式泵入完成启动的硫自养短程反硝化生物滤池(13)进行硫自养短程反硝化，调节水力停留时间在1～3h，回流比为100％～300％，将污染物主要是亚硝态氮的出水排入第二中间水箱(17)。
生物滤池稳定运行一段时间后，滤料上的生物膜增厚到一定程度并开始有一定的脱落，截留的杂质会影响微生物活性以及出水水质，当出水脱氮效率下降5％及其以上时应停止运行并进行反冲洗。第二中间水箱(17)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(19)对反应装置内滤料进行反冲洗，进行反冲洗时，先进行气冲持续时间为3min，气冲强度为10～15L/(m2·s)，再进行气水联合冲洗5min，水冲强度为7～10L/(m2·s)，最后进行水冲持续时间为3min，反冲洗后废水通过出水口直接排出。
3)厌氧氨氧化UASB反应器的启动与运行：接种污泥为厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后污泥浓度保持在4500～5000mg/L，室温下运行，水力停留时间为3～4h，不主动排泥；厌氧氨氧化UASB反应器用模拟废水进行启动，进水NO2 --N和NH4 +-N浓度分别为30mg/L和20mg/L，模拟废水其他营养成分及含量为硫酸镁(MgSO4·7H2O，0.14g/L)、氯化钙(CaCl2·2H2O，0.14g/L)、磷酸二氢钾(KH2PO4，0.03g/L)以及微生物生长需要的微量元素储备液。当出水中氨氮与亚硝态氮浓度均＜1mg/L时且稳定运行20d及以上认为厌氧氨氧化UASB反应器启动成功；反应器成功启动之后，将第一中间水箱(9)中的SBR(3)出水和第二中间水箱(17)中硫自养短程反硝化生物滤池的出水分别通过第二进水泵(10)和第四进水泵(20)连续泵入厌氧氨氧化UASB反应器(21)；通过调整进水比例控制混合液中的亚硝态氮与氨氮的质量浓度比为1.32，厌氧氨氧化细菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气；厌氧氨氧化UASB反应器(21)通过第二回流泵(22)进行回流，回流比为100％～300％，出水通过U型管的出水口排出。
附图说明：
图1是基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置结构示意图。
(1)为生活污水水箱，(2)为第一进水泵，(3)为SBR，(4)为搅拌器，(5)为第一空压机，(6)为溶解氧监测控制装置，(7)为曝气盘，(8)为第一出水阀，(9)为第一中间水箱，(10)为第二进水泵，(11)为硝酸盐废水水箱，(12)为第三进水泵，(13)为硫自养短程反硝化生物滤池，(14)为第一回流泵，(15)为第四进水泵，(16)为排空阀，(17)为第二中间水箱，(18)为第二空压机，(19)为反冲洗泵，(20)为第五进水泵，(21)为厌氧氨氧化UASB反应器，(22)为第二回流泵。
图2是序批示反应器的运行方式。
具体实施方式：
下面结合附图和实施对本发明作进一步说明：基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置和方法，其特征在于：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(2)与SBR(3)连接，SBR(3)中安装搅拌器(4)、溶解氧监测装置(6)；SBR(3)中的曝气盘(7)与第一空压机(5)连接；SBR(3)通过第一出水阀(8)与第一中间水箱(9)连接；中间水箱(9)通过第二进水泵(10)与厌氧氨氧化UASB反应器(21)连接；硝酸盐废水水箱(11)通过第三进水泵(12)与硫自养短程反硝化生物滤池(13)连接；硫自养短程反硝化生物滤池(13)与排空阀(16)连接，经第二空压机(18)进行反气洗；硫自养短程反硝化生物滤池(13)从下往上依次为承托层(如鹅卵石)和硫粒滤料，生物滤池的出水通过第一回流泵(14)进行回流且通过第四进水泵(15)进入第二中间水箱(17)；第二中间水箱(17)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(19)对反应装置内滤料进行反冲洗，反冲洗后废水通过出水口直接排出，第二中间水箱(17)通过第五进水泵(20)与厌氧氨氧化UASB反应器(21)连接；厌氧氨氧化UASB反应器(21)通过第二回流泵(22)进行回流，出水通过U型管直接排出。
具体实施步骤如下：
1)SBR反应器的启动与运行：
接种污泥为污水处理厂全程硝化污泥，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，水力停留时间为3～6h，每两天进行一次排泥控制污泥停留时间为25d，室温下运行；以实际生活污水作为原水注入生活污水水箱(1)，通过第一进水泵(2)进入SBR(3)，以A/O(厌氧/好氧)方式运行，好氧段通过实时控制装置保持溶解氧维持在2～2.5mg/L每天运行5-6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌30～60min，曝气60～90min，沉淀30min，排水以及闲置6个过程，排水比维持在50％，当磷酸盐和COD的去除率达到90％以上且稳定运行15d及以上认为SBR启动成功。SBR成功启动之后继续稳定运行，将污染物主要是氨氮的SBR出水排入第一中间水箱(9)。
2)硫自养短程反硝化生物滤池的启动与运行：在室温环境下，向生物滤池中投加硫粒滤料至装置总高度的70％，硫粒滤料粒径为3～6mm，接种污泥取自城镇污水处理厂二沉池的回流污泥，将其与硫自养反硝化菌菌种混合后注入到硫自养短程反硝化生物滤池(13)，保持污泥浓度为5000～6000mg/L，硝酸盐配水作为营养液，用蠕动泵将营养液从反应器底部的进水口泵入，循环进出水，对生物滤池进行微生物驯化及挂膜，直到亚硝态氮积累率基本稳定达到80％及其以上即挂膜成功，完成硫自养短程反硝化生物滤池(13)的启动。营养液的成分及含量为：硝酸钾(KNO3，100～200mg/L)、碳酸氢钠(NaHCO3，2g/L)、硫酸镁(MgSO4·7H2O，0.14g/L)、氯化钙(CaCl2·2H2O，0.14g/L)、磷酸二氢钾(KH2PO4，0.03g/L)以及微生物生长需要的微量元素储备液，生物滤池的启动处理时间为30～50d。当硫自养短程反硝化生物滤池(13)启动完成后，将硝酸盐废水以连续进出水的方式泵入完成启动的硫自养短程反硝化生物滤池(13)进行硫自养短程反硝化，调节水力停留时间在1～3h，回流比为100％～300％，将污染物主要是亚硝态氮的出水排入第二中间水箱(17)。
生物滤池稳定运行一段时间后，滤料上的生物膜增厚到一定程度并开始有一定的脱落，截留的杂质会影响微生物活性以及出水水质，当出水脱氮效率下降5％及其以上时应停止运行并进行反冲洗。第二中间水箱(17)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(19)对反应装置内滤料进行反冲洗，进行反冲洗时，先进行气冲持续时间为3min，气冲强度为10～15L/(m2·s)，再进行气水联合冲洗5min，水冲强度为7～10L/(m2·s)，最后进行水冲持续时间为3min，反冲洗后废水通过出水口直接排出。
3)厌氧氨氧化UASB反应器的启动与运行：接种污泥为厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后污泥浓度保持在4500～5000mg/L，室温下运行，水力停留时间为3～4h，不主动排泥；厌氧氨氧化UASB反应器用模拟废水进行启动，进水NO2 --N和NH4 +-N浓度分别为30mg/L和20mg/L，模拟废水其他营养成分及含量为硫酸镁(MgSO4·7H2O，0.14g/L)、氯化钙(CaCl2·2H2O，0.14g/L)、磷酸二氢钾(KH2PO4，0.03g/L)以及微生物生长需要的微量元素储备液。当出水中氨氮与亚硝态氮浓度均＜1mg/L时且稳定运行20d及以上认为厌氧氨氧化UASB反应器启动成功；反应器成功启动之后，将第一中间水箱(9)中的SBR(3)出水和第二中间水箱(17)中硫自养短程反硝化生物滤池的出水分别通过第二进水泵(10)和第四进水泵(20)连续泵入厌氧氨氧化UASB反应器(21)；通过调整进水比例控制混合液中的亚硝态氮与氨氮的质量浓度比为1.32，厌氧氨氧化细菌将氨氮和亚硝态氮转化为氮气；厌氧氨氧化UASB反应器(21)通过第二回流泵(22)进行回流，回流比为100％～300％，出水通过U型管的出水口排出。
Claims (2)
1.一种基于硫自养短程反硝化和厌氧氨氧化技术同步处理生活污水和硝酸盐废水的装置，其特征在于包括：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(2)与SBR(3)连接，SBR(3)中安装搅拌器(4)、溶解氧监测装置(6)；SBR(3)中的曝气盘(7)与第一空压机(5)连接；SBR(3)通过第一出水阀(8)与第一中间水箱(9)连接；中间水箱(9)通过第二进水泵(10)与厌氧氨氧化UASB反应器(21)连接；硝酸盐废水水箱(11)通过第三进水泵(12)与硫自养短程反硝化生物滤池(13)连接；硫自养短程反硝化生物滤池(13)与排空阀(16)连接，经第二空压机(18)进行反气洗；硫自养短程反硝化生物滤池(13)从下往上依次为承托层(如鹅卵石)和硫粒滤料，生物滤池的出水通过第一回流泵(14)进行回流且通过第四进水泵(15)进入第二中间水箱(17)；第二中间水箱(17)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(19)对反应装置内滤料进行反冲洗，反冲洗后废水通过出水口直接排出，第二中间水箱(17)通过第五进水泵(20)与厌氧氨氧化UASB反应器(21)连接；厌氧氨氧化UASB反应器(21)通过第二回流泵(22)进行回流，出水通过出水口排出。
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：
以污水处理厂全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，实际生活污水作为原水通过第一进水泵泵入SBR，反应器以厌氧/好氧的方式运行，每天运行5～6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌0.5～1.5h，曝气0.5～1.5h，沉淀0.5h，排水10min，闲置60～230min，通过实时控制装置保持好氧段溶解氧维持在2～2.5mg/L，排水比维持在50％，在反应器中实现原水中有机物和磷的去除，SBR出水的污染物以氨氮为主，出水直接泵入厌氧氨氧化UASB反应器，为其提供反应底物氨氮；硝酸盐废水泵入硫自养短程反硝化生物滤池中进行硫自养短程反硝化反应，将硝态氮还原为亚硝态氮，出水的污染物以亚硝态氮为主；将SBR出水和硫自养短程反硝化生物滤池出水按比例泵入厌氧氨氧化UASB反应器中，控制UASB进水氨氮和亚硝态氮的质量浓度比例为1：1.32，调节水力停留时间在3～4h，完成生活污水中氨氮与硫自养短程反硝化生物滤池出水中亚硝态氮的同步去除。
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