CN115093026A - 分段进水连续流aoa工艺实现双短程-厌氧氨氧化处理城市污水的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
分段进水连续流AOA工艺实现双短程‑厌氧氨氧化处理城市污水的装置与方法，属于污水生化处理技术领域。该装置包括污水原水箱、分段进水AOA生物反应器、沉淀池。进水和回流污泥分别流入厌氧区和缺氧区，在分段进水AOA生物反应器的好氧区和缺氧区投加厌氧氨氧化生物膜填料。原水进入反应器，絮体污泥在厌氧区将水中有机物储存为内碳源，随后在协同生物膜填料好氧区进行短程硝化耦合厌氧氨氧化反应，产生的硝氮进入缺氧区内，协同生物膜填料在缺氧区前端利用原水中的碳源进行短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应，缺氧区的后端则利用内碳源进行内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应。此发明可以实现低C/N比城市污水的稳定、经济、高效的深度脱氮。
Description
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及分段进水连续流AOA工艺实现双短程-厌氧氨氧化处理城市污水的装置与方法。
背景技术
随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，水环境污染问题日益突出，而由氮磷等营养元素过量排放所造成的水体富营养化又是水污染问题中的主要问题之一。城市污水处理厂可以通过化学药剂的投加对磷进行去除，但是对于氮素的去除，生物处理则是城市污水处理厂唯一经济高效的选择。
传统生物脱氮工艺包括氨氮硝化成硝氮和硝氮反硝化为氮气，其中硝化反应需要大量氧气供给，而反硝化反应则需要消耗大量碳源。因此，传统生物脱氮工艺不仅能耗巨大，而且由于原水中碳源供给不足，对于氮素的去除效率往往难以满足要求。
自上世纪末被提出并发现以来，厌氧氨氧化就一直是污水生物处理领域的热点。厌氧氨氧化工艺是指在厌氧条件下，以亚硝态氮作为电子受体，将氨氮转化为氮气的工艺，反应过程中无需有机碳源和O2的介入。从实际应用的角度来看，厌氧氨氧化工艺较传统生物脱氮工艺有明显优势，不仅降低了能耗，节约了成本，而且可以得到更高的总氮去除率。
在工程应用中，厌氧氨氧化常常需要短程硝化反应或者短程反硝化反应来提供底物支持。其中，短程硝化是指硝化菌硝化反应中仅将氨氮硝化为亚硝态氮而不进一步硝化为硝态氮，短程反硝化指反硝化菌利用有机物将硝态氮转化为亚硝态氮。
在同一连续流系统中实现短程硝化和短程反硝化与厌氧氨氧化的结合，不但可以节省曝气能耗，减少碳源投加，节约运行成本，而且可以有效提高系统厌氧氨氧化反应的稳定性，实现城市污水稳定经济高效地深度脱氮。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：分段进水连续流AOA工艺实现双短程-厌氧氨氧化处理城市污水的装置与方法，其特征在于：
包括污水原水箱(1)、分段进水AOA生物反应器(2)、二沉池(3)顺序连接组成；分段进水AOA生物反应器(2)顺次包括第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.1.2)、第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)、第四缺氧区(2.3.4)；污水原水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与第一厌氧区(2.1.1)连接，污水原水箱(1)通过第二进水泵(1.2)与第一缺氧区(2.3.1)连接，第一厌氧区(2.1.1)与第二厌氧区(2.1.2)连接，第二厌氧区(2.1.2)与第一好氧区(2.2.1)连接，第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)、第四缺氧区(2.3.4)顺次连接，第四缺氧区(2.3.4)经溢流管(2.8)与二沉池(3)连接；二沉池(3)底部通过第一污泥回流泵(3.1)与第一厌氧区(2.1.1)连接，二沉池(3)底部通过第二污泥回流泵(3.2)与第一缺氧区(2.3.1)连接，二沉池(3)出水经排水管(3.3)排放，定期从排泥管(3.4)排泥；分段进水AOA生物反应器(2)中第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.1.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)均装有搅拌器(2.4)，曝气泵(2.5)通过转子流量计(2.6)与曝气盘(2.7)连接；第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)均放置有聚乙烯塑料环填料(2.9)，该填料比表面积为300-500m2/m3，填料填充比约为20％-40％。
2.应用所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种絮体污泥，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为2500-4500mg/L，接种填料为挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯塑料环填料，填充比为20％-40％；投加填料可以为空白聚乙烯塑料环填料；
2)分段进水AOA生物反应器(2)的平均水力停留时间HRT控制在6-12h，厌氧HRT:好氧HRT:缺氧HRT＝1:1:2；生活污水由污水原水箱(1)经第一进水泵(1.1)进入分段进水AOA生物反应器(2)的第一厌氧区(2.1.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第一污泥回流泵(3.1)抽回的回流比为50％-100％的回流污泥，生活污水由污水原水箱(1)经第二进水泵(1.2)进入分段进水AOA生物反应器(2)的第一缺氧区(2.3.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第二污泥回流泵(3.2)抽回的回流比为50％-150％回流污泥；
3)泥水混合液依次流经第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.2.1)、第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)，在厌氧条件下混合液中的聚磷菌进行厌氧释磷，聚糖菌储存内碳源；通过转子流量计(2.7)控制第一好氧区(2.2.1)与第二好氧区(2.2.2)溶解氧浓度均为0.5-1.5mg/L，絮体污泥中的聚磷菌进行好氧吸磷，絮体污泥中的硝化菌群进行短程硝化，为填料上的厌氧氨氧化菌提供亚硝底物进行厌氧氨氧化反应；在缺氧条件下，絮体污泥一部分利用原水中的碳源对好氧区产生的硝氮进行短程反硝化产生亚硝，一部分利用储存在胞内的内碳源对好氧区产生的硝氮进行内源短程反硝化产生亚硝，与好氧区剩余的氨氮以及原水中的氨氮一起为填料上的厌氧氨氧化生物膜提供底物；
4)混合液从第四缺氧区(2.4.1)通过溢流管(2.8)进入二沉池(3)，实现泥水分离的目的，二沉池(3)中的上清液经排水管(3.3)排放，定期通过排泥管(3.4)从二沉池底部进行排泥，保持分段进水AOA生物反应器(2)内平均混合液悬浮固体浓度(MLSS)为2500-4500mg/L，污泥龄控制在15-30d。
5)当分段进水AOA生物反应器(2)总氮去除负荷达到75-100g/(m3·d)，或者系统总氮去除率稳定达到85％以上时视为该装置及方法应用成功，此时按照该装置及方法继续长期运行可以实现城市污水的稳定高效深度脱氮。
本发明专利具有以下优势：
1)通过厌氧/好氧/缺氧交替的运行方式以及长时间的厌氧/缺氧停留时间，极大程度上抑制了NOB的活性，有利于维持短程硝化。
2)通过分段进水，不仅给缺氧段厌氧氨氧化反应提供了稳定的氨氮底物，而且充分利用原水中的碳源进行短程反硝化，相比于内源短程反硝化效率更高，可以极大程度上缩短系统的水力停留时间，减小反应器的体积。
3)短程硝化厌氧氨氧化，短程反硝化厌氧氨氧化是部分自养脱氮，剩余污泥量少。
4)推流式的运行方式，更符合绝大多数城市污水处理厂的使用习惯，处理符合高，操作方便，有利于发明后续的推广应用。
附图说明
图1为分段进水AOA工艺实现双短程-厌氧氨氧化处理城市污水的装置。
图1中：1——污水原水箱、2——分段进水AOA生物反应器、3——二沉池；1.1——第一进水泵、1.2——第二进水泵；2.1.1——第一厌氧区、2.1.2——第二厌氧区、2.2.1——第一好氧区、2.2.2——第二好氧区、2.3.1——第一缺氧区、2.3.2——第二缺氧区、2.3.3——第三缺氧区、2.3.4——第四缺氧区、2.4——搅拌器、2.5——曝气泵、2.6——转子流量计、2.7——曝气盘、2.8——溢流管、2.9——聚乙烯塑料环填料；3.1——第一污泥回流泵、3.2——第二污泥回流泵、3.3——排水管、3.4——排泥管。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图详细说明本发明的实施方案。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语在“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于和简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
应当理解的是，在本发明中采用属于术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，实际使用时这些信息不应限于这些术语。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称作为“第二”信息，“第二”信息也可以被称作为“第一”信息。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
具体运行操作如下：
1)接种絮体污泥，混合液悬浮固体浓度(MLSS)为2500-4500mg/L，接种填料为挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯塑料环填料，填充比为20％-40％；投加填料可以为空白聚乙烯塑料环填料；
2)生活污水由污水原水箱(1)经第一进水泵(1.1)进入分段进水AOA生物反应器(2)的第一厌氧区(2.1.1)，在已知第一进水泵(1.1)的流量后，第二进水泵(1.2)的流量根据下列公式确定：
式中：
r为第二进水泵(1.2)流量和第一进水泵(1.1)流量之比；
R2为第二污泥回流泵(3.3)流量和第一进水泵(1.1)流量之比；
NH4,inf为进水氨氮浓度；
NH4,O为第二好氧区(2.2.2)内的氨氮浓度；
NH4,eff为出水氨氮浓度；
NO3,inf为进水硝氮浓度；
NO3,O为第二好氧区(2.2.2)内的硝氮浓度；
NO3,eff为出水硝氮浓度；
同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第一污泥回流泵(3.1)抽回的部分回流污泥，生活污水由污水原水箱(1)经第二进水泵(1.2)进入分段进水AOA生物反应器(2)的第一缺氧区(2.3.1)，污泥回流比为50％-100％，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第二污泥回流泵(3.2)抽回的部分回流污泥，污泥回流比为50％-100％；
3)泥水混合液依次流经第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.2.1)、第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)，在厌氧条件下混合液中的聚磷菌进行厌氧释磷，聚糖菌储存内碳源；通过转子流量计(2.7)控制第一好氧区(2.2.1)与第二好氧区(2.2.2)溶解氧浓度均为0.5-1.5mg/L，絮体污泥中的聚磷菌进行好氧吸磷，絮体污泥中的硝化菌群进行短程硝化，为填料上的厌氧氨氧化菌提供亚硝底物进行厌氧氨氧化反应；在缺氧条件下，絮体污泥一部分利用原水中的碳源对好氧区产生的硝氮进行短程反硝化产生亚硝，一部分利用储存在胞内的内碳源对好氧区产生的硝氮进行内源短程反硝化产生亚硝，与好氧区剩余的氨氮以及原水中的氨氮一起为填料上的厌氧氨氧化生物膜提供底物；
4)混合液从第四缺氧区(2.4.1)通过溢流管(2.8)进入二沉池(3)，实现泥水分离的目的，二沉池(3)中的上清液经排水管(3.3)排放，定期通过排泥管(3.4)从二沉池底部进行排泥，保持分段进水AOA生物反应器(2)内平均混合液悬浮固体浓度(MLSS)为2500-4500mg/L，污泥龄控制在15-30d。
5)当分段进水AOA生物反应器(2)总氮去除负荷达到75-100g/(m3·d)，或者系统总氮去除率稳定达到85％以上时视为该装置及方法应用成功，此时按照该装置及方法继续长期运行可以实现城市污水的稳定高效深度脱氮。
以广东省中山市某污水处理厂旋流沉砂池出水为处理对象，考察此系统的脱氮性能，运行期间具体水质如下：COD浓度为60-100mg/L，NH4 +-N浓度为10-25mg/L，NO3 --N浓度≤2mg/L，NO2 --N浓度≤0.5mg/L。
系统运行稳定后，出水COD浓度为7-24mg/L，NH4 +-N≤1mg/L，NO3 --N浓度≤1mg/L，NO2 --N浓度≤0.5mg/L，出水TN浓度≤2mg/L，各项技术指标均稳定达到城镇污水处理厂一级A排放标准。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.分段进水连续流AOA工艺实现双短程-厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于：包括污水原水箱(1)、分段进水AOA生物反应器(2)、二沉池(3)顺序连接组成；分段进水AOA生物反应器(2)顺次包括第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.1.2)、第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)、第四缺氧区(2.3.4)；污水原水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与第一厌氧区(2.1.1)连接，污水原水箱(1)通过第二进水泵(1.2)与第一缺氧区(2.3.1)连接，第一厌氧区(2.1.1)与第二厌氧区(2.1.2)连接，第二厌氧区(2.1.2)与第一好氧区(2.2.1)连接，第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)、第四缺氧区(2.3.4)顺次连接，第四缺氧区(2.3.4)经溢流管(2.8)与二沉池(3)连接；二沉池(3)底部通过第一污泥回流泵(3.1)与第一厌氧区(2.1.1)连接，二沉池(3)底部通过第二污泥回流泵(3.2)与第一缺氧区(2.3.1)连接，二沉池(3)出水经排水管(3.3)排放，定期从排泥管(3.4)排泥；分段进水AOA生物反应器(2)中第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.1.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)均装有搅拌器(2.4)，曝气泵(2.5)通过转子流量计(2.6)与曝气盘(2.7)连接；第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)均放置有聚乙烯塑料环填料(2.9)，该填料比表面积为300-500m2/m3，填料填充比为20％-40％。
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：
1)接种絮体污泥，混合液悬浮固体浓度MLSS为2500-4500mg/L，接种填料为挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯塑料环填料或者为空白聚乙烯塑料环填料，填充比为20％-40％；
2)分段进水AOA生物反应器(2)的平均水力停留时间HRT控制在6-12h，厌氧HRT:好氧HRT:缺氧HRT＝1:1:2；生活污水由污水原水箱(1)经第一进水泵(1.1)进入分段进水AOA生物反应器(2)的第一厌氧区(2.1.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第一污泥回流泵(3.1)抽回的回流比为50％-100％的回流污泥，生活污水由污水原水箱(1)经第二进水泵(1.2)进入分段进水AOA生物反应器(2)的第一缺氧区(2.3.1)，同时进入的还有来自二沉池(3)底部经第二污泥回流泵(3.2)抽回的回流比为50％-150％回流污泥；
3)泥水混合液依次流经第一厌氧区(2.1.1)、第二厌氧区(2.2.1)、第一好氧区(2.2.1)、第二好氧区(2.2.2)、第一缺氧区(2.3.1)、第二缺氧区(2.3.2)、第三缺氧区(2.3.3)和第四缺氧区(2.3.4)，在厌氧条件下混合液中的聚磷菌进行厌氧释磷，聚糖菌储存内碳源；通过转子流量计(2.7)控制第一好氧区(2.2.1)与第二好氧区(2.2.2)溶解氧浓度均为0.5-1.5mg/L，絮体污泥中的聚磷菌进行好氧吸磷，絮体污泥中的硝化菌群进行短程硝化，为填料上的厌氧氨氧化菌提供亚硝底物进行厌氧氨氧化反应；在缺氧条件下，絮体污泥一部分利用原水中的碳源对好氧区产生的硝氮进行短程反硝化产生亚硝，一部分利用储存在胞内的内碳源对好氧区产生的硝氮进行内源短程反硝化产生亚硝，与好氧区剩余的氨氮以及原水中的氨氮一起为填料上的厌氧氨氧化生物膜提供底物；
4)混合液从第四缺氧区(2.4.1)通过溢流管(2.8)进入二沉池(3)，实现泥水分离的目的，二沉池(3)中的上清液经排水管(3.3)排放，定期通过排泥管(3.4)从二沉池底部进行排泥，保持分段进水AOA生物反应器(2)内平均混合液悬浮固体浓度(MLSS)为2500-4500mg/L，污泥龄控制在15-30d。
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