CN115180711A - 侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置及方法 - Google Patents

侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置及方法 Download PDF

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Abstract

侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置及方法属于污水生物处理领域。装置由主流序批式反应系统、侧流序批式反应系统和自动控制系统组成。主流序批式反应系统包含进水、搅拌、曝气、排水和回流，以实现污水短程硝化反应过程；通过定期将部分污泥回流至侧流序批式反应系统，进行快速厌氧发酵产酸，利用挥发性脂肪酸抑制并定向筛选自养硝化微生物，从而实现污水短程硝化过程；通过设定序批式反应系统的运行时间序列，优化污泥回流参数。本发明针对低氨氮废水难以稳定实现短程硝化过程的技术难题，采用主侧流系统耦合的新模式，提出强化低氨氮废水短程硝化的新原理，既能实现污水生物脱氮的高效低碳运行，又可促进剩余污泥的资源回收利用。

Description

侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的工艺技术，属于污水生物处理领域。
背景技术
氮素过量排放是水体富营养化的主要致因。水体中过量的氮素排放会刺激地表水中植物和藻类的过度生长，引起水体缺氧，毒害水生生物，危害人类健康等。传统污水生物脱氮过程依赖硝化反硝化工艺，需要消耗大量能源和外加碳源。污水处理厂亟待节能降耗、提质增效。
厌氧氨氧化已成为公认的污水生物脱氮新技术，可以直接利用氨和亚硝酸转换为氮气，无需外加碳源，具有显著的经济高效优势。厌氧氨氧化通常与短程硝化过程联用，已成功应用于如污泥消化液等高氨氮废水(500～1500mg N/L)的处理中。然而，其在如城市污水等低氨氮废水(30～100mg N/L)处理中的应用仍存在技术瓶颈。短程硝化过程在高氨氮条件下实现的调控方法在低氨氮条件下均无法满足，现普遍采用控制低DO(<1mg/L)的技术手段，从而实现保留氨氧化菌(AOB)，淘汰亚硝酸氧化菌(NOB)。然而实际工程中DO较难精确控制，且短程硝化难以稳定自维持，因此低氨氮废水实现短程硝化仍需新的技术方法。
本发明针对上述低氨氮废水实现短程硝化的迫切需求，在现有技术的基础上，提出采用主流和侧流反应系统耦合的新模式以及短程硝化实现的新原理，通过利用部分回流污泥快速厌氧发酵产生的高浓度挥发性脂肪酸的抑制效应，实现AOB和NOB的分选。该方法效果稳定，操作简单，既能实现污水生物脱氮的高效低碳运行，又可促进剩余污泥的资源回收利用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种利用侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的工艺技术。具体技术方案如下：
侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置，其特征在于：包括主流序批式反应系统(Ⅰ)、侧流序批式反应系统(Ⅱ)、自动控制系统(Ⅲ)；主流序批式反应系统(Ⅰ)包括主流反应区(1.1)、进水箱(1.2)、进水泵(1.3)、进水管(1.4)、第一搅拌器(1.5)、在线监测装置Ⅰ(1.6)、曝气盘(1.7)、止回阀(1.8)、进气管(1.9)、鼓风机(1.10)、第一污泥回流泵(1.11)、第一污泥回流管(1.12)、排水泵(1.13)、排水管(1.14)、第一溢流管(1.15)、贮水箱(1.16)；侧流序批式反应系统(Ⅱ)包括侧流反应区(2.1)、第二搅拌器(2.2)、在线监测装置Ⅱ(2.3)、第二污泥回流泵(2.4)、第二污泥回流管(2.5)、排泥阀(2.6)、排泥管(2.7)、第二溢流管(2.8)；自动控制系统(Ⅲ)包括控制线(3.1)、中央控制器(3.2)、计算机(3.3)。
所述的主流序批式反应系统(Ⅰ)中，进水箱(1.2)中收集的低氨氮废水通过进水泵(1.3) 由进水管(1.4)流入主流反应区(1.1)中；主流反应区(1.1)底部均匀布设曝气盘(1.7)，通过鼓风机(1.10)供氧，进气管(1.9)上安装有止回阀(1.8)，防止液体倒流；主流反应区(1.1)下部安装第一污泥回流管(1.12)，通过第一污泥回流泵(1.11)将主流反应区(1.1)中的泥水混合液排至侧流反应区(2.1)；主流反应区(1.1)中部安装排水管(1.14)，反应结束后的污水通过排水泵 (1.13)排至贮水箱(1.16)中；主流反应区(1.1)上部安装第一溢流管(1.15)；主流反应区(1.1)正上方安装固定第一搅拌器(1.5)，用于将泥水充分混合；主流反应区(1.1)液面上方安装在线监测装置Ⅰ(1.6)，实时监测水体pH和溶解氧(DO)。
所述的侧流序批式反应系统(Ⅱ)中，侧流反应区(2.1)底部安装排泥管(2.7)，通过控制排泥阀(2.6)进行排泥；侧流反应区(2.1)中部安装第二污泥回流管(2.5)，通过第二污泥回流泵(2.4)将侧流反应区(2.1)中的泥水混合液回流至主流反应区(1.1)；侧流反应区(2.1)上部安装第二溢流管(2.8)；侧流反应区(2.1)正上方安装固定第二搅拌器(2.2)，用于将泥水充分混合；侧流反应区(2.1)液面上方安装在线监测装置Ⅱ(2.3)，实时监测水体pH和氧化还原电位(ORP)。
所述的自动控制系统(Ⅲ)中，中央控制器(3.2)通过控制线(3.1)分别与进水泵(1.3)、第一搅拌器(1.5)、在线监测装置Ⅰ(1.6)、鼓风机(1.10)、第一污泥回流泵(1.11)、排水泵(1.13)、第二搅拌器(2.2)、在线监测装置Ⅱ(2.3)、第二污泥回流泵(2.4)和排泥阀(2.6)相连，控制启停；计算机(3.3)与中央控制器(3.2)相连，设定上述设备的运行时间及实时查看水质监测数据。
本发明的另一目的在于提供一种侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的方法，其步骤如下：
主流序批式反应系统中接种城市污水处理厂活性污泥，污泥浓度为1～3g/L；低氨氮废水(30～100mg N/L)从主流反应区底部泵入；主流反应区每天运行4～6个周期，每个周期停留时间4～6h，包含进水(5～10min)、好氧反应(3～5h)、沉淀(30～45min)、排水(5～10min) 和静置(5～10min)5个阶段，进水体积交换比30～50％，pH为6.5～8.5，溶解氧浓度为1～3mg/L；污泥停留时间15～20d。在好氧反应阶段，回流主流反应区中部分污泥至侧流反应区中，停留一段时间后在好氧反应末期返回至主流反应区中。侧流反应区污泥浓度为6～10g/L， pH为8～9，ORP为-300～-200mV，搅拌时间设定每个运行周期工作5～10min。
从主流反应区到侧流反应区的污泥回流比为20～50％。
侧流反应区中回流污泥停留时间为18～24h。
侧流反应区中污泥发酵产酸浓度为1000～3000mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)采用主-侧流反应系统耦合模式，尽可能减小对主流反应系统的干扰，结构简单，易于污水厂升级改造；2)创新性提出利用污泥厌氧发酵产物-高浓度挥发性脂肪酸实现对硝化微生物筛选的新策略，该方法操作简单，效果稳定；3)促进污泥的减量化和资源化利用，通过回流污泥的快速厌氧发酵，有助于实现污水处理厂的碳源自给和高价值挥发性脂肪酸资源回收。
附图说明
图1是侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置示意图。
图中：主流序批式反应系统Ⅰ、侧流序批式反应系统Ⅱ、自动控制系统Ⅲ；主流序批式反应系统Ⅰ包括主流反应区1.1、进水箱1.2、进水泵1.3、进水管1.4、第一搅拌器1.5、在线监测装置Ⅰ1.6、曝气盘1.7、止回阀1.8、进气管1.9、鼓风机1.10、第一污泥回流泵 1.11、第一污泥回流管1.12、排水泵1.13、排水管1.14、第一溢流管1.15、贮水箱1.16；侧流序批式反应系统Ⅱ包括侧流反应区2.1、第二搅拌器2.2、在线监测装置Ⅱ2.3、第二污泥回流泵2.4、第二污泥回流管2.5、排泥阀2.6、排泥管2.7、第二溢流管2.8；自动控制系统Ⅲ包括控制线3.1、中央控制器3.2、计算机3.3。
具体实施方式
下面结合具体附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。各优选实施方式间若没有特殊说明或冲突，可以进行任意组合。
如图1所示，侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置，包括主流序批式反应系统(Ⅰ)、侧流序批式反应系统(Ⅱ)、自动控制系统(Ⅲ)；主流序批式反应系统(Ⅰ)包括主流反应区(1.1)、进水箱(1.2)、进水泵(1.3)、进水管(1.4)、第一搅拌器(1.5)、在线监测装置Ⅰ(1.6)、曝气盘(1.7)、止回阀(1.8)、进气管(1.9)、鼓风机(1.10)、第一污泥回流泵(1.11)、第一污泥回流管(1.12)、排水泵(1.13)、排水管(1.14)、第一溢流管(1.15)、贮水箱(1.16)；侧流序批式反应系统(Ⅱ)包括侧流反应区(2.1)、第二搅拌器(2.2)、在线监测装置Ⅱ(2.3)、第二污泥回流泵(2.4)、第二污泥回流管(2.5)、排泥阀(2.6)、排泥管(2.7)、第二溢流管(2.8)；自动控制系统(Ⅲ)包括控制线(3.1)、中央控制器(3.2)、计算机(3.3)。
所述的主流序批式反应系统(Ⅰ)中，进水箱(1.2)中收集的低氨氮废水通过进水泵(1.3) 由进水管(1.4)流入主流反应区(1.1)中；主流反应区(1.1)底部均匀布设曝气盘(1.7)，通过鼓风机(1.10)供氧，进气管(1.9)上安装有止回阀(1.8)，防止液体倒流；主流反应区(1.1)下部安装第一污泥回流管(1.12)，通过第一污泥回流泵(1.11)将主流反应区(1.1)中的泥水混合液排至侧流反应区(2.1)；主流反应区(1.1)中部安装排水管(1.14)，反应结束后的污水通过排水泵 (1.13)排至贮水箱(1.16)中；主流反应区(1.1)上部安装第一溢流管(1.15)；主流反应区(1.1)正上方安装固定第一搅拌器(1.5)，用于将泥水充分混合；主流反应区(1.1)液面上方安装在线监测装置Ⅰ(1.6)，实时监测水体pH和溶解氧(DO)。
所述的侧流序批式反应系统(Ⅱ)中，侧流反应区(2.1)底部安装排泥管(2.7)，通过控制排泥阀(2.6)进行排泥；侧流反应区(2.1)中部安装第二污泥回流管(2.5)，通过第二污泥回流泵(2.4)将侧流反应区(2.1)中的泥水混合液回流至主流反应区(1.1)；侧流反应区(2.1)上部安装第二溢流管(2.8)；侧流反应区(2.1)正上方安装固定第二搅拌器(2.2)，用于将泥水充分混合；侧流反应区(2.1)液面上方安装在线监测装置Ⅱ(2.3)，实时监测水体pH和氧化还原电位(ORP)。
所述的自动控制系统(Ⅲ)中，中央控制器(3.2)通过控制线(3.1)分别与进水泵(1.3)、第一搅拌器(1.5)、在线监测装置Ⅰ(1.6)、鼓风机(1.10)、第一污泥回流泵(1.11)、排水泵(1.13)、第二搅拌器(2.2)、在线监测装置Ⅱ(2.3)、第二污泥回流泵(2.4)和排泥阀(2.6)相连，控制启停；计算机(3.3)与中央控制器(3.2)相连，设定上述设备的运行时间及实时查看水质监测数据。
侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化装置可用有机玻璃或钢板制作，采用该装置的方法如下：
主流序批式反应系统中接种城市污水处理厂活性污泥，污泥浓度为1～3g/L；低氨氮废水(30～100mg N/L)从主流反应区底部泵入；主流反应区每天运行4～6个周期，每个周期停留时间4～6h，包含进水(5～10min)、好氧反应(3～5h)、沉淀(30～45min)、排水(5～10min) 和静置(5～10min)5个阶段，进水体积交换比30～50％，pH为6.5～8.5，溶解氧浓度为1～3mg/L；污泥停留时间15～20d。在好氧反应阶段，回流主流反应区中部分污泥(回流比为20～50％) 至侧流反应区中，停留18～24h后在好氧反应末期返回至主流反应区中。侧流反应区污泥浓度为6～10g/L，pH为8～9，ORP为-300～-200mV，搅拌时间设定每个运行周期工作5～10 min，侧流反应区中污泥发酵产酸浓度为1000～3000mg/L。
小试试验表明，对于处理低氨氮废水(50mg N/L)，在侧流污泥发酵产酸浓度为1000mg/L 时，氨氧化细菌(AOB)比活性降低96％，而亚硝酸氧化细菌(NOB)比活性降低89％，表明对NOB抑制更为强烈，从而实现AOB的保留与NOB的淘选，促进短程硝化的实现。

Claims (3)

1.侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的装置，其特征在于：包括主流序批式反应系统(Ⅰ)、侧流序批式反应系统(Ⅱ)、自动控制系统(Ⅲ)；主流序批式反应系统(Ⅰ)包括主流反应区(1.1)、进水箱(1.2)、进水泵(1.3)、进水管(1.4)、第一搅拌器(1.5)、在线监测装置Ⅰ(1.6)、曝气盘(1.7)、止回阀(1.8)、进气管(1.9)、鼓风机(1.10)、第一污泥回流泵(1.11)、第一污泥回流管(1.12)、排水泵(1.13)、排水管(1.14)、第一溢流管(1.15)、贮水箱(1.16)；侧流序批式反应系统(Ⅱ)包括侧流反应区(2.1)、第二搅拌器(2.2)、在线监测装置Ⅱ(2.3)、第二污泥回流泵(2.4)、第二污泥回流管(2.5)、排泥阀(2.6)、排泥管(2.7)、第二溢流管(2.8)；自动控制系统(Ⅲ)包括控制线(3.1)、中央控制器(3.2)、计算机(3.3)；
所述的主流序批式反应系统(Ⅰ)中，进水箱(1.2)中收集的低氨氮废水通过进水泵(1.3)由进水管(1.4)流入主流反应区(1.1)中；主流反应区(1.1)底部均匀布设曝气盘(1.7)，通过鼓风机(1.10)供氧，进气管(1.9)上安装有止回阀(1.8)，防止液体倒流；主流反应区(1.1)下部安装第一污泥回流管(1.12)，通过第一污泥回流泵(1.11)将主流反应区(1.1)中的泥水混合液排至侧流反应区(2.1)；主流反应区(1.1)中部安装排水管(1.14)，反应结束后的污水通过排水泵(1.13)排至贮水箱(1.16)中；主流反应区(1.1)上部安装第一溢流管(1.15)；主流反应区(1.1)正上方安装固定第一搅拌器(1.5)，用于将泥水充分混合；主流反应区(1.1)液面上方安装在线监测装置Ⅰ(1.6)，实时监测水体pH和溶解氧(DO)；
所述的侧流序批式反应系统(Ⅱ)中，侧流反应区(2.1)底部安装排泥管(2.7)，通过控制排泥阀(2.6)进行排泥；侧流反应区(2.1)中部安装第二污泥回流管(2.5)，通过第二污泥回流泵(2.4)将侧流反应区(2.1)中的泥水混合液回流至主流反应区(1.1)；侧流反应区(2.1)上部安装第二溢流管(2.8)；侧流反应区(2.1)正上方安装固定第二搅拌器(2.2)，用于将泥水充分混合；侧流反应区(2.1)液面上方安装在线监测装置Ⅱ(2.3)，实时监测水体pH和氧化还原电位(ORP)；
所述的自动控制系统(Ⅲ)中，中央控制器(3.2)通过控制线(3.1)分别与进水泵(1.3)、第一搅拌器(1.5)、在线监测装置Ⅰ(1.6)、鼓风机(1.10)、第一污泥回流泵(1.11)、排水泵(1.13)、第二搅拌器(2.2)、在线监测装置Ⅱ(2.3)、第二污泥回流泵(2.4)和排泥阀(2.6)相连，控制启停；计算机(3.3)与中央控制器(3.2)相连。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，步骤如下：
主流序批式反应系统中接种城市污水处理厂活性污泥，污泥浓度为1～3g/L；浓度为30～100mg N/L的低氨氮废水从主流反应区底部泵入；主流反应区每天运行4～6个周期，每个周期停留时间4～6h，包含进水5～10min、好氧反应3～5h、沉淀30～45min、排水5～10min和静置5～10min这5个阶段，进水体积交换比30～50％，pH为6.5～8.5，溶解氧浓度为1～3mg/L；污泥停留时间15～20d；在好氧反应阶段，回流主流反应区中部分污泥至侧流反应区中，停留18～24h后在好氧反应末期返回至主流反应区中；侧流反应区污泥浓度为6～10g/L，pH为8～9，ORP为-300～-200mV，搅拌时间设定每个运行周期工作5～10min；从主流反应区到侧流反应区的污泥回流比为20～50％。
3.根据权利要求2所述的侧流污泥发酵产酸实现低氨氮废水短程硝化的方法，其特征在于：侧流反应区中污泥发酵产酸浓度为1000～3000mg/L。
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