CN115432821A - 一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水生物处理领域，尤其是一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，包括城市污水进水箱、多分段进水反应器和沉淀池。城市污水按照不同进水点位进入分段进水反应器的其中三个缺氧区，在缺氧条件下发生厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮并且利用进水碳源进行释磷，反应器中的泥水混合液进入好氧区发生不完全的短程硝化反应(氨氮转化为亚硝和硝氮)并进行好氧吸磷，反应器内设置高氨氮厌氧氨氧化工艺中的厌氧氨氧化挂膜填料能更好地持留厌氧氨氧化菌，在多分段进水反应器中稳定实现短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化，实现深度脱氮除磷。

Description

一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的 装置和方法

技术领域

本发明属于污水生物处理领域，具体涉及的一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的方法，适用于市政污水处理厂脱氮除磷。

背景技术

厌氧氨氧化技术及在污水处理中的应用是生态与环境科学中的热点前沿，厌氧氨氧化利用氨氮和亚硝产生氮气并生成部分硝氮，厌氧氨氧化能节省曝气能耗，节省有机碳源投加，并且能减少剩余污泥产量。短程硝化和短程反硝化均可实现与厌氧氨氧化的耦合，为实现主流城市污水部分厌氧氨氧化提供了新的思路。

短程硝化厌氧氨氧化工艺需要控制严格的曝气、控制手段及外加抑制剂来维持系统的稳定性；而短程反硝化厌氧氨氧化工艺一般为缺氧工况或者两段式工艺，需要外加碳源来实现深度脱氮。两种工艺在城市污水处理厂中的应用仍存在技术难点。

将短程硝化与短程反硝化和厌氧氨氧化技术耦合可以发挥两者的优势。在此工艺中，短程反硝化耦合厌氧氨氧化可以去除短程硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐并且不需要完全抑制对亚硝酸氧化菌(NOB)的活性，而短程硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐可以通过厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化去除。短程硝化与短程反硝化和厌氧氨氧化技术耦合，减少对菌群结构控制难度，为主流城市污水部分厌氧氨氧化的应用提供了新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置和方法，在实现主流城市污水部分厌氧氨氧化的同时实现深度脱氮除磷。

本发明的技术目的是这样实现的：

一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，包括城市污水进水箱、多分段进水反应器和沉淀池，多分段进水反应器包括通过管道依次连通的缺氧一区、缺氧二区、好氧一区、好氧二区、缺氧三区、好氧三区、好氧四区、缺氧四区、缺氧五区、好氧五区和好氧六区；城市污水进水箱的出水口通过管道连接缺氧一区、缺氧三区、缺氧四区，好氧六区的出水口连接沉淀池，沉淀池的污泥出口连接有回流管道和排泥管道，回流管道连接到缺氧一区；每个缺氧区均设置搅拌器以及厌氧氨氧化挂膜填料，每个好氧区均安装有曝气设备。

作为优选，所述曝气设备包括通过管道依次连接的曝气装置、电子流量计、流量调节阀以及曝气风机。

作为优选，所述回流管上设置有污泥回流闸阀和污泥回流泵；所述排泥管上设有排泥控制闸阀。

作为优选，所述厌氧氨氧化填料在缺氧区的填充比为10-20％。

一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的方法，包括以下步骤：

1)反应器的启动：接种城市污水处理厂的回流污泥于多分段进水反应器中，控制反应器内活性污泥的浓度在2500～4500mg/L；同时在缺氧一区、缺氧二区、缺氧三区、缺氧四区和缺氧五区固定厌氧氨氧化挂膜填料，填充比为10-20％；多分段进水反应器的进水为市政污水，进水NH₄ ⁺-N：20-50mg/L，COD：100-200mg/L，进水C/N比为4-5，总水力停留时间为10-15h，进水分配比为40％：30％:30％，污泥回流比为100-150％；好氧一区、好氧三区和好氧五区的溶解氧浓度控制在0.2-0.3mg/L，好氧二区、好氧四区和好氧六区的溶解氧浓度控制在0.4-0.6mg/L，活性污泥的污泥龄控制在10-12d；每天检测所有缺氧区和好氧区内COD、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐浓度的变化，缺氧一区、缺氧三区、缺氧四区理论氨氮浓度高于测量值说明出现氨氮损失同时亚硝酸盐和硝酸盐浓度下降，从而表明缺氧区发生厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应；并且好氧区可以进行吸磷作用除去系统的磷酸盐，证明多分段进水反应器短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化启动成功；

2)反应器的运行：市政污水泵入多分段进水反应器后首先进入缺氧一区，接下来依次进入后续缺氧区和好氧区，各个缺氧区和好氧区的水力停留时间相同；检测沉淀池出水的亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐浓度，达到出水氨氮<0.5mg/L，出水亚硝<4.0mg/L，出水硝氮<5.0mg/L，出水磷<0.5mg/L。

本发明具有的有益效果是：1)低碳氮比条件下实现系统脱氮除磷，降低运行能耗低；2)短程反硝化和短程硝化过程均可为厌氧氨氧化菌提供底物，从而提高系统厌氧氨氧化的脱氮贡献率，有利于厌氧氨氧化工程的推广；3)采用低氧曝气，节省曝气能耗，同时对NOB的活性抑制要求相对于短程硝化厌氧氨氧化系统要低。

附图说明

图1是一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置示意图：

图1中：1—城市污水进水箱；2—进水泵；3—分段进水反应器；4—缺氧一区；5—缺氧二区；6—好氧一区；7—好氧二区；8—缺氧三区；9—好氧三区；10—好氧四区；11—缺氧五区；12—缺氧六区；13—好氧五区；14—好氧六区；15—沉淀池；16—出水管；17—第一进水控制阀；18—第二进水控制阀；19—第三进水控制阀；20—第一搅拌器；21—第二搅拌器；22—第三搅拌器；23—第四搅拌器；24—第五搅拌器；25—曝气装置；26—电子流量计；27—流量调节阀；28—曝气风机；29—污泥回流泵；30—污泥回流闸阀；31—排泥控制闸阀；32—厌氧氨氧化挂膜填料。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述，但本发明并不局限于以下实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”\“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端"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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。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。

如图1所示，本发明提供的一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，包括城市污水进水箱1、多分段进水反应器3和沉淀池15。多分段进水反应器3包括通过管道依次连接的缺氧一区4、缺氧二区5、好氧一区6、好氧二区7、缺氧三区8、好氧三区9、好氧四区10、缺氧四区11、缺氧五区12、好氧五区13和好氧六区14。

生活污水进水箱1中的污水经进水泵2泵送，在第一进水控制阀17、第二进水控制阀18和第三进水控制阀19的控制和分配流量下，分别进入多分段进水反应器3的缺氧一区4、缺氧三区8、缺氧四区11。每个缺氧区均设置有搅拌器以及厌氧氨氧化挂膜填料32，厌氧氨氧化挂膜填料32在缺氧区的填充比为10-20％。缺氧一区4的出水依次进入缺氧二区5、好氧一区6、好氧二区7、缺氧三区8、好氧三区9、好氧四区10、缺氧四区11、缺氧五区12、好氧五区13和好氧六区14。所有好氧区均安装有曝气设备，曝气设备包括通过管道依次连接的曝气装置25、电子流量计26、流量调节阀27以及曝气风机28。好氧六区14的出水进入沉淀池15，沉淀池15的污泥出口，大部分通过污泥回流泵29、污泥回流闸阀30以及回流管回流至缺氧一区4，少量污泥通过排泥控制闸阀31和排泥管排出，出水通过沉淀池15的出水管16排出。

本发明还提供一种基于上述装置的分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的方法，包括以下步骤：

1)反应器的启动：接种城市污水处理厂的回流污泥于多分段进水反应器3中，控制反应器内活性污泥的浓度在2500～4500mg/L；同时在缺氧一区4、缺氧二区5、缺氧三区8、缺氧四区11和缺氧五区12固定厌氧氨氧化挂膜填料32，填充比为10-20％。多分段进水反应器3的进水水质为市政污水，进水NH₄ ⁺-N(氨氮)：20-50mg/L，COD：100-200mg/L，进水C/N比为4-5，总水力停留时间为10-15h，进水分配比为40％:30％:30％，污泥回流比为100-150％；好氧一区6、好氧三区9和好氧五区13的溶解氧浓度控制在0.2-0.3mg/L，好氧二区7、好氧四区10和好氧六区14的溶解氧浓度控制在0.4-0.6mg/L，活性污泥的污泥龄控制在10-12d；好氧一区6、好氧三区9和好氧五区13长期保持低溶解氧运行对亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性进行抑制，从而使好氧区发生不完全的短程硝化反应产生亚硝酸盐和硝酸盐；好氧二区7、好氧四区10和好氧六区14的溶解氧略高于相邻好氧区，使氨氮可以消耗完全但又不会使NOB活性恢复；缺氧一区4、缺氧二区5、缺氧三区8、缺氧四区11和缺氧五区12的厌氧氨氧化挂膜填料可以利用进水中的氨氮、COD及好氧二区7、好氧四区10和好氧六区14产生的亚硝酸盐和硝酸盐进行厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮，同时聚磷微生物利用进水中的有机物进行释磷；每天检测所有缺氧区和好氧区内COD、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐浓度的变化，缺氧一区4、缺氧三区8、缺氧四区11理论氨氮浓度高于测量值说明出现氨氮损失同时亚硝酸盐和硝酸盐浓度下降，从而表明缺氧区发生厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应；并且好氧区可以进行吸磷作用除去系统(指反应器里面的污泥和生活污水的混合液)的磷酸盐，证明多分段进水反应器3短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化启动成功；

2)反应器启动后的工艺运行：多分段进水反应器3的进水水质为市政污水，进水NH₄ ⁺-N：20-50mg/L，COD：100-200mg/L，进水C/N比为4-5，总水力停留时间为10-15h，进水分配比为40％:30％:30％，污泥回流比为100-150％，污泥龄10-12d；进水泵2将生活污水泵入多分段进水反应器3后首先进入缺氧一区4，接下来依次进入后续缺氧区和好氧区，各个缺氧区和好氧区的水力停留时间相同；好氧一区6、好氧三区9和好氧五区13的溶解氧浓度控制在0.2-0.3mg/L，好氧二区7、好氧四区10和好氧六区14的溶解氧浓度控制在0.4-0.6mg/L，在缺氧一区4、缺氧二区5、缺氧三区8、缺氧四区11和缺氧五区12固定厌氧氨氧化挂膜填料32，填充比为10-20％。检测沉淀池15出水的亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐浓度，达到出水氨氮<0.5mg/L，出水亚硝<4.0mg/L，出水硝氮<5.0mg/L，出水磷<0.5mg/L。

本发明将短程硝化与短程反硝化和厌氧氨氧化技术耦合可以发挥两者的优势。在此工艺中，短程反硝化耦合厌氧氨氧化可以去除短程硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐并且不需要完全抑制对亚硝酸氧化菌(NOB)的活性，而短程硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐可以通过厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化去除。短程硝化与短程反硝化和厌氧氨氧化技术耦合，减少对菌群结构控制难度。

本发明通过将城市污水按照不同进水点位进入分段进水反应器3的三个缺氧区，在缺氧条件下发生厌氧氨氧化、反硝化以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮，此时生活污水中的碳源、部分氨氮以及进入缺氧区的亚硝酸盐和硝酸盐被同步去除，同时聚磷菌发生释磷作用。含有氨氮和磷酸盐的混合液进入好氧区在低溶解氧条件下氨氮发生短程硝化作用，氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐进入相邻的缺氧区，同时在好氧区聚磷菌进行吸磷。在分段进水反应器中交替地发生上述反应过程，可以实现市政污水厂的污水深度脱氮除磷，具有占地小、成本低、能耗低等优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，其特征在于：包括城市污水进水箱(1)、多分段进水反应器(3)和沉淀池(15)，多分段进水反应器(3)包括通过管道依次连通的缺氧一区(4)、缺氧二区(5)、好氧一区(6)、好氧二区(7)、缺氧三区(8)、好氧三区(9)、好氧四区(10)、缺氧四区(11)、缺氧五区(12)、好氧五区(13)和好氧六区(14)；城市污水进水箱(1)的出水口通过管道连接缺氧一区(4)、缺氧三区(8)、缺氧四区(11)，好氧六区(14)的出水口连接沉淀池(15)，沉淀池的污泥出口连接有回流管道和排泥管道，回流管道连接到缺氧一区(4)；每个缺氧区均设置搅拌器以及厌氧氨氧化挂膜填料(32)，每个好氧区均安装有曝气设备。

2.如权利要求1所述的一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，其特征在于：所述曝气设备包括通过管道依次连接的曝气装置(25)、电子流量计(26)、流量调节阀(27)以及曝气风机(28)。

3.如权利要求2所述的一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，其特征在于：所述回流管上设置有污泥回流闸阀(30)和污泥回流泵(29)；所述排泥管上设有排泥控制闸阀(31)。

4.如权利要求3所述的一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的装置，其特征在于：所述厌氧氨氧化填料在缺氧区的填充比为10％-20％。

5.一种分段进水工艺中短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化的方法，基于权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

1)反应器的启动：接种城市污水处理厂的回流污泥于多分段进水反应器(3)中，控制反应器内活性污泥的浓度在2500～4500mg/L；同时在缺氧一区(4)、缺氧二区(5)、缺氧三区(8)、缺氧四区(11)和缺氧五区(12)固定厌氧氨氧化挂膜填料(32)，填充比为10-20％；多分段进水反应器(3)的进水为市政污水，进水NH₄ ⁺-N：20-50mg/L，COD：100-200mg/L，进水C/N比为4-5，总水力停留时间为10-15h，进水分配比为40％:30％:30％，污泥回流比为100-150％；好氧一区(6)、好氧三区(9)和好氧五区(13)的溶解氧浓度控制在0.2-0.3mg/L，好氧二区(7)、好氧四区(10)和好氧六区(14)的溶解氧浓度控制在0.4-0.6mg/L，活性污泥的污泥龄控制在10-12d；每天检测所有缺氧区和好氧区内COD、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐浓度的变化，缺氧一区(4)、缺氧三区(8)、缺氧四区(11)理论氨氮浓度高于测量值说明出现氨氮损失同时亚硝酸盐和硝酸盐浓度下降，从而表明缺氧区发生厌氧氨氧化反应，反硝化反应以及短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应；并且好氧区可以进行吸磷作用除去系统的磷酸盐，证明多分段进水反应器(3)短程硝化耦合短程反硝化厌氧氨氧化启动成功；

2)反应器的运行：市政污水泵入多分段进水反应器(3)后首先进入缺氧一区(4)，接下来依次进入后续缺氧区和好氧区，各个缺氧区和好氧区的水力停留时间相同；检测沉淀池(15)出水的亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐浓度，达到出水氨氮<0.5mg/L，出水亚硝<4.0mg/L，出水硝氮<5.0mg/L，出水磷<0.5mg/L。

Images