CN115490323B - 一种基于羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的装置和方法属于生活污水生物处理领域。本发明的主要创新点在于通过投加羟胺，强化反硝化细菌的硝态氮还原速率与亚硝还原速率，由于对前者的强化作用更为明显，使得反硝化过程的中间体亚硝态氮得到有效积累，从而实现短程反硝化。短程反硝化的实现为厌氧氨氧化菌提供了稳定的底物来源，保证了其生长环境。同时，羟胺作为厌氧氨氧化过程中的重要中间产物，一定浓度的羟胺投加也具有促进厌氧氨氧化菌增殖的作用。使用本发明，能够有效处理生活污水，大量减少碳源投加。
Description
技术领域
本发明相关的羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的装置和方法，属于城市污水生物处理领域，适用于低碳比的城市污水脱氮处理；
背景技术
随着我国经济水平的提高，人民的生产活动越来越丰富，城市污水的排放量大幅上升。城市污水中含有丰富的氮、磷等污染物，如果随意排放或不达标排放将会对水环境、土壤环境以及大气环境等造成难以估量的危害。生物处理是目前主流的脱氮方式，其主要通过硝化、反硝化过程进行脱氮，该过程会消耗大量的有机碳源。我国城市污水中碳源含量普遍不足，这会导致总氮去除率的降低和污泥产量上升，因此如何充分利用原水中的碳源，提高脱氮效果，是现如今污水处理领域中的重要问题。
目前，利用厌氧氨氧化工艺处理废水被广泛认为是实现的可持续、环保脱氮的有效途径。该工艺的引入与目前的硝化/反硝化工艺相比，能够节省曝气量、有机物消耗并且减少温室气体(N2O)的产生。高而稳定的亚硝酸盐来源是实现厌氧氨氧化工艺的重要因素，相比于短程硝化的不稳定与难以维持，短程反硝化产生亚硝酸盐更加稳定且容易维持。于是基于短程反硝化和厌氧氨氧化的工艺应运而生，利用短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺处理城市污水废水可以很好地解决厌氧氨氧化的痛点。
前置碳捕获工艺与污泥发酵工艺的结合能够很好地剩余实现污泥减量化、减少外部碳源投加的效果。通过前置碳捕获工艺，可以将城市污水中的有机物进行有效吸附，同时将城市污水中的氨氮转化为硝态氮为短程反硝化提供底物。污泥发酵工艺利用碳捕获工艺产生的剩余污泥碱性发酵，通过控制过程维持在水解酸化的阶段，产生大量利于微生物利用的短链脂肪酸为短程反硝化提供有机碳源，同时能使剩余污泥减量，实现污泥的减量化和资源化的利用。
本方法采用投加羟胺的方法实现稳定的短程反硝化厌氧氨氧化。有研究报道，通过投加2～4mgN/L羟胺可以快速实现短程反硝化，产生稳定的亚硝态氮来源，为厌氧氨氧化提供底物。且羟胺作为厌氧氨氧化菌的中间产物，一定浓度的羟胺投加可以加速厌氧氨氧化菌的富集。此外，使用羟胺作为抑制剂不会引入新的污染物质。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种基于羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的装置和方法。针对短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的启动周期长，难以稳定实现的难点，通过投加2-4mgN/L羟胺加快短程反硝化的启动时间，为厌氧氨氧化提供稳定的底物来源，从而强化短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的启动过程。通过投药的方式简化运行操作，提高脱氮的稳定性，实现城市生活污水的深度脱氮。
本方法可以为短程反硝化耦合厌氧氨氧化的启动和运行提供参考，其特征在于包括：污水原水箱(1)，碳捕获SBR(2)，中间水箱(3)，储泥罐(4)，短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)，污泥发酵SBR(6)，发酵液储存罐(7)；
所述碳捕获SBR(2)设有第一搅拌器(2.2)，曝气盘(2.3)，流量计(2.4)，第一DO/pH测定仪(2.5),第一DO传感器(2.6)和第一pH传感器(2.7)，第一进水阀(2.8)，第一排水阀(2.9)，第一排泥阀(2.10)；
所述短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)设有第二搅拌器(5.2)，第二DO/pH测定仪(5.3)，第二DO传感器(5.4)，第二pH传感器(5.5)，第二进水阀(5.6)，第二排水阀(5.7)，第二排泥阀(5.8)；
所述污泥发酵SBR(6)设有第三搅拌器(6.2)，第三DO/pH测定仪(6.3)，第三DO探头(6.4)，第三pH探头(6.5)，第一进泥阀(6.6)和第一溢流阀(6.7)装置；
首先污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)和第一进水阀(2.8)连接碳捕获SBR(2)，碳捕获SBR(2)由第一排水阀(2.9)连接中间水箱(3),中间水箱(3)由第二进水泵(5.1)和第二进水阀(5.6)连接短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)，最后短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)出水由第二排水阀(5.7)排出；其次，碳捕获SBR(2)的剩余污泥通过第一排泥阀(2.10)进入储泥罐(4)，储泥罐(4)由第一进泥泵(6.1)和第一进泥阀(6.6)与污泥发酵SBR(6)连接，污泥发酵SBR(6)的溢流混合液经过离心后加入发酵液储存罐(7)当中；最后污水原水箱(1)通过第五进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连接，发酵液储存罐(7)由第六进水泵(7.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)连接。
本发明通过以下技术方案实现：
1)碳捕获SBR(2)的启动与运行：接种城市污水处理厂A2O全程污泥，污泥浓度为3000-3500mg/l。污水原水箱(1)中的污水通过进水泵进入碳捕获SBR(2)中，进水后反应器中泥水混合物的体积为碳捕获SBR(2)有效体积的80％，进水时间为10min,碳捕获SBR控制溶解氧DO＝3-4mg/l，曝气90min。反应完成后。停止曝气并沉淀30min，打开排水阀，排水比0.50，将50％的水排入中间水箱，排水时间为10min。控制短SRT(3-5天)当出水COD小于70mg/L，NH4 +-N→NO3 --N转化率大于80％时完成启动；
2)污泥发酵SBR(6)的启动与运行：污泥发酵SBR(6)为半连续反应器接种污泥为碳捕获SBR(2)所排出的污泥。全程进行厌氧搅拌，温度控制在30±2℃，pH控制为9-10，SRT为10-20天，每天排出污泥发酵物，并加入等体积碳捕获SBR(2)，所排出污泥发酵物离心后收集上清液进入发酵液储存罐(7)；
3)短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)的启动与运行：接种城市污水处理厂A2O全程污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥，其中全程污泥与厌氧氨氧化颗粒污泥的质量之比大约为20：1(污泥浓度×接种体积＝污泥质量)，接种后污泥浓度为3000-3500mg/l。碳捕获SBR(2)的出水进入和等体积的原水进入中间水箱(3)。中间水箱(3)中的污水通过进水泵进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，同时发酵液储存罐(7)中的发酵液通过进水泵进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，所进发酵液体积为1/20的进水体积。进水后反应器中泥水混合物的体积为短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)有效体积的85％，进水时间为10min。进水完成后向短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中投加羟胺(NH2OH)，使反应器内羟胺浓度为2-4mgN/L，随后缺氧搅拌4-6h，进行短程反硝化与厌氧氨氧化反应。反应完成后停止搅拌并沉淀30min，打开排水阀，排水比0.50，将50％的水排出，排水时间为10min，随后进行下一周期。当反应器NO3 --N→NO2 --N转化率大于80％，出水COD小于30mg/L,TIN浓度小于15mg/L时完成启动。
4)装置具体运行模式：
①城市污水进入碳捕获SBR(2)中，控制溶解氧DO＝3-4mg/l，短SRT(3-5天，)曝气1.5h。反应完成后，将50％的水排入中间水箱；
②污泥发酵SBR(6)每天投入新鲜的碳捕获SBR(2)剩余污泥，温度控制在30±2℃，pH控制为9-10，SRT为10-20天，每天排出污泥发酵物，并将发酵物离心后收集与发酵液储存罐中；
③在中间水箱(3)中碳捕获SBR(2)出水和原水等体积混合，随后进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，与此同时1/20进水体积的发酵液也进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)当中，缺氧搅拌4-6h后沉淀30min进行排水，排水比50％；
④碳捕获SBR(2)每运行1个周期，短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)运行2个周期。
本发明为基于羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的装置和方法，其技术原理：2-4mgN/L的羟胺投加可以提高硝态氮和亚硝态氮的还原速率，且对前者的提高更加明显。通过投加羟胺促进短程反硝化的形成，为厌氧氨氧化提供充足且稳定的底物来源，且羟胺作为厌氧氨氧化菌的中间产物，一定浓度的羟胺可以加速厌氧氨氧化菌的富集。通过羟胺的投加加速短程反硝化耦合厌氧氨氧化实现的过程；
本发明具有以下优点：
1)本工艺采用厌氧氨氧化脱氮过程，解决的传统硝化反硝化工艺碳源不足的严重问题，无需外加碳源；
2)反应器为SBR反应器具有序批式反应器应有的优势:工艺简单，运行灵活，反应推动力大，沉淀排水效果好，无污泥膨胀，耐冲击负荷，适合自动化操作；
3)羟胺可以快速启动短程反硝化，约10天后，亚硝转化率可大于80％；
4)碳捕获工艺和污泥发酵工艺的联合使用可以节省碳源投加，实现污泥资源化、减量化。
附图说明
图1为短程硝化-厌氧氨氧化的装置的结构示意图；如图1：1-污水原水箱；2-碳捕获SBR；3-中间水箱；4-储泥罐；5-短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR；6-污泥发酵SBR；7-发酵液储存罐；2.1-第一进水泵；2.2-第一搅拌器；2.3-曝气盘；2.4-流量计；2.5-第一DO/pH测定仪；2.6-第一DO传感器；2.7-第一pH传感器；2.8-第一进水阀；2.9-第一排水阀；2.10-第一排泥阀；3.1-第二进水泵；5.1-第三进水泵；5.2-第二搅拌器；5.3-第二DO/pH测定仪；5.4-第二DO传感器；5.5-第二pH传感器；5.6-第二进水阀；5.7-第二排水阀；5.8-第二排泥阀；6.1-第四进水泵；6.2-第三搅拌器；6.3-第三DO/pH测定仪；6.4-第三DO探头；6.5-第三pH探头；6.6-第一进泥阀；6.7-第一溢流阀；7.1-第五进水泵。
图2是本发明方法流程图。
具体实施方式
本方法采用的反应器均由有机玻璃制成，碳捕获SBR与短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR有效容积均为10L，污泥发酵SBR有效容积为3L。三个SBR内均置搅拌器，保证泥水混合均匀。由蠕动泵进水，排水阀出水，进出水时间由在线平台控制。
结合附图和实施例对本发明做进一步说明，如图1所示一种基于羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的装置和方法：
1)首先污水原水箱(1)中的城市污水通过第一进水泵(2.1)和第一进水阀(2.8)进入碳捕获SBR(2)，进水后反应器中泥水混合物的体积为碳捕获SBR(2)有效体积的80％，进水时间为10min,碳捕获SBR控制溶解氧DO＝3-4mg/L经过1.5h曝气、30min沉淀后由第一排水阀(2.9)排入中间水箱(3)。
2)碳捕获SBR(2)的出水进入和等体积的原水进入中间水箱(3)后，混合污水通过第二进水泵(5.1)和第二进水阀(5.6)进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，同时发酵液储存罐(7)中的发酵液通过第六进水泵(7.1)和第二进水阀(5.6)进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，所进发酵液体积为1/20的进水体积。进水后反应器中泥水混合物的体积为短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)有效体积的85％，进水时间为10min。进水完成后向短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中投加羟胺(NH2OH)，使反应器内羟胺浓度为2-4mgN/L。经过4-6h缺氧搅拌、30min沉淀，打开排水阀(5.7)，将50％的水排出，随后进行下一周期。
3)碳捕获SBR(2)的剩余污泥通过第一排泥阀(2.10)进入储泥罐(4)，剩余污泥由第一进泥泵(6.1)和第一进泥阀(6.6)进入污泥发酵SBR(6)，溢流的混合液经过离心后加入发酵液储存罐(7)当中。
4)碳捕获SBR每运行1个周期，短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR运行2个周期。
该运行条件下，出水的平均COD，NH4 +-N，NO3 --N，NO2 --N，TN浓度分别如下：35mg/L，2.5mg/L，0.5mg/L，3mg/L，6mg/L,上述出水指标稳定且均达到国家一级A标准。
Claims (1)
1.一种基于羟胺投加实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化的方法，其特征在于，该方法所用装置包括：污水原水箱(1)，碳捕获SBR (2)，中间水箱(3)，储泥罐(4)，短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR (5)，污泥发酵SBR (6)，发酵液储存罐(7)；
所述碳捕获SBR (2)设有第一搅拌器(2.2)，曝气盘(2.3)，流量计(2.4)，第一DO/pH测定仪(2.5) ，第一DO传感器(2.6)和第一pH传感器(2.7)，第一进水阀(2.8)，第一排水阀(2.9)，第一排泥阀(2.10)；
所述短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR (5)设有第二搅拌器(5.2)，第二DO/pH测定仪(5.3)，第二DO传感器(5.4)，第二pH传感器 (5.5)，第二进水阀(5.6)，第二排水阀(5.7)，第二排泥阀 (5.8)；
所述污泥发酵SBR (6) 设有第三搅拌器(6.2)，第三DO/pH测定仪(6.3)，第三DO探头(6.4)，第三pH探头(6.5)，第一进泥阀(6.6)和第一溢流阀(6.7)装置；
污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)和第一进水阀(2.8)连接碳捕获SBR (2)，碳捕获SBR (2)由第一排水阀(2.9)连接中间水箱(3) ，中间水箱(3)由第二进水泵(5.1)和第二进水阀(5.6)连接短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR (5)，最后短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)出水由第二排水阀(5.7)排出；其次，碳捕获SBR (2)的剩余污泥通过第一排泥阀(2.10)进入储泥罐(4)，储泥罐(4)由第一进泥泵(6.1)和第一进泥阀(6.6)与污泥发酵SBR (6)连接，污泥发酵SBR (6)的溢流混合液经过离心后加入发酵液储存罐(7)当中；最后污水原水箱(1)通过第五进水泵(3.1)与中间水箱(3)相连接，发酵液储存罐(7)由第六进水泵(7.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR (5)连接；
包括以下步骤：
1)碳捕获SBR(2)的启动与运行：接种城市污水处理厂A2O全程污泥，污泥浓度为3000-3500mg/L；污水原水箱(1)中的污水通过进水泵进入碳捕获SBR(2)中，进水后反应器中泥水混合物的体积为碳捕获SBR(2)有效体积的80％，进水时间为10min ，碳捕获SBR(2)控制溶解氧DO＝3-4mg/L，曝气1.5h；反应完成后；停止曝气并沉淀30min，打开排水阀，排水比0.50，将50％的水排入中间水箱，排水时间为10min；控制短SRT为3-5天；当出水COD小于70mg/L，NH4 +-N →NO3 −-N转化率大于80%时完成启动；
2)污泥发酵SBR(6)的启动与运行：污泥发酵SBR(6)为半连续反应器，接种污泥为碳捕获SBR(2)所排出的污泥；全程进行厌氧搅拌，温度控制在30±2℃，pH控制为9-10，SRT为10-20天，每天排出污泥发酵物，并加入等体积污泥进入碳捕获SBR(2)，所排出污泥发酵物离心后收集上清液进入发酵液储存罐(7)；
3)短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)的启动与运行：接种城市污水处理厂A2O全程污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥，其中全程污泥与厌氧氨氧化颗粒污泥的质量之比为20：1，且污泥浓度×接种体积=污泥质量，接种后污泥浓度为3000-3500mg/L；碳捕获SBR(2)的出水和等体积的原水进入中间水箱(3)；中间水箱(3)中的污水通过进水泵进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，同时发酵液储存罐(7)中的发酵液通过进水泵进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，所进发酵液体积为1/20的进水体积；进水后反应器中泥水混合物的体积为短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)有效体积的85％，进水时间为10min；进水完成后向短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中投加羟胺，使反应器内羟胺浓度为2-4mgN/L，随后缺氧搅拌4-6h，进行短程反硝化与厌氧氨氧化反应；反应完成后停止搅拌并沉淀30min，打开排水阀，排水比0.50，将50％的水排出，排水时间为10min，随后进行下一周期；当反应器NO3 −-N→NO2 −-N转化率大于80%，出水COD小于30mg/L， TIN浓度小于15mg/L时完成启动；
4)装置具体运行模式：
①城市污水进入碳捕获SBR(2)中，控制溶解氧DO＝3-4mg/L， SRT为3-5天，曝气1.5h；反应完成后，将50％的水排入中间水箱；
②污泥发酵SBR(6)每天投入新鲜的碳捕获SBR(2)剩余污泥，温度控制在30±2℃，pH控制为9-10，SRT为10-20天，每天排出污泥发酵物，并将发酵物离心后收集于发酵液储存罐(7)中；
③在中间水箱(3)中碳捕获SBR(2)出水和原水等体积混合，随后进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)中，与此同时1/20进水体积的发酵液也进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)当中，缺氧搅拌4-6h后沉淀30min进行排水，排水比50%；
④碳捕获SBR(2)每运行1个周期，短程反硝化耦合厌氧氨氧化SBR(5)运行2个周期。
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2022
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