CN115611407A - 连续流aoa中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置与方法属于污水生物处理领域。装置主要由污水进水箱，连续流AOA反应器和二沉池组成。原水首先由进水箱进入AOA反应器的厌氧区，储存内碳源，随后进入好氧区，通过连续投加羟胺快速启动短程硝化，然后联合间歇曝气维持短程硝化的稳定，缺氧段填料上的厌氧氨氧化菌利用剩余NH4 +‑N和好氧区产生的NO2 ‑作为底物，实现二者的同步去除，同时在缺氧区利用厌氧段储存的内碳源进行内源反硝化作用，去除厌氧氨氧化生成的NO3 ‑以及未反应完全的NO2 ‑，实现深度脱氮。此发明充分利用原水碳源，无需外加碳源，可处理低C/N城市生活污水，污泥产泥量少，节约能耗和运行成本。
Description
技术领域：
本发明涉及一种连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置，属于污水生物处理与资源化领域，具有节能降耗、深度脱氮、污泥减量等优点，适用于城市污水处理厂等技术领域。
背景技术：
近年来，传统的污水处理工艺已经不能满足严格的排放标准和节能降耗的技术需求，因此开发节能降耗的新型处理工艺成为今后污水生物脱氮领域研究的重点和难点。当前，短程硝化-厌氧氨氧化工艺作为一种新型自养生物脱氮技术，具有低能耗、高效率、低成本等优点。
与传统的硝化/反硝化工艺相比，厌氧氨氧化可以节省60％的曝气量、100％的有机碳源，污泥产量也减少90％，但在城市污水的处理中存在着亚硝(NO2 -)来源不稳定以及生长慢、持留难两大局限性。基于氨氧化菌(AOB)与亚硝酸氧化菌(NOB)的特性，现短程硝化的实现方法主要包括：高温、低溶解氧(DO)、实时控制、低污泥龄、游离亚硝酸 (FNA)和游离氨(FA)控制、投加羟胺、间歇曝气等。
羟胺(NH2OH)作为短程硝化过程的中间产物，适量投加可以在增强AOB活性的同时对NOB产生一定的抑制作用，具有操作简便和较高NO2 --N积累效率的优势，但少量的 NH2OH难以起到实现短程硝化的作用，应用于实际工程中不够经济。而通过间歇曝气的策略，利用在经历一定的缺氧时间后，NOB滞后于AOB恢复硝化活性，通过控制合适的曝停比，抑制NOB活性，但存在启动时间过慢等问题。
因此，针对低C/N、低温、水质波动大的城市污水在连续流中仍难以快速启动与稳定维持短程硝化过程，提出一种基于羟胺结合间歇曝气的策略，在连续流AOA工艺中通过短程硝化与厌氧氨氧化工艺实现低碳氮比城市生活污水深度脱氮，耗时短，效果稳定，出水效果好。
发明内容：
基于当前连续流中短程硝化启动与维持困难、污水深度脱氮困难等问题，提出了一种连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置
连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置，其特征在于：包括污水进水箱(1)，连续流AOA反应器(2)，二沉池(3)。
AOA反应器(2)包括9个格室，按水流方向，共分为2格厌氧，4格好氧和3格缺氧，各个格室通过按水流方向上下交错的水流孔连接以防发生短流现象；进水箱(1)通过进水泵(1.1)和进水管(1.2)与AOA反应器(2)的第一格厌氧(2.1)相连，第三格缺氧(2.9)通过出水管 (2.11)与二沉池(3)相连，第一格好氧(2.3)通过加药泵(2.15)和加药管(2.14)与羟胺母液贮存瓶 (2.13)相连，二沉池污泥斗(3)中的污泥通过污泥回流泵(3.1)和污泥回流管(3.2)与第一格厌氧 (2.1)相连；缺氧段(2.7、2.8、2.9)放有悬浮填料，曝气采用曝气泵(2.12)、曝气管(2.12.1)和曝气盘(2.12.2)进行间歇曝气，每个曝气盘(2.12.2)均与转子流量计(2.12.3)相连；缺氧段(2.7、 2.8、2.9)放有附着厌氧氨氧化菌的填料；AOA反应器(2)中的每个格室均设有搅拌器(2.10)，每个好氧格均设置WTW探头以监测好氧段的溶解氧及pH。
城市污水在此工艺中的处理流程为：首先，生活污水从进水桶中进入AOA反应器的厌氧段，在厌氧段，反硝化聚糖菌(DGAOs)将污水中可利用的有机物储存为内碳源PHA，随后，混合液进入好氧段进行短程硝化过程，在氨氧化细菌(AOB)的作用下将NH4 +氧化为NO2 -，在缺氧段，污水中的NH4 +和NO2 -在填料上的厌氧氨氧化菌(AnAOB)的作用下生成氮气和NO3 -，同时，DGAOs以自身在厌氧段储存的内碳源为碳源，以NO2 -或NO3 -为电子受体，进行内源反硝化作用，完成脱氮过程，以此实现深度脱氮。
本发明连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置与方法，包括以下步骤：
1)羟胺快速启动短程硝化阶段：接种城市污水处理厂A2O工艺的二沉池中剩余污泥，为传统的全程硝化反硝化污泥于AOA反应器(2)中，保持污泥浓度在2500～3500mg/L；在第一格好氧区(2.3)通过加药泵(2.15)连续投加羟胺，保持羟胺浓度为10～15mg/L，好氧段溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L，抑制并淘洗NOB，在此阶段，当AOA反应器(2)中最后一格好氧段(2.5)的出水中的亚硝积累率(NAR)达到90％以上时，即认为短程硝化启动成功；
2)短程硝化维持阶段：利用羟胺快速启动短程硝化后，好氧区通过间歇曝气的手段， 8min曝气，20min不曝气，曝气时溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L，在好氧区形成时间和空间上的“双重间歇”曝气，由于经历一定的缺氧时间后，NOB会滞后于AOB恢复硝化能力，将曝气停在NOB恢复硝化能力之前，可以抑制NOB的活性，维持短程硝化的稳定，当好氧段的NAR稳定在90％以上30d后即认为短程硝化稳定维持；
3)短程硝化/厌氧氨氧化启动阶段：短程硝化稳定维持后，向AOA反应器(2)的缺氧段(2.7、2.8、2.9)投放厌氧氨氧化填料，填料填充比为30％，污泥回流比设置为100％，总的水力停留时间为15h，污泥龄为15～20d；在此阶段，城市污水按水流方向依次上下通过AOA反应器(2)的厌氧段、好氧段和缺氧段分别进行厌氧储存内碳源、短程硝化、厌氧氨氧化和内源反硝化反应，当AOA反应器(2)的有机物和总氮去除率分别达到80％和90％以上，即认为连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置启动成功；
4)稳定运行阶段：二沉池(3)的污泥回流到第一格厌氧(2.1)，污泥回流比为100％，以维持AOA反应器污泥浓度在2500～3500mg/L，水力停留时间为15h；污泥龄为15～20d；连续运行反应器，当二沉池出水水质中COD≤50mg/L，NH4 +-N≤5mg/L，TN≤10mg/L并维持15～20d后，即认为系统达到了稳定状态。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)城市污水中的有机物在前置厌氧段可以被DGAOs储存为内碳源，充分利用原水中的碳源，节省能源。
(2)在连续流中通过羟胺快速启动短程硝化，并通过间歇曝气的策略维持，为后段厌氧氨氧化提供稳定的NO2 -来源，减少曝气量，节省能源，短程硝化启动耗时短。
(3)在缺氧段投加厌氧氨氧化填料，有利于厌氧氨氧化的持留，同时缺氧段后置，其中内源反硝化可以进一步去除厌氧氨氧化产生的硝态氮以及短程硝化产生的未被完全利用的亚硝态氮,保证出水水质。
附图说明：
图1为连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化厌氧氨氧化的装置的结构示意图。图1中：1为进水箱，1.1为进水泵，1.2为进水管，2为AOA反应器， 2.1-2.2为厌氧段，2.3-2.6为好氧段，2.7-2.9为缺氧段，2.10为搅拌器，2.11为出水管，2.12 为曝气泵，2.12.1为曝气管，2.12.2为曝气盘，2.12.3为转子流量计，2.13为羟胺母液贮存瓶，2.14为加药管，2.15为加药泵，3为二沉池，3.1为污泥回流泵，3.2为污泥回流管， 3.3为排泥管，3.4为排水管。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化厌氧氨氧化的装置与方法，其特征在于：包括污水进水箱(1)，连续流AOA反应器(2)，二沉池(3)。AOA反应器(2)包括9个格室，按水流方向，共分为2格厌氧，4格好氧和3格缺氧，各个格室通过按水流方向上下交错的水流孔连接以防发生短流现象；进水箱(1)通过进水泵(1.1)和进水管(1.2)与AOA反应器(2)的第一格厌氧(2.1)相连，第三格缺氧(2.9)通过出水管(2.11)与二沉池(3)相连，第一格好氧(2.3)通过加药泵(2.15)和加药管(2.14)与羟胺母液贮存瓶(2.13)相连，二沉池污泥斗(3)中的污泥通过污泥回流泵(3.1)和污泥回流管(3.2)与第一格厌氧(2.1)相连；缺氧段(2.7、2.8、2.9)放有悬浮填料，曝气采用曝气泵(2.12)、曝气管(2.12.1)和曝气盘(2.12.2)进行间歇曝气，每个曝气盘 (2.12.2)均与转子流量计(2.12.3)相连；缺氧段(2.7、2.8、2.9)放有附着厌氧氨氧化菌的填料； AOA反应器(2)中的每个格室均设有搅拌器(2.10)，每个好氧格均设置WTW探头以监测好氧段的溶解氧及pH。
以北京某高校家属区化粪池废水为处理对象，运行期间具体水质如下：COD为180-260mg/L，NH4 +-N为30-80mg/L，NO3 -≤2mg/L，NO2 -≤0.5mg/L。试验系统如图1所示，间歇曝气改良AOA实现低碳氮比城市生活污水深度脱氮反应器有效容积51.2L，均分为9格，二沉池有效容积18.6L，均采用有机玻璃制成。
具体操作如下：
1)羟胺快速启动短程硝化阶段：接种城市污水处理厂A2O工艺的二沉池中剩余污泥，为传统的全程硝化反硝化污泥于AOA反应器(2)中，保持污泥浓度在2500～3500mg/L；在第一格好氧区(2.3)通过加药泵(2.15)连续投加羟胺，保持羟胺浓度为10～15mg/L，好氧段溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L，抑制并淘洗NOB，在此阶段，当AOA反应器(2)中最后一格好氧段(2.5)的出水中的亚硝积累率(NAR)达到90％以上时，即认为短程硝化启动成功；
2)短程硝化维持阶段：利用羟胺快速启动短程硝化后，好氧区通过间歇曝气的手段， 8min曝气，20min不曝气，曝气时溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L，在好氧区形成时间和空间上的“双重间歇”曝气，由于经历一定的缺氧时间后，NOB会滞后于AOB恢复硝化能力，将曝气停在NOB恢复硝化能力之前，可以抑制NOB的活性，维持短程硝化的稳定，当好氧段的NAR稳定在90％以上30d后即认为短程硝化稳定维持；
3)短程硝化/厌氧氨氧化启动阶段：短程硝化稳定维持后，向AOA反应器(2)的缺氧段(2.7、2.8、2.9)投放厌氧氨氧化填料，填料填充比为30％，污泥回流比设置为100％，总的水力停留时间为15h，污泥龄为15～20d；在此阶段，城市污水按水流方向依次上下通过AOA反应器(2)的厌氧段、好氧段和缺氧段分别进行厌氧储存内碳源、短程硝化、厌氧氨氧化和内源反硝化反应，当AOA反应器(2)的有机物和总氮去除率分别达到80％和90％以上，即认为连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置启动成功；
4)稳定运行阶段：二沉池(3)的污泥回流到第一格厌氧(2.1)，污泥回流比为100％，以维持AOA反应器污泥浓度在2500～3500mg/L，水力停留时间为15h；污泥龄为15～20d；连续运行反应器，当二沉池出水水质中COD≤50mg/L，NH4 +-N≤5mg/L，TN≤10mg/L并维持15～20d后，即认为系统达到了稳定状态。
试验结果表明：运行稳定后，城市污水通过连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置后出水COD为45-55mg/L，NH4 +-N低于2mg/L，总氮低于5mg/L,出水COD、NH4 +-N、TN等技术指标均稳定达到国家一级A排放标准。
以上是本发明的具体实施案例，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.连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置，其特征在于：包括污水进水箱(1)，连续流AOA反应器(2)，二沉池(3)；
AOA反应器(2)包括9个格室，按水流方向，共分为2格厌氧，4格好氧和3格缺氧，各个格室通过按水流方向上下交错的水流孔连接以防发生短流现象；进水箱(1)通过进水泵(1.1)和进水管(1.2)与AOA反应器(2)的第一格厌氧(2.1)相连，第三格缺氧(2.9)通过出水管(2.11)与二沉池(3)相连，第一格好氧(2.3)通过加药泵(2.15)和加药管(2.14)与羟胺母液贮存瓶(2.13)相连，二沉池污泥斗(3)中的污泥通过污泥回流泵(3.1)和污泥回流管(3.2)与第一格厌氧(2.1)相连；缺氧段(2.7、2.8、2.9)放有悬浮填料，曝气采用曝气泵(2.12)、曝气管(2.12.1)和曝气盘(2.12.2)进行间歇曝气，每个曝气盘(2.12.2)均与转子流量计(2.12.3)相连；缺氧段(2.7、2.8、2.9)放有附着厌氧氨氧化菌的填料；AOA反应器(2)中的每个格室均设有搅拌器(2.10)，每个好氧格均设置WTW探头以监测好氧段的溶解氧及pH。
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)羟胺快速启动短程硝化阶段：接种城市污水处理厂A2O工艺的二沉池中剩余污泥于AOA反应器(2)中，保持污泥浓度在2500～3500mg/L；在第一格好氧区(2.3)通过加药泵(2.15)连续投加羟胺，保持羟胺浓度为10～15mg/L，好氧段溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L，抑制并淘洗NOB，在此阶段，当AOA反应器(2)中最后一格好氧段(2.5)的出水中的亚硝积累率NAR达到90％以上时，即认为短程硝化启动成功；
2)短程硝化维持阶段：利用羟胺快速启动短程硝化后，好氧区通过间歇曝气的手段，8min曝气，20min不曝气，曝气时溶解氧浓度控制在1.5～2.0mg/L，在好氧区形成时间和空间上的“双重间歇”曝气，由于经历一定的缺氧时间后，NOB会滞后于AOB恢复硝化能力，将曝气停在NOB恢复硝化能力之前，可以抑制NOB的活性，维持短程硝化的稳定，当好氧段的NAR稳定在90％以上30d后即认为短程硝化稳定维持；
3)短程硝化/厌氧氨氧化启动阶段：短程硝化稳定维持后，向AOA反应器(2)的缺氧投放厌氧氨氧化填料，填料填充比为30％，污泥回流比设置为100％，总的水力停留时间为15h，污泥龄为15～20d；在此阶段，城市污水按水流方向依次上下通过AOA反应器(2)的厌氧段、好氧段和缺氧段分别进行厌氧储存内碳源、短程硝化、厌氧氨氧化和内源反硝化反应，当AOA反应器(2)的有机物和总氮去除率分别达到80％和90％以上，即认为连续流AOA中基于羟胺与间歇曝气快速启动并维持短程硝化/厌氧氨氧化的装置启动成功；
4)稳定运行阶段：二沉池(3)的污泥回流到第一格厌氧(2.1)，污泥回流比为100％，以维持AOA反应器污泥浓度在2500～3500mg/L，水力停留时间为15h；污泥龄为15～20d；连续运行。
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