CN117466457B - 一种基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置及方法。装置包括原水箱、生化反应池、二沉池、微滤机和污泥处理池；该方法为：S1、接种城镇污水处理厂活性污泥到生化反应池，接种厌氧氨氧化颗粒污泥到好氧区；S2、城市污水和颗粒污泥进入厌氧区然后与絮体污泥进入深度厌氧区、好氧区反应；再进入二沉池进行泥水分离；S3、微滤机将二沉池的沉淀污泥分选成颗粒污泥和絮体污泥；颗粒污泥回流至厌氧区；絮体污泥被分成三部分，第一部分进入污泥处理池后再进入深度厌氧区，第二部分进入深度厌氧区，第三部分视为剩余污泥外排。本发明减少生物除磷对有机碳源污水中有机物的依赖，可节省曝气能耗，从而实现城市污水的低碳深度脱氮除磷。
Description
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，特别涉及一种基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置及方法。
背景技术
传统的A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic厌氧-缺氧-好氧)工艺是城市污水脱氮除磷常用的工艺，通过厌氧区发生释磷反应、缺氧区发生反硝化反应、好氧区发生硝化和吸磷反应，达到脱氮除磷的目的。这种传统的生物处理技术存在运行能耗高、排放大量温室气体、需要投加额外碳源等问题。
短程硝化厌氧氨氧化是一种极具发展潜力的新型生物脱氮技术工艺，短程硝化是指亚硝化细菌(NOB)将氨氮转化成亚硝态氮后立即停止，不再转化成硝态氮，然后进行厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和污水中的氨氮同时转化氮气，达到去除总氮的效果。短程硝化厌氧氨氧化脱氮技术，可削减污水处理厂100％的反硝化碳源，同时节省曝气能耗。因此短程硝化厌氧氨氧化技术是目前实现城市污水处理“节能”和“减排”双重目标最有前景的技术。
传统生物除磷系统中，对C/N比非常敏感，而我国城镇污水中有机物含量普遍偏低，使得聚磷菌(PAOs)在厌氧区释磷低，导致PAOs在随后的好氧区或缺氧区吸磷量少，生物除磷效果达不到国家标准；Tetrasphaera(除磷菌)进行深度厌氧发酵产酸，随后利用发酵产物在厌氧区和好氧区进行除磷，可以有效解决生物除磷过程中原水中碳源不足的问题，降低了对原水中碳源的需求；PAOs利用发酵产物储存内碳源，促进PAOs厌氧释磷，有助于后续PAOs充分发挥好氧过量吸磷反应，从而实现低碳深度除磷效果。
发明内容
针对我国城镇污水普遍面临有机碳源不足的问题，本发明提出一种基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，该方法采用基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置，所述装置包括原水箱、生化反应池、二沉池、微滤机和污泥处理池；所述生化反应池包括7个格室，按照水流方向，第一、二格室为厌氧区，第三格室为深度厌氧区，第四、五、六、七格室为好氧区，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；该方法包括以下步骤：
S1、接种城镇污水处理厂活性污泥到生化反应池，接种具有良好厌氧氨氧化活性的厌氧氨氧化颗粒污泥到好氧区；
S2、运行装置系统使原水箱内的城市污水和微滤机回流的颗粒污泥进入厌氧区形成污泥混合液进行反应，反应结束后污泥混合液与回流的絮体污泥进入深度厌氧区进行反应，随后进入好氧区反应；接着进入二沉池进行泥水分离；
S3、微滤机将二沉池分离的沉淀污泥分选成颗粒污泥和絮体污泥；颗粒污泥回流至厌氧区；絮体污泥被微滤机分成三部分，第一部分絮体污泥进入污泥处理池后再进入深度厌氧区，第二部分絮体污泥进入深度厌氧区，第三部分絮体污泥视为剩余污泥外排。
进一步的，所述原水箱依次与生化反应池、二沉池、微滤机相连接；所述微滤机出口分为两条管路，第一条管路与厌氧区连接，第二条管路与深度厌氧区连接，第二条管路上设有回流支管和外排管，污泥处理池位于回流支管上。
进一步的，所述原水箱设有溢流管和放空管；所述好氧区内设有曝气头，所述曝气头通过气体管路依次与气量调节阀、气体流量计和空压机串连；所述厌氧区和深度厌氧区均设有搅拌器Ⅰ；所述二沉池顶部设有二沉池出水管；所述污泥处理池设有搅拌器Ⅱ。
进一步的，所述原水箱和生化反应池之间设有生化反应池进水泵和生化反应池进水阀；所述生化反应池与二沉池之间设有二沉池进水阀；所述二沉池与微滤机之间设有微滤机进泥阀和微滤机进泥泵。
进一步的，所述第一条管路上设有颗粒污泥回流阀和颗粒污泥回流泵；所述第二条管路上设有微滤机出泥阀和微滤机出泥泵并位于回流支管和外排管分流的前端，第二条管路上设有絮体污泥回流阀并位于回流支管和外排管分流的后端；所述回流支管上设有污泥处理池进泥阀和污泥处理池出泥阀并分别位于所述污泥处理池的两侧；所述外排管上设有剩余污泥排泥阀。
进一步的，步骤S1中，接种活性污泥后所述生化反应池的活性污泥浓度为3000-5000mg/L；步骤S1中，接种颗粒污泥后所述好氧区的颗粒污泥浓度为1000-1500mg/L。
进一步的，所述生化反应池总水力停留时间控制在5.0-12.5h；所述厌氧区水力停留时间控制在1.0-1.5h，所述深度厌氧区水力停留时间控制在2.0-3.0h；所述好氧区水力停留时间控制在2.0-8.0h。
进一步的，所述好氧区通过调节气体流量计和气量调节阀控制好氧区溶解氧浓度在0.3-1.5mg/L。
进一步的，所述厌氧区颗粒污泥回流比控制在50-110％，通过调整剩余污泥的排放量，使絮体污泥龄控制在6-15d；所述深度厌氧区的絮体污泥回流比控制在50-110％；所述深度厌氧区停止搅拌时污泥混合液氧化还原电位ORP＜-300mv。
进一步的，所述污泥处理池投放有亚硝酸钠；所述亚硝酸盐浓度控制在200-6000mg/L，投加酸或者碱控制其pH为5.5-6，污泥处理时间控制在6-24h；所述第二部分絮体污泥回流量与第一部分絮体污泥回流量之比为3-5:1。
本发明的技术原理如下：
系统启动后，城市污水和微滤机回流的颗粒污泥进入厌氧区形成污泥混合液，PAOs发生厌氧释磷与内碳源PHAs贮存；随后污泥混合液和微滤机回流的絮体污泥进入深度厌氧区，在Tetrasphaera(除磷菌)作用下进行深度厌氧发酵产酸，进一步促进释磷；随后污泥混合液进入好氧区，发生短程硝化厌氧氨氧化实现脱氮，同时PAOs进行好氧吸磷；接着污泥混合液进入二沉池进行泥水分离，二沉池沉淀污泥通过微滤机分选成颗粒污泥和絮体污泥，颗粒污泥回流至厌氧区，絮体污泥通过微滤机作用后被分成三部分，第一部分絮体污泥进入含有游离亚硝酸的污泥处理池，对亚硝酸盐氧化菌(NOB)进行抑制实现短程硝化，然后第一部分絮体污泥再通过游离亚硝酸污泥处理池出泥阀和第二部分絮体污泥回流至深度厌氧区，第三部分絮体污泥被视为剩余污泥排出。
与其他工艺技术相比，本发明基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷方法，具有以下优势：
1)本发明采用微滤机对污泥进行分选回流，回流的颗粒污泥到厌氧区，使得原水中有限的有机物为颗粒污泥所利用，促进污泥颗粒化，加强脱氮除磷效果；回流的絮体污泥为深度厌氧发酵产酸产生碳源提供更多底物，有利于PAOs储存内碳源PHAs，促进颗粒污泥的生长和形成，有效避免污水处理中有机碳源不足的问题。
2)与生物膜相比，本发明通过微滤机将污泥分选成颗粒污泥无需投加生物载体，可节省投资费用；与传统硝化反硝化脱氮和短程反硝化厌氧氨氧化脱氮相比，本发明的短程硝化厌氧氨氧化脱氮可进一步节省曝气能耗，同时无需投加额外碳源，从而降低运行成本。
3)Tetrasphaera(聚磷菌PAOs)进行深度厌氧发酵产酸，促进PAOs利用发酵产物进一步释磷，降低了对原水中碳源的需求量，同时减少了除磷药剂的投加量，达到低碳深度除磷效果。
4)本发明中剩余污泥排放量减少，处置费用降低，同时减少了对环境的污染。
附图说明
图1为本发明基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置的结构示意图。
图中，1-原水箱、2-生化反应池、3-二沉池、4-微滤机、5-污泥处理池、11-溢流管、12放空管、21-生化反应池进水泵、22-生化反应池进水阀、23-厌氧区、24-深度厌氧区、25-好氧区、26-搅拌器Ⅰ、27-空压机、28-气体流量计、29-气量调节阀、210-曝气头、31-二沉池进水阀、32-二沉池出水管、41-微滤机进泥阀、42-微滤机进泥泵、43-微滤机出泥阀、44-微滤机出泥泵、45-絮体污泥回流阀、46-剩余污泥排泥阀、47-颗粒污泥回流阀、48-颗粒污泥回流泵、51-污泥处理池进泥阀、52-搅拌器Ⅱ、53-污泥处理池出泥阀。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，该方法采用基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置，所述装置包括原水箱1、生化反应池2、二沉池3、微滤机4和污泥处理池5；所述生化反应池2包括7个格室，按照水流方向，第一、二格室为厌氧区23，第三格室为深度厌氧区24，第四、五、六、七格室为好氧区25，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；所述方法包括以下步骤：
S1、接种城镇污水处理厂活性污泥到生化反应池2，使活性污泥浓度为4000mg/L；接种具有良好厌氧氨氧化活性的厌氧氨氧化颗粒污泥到好氧区25，使颗粒污泥浓度为1300mg/L；
S2、运行装置系统使原水箱1内的城市污水和微滤机4回流的颗粒污泥进入厌氧区23形成污泥混合液进行反应，反应结束后污泥混合液与回流的絮体污泥进入深度厌氧区24进行反应，随后进入好氧区25反应；接着进入二沉池3进行泥水分离；
S3、微滤机4将二沉池3分离的沉淀污泥分选成颗粒污泥和絮体污泥；颗粒污泥回流至厌氧区23；絮体污泥被微滤机4分成三部分，第一部分絮体污泥进入污泥处理池5后再进入深度厌氧区24，第二部分絮体污泥进入深度厌氧区24，第三部分絮体污泥视为剩余污泥外排。
试验情况
试验采用人工配水作为原水，具体水质如下：COD浓度为112-240mg/L；NH4 +-N浓度为23-38mg/L，NO2 --N≤0.4mg/L，NO3 --N≤0.6mg/L，TP为1.5-3.2mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，生化反应池2有效体积为35L，均分为7个格室，污泥处理池5容积为12L。
启动装置系统后，运行时调节操作如下：
1.1)生化反应池2总水力停留时间控制在7h，其中厌氧区23水力停留时间控制在1.0h，深度厌氧区24水力停留时间控制在2h；好氧区25水力停留时间控制在4h。
1.2)厌氧区23颗粒污泥回流比控制在80％；通过调整剩余污泥的排放量，使絮体污泥龄控制在7.4d；
1.3)厌氧区23持续搅拌；深度厌氧区24搅拌0.5h，停歇3.5h；
1.4)深度厌氧区24的絮体污泥回流比控制在80％；停止搅拌时，深度厌氧区24的污泥混合液氧化还原电位ORP＜-300mv；
1.5)控制第二部分絮体污泥回流量与第一部分絮体污泥回流量之比为4:1；
1.6)好氧区25的溶解氧浓度控制在0.3-1.5mg/L；
1.7)通过向游离亚硝酸污泥处理池5投放亚硝酸钠，将处理池的亚硝酸盐浓度控制在3100mg/L，投加酸或者碱控制其pH为5.5，污泥处理时间控制在15h。
试验结果表明：运行稳定后，在不投加外碳源的情况下，装置出水COD浓度为30-60mg/L，平均为45mg/L；NH 4 +-N浓度为0-3mg/L，平均为1.5mg/L；NO2 --N浓度<1mg/L，平均为0.5mg/L；NO 3 --N浓度为0-5mg/L，平均为2.5mg/L；TP浓度为<0.5mg/L，平均为0.25mg/L。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，该方法采用基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的装置，所述装置包括原水箱（1）、生化反应池（2）、二沉池（3）、微滤机（4）和污泥处理池（5）；所述生化反应池（2）包括7个格室，按照水流方向，第一、二格室为厌氧区（23），第三格室为深度厌氧区（24），第四、五、六、七格室为好氧区（25），按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；所述方法包括以下步骤：
S1、接种城镇污水处理厂活性污泥到生化反应池（2），接种具有良好厌氧氨氧化活性的厌氧氨氧化颗粒污泥到好氧区（25）；
S2、运行装置系统使原水箱（1）内的城市污水和微滤机（4）回流的颗粒污泥进入厌氧区（23）形成污泥混合液进行反应，反应结束后污泥混合液与回流的絮体污泥进入深度厌氧区（24）进行反应，随后进入好氧区（25）反应；接着进入二沉池（3）进行泥水分离；所述生化反应池（2）总水力停留时间控制在5.0-12.5h；所述厌氧区（23）水力停留时间控制在1.0-1.5h，所述深度厌氧区（24）水力停留时间控制在2.0-3.0h；所述好氧区（25）水力停留时间控制在2.0-8.0h；
S3、微滤机（4）将二沉池（3）分离的沉淀污泥分选成颗粒污泥和絮体污泥；颗粒污泥回流至厌氧区（23）；絮体污泥被微滤机（4）分成三部分，第一部分絮体污泥进入污泥处理池（5）后再进入深度厌氧区（24），第二部分絮体污泥进入深度厌氧区（24），第三部分絮体污泥视为剩余污泥外排；所述厌氧区（23）颗粒污泥回流比控制在50-110%；通过调整剩余污泥的排放量，使絮体污泥龄控制在6-15d；所述深度厌氧区（24）的絮体污泥回流比控制在50-110%；所述第二部分絮体污泥回流量与第一部分絮体污泥回流量之比为3-5:1。
2.根据权利要求1所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述原水箱（1）依次与生化反应池（2）、二沉池（3）、微滤机（4）相连接；所述微滤机（4）出口分为两条管路，第一条管路与厌氧区（23）连接，第二条管路与深度厌氧区（24）连接，第二条管路上设有回流支管和外排管，污泥处理池（5）位于回流支管上。
3.根据权利要求1或2任一所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述原水箱（1）设有溢流管（11）和放空管（12）；所述好氧区（25）内设有曝气头（210），所述曝气头（210）通过气体管路依次与气量调节阀（29）、气体流量计（28）和空压机（27）串连；所述厌氧区（23）和深度厌氧区（24）均设有搅拌器Ⅰ（26）；所述二沉池（3）顶部设有二沉池出水管（32）；所述污泥处理池（5）设有搅拌器Ⅱ（52）。
4.根据权利要求1或2任一所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述原水箱（1）和生化反应池（2）之间设有生化反应池进水泵（21）和生化反应池进水阀（22）；所述生化反应池（2）与二沉池（3）之间设有二沉池进水阀（31）；所述二沉池（3）与微滤机（4）之间设有微滤机进泥阀（41）和微滤机进泥泵（42）。
5.根据权利要求2所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述第一条管路上设有颗粒污泥回流阀（47）和颗粒污泥回流泵（48）；所述第二条管路上设有微滤机出泥阀（43）和微滤机出泥泵（44）并位于回流支管和外排管分流的前端，第二条管路上设有絮体污泥回流阀（45）并位于回流支管和外排管分流的后端；所述回流支管上设有污泥处理池进泥阀（51）和污泥处理池出泥阀（53）并分别位于所述污泥处理池（5）的两侧；所述外排管上设有剩余污泥排泥阀（46）。
6.根据权利要求1所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，步骤S1中，接种活性污泥后所述生化反应池（2）的活性污泥浓度为3000-5000mg/L；步骤S1中，接种颗粒污泥后所述好氧区（25）的颗粒污泥浓度为1000-1500mg/L。
7.根据权利要求2所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述好氧区（25）通过调节气体流量计（28）和气量调节阀（29）控制好氧区（25）溶解氧浓度在0.3-1.5mg/L。
8.根据权利要求1所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述深度厌氧区（24）停止搅拌时污泥混合液氧化还原电位ORP＜-300mv。
9.根据权利要求1所述的基于颗粒污泥的连续流厌氧氨氧化脱氮除磷的方法，其特征在于，所述污泥处理池（5）投放有亚硝酸钠；所述亚硝酸盐浓度控制在200-6000mg/L，投加酸或者碱控制其pH为5.5-6，污泥处理时间控制在6-24h。
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