CN113023871B - 短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化工艺同步处理生活污水和晚期垃圾渗滤液的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

短程硝化‑厌氧氨氧化耦合反硝化同步处理生活污水和晚期垃圾渗滤液的装置与方法，属污水生物处理领域。装置包括原水水箱，短程硝化反应器，中间水箱，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器。生活污水进入短程硝化反应器中,低氧曝气联合实时控制实现短程出水，出水NO2‑‑N进入中间水箱，与部分晚期垃圾渗滤液混合后进入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内同时实现厌氧氨氧化脱氮和反硝化脱氮的协同反应，达到脱氮的效果。本发明通过充分利用微生物间的协同作用，实现了高效节能的城市污水脱氮。

Description

短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化工艺同步处理生活污水和 晚期垃圾渗滤液的装置与方法
技术领域
本发明所涉及的短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现城市生活污水和晚期垃圾渗滤 液同步脱氮的装置与方法，属污水生物处理领域，适用于低C/N比城市生活污水和高氨氮 垃圾渗滤液的脱氮。
背景技术
人类活动会产生大量废水，其中包含C、N、P等多种元素副产物，导致了水体的氮、磷污染。其中城市污水中的氮素主要以有机氮和氨氮形式存在，不但对人体健康有极大的威胁；同时也会引起水体富营养化，破坏生态环境，造成水资源短缺。而随着我国工业和 城市迅速发展,垃圾总数总量不断增长，垃圾渗滤液的处理也是一大难点，垃圾卫生填埋 产生的渗滤液是高浓度有机废水,需引起重视并妥善处理。传统的硝化反硝化污水生物处 理技术存在能耗较高，脱氮效率低的问题，为实现废水处理的可持续发展，可利用低耗高 效的厌氧氨氧化工艺加以解决，而厌氧氨氧化反应会生成NO3 --N，将其与反硝化相耦合是 普遍选择。反硝化是利用有机碳源，以NO3 --N或NO2 --N作为电子受体，厌氧氨氧化耦合反 硝化，可以实现低碳氮比废水的脱氮。本实验前端以短程硝化出水为厌氧氨氧化提供NO2 --N，后端基于反硝化菌的化能自养特性，将其与厌氧氨氧化耦合，具有节省曝气量，污泥产量低的优点。
短程硝化是指将传统的硝化过程控制在氨氧化阶段，可通过实时控制的方式实现，即 在硝化过程中，当氨氧化反应结束时，***内不再产生H+，pH值变化曲线会出现由下降 转为上升的拐点，即“氨氮谷点”，因此可实时监测***内pH变化，在pH曲线达到“氨 氮谷点”时停止曝气将硝化反应控制在氨氧化阶段，为厌氧氨氧化反应提供底物NO2 --N。
而厌氧氨氧化反应有待解决出水含有部分NO3 --N的问题，而有研究表明，适当的有机 物的加入有利于促进厌氧氨氧化反应，这就为厌氧氨氧化耦合反硝化提供了思路。通过控 制进水适当的基质和有机物比例可以实现自养菌和异养菌的稳定共存，两类菌可协同去除 ***中的总氮，提高***总氮的去除率，从而改善出水水质。
发明内容
本发明提供的是一种短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现同步城市生活污水和晚期 垃圾渗滤液的脱氮的装置与方法，目的是解决传统污水处理工艺中碳源不足的问题，同时 在节能降耗的前提上实现出水水质的提高。
1.短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化同步处理城市生活污水和晚期垃圾渗滤液的装置 其特征在于：设有设有生活污水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、垃圾渗滤液水箱(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)：生活污水水箱(1)设有第一进水泵(1.1)；短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、第一搅拌装置(2.8)、第一排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(4)设有第三进水泵(4.1)；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)设有温控装置(5.1)、第二搅拌装置(5.2)、pH/DO测定仪(5.3)和第二排水阀(5.4)。
实验装置连接：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与短程硝化反应器(2)进水口相连；短程硝化反应器(2)出水口通过第一排水阀(2.4)与中间水箱(4)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)进水口通过第二进水泵(3.1)和第三进水泵(4.1)将中间水箱(4)与垃圾渗滤液废水水箱(3)相连，两股水一起进入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)，其通过第二排水阀(5.4)进行排水。
2.实验步骤：
(1)***的启动：
(1.1)短程硝化反应器的启动：接种短程硝化絮体污泥，控制污泥浓度为2500～3000mg/L，水力停留时间4～5h，污泥龄10～15d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽 入短程硝化反应器中，低氧曝气搅拌，控制短程硝化反应器内溶解氧为0.5～2.0mg/L，沉 淀排水，排水比为50％，当短程硝化反应器出水中的NH4 +-N浓度小于5mg/L，且出水硝氮 浓度小于5mg/L，NO2 --N积累率达85％以上时，完成短程硝化反应器的启动过程，其出水排 入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化耦合反硝化反应器的启动：①接种厌氧氨氧化污泥，运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内温度为30±5℃；②在厌氧氨氧化耦合反硝化反应器中以NH4 +-N和NO2 --N质量浓度分别为15～20mg/L和20～30mg/L的模拟废水为进水驯化厌氧氨氧化污泥，通过温控装置控制厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内温度为30±5℃，调节pH为7左右；同时不主动排泥，当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓 度均小于5mg/L，且NO3 --N浓度均小于5mg/L时，即认为厌氧氨氧化耦合反硝化反应器启 动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过第一进水泵(1.1)进入短程硝化反应器中，开启AO运行，利用生 活污水中的有机物将上一周期剩余的NO2 --N通过反硝化作用去除，反应时间为30min；随后开启空气泵，通过调节气体流量计控制短程硝化反应器内溶解氧为0.3～2mg/L，进行短程硝化反应，静置沉淀30～60min后开启排水阀，排水比为50％，并且通过定期排泥控制 污泥龄为10～15d；
(2.2)短程硝化出水进入中间水箱，通过第二进水泵(3.1)和进水泵第三(4.1)将垃圾渗 滤液废水和短程硝化的出水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内，控制混合进水的NH4 +-N 及NO2 —N质量浓度比为1～1.5；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度 为30±1℃；通过厌氧氨氧化作用将NH4 +-N和NO2 --N转化为N2；反硝化菌利用厌氧氨氧化 反应产生的NO3 --N和垃圾渗滤液中的部分有机碳进行反硝化反应，进一步去除厌氧氨氧化 反应产生的NO3 —N，降低出水COD浓度，提高***的总氮去除率；出水通过出水阀排出。
(3)实验装置的优点：
1.通过低氧曝气联合实时控制不仅有利于短程硝化的实现，为厌氧氨氧化提供底物， 还能够节约曝气能耗，降低处理成本；
2.通过反硝化作用去除厌氧氨氧化反应的副产物，提高了***的脱氮效率，改善了出 水水质，同时降低污泥产量；
3.在一个反应器中同时处理两种废水；实现了低氨氮废水与高氨氮废水的同步去除；
4.通过调节进水基质浓度实现厌氧氨氧化反应和反硝化反应的结合，达到稳定的共存 关系。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
主要符号说明如下：
1-生活污水进水箱 2-短程硝化SBR反应器 3-垃圾渗滤液进水箱 4-中间水箱
5-厌氧氨氧化耦合反硝化SBBR反应器
1.1-第一进水泵 2.1-pH测定仪
2.2-曝气盘 2.3-排泥阀 2.4-第一排水阀
2.5-DO测定仪 2.6-空气泵 2.7-转子流量计
2.8-第一搅拌装置
3.1-第二进水泵
4.1-第三进水泵
5.1-温控装置 5.2-第二搅拌装置 5.3-pH/DO测定仪
5.4-第二排水阀
具体实施方式
1.短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化同步处理城市生活污水和晚期垃圾渗滤液的装置 其特征在于：设有生活污水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、垃圾渗滤液水箱(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)：生活污水水箱(1)设有第一进水泵(1.1)；短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、第一搅拌装置(2.8)、第一排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(4)设有第三进水泵(4.1)；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)设有温控装置(5.1)、第二搅拌装置(5.2)、pH/DO测定仪(5.3)和第二排水阀(5.4)。
实验装置连接：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与短程硝化反应器(2)进水口相连；短程硝化反应器(2)出水口通过第一排水阀(2.4)与中间水箱(4)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)进水口通过第二进水泵(3.1)和第三进水泵(4.1)将中间水箱(4)与垃圾渗滤液废水水箱(3)相连，两股水一起进入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)，其通过第二排水阀(5.4)进行排水。
2.实验步骤：
(1)***的启动：
(1.1)短程硝化反应器的启动：接种短程硝化絮体污泥，控制污泥浓度为2500～3000mg/L，水力停留时间4～5h，污泥龄10～15d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽 入短程硝化反应器中，低氧曝气搅拌，控制短程硝化反应器内溶解氧为0.5～2.0mg/L，沉 淀排水，排水比为50％，当短程硝化反应器出水中的NH4 +-N浓度小于5mg/L，且出水硝氮 浓度小于5mg/L，NO2 --N积累率达85％以上时，完成短程硝化反应器的启动过程，其出水排 入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化耦合反硝化反应器的启动：①接种厌氧氨氧化污泥，运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内温度为30±5℃；②在厌氧氨氧化耦合反硝化反应器中以NH4 +-N和NO2 --N质量浓度分别为15～20mg/L和20～30mg/L的模拟废水为进水驯化厌氧氨氧化污泥，通过温控装置控制厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内温度为30±5℃，调节pH为7左右；同时不主动排泥，当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓 度均小于5mg/L，且NO3 --N浓度均小于5mg/L时，即认为厌氧氨氧化耦合反硝化反应器启 动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过第一进水泵(1.1)进入短程硝化反应器中，开启AO运行，利用生 活污水中的有机物将上一周期剩余的NO2 --N通过反硝化作用去除，反应时间为30min；随后开启空气泵，通过调节气体流量计控制短程硝化反应器内溶解氧为0.3～2mg/L，进行短程硝化反应，静置沉淀30～60min后开启排水阀，排水比为50％，并且通过定期排泥控制 污泥龄为10～15d；
(2.2)短程硝化出水进入中间水箱，通过第二进水泵(3.1)和第三进水泵(4.1)将垃圾渗 滤液废水和短程硝化的出水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内，控制混合进水的NH4 +-N 及NO2 —N质量浓度比为1～1.5；运行过程中不主动排泥；通过温控装置控制反应器内温度 为30±1℃；通过厌氧氨氧化作用将NH4 +-N和NO2 --N转化为N2；反硝化菌利用厌氧氨氧化 反应产生的NO3 --N和垃圾渗滤液中的部分有机碳进行反硝化反应，进一步去除厌氧氨氧化 反应产生的NO3 —N，降低出水COD浓度，提高***的总氮去除率；出水通过出水阀排出。

Claims (1)

1.短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化同步处理城市生活污水和晚期垃圾渗滤液的方法，该方法所用装置设有生活污水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、垃圾渗滤液水箱(3)、中间水箱(4)、厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)：生活污水水箱(1)设有第一进水泵(1.1)；短程硝化反应器(2)设有pH测定仪(2.1)、曝气装置(2.2)、DO测定仪(2.5)、气体流量计(2.7)、空气泵(2.6)、第一搅拌装置(2.8)、第一排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(4)设有第三进水泵(4.1)；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)设有温控装置(5.1)、第二搅拌装置(5.2)、pH/DO测定仪(5.3)和第二排水阀(5.4)；
生活污水水箱(1)通过第一进水泵(1.1)与短程硝化反应器(2)进水口相连；短程硝化反应器(2)出水口通过第一排水阀(2.4)与中间水箱(4)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)进水口通过第二进水泵(3.1)和第三进水泵(4.1)将中间水箱(4)与垃圾渗滤液废水水箱(3)相连，两股水一起进入厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)，其通过第二排水阀(5.4)进行排水；
其特征在于，包括如下步骤：
1)短程硝化反应器的启动：接种短程硝化絮体污泥，控制污泥浓度为2500～3000mg/L，水力停留时间4～5h，污泥龄10～15d；每周期通过蠕动泵将污水从生活污水水箱抽入短程硝化反应器中，低氧曝气搅拌3～5h，控制短程硝化反应器内溶解氧为0.5～2.0mg/L，沉淀排水，排水比为50％，当短程硝化反应器出水中没有氨氮而且NO2 —N积累率达到85％以上时，完成短程硝化反应器的启动过程，其出水排入中间水箱；
厌氧氨氧化耦合反硝化反应器的启动：将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化耦合反硝化反应器，使厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内污泥浓度达到4000～5000mg/L；将厌氧氨氧化海绵填料投加到厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内，使厌氧氨氧化耦合反硝化反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到厌氧氨氧化耦合反硝化反应器有效容积的40％～50％；
2)运行时调节操作：
将城市污水加入生活污水水箱(1)，启动第一进水泵(1.1)将城市污水抽 入短程硝化反应器(2)；短程硝化反应器(2)运行时，污泥龄控制在10～20d，每周期缺氧搅拌20～30min，再曝气搅拌120～210min并控制短程硝化反应器(2)内溶解氧浓度为0.3～1mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为40％～70％，出水排入中间水箱(4)；调节水箱出水通过第三进水泵(4.1)再与垃圾渗滤液进入一体化厌氧氨氧化耦合反硝化反应器，根据垃圾渗滤液的氨氮浓度，调整第二进水泵(3.1)和第三进水泵(4.1)的泵速，使得一体化厌氧氨氧化反硝化反应器(5)中进水的NO2 --N∶NH4 +-N质量浓度比为1.5～2.0；一体化厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(5)运行时，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器一直处于缺氧搅拌状态，排水比为40％～50％，不主动排泥。
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