CN113023872A - 同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现生活污水脱氮的装置与方法 - Google Patents

同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现生活污水脱氮的装置与方法 Download PDF

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Abstract

同步短程硝化反硝化‑厌氧氨氧化耦合反硝化实现生活污水脱氮的装置与方法，属污水生物处理领域。装置包括原水水箱，同步短程硝化反硝化SBR反应器，调节水箱，厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器。生活污水进入短程硝化反应器中，通过实时控制达到完全亚硝出水，出水进入中间水箱，后通过控制中间出水与生活污水比例混合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和反硝化的协同反应，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，提高了总氮的去除效率，实现了高效节能的城市污水脱氮。

Description

同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现生活污水 脱氮的装置与方法
技术领域
本发明所涉及的同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现城市生活污水脱氮的装置与方法，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。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。本实验前端以短程硝化出水为厌氧氨氧化提供NO2 --N，后端生活污水提供NH4 +-N和COD，利用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。研究表明，适当COD的加入会促进厌氧氨氧化耦合反硝化的协同脱氮，两者可以实现稳定的共存关系，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同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化实现城市生活污水脱氮的装置与方法，目的是解决传统污水处理工艺中碳源不足的问题，节能降耗的同时提高出水水质。
1.同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化处理城市生活污水的装置其特征在于：设有原水箱(1)、同步短程硝化内源反硝化反应器(2)、中间水箱(3)和厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)：原水箱(1)设有进水泵Ⅰ；短程硝化SBR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)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ和进水泵Ⅲ；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器(4)设有温控装置(4.1)、pH/DO测定仪(4.4)、出水管(4.6)和集气口(4.7)。
实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与短程硝化SBR反应器(2)进水口相连；短程硝化反应器((2)出水口通过排水阀(2.4)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与进水泵Ⅲ(3.2)，分别与中间水箱(3)与原水箱(1)相连，厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器(4)出水口通过出水管(4.6)进行排水。
2.实验步骤：
(1)***的启动：
(1.1)短程硝化SBR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15～20d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽入反应器中，低氧曝气搅拌2～3h，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SBR反应器出水中的NH4 +-N和NO3 --N质量浓度小于等于5mg/L，且NO2 --N的质量浓度大于等于15mg/L，亚硝积累率大于等于90％时，完成短程硝化SBR反应器的启动过程，其出水排入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化UASB反应器的启动：①接种厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥平均粒径为0.3～0.5mm；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℃；②在厌氧氨氧化UASB反应器中以浓度为15～20mg/LNH4 +CL和20～30mg/LNaNO2配的模拟废水为进水富集培养厌氧氨氧化菌，通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃，调节pH为7～8；控制混合后反应器内污泥浓度为4000～5000mg/L，水力停留时间为150～160min；当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓度均小于5mg/L时，即认为厌氧氨氧化反应器启动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入短程硝化SBR反应器中，开启AO运行，短程硝化SBR反应器经历进水、反应、静置、沉淀、出水五个过程，进水后厌氧搅拌，反应时间为30～60min，去除水中有机物，并储存为内碳源；随后开启空气泵，进行好氧搅拌，通过调节气体流量计控制溶解氧为0.3～2mg/L，进行短程硝化反应，反应时间为2～3h；搅拌结束后，静置沉淀30～60min后开启排水阀，排水比为50％～70％，通过定期排泥控制污泥龄为15～20d；反应出水中NH4 +-N和NO3 --N质量浓度小于等于5mg/L，亚硝积累率大于等于90％；
(2.2)含有NO2 --N的短程硝化SBR出水进入中间水箱，通过进水泵Ⅱ和进水泵Ⅲ将中间水箱与原水箱的生活污水按照NO2 —N/NH4 +-N的质量浓度比为1～1.32进行混合，混合污水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器内；水力停留时间为4～7h,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±1℃；反应器内通过厌氧氨氧化菌作用将进水的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2；而反硝化菌则利用COD作为电子供体与NO3 --N反应产生NO2 --N，进一步供厌氧氨氧化反应，从而达到脱氮的作用；反应出水中NH4 +-N和NO2 --N质量浓度小于等于5mg/L,出水通过U型出水管溢流排出。(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同步短程硝化耦合反硝化的实现，还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；
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-进水箱 2-半短程硝化SBR反应器 3-中间水箱
4-厌氧氨氧化耦合自养反硝化反应器
1.1-蠕动泵I 2.1-pH测定仪
2.2-曝气盘 2.3-排泥阀 2.4-排水阀
2.5-DO测定仪 2.6-气泵 2.7-转子流量计
2.8-搅拌装置
3.1-蠕动泵 3.2-蠕动泵
4.1-温控 4.2-进水阀 4.3-蠕动泵
4.4-pH/DO测定仪 4.5-回流口
4.6-出水口区 4.7-集气口
具体实施方式
1.实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与短程硝化反应器(2)进水口相连；短程硝化反应器((2)出水口通过排水阀(2.4)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与进水泵Ⅲ(3.2)，分别与中间水箱(3)与原水箱(1)相连，厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)出水口通过出水管(4.6)进行排水。
2.实验步骤：
(1)***的启动：
(1.1)短程硝化SBR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15～20d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽入反应器中，低氧曝气搅拌2～3h，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SBR反应器出水中的NH4 +-N和NO3 --N质量浓度小于等于5mg/L，且NO2 --N的质量浓度大于等于15mg/L，亚硝积累率大于等于90％时，完成短程硝化SBR反应器的启动过程，其出水排入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化UASB反应器的启动：①接种厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥平均粒径为0.3～0.5mm；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℃；②在厌氧氨氧化UASB反应器中以浓度为15～20mg/LNH4 +CL和20～30mg/LNaNO2配的模拟废水为进水富集培养厌氧氨氧化菌，通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃，调节pH为7～8；控制混合后反应器内污泥浓度为4000～5000mg/L，水力停留时间为150～160min；当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓度均小于5mg/L时，即认为厌氧氨氧化反应器启动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入短程硝化SBR反应器中，开启AO运行，短程硝化SBR反应器经历进水、反应、静置、沉淀、出水五个过程，进水后厌氧搅拌，反应时间为30～60min，去除水中有机物，并储存为内碳源；随后开启空气泵，进行好氧搅拌，通过调节气体流量计控制溶解氧为0.3～2mg/L，进行短程硝化反应，反应时间为2～3h；搅拌结束后，静置沉淀30～60min后开启排水阀，排水比为50％～70％，通过定期排泥控制污泥龄为15～20d；反应出水中NH4 +-N和NO3 --N质量浓度小于等于5mg/L，亚硝积累率大于等于90％；
(2.2)含有NO2 --N的短程硝化SBR出水进入中间水箱，通过进水泵Ⅱ和进水泵Ⅲ将中间水箱与原水箱的生活污水按照NO2 —N/NH4 +-N的质量浓度比为1～1.32进行混合，混合污水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器内；水力停留时间为4～7h,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±1℃；反应器内通过厌氧氨氧化菌作用将进水的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2；而反硝化菌则利用COD作为电子供体与NO3 --N反应产生NO2 --N，进一步供厌氧氨氧化反应，从而达到脱氮的作用；反应出水中NH4 +-N和NO2 --N质量浓度小于等于5mg/L,出水通过U型出水管溢流排出。

Claims (2)

1.同步短程硝化反硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化处理城市生活污水的装置，其特征在于：设有原水箱(1)、同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)、中间水箱(3)和厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器(4)：原水箱(1)设有进水泵Ⅰ；短程硝化SBR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)、搅拌装置(2.8)、排水阀(2.4)和排泥阀(2.3)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ和进水泵Ⅲ；上流式厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器(4)设有温控装置(4.1)、pH/DO测定仪(4.4)、出水管(4.6)和集气口(4.7)；
实验装置连接：原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与短程硝化SBR反应器(2)进水口相连；短程硝化SBR反应器((2)出水口通过排水阀(2.4)与中间水箱(3)相连；厌氧氨氧化耦合反硝化反应器(4)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与进水泵Ⅲ(3.2)，分别与中间水箱(3)与原水箱(1)相连，厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器(4)出水口通过出水管(4.6)进行排水。
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)***的启动：
(1.1)短程硝化SBR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15～20d；每周期通过蠕动泵将污水从原水箱抽入反应器中，低氧曝气搅拌2～3h，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SBR反应器出水中的NH4 +-N和NO3 --N质量浓度小于等于5mg/L，且NO2 --N的质量浓度大于等于15mg/L，亚硝积累率大于等于90％时，完成短程硝化SBR反应器的启动过程，其出水排入调节水箱；
(1.2)厌氧氨氧化UASB反应器的启动：①接种厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥平均粒径为0.3～0.5mm；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℃；②在厌氧氨氧化UASB反应器中以浓度为15～20mg/LNH4 +CL和20～30mg/LNaNO2配的模拟废水为进水富集培养厌氧氨氧化菌，通过温控装置控制反应器内温度为30±1℃，调节pH为7～8；控制混合后反应器内污泥浓度为4000～5000mg/L，水力停留时间为150～160min；当反应器出水NH4 +-N及NO2 --N浓度均小于5mg/L时，即认为厌氧氨氧化反应器启动成功；
(2)启动成功后的运行操作：
(2.1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入短程硝化SBR反应器中，开启AO运行，短程硝化SBR反应器经历进水、反应、静置、沉淀、出水五个过程，进水后厌氧搅拌，反应时间为30～60min，去除水中有机物，并储存为内碳源；随后开启空气泵，进行好氧搅拌，通过调节气体流量计控制溶解氧为0.3～2mg/L，进行短程硝化反应，反应时间为2～3h；搅拌结束后，静置沉淀30～60min后开启排水阀，排水比为50％～70％，通过定期排泥控制污泥龄为15～20d；反应出水中NH4 +-N和NO3 --N质量浓度小于等于5mg/L，亚硝积累率大于等于90％；
(2.2)含有NO2 --N的短程硝化SBR出水进入中间水箱，通过进水泵Ⅱ和进水泵Ⅲ将中间水箱与原水箱的生活污水按照NO2 —N/NH4 +-N的质量浓度比为1～1.32进行混合，混合污水泵入厌氧氨氧化耦合反硝化UASB反应器内；水力停留时间为4～7h,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±1℃；反应器内通过厌氧氨氧化菌作用将进水的NH4 +-N与NO2 --N转化为N2；而反硝化菌则利用COD作为电子供体与NO3 --N反应产生NO2 --N，进一步供厌氧氨氧化反应，从而达到脱氮的作用；反应出水中NH4 +-N和NO2 --N质量浓度小于等于5mg/L,出水通过U型出水管溢流排出。
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