CN116143284B - 通过混合污泥发酵物在连续流aoa工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
通过混合污泥发酵物在连续流AOA工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化的装置与方法，属于污水处理及污泥减量领域。AOA反应器中，厌氧区微生物储存内碳源；污水进入好氧区进行部分短程硝化耦合厌氧氨氧化，最后进入缺氧区进行部分短程反硝化耦合厌氧氨氧化与反硝化。在好氧区和缺氧区投加固定生物填料，以持留富集厌氧氨氧化菌。沉淀池底部厌氧污泥回流至厌氧区和缺氧区。水厂初沉污泥与反应器剩余污泥进行混合发酵后连续投加到反应器厌氧区和缺氧区，利用混合污泥发酵物抑制NOB活性和提供优质碳源的特点以实现稳定的亚硝积累。此方法简单可行，不仅实现污泥减量，还解决连续流工艺中双短程耦合厌氧氨氧化实现难的问题，节能降耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于双短程耦合厌氧氨氧化反硝化工艺处理城市生活污水并处置污泥的方法和装置，属于污水生物处理及污泥减量技术领域。
背景技术
随着我国社会经济的发展，人民生活水平得到了显著提高，中国城市化得到了突飞猛进的发展。城市化浪潮下，水环境污染问题日益受到人们的重视。生活污水的排放量日益增加，生活污水中含有大量的氮磷营养物，排入水体后极易导致河流、湖泊等缓流水体藻类异常繁殖的富营养化现象。
城市生活污水的一大典型特点是C/N较低，用于生物脱氮的碳源不足，出水难以满足现有的排放标准。目前城市污水处理厂大多通过投加额外的碳源如乙酸钠、乙醇、葡萄糖等解决碳源不足的问题，这一方面极大的增加了运行成本，另一方面也极易造成微生物对外加碳源的依赖性，增大污泥产量。目前，城市污水处理厂往往将初沉污泥和剩余污泥混合处置，处理处置方法多以填埋为主，脱水、发酵、消化为辅。
污泥厌氧发酵较好的解决了污泥处置的难题，以初沉池和二沉池混合污泥发酵物为外碳源，不仅可利用发酵物抑制NOB活性的特点实现短程硝化，还可有效结合初沉污泥发酵溶出相对少的氮、磷和二沉池污泥可产生大量VFAs的特点，利于短程反硝化的进行，有利于水质的达标。
厌氧氨氧化作为一种新型脱氮技术，具有节约曝气能耗和有机碳源，污泥产量低等诸多优势。厌氧氨氧化技术在主流污水处理中应用的一大瓶颈是厌氧氨氧化菌的富集与持留。主流污水处理厂的常用工艺形式为连续流，而厌氧/缺氧/好氧(AOA)模式能够在厌氧区充分利用原水碳源并储存为内碳源。好氧区和缺氧区内投加固定生物填料可有效富集厌氧氨氧化菌，在好氧区实现短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮，理论上可节约60％的曝气和100％的碳源，在缺氧区实现短程反硝化耦合厌氧氨氧化反硝化脱氮，理论上可节约50％的曝气和80％的碳源。双短程耦合厌氧氨氧化反硝化脱氮工艺不仅实现了低C/N城市生活污水的高效脱氮，还实现了污泥的减量化与资源化，降低了运行成本。
发明内容
针对污水处理和污泥处置过程中的难题，本发明提出了一种向连续流AOA工艺的厌氧区和缺氧区投加混合污泥发酵物实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化脱氮，从而实现污水的高效脱氮和污泥的减量化与资源化的装置与方法。
此方法简单可行，主要通过混合污泥发酵物抑制NOB活性和提供优质碳源的特点，从而使得连续流中好氧区内发生短程硝化反应，缺氧区发生短程反硝化反应。此外在好氧区和缺氧区投加固定生物填料以富集厌氧氨氧化菌，强化主流厌氧氨氧化的实现。
一种通过混合污泥发酵物在连续流AOA工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化的装置与方法，其特征在于：所用装置主要包括城市生活污水水箱(1)、连续流AOA反应器(2)、沉淀池(3)、曝气***(4)、储泥箱(5)、混合污泥发酵***(6)；连续流反应器按水流方向分为2格厌氧区(2.1)、3格好氧区(2.2)、4格缺氧区(2.3)，为防止短流现象的发生，每个格室用短管相连。城市生活污水水箱中的原水经蠕动泵(1.2)进入厌氧区(2.1)中；好氧区(2.2)通过包括空压机(4.1)、气体流量计(4.2)、曝气盘(4.3)组成的曝气***(4)持续曝气；厌氧区(2.1)和缺氧区(2.3)内设有第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；好氧区(2.2)和缺氧区(2.3)内采用固定生物填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌；在厌氧区(2.1)末格、好氧区(2.2)末格和缺氧区(2.3)末格均设有pH/DO测定仪(2.6)。连续流AOA反应器(2)出水进入沉淀池(3)，沉淀池底部污泥通过第一污泥回流泵(3.3)回流至厌氧区(2.1)首格、通过第二污泥回流泵(3.4)回流至缺氧区(2.3)首格，最终通过出水管(3.3)出水。储泥箱(5)内储存有相同污泥浓度的等体积混合的城市污水处理厂初沉污泥与本装置排放的剩余污泥污泥。混合污泥经过进泥泵(5.2)进入混合污泥发酵***(6)进行发酵，混合污泥发酵***(6)包括第二搅拌电机与搅拌桨(6.1)、pH/T测定仪(6.2)、放空管(6.3)。发酵后发酵物由排泥口通过第三污泥回流泵(6.4)连续投加至AOA反应器的厌氧区(2.1)首格、通过第四污泥回流泵(6.5)连续投加至AOA反应器的缺氧区(2.3)首格。混合污泥发酵***(6)包括第二搅拌电机与搅拌桨(6.1)、pH/T测定仪(6.2)、放空管(6.3)、第三污泥回流泵(6.4)和第四污泥回流泵(6.5)。
一种通过混合污泥发酵物在连续流AOA工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)各个单元的启动
1.1)AOA反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化工艺的二沉池回流污泥于AOA反应器中，保持反应器的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用实际生活污水，COD：100-200mg/L，NH4 +-N:40-60mg/L，；水力停留时间：10-15h，第一污泥回流比和第二污泥回流比均为100％。调节转子流量计控制好氧区DO在1.5-2.0mg/L，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为20-30d，通过控制好氧区内较低溶解氧和主动排泥等措施尝试实现短程硝化。运行过程中每天监测反应器各区和沉淀池的氮化合物和COD浓度，以实时掌握连续流***的短程硝化实现情况，当好氧区亚硝酸盐积累率大于80％且持续维持20天以上时，即认为短程硝化得以实现；短程硝化实现后，接种城市污水厌氧氨氧化生物膜反应器填料到好氧区和缺氧区，填充比为25-30％。在此阶段，控制反应器温度为20-24℃；当AOA反应器的COD、总氮去除率分别达到80％以上并持续20天以上，则认定AOA反应器启动成功；
1.2)混合污泥发酵***：混合污泥发酵***接种污泥为城市污水处理厂初沉污泥与***排放的剩余污泥，稀释两者VSS均为6000-8000mg/L，等体积混合后得到混合污泥。混合污泥发酵***每天运行两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，pH维持在10±0.2，温度维持在35±2℃，整个过程保持发酵***污泥龄6-8d。根据污泥龄每天排出部分混合污泥并加入等体积新鲜混合污泥至发酵***，运行过程中每天监测反应器内发酵物的氮化合物、SCFAs和COD的浓度。
2)各个单元的运行
2.1)AOA反应器中各区体积比为厌氧区体积：好氧区体积：缺氧区体积＝2：3：4，好氧区和缺氧区均设有固定生物填料，填料均采用直径为20-30mm的厌氧氨氧化菌填料，填充比为25-30％。AOA反应器总水力停留时间为10-15h；第一污泥回流比与第二污泥回流比均为100％，控制反应器剩余污泥排放，使絮体污泥的污泥龄在14-16d。调控转子流量计以控制好氧区溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L，进水为实际生活污水，进水COD：100-200mg/L，NH4 +-N:40-60mg/L。运行过程中每两天监测反应器各区和沉淀池的氮化合物和COD浓度。
2.2)混合污泥发酵***：混合污泥发酵***每天运行两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，pH维持在10±0.2，温度维持在35±2℃，整个过程保持发酵***污泥龄6-8d。根据污泥龄每天排放混合污泥至连续流***的厌氧区和缺氧区首格，投加量均为30-50mL/h，并补充等体积新鲜混合污泥至发酵***，每两天监测***内发酵物的氮化合物、SCFAs和COD的浓度。
在连续流AOA工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化工艺中，技术原理是利用混合污泥发酵物对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制作用远大于对氨氧化细菌(AOB)的抑制作用，结合较低溶解氧和排泥的手段在连续流AOA工艺中稳定维持短程硝化，同时利用混合污泥发酵物中含有的大量优质碳源来完成短程反硝化。在AOA反应器中，厌氧区微生物利用生活污水中的碳源和混合污泥发酵物的碳源合成内碳源；进入好氧段，在混合污泥发酵物和低溶解氧的作用下发生短程硝化反应，将进水中的部分NH4 +氧化为NO2 -，形成亚硝积累，为厌氧氨氧化菌提供充足的底物，固定生物填料内部的缺氧环境也有利于厌氧氨氧化菌的富集，从而在好氧区发生短程硝化耦合厌氧氨氧化反应。最后污水进入缺氧区，在混合污泥发酵物作用下，发生短程反硝化反应，将好氧区厌氧氨氧化反应生成的副产物NO3 -还原为NO2 -，为厌氧氨氧化菌提供充足的底物，固定生物填料内部缺氧环境也有利于厌氧氨氧化菌的富集，NO2 -与原水中剩余的NH4 +以及混合污泥发酵物引入的NH4 +发生短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应，同时剩余NO2 -和NO3 -在反硝化菌的作用下被还原为氮气。该工艺不仅具有节能高效的特点，而且可以同时实现污泥减量，为城市污水处理与污泥处置提供一种新的思路。
本发明具有以下优势：
1)减少污泥旁侧处理***费用和药耗，对于实际连续流污水处理工程升级改造具有一定的指导意义；
2)双短程耦合厌氧氨氧化反硝化反应过程为部分自养脱氮，有效降低污泥产量，有利于降低污泥处置费用，减少外加碳源，节能降耗；
3)以初沉污泥和剩余污泥混合后的污泥发酵物为外碳源，可有效结合初沉污泥发酵溶出相对少的氮、磷和剩余污泥可产生大量短链脂肪酸的特点，利于短程硝化和短程反硝化的进行，减小氮磷的引入量，有利于水质的达标。
附图说明
图1是一种通过混合污泥发酵物在连续流AOA工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化的装置图。
如图1所示结构示意图，1为城市生活污水水箱；2为连续流AOA反应器；3为沉淀池；4为曝气***；5为储泥箱；6为混合污泥发酵***。1.1为放空管，1.2为蠕动泵，1.3为进水管。2.1为厌氧段，2.2为好氧段，2.3为缺氧段，2.4为第一搅拌电机和搅拌桨，2.5为固定生物填料，2.6为pH/DO测定仪，2.7为放空管。3.1为放空管，3.2为出水管，3.3为第一污泥回流泵，3.4为第二污泥回流泵。4.1为空压机，4.2为转子流量计，4.3为曝气盘。5.1为放空管，5.2为进泥泵。6.1为第二搅拌电机和搅拌桨，6.2为pH/T测定仪，6.3为放空管，6.4为第三污泥回流泵，6.5为第四污泥回流泵。
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的实施方案：
接种接种城市污水厂全程硝化反硝化污泥投加至连续流反应器(2)，并培养该污泥使污泥浓度达到3500-5000mg/L，再向好氧区(2.2)和缺氧区(2.3)投加固定生物填料(2.5)，填充比为25-30％。
城市生活污水水箱中的原水经蠕动泵(1.2)进入厌氧区(2.1)中，；好氧区(2.2)通过包括空压机(4.1)、气体流量计(4.2)、曝气盘(4.3)组成的曝气***(4)持续曝气；厌氧区(2.1)和缺氧区(2.3)内设有第一搅拌电机与搅拌桨(2.4)；好氧区和缺氧区采用固定生物填料(2.5)持留厌氧氨氧化菌，填充比为25-30％；在厌氧区(2.1)末格、好氧区(2.2)末格、缺氧区(2.3)末格均有pH/DO测定仪(2.6)。沉淀池底部污泥通过第一污泥回流泵(3.3)回流至厌氧区(2.1)首格、通过第二污泥回流泵(3.4)回流至缺氧区(2.3)首格，最终通过出水管(3.3)出水。第一污泥回流比和第二污泥回流比均为100％。储泥箱(5)内储存有相同污泥浓度的等体积混合的城市污水处理厂初沉污泥与本装置排放的剩余污泥污泥。混合污泥经过进泥泵(5.2)进入混合污泥发酵***(6)进行发酵，混合污泥发酵***(6)包括第二搅拌电机与搅拌桨(6.1)、pH/T测定仪(6.2)、放空管(6.3)。发酵后发酵物由排泥口通过第三污泥回流泵(6.4)连续投加至AOA反应器的厌氧区(2.1)首格、通过第四污泥回流泵(6.5)连续投加至AOA反应器的缺氧区(2.3)首格，投加量均为30-50mL/h。混合污泥发酵***(6)包括第二搅拌电机与搅拌桨(6.1)、pH/T测定仪(6.2)、放空管(6.3)、第三污泥回流泵(6.4)和第四污泥回流泵(6.5)。
AOA反应器中，厌氧区利用生活污水中的碳源和混合污泥发酵物的碳源合成内碳源，然后进入好氧区，在混合污泥发酵物和低溶解氧的作用下发生短程硝化反应，将进水中的部分NH4 +氧化为NO2 -，形成亚硝积累，为厌氧氨氧化菌提供充足的底物，固定生物填料也有利于厌氧氨氧化菌的富集，从而在好氧区发生短程硝化耦合厌氧氨氧化反应。最后污水进入缺氧区，在混合污泥发酵物内含有的大量优质碳源的作用下，发生短程反硝化反应，将好氧区内厌氧氨氧化反应生成的副产物NO3-还原为NO2 -，为厌氧氨氧化菌提供了充足的底物，固定生物填料也有利于厌氧氨氧化菌的富集，NO2 -与原水中剩余的NH4 +以及混合污泥发酵物引入的NH4 +发生短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应，同时剩余NO2 -和NO3 -在反硝化菌的作用下被还原为氮气。
AOA反应器总水力停留时间为10-15h；第一污泥回流比与第二污泥回流比均为100％，控制反应器剩余污泥排放，使絮体污泥的污泥龄在14-16d。具体操作如下：
1)各个单元的启动
1.1)AOA反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化工艺的二沉池回流污泥于AOA反应器中，保持反应器的污泥浓度在3500-5000mg/L；进水采用实际生活污水，COD：100-200mg/L，NH4 +-N:40-60mg/L；水力停留时间：10-15h，第一污泥回流比和第二污泥回流比均为100％。调节转子流量计控制好氧区DO在1.5-2.0mg/L，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为20-30d，通过控制好氧区内较低溶解氧和主动排泥等措施尝试实现短程硝化。运行过程中每天监测反应器各区和沉淀池的氮化合物和COD浓度，以实时掌握连续流***的短程硝化实现情况，当好氧区亚硝酸盐积累率大于80％且持续维持20天以上时，即认为短程硝化得以实现；短程硝化实现后，接种城市污水厌氧氨氧化生物膜反应器填料到好氧区和缺氧区，填充比为25-30％。在此阶段，控制反应器温度为20-24℃；当AOA反应器的COD、总氮去除率分别达到80％以上并持续20天以上，则认定AOA反应器启动成功；
1.2)混合污泥发酵***：混合污泥发酵***接种污泥为城市污水处理厂初沉污泥与***排放的剩余污泥，稀释两者VSS均为6000-8000mg/L，等体积混合后得到混合污泥。混合污泥发酵***每天运行两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，pH维持在10±0.2，温度维持在35±2℃，整个过程保持发酵***污泥龄6-8d。根据污泥龄每天排出部分混合污泥并加入等体积新鲜混合污泥至发酵***，运行过程中每天监测反应器内发酵物的氮化合物、SCFAs和COD的浓度。
2)各个单元的运行
2.1)AOA反应器中各区体积比为厌氧区体积：好氧区体积：缺氧区体积＝2：3：4，好氧区和缺氧区均设有固定生物填料，填料均采用直径为20-30mm的厌氧氨氧化菌填料，填充比为25-30％。AOA反应器总水力停留时间为10-15h；第一污泥回流比与第二污泥回流比均为100％，控制反应器剩余污泥排放，使絮体污泥的污泥龄在14-16d。调控转子流量计以控制好氧区溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L，进水为实际生活污水，进水COD：100-200mg/L，NH4 +-N:40-60mg/L。运行过程中每两天监测反应器各区和沉淀池的氮化合物和COD浓度。
2.2)混合污泥发酵***：混合污泥发酵***每天运行两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，其余时间为厌氧搅拌，pH维持在10±0.2，温度维持在35±2℃，整个过程保持发酵***污泥龄6-8d。根据污泥龄每天排放混合污泥至连续流***的厌氧区和缺氧区首格，投加量均为30-50mL/h，并补充等体积新鲜混合污泥至发酵***，每两天监测***内发酵物的氮化合物、SCFAs和COD的浓度。
Claims (1)
1.一种通过混合污泥发酵物在连续流AOA工艺中实现双短程耦合厌氧氨氧化反硝化的方法，其特征在于：该方法所用装置包括城市生活污水水箱（1）、连续流AOA反应器（2）、沉淀池（3）、曝气***（4）、储泥箱（5）、混合污泥发酵***（6）；连续流反应器按水流方向分为2格厌氧区（2.1）、3格好氧区（2.2）、4格缺氧区（2.3）；城市生活污水水箱中的原水经蠕动泵（1.2）进入厌氧区（2.1）中；好氧区（2.2）通过包括空压机（4.1）、气体流量计（4.2）、曝气盘（4.3）组成的曝气***（4）持续曝气；厌氧区（2.1）和缺氧区（2.3）内设有第一搅拌电机与搅拌桨；好氧区（2.2）和缺氧区（2.3）内采用固定生物填料（2.5）持留厌氧氨氧化菌；在厌氧区（2.1）末格、好氧区（2.2）末格和缺氧区（2.3）末格均设有pH/DO测定仪（2.6）；连续流AOA反应器（2）出水进入沉淀池（3），最终通过出水管出水；沉淀池底部污泥通过第一污泥回流泵（3.3）回流至厌氧区（2.1）首格、通过第二污泥回流泵（3.4）回流至缺氧区（2.3）首格；
混合污泥经过进泥泵（5.2）进入混合污泥发酵***（6）进行发酵，混合污泥发酵***（6）包括第二搅拌电机与搅拌桨、pH/T测定仪（6.2）、放空管（6.3）；发酵后发酵物由排泥口通过第三污泥回流泵（6.4）连续投加至AOA反应器的厌氧区（2.1）首格、通过第四污泥回流泵（6.5）连续投加至AOA反应器的缺氧区（2.3）首格；混合污泥发酵***（6）包括第二搅拌电机与搅拌桨、pH/T测定仪（6.2）、放空管（6.3）、第三污泥回流泵（6.4）和第四污泥回流泵（6.5）；
该方法包括以下步骤：
各个单元的启动
AOA反应器：接种城市污水厂全程硝化反硝化工艺的二沉池回流污泥于AOA反应器中，保持污泥浓度在3500-5000 mg/L；进水采用实际生活污水，COD：100-200 mg/L，NH4 +-N:40-60 mg/L；水力停留时间：10-15 h，第一污泥回流比和第二污泥回流比均为100％；调节转子流量计控制好氧区DO在1.5-2.0 mg/L，同时在当前污泥浓度下每日主动排泥以淘洗NOB，污泥龄设置为20-30 d；
当好氧区亚硝酸盐积累率大于80%且持续维持20天以上时，即认为短程硝化得以实现；短程硝化实现后，接种城市污水厌氧氨氧化生物膜反应器填料到好氧区和缺氧区，填充比为25-30％；在此阶段，控制反应器温度为20-24℃；当AOA反应器的COD、总氮去除率分别达到80％以上并持续20天以上，则认定AOA反应器启动成功；
1.2）混合污泥发酵***：混合污泥发酵***接种污泥为城市污水处理厂初沉污泥与***排放的剩余污泥，稀释两者VSS均为6000-8000 mg/L，等体积混合后得到混合污泥；混合污泥发酵***每天运行两个周期，每个周期12 h，包括进泥20 min，排泥20 min，其余时间为厌氧搅拌，pH维持在10±0.2，温度维持在35±2 ℃，整个过程保持发酵***污泥龄6-8d；根据污泥龄每天排出部分混合污泥并加入等体积新鲜混合污泥至发酵***，运行过程中每天监测反应器内发酵物的氮化合物、SCFAs和COD的浓度；
各个单元的运行
2.1）AOA反应器中各区体积比为厌氧区体积：好氧区体积：缺氧区体积=2：3：4，好氧区和缺氧区均设有固定生物填料，填料均采用直径为20-30 mm的厌氧氨氧化菌填料，填充比为25-30％；AOA反应器总水力停留时间为10-15 h；第一污泥回流比与第二污泥回流比均为100%，控制反应器剩余污泥排放，使絮体污泥的污泥龄在14-16 d；调控转子流量计以控制好氧区溶解氧浓度为1.5-2.0 mg/L，进水为实际生活污水，进水COD：100-200 mg/L，NH4 +-N:40-60 mg/L；
2.2）混合污泥发酵***：混合污泥发酵***每天运行两个周期，每个周期12 h，包括进泥20 min，排泥20 min，其余时间为厌氧搅拌，pH维持在10±0.2，温度维持在35±2 ℃，整个过程保持发酵***污泥龄6-8 d；根据污泥龄每天排放混合污泥至连续流***的厌氧区和缺氧区首格，并补充等体积新鲜混合污泥至发酵***。
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