CN116239220B - 硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置与方法，属于污水污泥生物处理领域。主体反应器均为序批式SBR反应器。所述方法包括以下步骤：腈纶废水进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，硫氧化细菌与全程硝化细菌将硫氰酸盐和氨氮转化为硫酸盐和硝酸盐。上述反应器出水与生活污水共同进入短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器，硝酸盐、氨氮及有机物经反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌协同去除。本发明有效解决了工业废水传统生物处理工艺中碳源匮乏及微生物耐毒性弱的问题，可实现氮、硫、碳污染物的高效降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置与方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
目前生化处理被认为是最经济有效的主导技术，但仅依赖于传统硝化反硝化工艺处理腈纶废水，碳源匮乏及生物毒性两大障碍将难以实现出水水质达标。此外特征无机污染物硫氰酸盐对主要控制指标COD及氨氮均有直接或间接的贡献，从而影响出水水质，因此需要联合不同特点的工艺实现氮硫双脱及有机物的有效去除。
硫氰酸盐可作为氮源、硫源或碳源被微生物利用转化，最终产物均为硫酸盐、二氧化碳及氨氮，其中大部分氨氮被释放至水相，增加了脱氮负荷。控制污染物硫氰酸盐应主要关注硫氰酸盐转化为氨氮、氨氮转化为氮气两个反应节点。相较传统硝化反应，全程硝化过程可在单个微生物体内将氨氮直接转化为硝氮，其氨亲和力高、低氧适应性强，可在污水脱氮中发挥巨大的作用。
厌氧氨氧化技术可同时将氨氮和亚硝转化为氮气，无需曝气及碳源，自其发现以来主要以短程硝化耦合厌氧氨氧化的工艺形式运用于污水处理工艺。异养反硝化细菌在COD与硝态氮质量浓度比、基质浓度及温度等因素的调控下可实现长期稳定高效的亚硝产率，突破了厌氧氨氧化工艺在污水处理中亚硝难以稳定供给的瓶颈。相较于短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺，短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺在节省曝气能耗和碳源的同时可原位去除厌氧氨氧化副产物硝氮，理论脱氮率高达100％。
城市生活污水内富含可用碳源，由于实际工艺内好氧段曝气浪费，可降解有机物未能完全转化为污水脱氮的驱动力，充分利用该部分碳源具有重要实践意义。此外，采用生物膜及颗粒两类持留生物方式可确保细菌的丰度及活性，以此稳定维持工艺运行。
发明内容
本发明提出了一种硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置与方法。首先将腈纶废水经硫氧化全程硝化反应器处理，硫氧化细菌利用氧气将硫氰酸盐转化为氨氮、硫酸盐及二氧化碳，全程硝化细菌将原水氨氮和硫氧化副产物氨氮直接氧化为硝酸盐；上述反应器出水与城市污水共同混合进入短程反硝化厌氧氨氧化反应器，反硝化细菌充分利用生活污水碳源将硝酸盐还原亚硝酸盐底物，与氨氮经厌氧氨氧化作用同步去除。最后在出水箱投加药剂形成硫酸盐沉淀并回收，从而达到腈纶废水与城市污水高效脱氮除硫。
为实现上述目的，本发明所提出硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置，其特征在于：包括腈纶废水原水箱(1)、硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、生活污水原水箱(4)、短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)、出水箱(6)、自动实时控制装置(7)、计算机(8)。
所述的硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)设有第一进水蠕动泵(2.1)、第一进水口(2.2)、碱度补给瓶(2.3)、碱度投加泵(2.4)、第一pH/DO实时监测装置(2.5)、第一电动搅拌器(2.6)、第一溢流口(2.7)、第一排水口(2.8)、第一出水蠕动泵(2.9)、第一排泥口(2.10)、曝气砂头(2.12)、气泵(2.13)、气体流量计(2.14)以及固定生物膜填料(2.15)：环状空心填料材质为聚乙烯；所述短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)设有第二进水蠕动泵(5.1)、第二进水口(5.2)、第三进水蠕动泵(5.3)、第三进水口(5.4)、第二电动搅拌器(5.5)、第二pH/DO实时监测装置(5.6)、第二溢流口(5.7)第二出水口(5.8)、第二出水蠕动泵(5.9)、第二排泥口(5.10)以及接种PD/A一体化颗粒(5.11)。
腈纶废水原水水箱(1)与硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)之间由第一进水蠕动泵(2.1)连接，中间水箱(3)通过第一出水蠕动泵(2.8)与第二进水蠕动泵(5.1)分别与硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)第一出水口(2.7)与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)第二进水口(5.2)相连接，生活污水原水水箱(4)通过第三进水蠕动泵(5.3)与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)相连接。自动控制***(7)与计算机(8)相连，对第一进水泵(2.1)、碱度投加泵(2.4)、第一出水泵(2.8)、第二进水泵(5.1)、第二出水泵(5.10)、第三进水泵(5.3)、第一pH/DO实时监测装置(2.5)、第二pH/DO实时监测装置(5.6)、第一电动搅拌器(2.6)及第二电动搅拌器(5.5)进行控制。
本发明所提出硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)硫氧化全程硝化生物膜反应器的启动：硫氧化全程硝化生物膜反应器内接种城市污水厂二沉池的剩余污泥，同时安放固定全程硝化生物膜填料，填充比20％，污泥混合液浓度为2000-2500mg/L，生物膜污泥浓度2000-4000mg/L；腈纶废水进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，通过第一pH/DO实时监测装置实时监控pH，当pH低于7.0时，开启碱度投加泵补充碱度至pH处于7.0-8.5之间。菌群适应阶段，硫氧化全程硝化生物膜反应器每天运行2周期，每周期12h，进水10min，好氧搅拌540min，沉淀10-15min，排水10min，闲置145-150min，DO浓度控制在0.6-0.8mg/L，排水比60％；运行20天后，每天运行2周期，每周期12h，进水10min，缺氧搅拌120min，好氧搅拌480min，沉淀10-15min，排水10min，闲置85-90min，排水比60％。好氧段DO浓度范围不变，不主动排泥，不控制温度。待好氧末出水硫酸盐生成率和硝酸盐去除率均大于85％且稳定运行7天以上，硫氧化全程硝化生物膜反应器启动成功。
2)短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器的启动：将短程反硝化厌氧氨氧化一体化颗粒污泥接种至短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器内，混合液污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为模拟废水，碳源由乙酸钠提供，硝态氮浓度为60mg/L-100mg/L，氨氮浓度为50mg/L-80mg/L，COD与硝态氮质量浓度比保持在2.5-3.0，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min,沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min，排水比50％。在缺氧搅拌开始时投加乙酸钠，投加时间为1-2min。运行21天及以上，向短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器泵入生活污水，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min,沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min，排水比50％。硝态氮由模拟废水供给，保证反应初反应器内硝态氮与氨氮质量浓度比保持在1.0-1.2之间。待短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器出水总氮去除率大于85％且稳定运行7天以上，表明短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器启动成功。
3)联合运行：启动第一进水蠕动泵，将腈纶废水通过第一进水口泵入进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，每天运行2周期，每周期12h，进水10min，缺氧搅拌120min，好氧搅拌480min，沉淀10-15min，排水10min，闲置85-90min。硫氧化全程硝化生物膜反应器进水结束后开启电动搅拌器，缺氧段充分利用腈纶废水中可降解COD，好氧段开启气泵控制DO浓度为0.6-0.8mg/L。同时通过第一pH/DO实时监测装置实时监控pH，当pH低于7.0时，开启碱度投加泵补充碱度至pH处于7.0-8.5之间。待好氧段搅拌结束，硫氧化全程硝化生物膜反应器沉淀后开启第一排水蠕动泵，通过第一排水口将尾水排至中间水箱，排水比为60％。启动第二、三进水蠕动泵，将中间水箱及生活污水原水箱内的污水按硝态氮与氨氮质量浓度比值为1.0-1.2的比例泵入短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器内，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min,沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min。缺氧搅拌结束，待短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器沉淀后，打开第二排水泵，通过第二排水口将尾水排至出水箱，排水比50％。当短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器出水总氮浓度小于10mg/L且稳定运行14天以上，说明硫氧化全程硝化生物膜反应器与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器可同时处理腈纶废水与生活污水。
本发明所提出硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置和方法，其特点和优势如下：
1)该联合工艺有效利用城市生活污水中可降解有机物作为脱氮反应推动力，涉及硫氧化反应、全程硝化反应、厌氧氨氧化反应三类自养氮素转化途径，可有效减少外碳源投加、节省曝气能耗且污泥产量低，降低工艺运行成本；
2)该联合工艺采用生活污水及腈纶废水整合处理的方法，通过调控两类污水投配比例可为短程反硝化厌氧氨氧化提供较为合适的基质比例；
3)该联合工艺选用生物膜及颗粒两种生物持留方式既可保证反应器内菌群丰度和活性，又能提高反应器抗冲击负荷能力，确保整体工艺在有毒有害环境下仍可稳定运行；
附图说明
图1为一种硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置。
图1中：1-腈纶废水原水箱、2-硫氧化全程硝化生物膜反应器、3-中间水箱、4-生活污水原水箱、5-短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器、6-出水箱、7-自动实时控制装置、8-计算机。
具体实施方式
硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置，其特征在于：包括腈纶废水原水箱(1)、硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)、中间水箱(3)、生活污水原水箱(4)、短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)、出水箱(6)、自动实时控制装置(7)、计算机(8)。
所述的硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)设有第一进水蠕动泵(2.1)、第一进水口(2.2)、碱度补给瓶(2.3)、碱度投加泵(2.4)、第一pH/DO实时监测装置(2.5)、第一电动搅拌器(2.6)、第一溢流口(2.7)、第一排水口(2.8)、第一出水蠕动泵(2.9)、第一排泥口(2.10)、曝气砂头(2.12)、气泵(2.13)、气体流量计(2.14)以及固定生物膜填料(2.15)：环状空心填料材质为聚乙烯，聚乙烯内径50mm、比表面积500m2/m3、密度0.96g/m3。所述短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)设有第二进水蠕动泵(5.1)、第二进水口(5.2)、第三进水蠕动泵(5.3)、第三进水口(5.4)、第二电动搅拌器(5.5)、第二pH/DO实时监测装置(5.6)、第二溢流口(5.7)第二出水口(5.8)、第二出水蠕动泵(5.9)、第二排泥口(5.10)以及接种PD/A一体化颗粒(5.11)。
腈纶废水原水水箱(1)与硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)之间由第一进水蠕动泵(2.1)连接，中间水箱(3)通过第一出水蠕动泵(2.8)与第二进水蠕动泵(5.1)分别与硫氧化全程硝化生物膜反应器(2)第一出水口(2.7)与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)第二进水口(5.2)相连接，生活污水原水水箱(4)通过第三进水蠕动泵(5.3)与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器(5)相连接。自动控制***(7)与计算机(8)相连，对第一进水泵(2.1)、碱度投加泵(2.4)、第一出水泵(2.8)、第二进水泵(5.1)、第二出水泵(5.10)、第三进水泵(5.3)、第一pH/DO实时监测装置(2.5)、第二pH/DO实时监测装置(5.6)、第一电动搅拌器(2.6)及第二电动搅拌器(5.5)进行控制。
应用所述的装置同步处理腈纶废水与生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)硫氧化全程硝化生物膜反应器的启动：硫氧化全程硝化生物膜反应器内接种城市污水厂二沉池的剩余污泥，同时安放固定全程硝化生物膜填料，填充比20％，污泥混合液浓度为2000-2500mg/L，生物膜污泥浓度2000-4000mg/L；腈纶废水进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，通过第一pH/DO实时监测装置实时监控pH，当pH低于7.0时，开启碱度投加泵补充碱度至pH处于7.0-8.5之间。菌群适应阶段，硫氧化全程硝化生物膜反应器每天运行2周期，每周期12h，进水10min，好氧搅拌540min，沉淀10-15min，排水10min，闲置145-150min，DO浓度控制在0.6-0.8mg/L，排水比60％；运行20天后，每天运行2周期，每周期12h，进水10min，缺氧搅拌120min，好氧搅拌480min，沉淀10-15min，排水10min，闲置85-90min，排水比60％。好氧段DO浓度范围不变，不主动排泥，不控制温度。待好氧末出水硫酸盐生成率和硝酸盐去除率均大于85％且稳定运行7天以上，硫氧化全程硝化生物膜反应器启动成功。
2)短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器的启动：将短程反硝化厌氧氨氧化一体化颗粒污泥接种至短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器内，混合液污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为模拟废水，碳源由乙酸钠提供，硝态氮浓度为60mg/L-100mg/L，氨氮浓度为50mg/L-80mg/L，COD与硝态氮质量浓度比保持在2.5-3.0，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min,沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min，排水比50％。在缺氧搅拌开始时投加乙酸钠，投加时间为1-2min。运行21天及以上，向短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器泵入生活污水，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min,沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min，排水比50％。硝态氮由模拟废水供给，保证反应初反应器内硝态氮与氨氮质量浓度比保持在1.0-1.2之间。待短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器出水总氮去除率大于85％且稳定运行7天以上，表明短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器启动成功。
3)联合运行：启动第一进水蠕动泵，将腈纶废水通过第一进水口泵入进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，每天运行2周期，每周期12h，进水10min，缺氧搅拌120min，好氧搅拌480min，沉淀10-15min，排水10min，闲置85-90min。硫氧化全程硝化生物膜反应器进水结束后开启电动搅拌器，缺氧段充分利用腈纶废水中可降解COD，好氧段开启气泵控制DO浓度为0.6-0.8mg/L。同时通过第一pH/DO实时监测装置实时监控pH，当pH低于7.0时，开启碱度投加泵补充碱度至pH处于7.0-8.5之间。待好氧段搅拌结束，硫氧化全程硝化生物膜反应器沉淀后开启第一排水蠕动泵，通过第一排水口将尾水排至中间水箱，排水比为60％。启动第二、三进水蠕动泵，将中间水箱及生活污水原水箱内的污水按硝态氮与氨氮质量浓度比值为1.0-1.2的比例泵入短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器内，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min,沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min。缺氧搅拌结束，待短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器沉淀后，打开第二排水泵，通过第二排水口将尾水排至出水箱，排水比50％。当短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器出水总氮浓度小于10mg/L且稳定运行14天以上，说明硫氧化全程硝化生物膜反应器与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器可同时处理腈纶废水与生活污水。
Claims (2)
1.硫氧化全程硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化同步处理腈纶废水和生活污水的装置，其特征在于：包括腈纶废水原水水箱（1）、硫氧化全程硝化生物膜反应器（2）、中间水箱（3）、生活污水原水水箱（4）、短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器（5）、出水箱（6）、自动实时控制装置（7）、计算机（8）；
所述的硫氧化全程硝化生物膜反应器（2）设有第一进水蠕动泵（2.1）、第一进水口（2.2）、碱度补给瓶（2.3）、碱度投加泵（2.4）、第一pH/DO实时监测装置（2.5）、第一电动搅拌器（2.6）、第一溢流口（2.7）、第一排水口（2.8）、第一出水蠕动泵（2.9）、第一排泥口（2.10）、曝气砂头（2.12）、气泵（2.13）、气体流量计（2.14）以及固定生物膜填料（2.15）：所述短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器（5）设有第二进水蠕动泵（5.1）、第二进水口（5.2）、第三进水蠕动泵（5.3）、第三进水口（5.4）、第二电动搅拌器（5.5）、第二pH/DO实时监测装置（5.6）、第二溢流口（5.7）第二出水口（5.8）、第二出水蠕动泵（5.9）、第二排泥口（5.10）以及接种PD/A一体化颗粒（5.11）；
腈纶废水原水水箱（1）与硫氧化全程硝化生物膜反应器（2）之间由第一进水蠕动泵（2.1）连接，中间水箱（3）通过第一出水蠕动泵（2.9）与第二进水蠕动泵（5.1）分别与硫氧化全程硝化生物膜反应器（2）第一溢流口（2.7）与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器（5）第二进水口（5.2）相连接，生活污水原水水箱（4）通过第三进水蠕动泵（5.3）与短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器（5）相连接；自动实时控制装置（7）与计算机（8）相连，对第一进水蠕动泵（2.1）、碱度投加泵（2.4）、第一出水蠕动泵（2.9）、第二进水蠕动泵（5.1）、第二出水蠕动泵（5.9）、第三进水蠕动泵（5.3）、第一pH/DO实时监测装置（2.5）、第二pH/DO实时监测装置（5.6）、第一电动搅拌器（2.6）及第二电动搅拌器（5.5）进行控制。
2.应用权利要求1所述的装置同步处理腈纶废水与生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
（1）硫氧化全程硝化生物膜反应器的启动：硫氧化全程硝化生物膜反应器内接种城市污水厂二沉池的剩余污泥，同时安放固定全程硝化生物膜填料，填充比20%，污泥混合液浓度为2000-2500mg/L，生物膜污泥浓度2000-4000 mg/L；腈纶废水进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，通过第一pH/DO实时监测装置实时监控pH，当pH低于7.0时，开启碱度投加泵补充碱度至pH处于7.0-8.5之间；菌群适应阶段，硫氧化全程硝化生物膜反应器每天运行2周期，每周期12h，进水10min，好氧搅拌540min，沉淀10-15min，排水10min，闲置145-150min，DO浓度控制在0.6-0.8 mg/L，排水比60%；运行20天后，每天运行2周期，每周期12h，进水10min，缺氧搅拌120min，好氧搅拌480min，沉淀10-15min，排水10min，闲置85-90min，排水比60%；好氧段DO浓度范围不变，不主动排泥，不控制温度；
（2）短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器的启动：将短程反硝化厌氧氨氧化一体化颗粒污泥接种至短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器内，混合液污泥浓度为5000-6000mg/L，进水为模拟废水，碳源由乙酸钠提供，硝态氮浓度为60mg/L-100mg/L，氨氮浓度为50mg/L-80mg/L，COD与硝态氮质量浓度比保持在2.5-3.0，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min, 沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min，排水比50%；在缺氧搅拌开始时投加乙酸钠，投加时间为1-2min；运行21天及以上，向短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器泵入生活污水，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min, 沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min，排水比50%；硝态氮由模拟废水供给，保证反应初反应器内硝态氮与氨氮质量浓度比保持在1.0-1.2之间；
（3）联合运行：启动第一进水蠕动泵，将腈纶废水通过第一进水口泵入进入硫氧化全程硝化生物膜反应器，每天运行2周期，每周期12h，进水10min，缺氧搅拌120min，好氧搅拌480min，沉淀10-15min，排水10min，闲置85-90min；硫氧化全程硝化生物膜反应器进水结束后开启电动搅拌器，缺氧段充分利用腈纶废水中可降解COD，好氧段开启气泵控制DO浓度为0.6-0.8 mg/L；同时通过第一pH/DO实时监测装置实时监控pH，当pH低于7.0时，开启碱度投加泵补充碱度至pH处于7.0-8.5之间；待好氧段搅拌结束，硫氧化全程硝化生物膜反应器沉淀后开启第一排水蠕动泵，通过第一排水口将尾水排至中间水箱，排水比为60%；启动第二、三进水蠕动泵，将中间水箱及生活污水原水箱内的污水按硝态氮与氨氮质量浓度比值为1.0-1.2的比例泵入短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器内，每天运行4个周期，每周期6h，进水时间为10min，搅拌时间为180min-240min, 沉淀时间为5-10min，排水时间为5min，闲置时间为95min-160min；缺氧搅拌结束，待短程反硝化厌氧氨氧化颗粒反应器沉淀后，打开第二排水泵，通过第二排水口将尾水排至出水箱，排水比50%。
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