公开(公告)日2019.01.08
IPC分类号C02F3/30; C10L3/08; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮的方法。属于污水生物处理技术领域。城市污水首先进入厌氧膜生物反应器，颗粒污泥将水中有机物转化为甲烷，通过膜组件截留污泥和溶解态甲烷，提高甲烷气体收集率，减少出水中溶解态甲烷作为温室气体释放;随后出水和从硝化反应器回流的硝化液一起进入到短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，颗粒污泥将硝态氮还原为亚硝态氮，同时将亚硝态氮和部分氨氮转化为氮气;接着出水进入短程硝化厌氧氨氧化反应器，颗粒污泥将部分氨氮转化为亚硝态氮，再将亚硝态氮和部分氨氮转化为氮气;最后进入硝化反应器，颗粒污泥将亚硝态氮和氨氮氧化为硝态氮，最终达到深度脱氮的目的。
权利要求书
1.一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮的方法，其特征在于：设有原水水箱(1)、产甲烷膜生物反应器(2)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(3)、短程硝化厌氧氨氧化反应器(4)和硝化反应器(5);原水水箱(1)通过产甲烷膜生物反应器进水泵(2.1)与产甲烷膜生物反应器进水阀(2.2)相连接;产甲烷膜生物反应器(2)呈柱形，内含颗粒污泥(2.4)，顶端设有三相分离器排气口(2.9)，右侧设有取样口(2.3)，左侧设有循环液水泵(2.6)和循环液控制阀(2.7)使得颗粒污泥处于流化状态;产甲烷膜生物反应器出水管(2.8)通过短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器进水阀(3.2)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(3)连接，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(3)呈柱形，内含颗粒污泥;短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器出水管(3.3)通过短程硝化厌氧氨氧化反应器进水阀(4.2)与短程硝化厌氧氨氧化反应器(4)连接，短程硝化厌氧氨氧化反应器(4)呈柱形，填充的颗粒污泥含有部分短程硝化厌氧氨氧化细菌，反应器底部设有曝气头(4.3)，由空压机(4.4)提供氧气，并通过气体流量计(4.5)和气量调节阀(4.6)控制气量;短程硝化厌氧氨氧化反应器出水管(4.7)通过硝化反应器进水阀(5.4)与硝化反应器(5)连接，硝化反应器呈柱形，内含颗粒污泥，反应器底部亦设有曝气头(4.3)，由空压机(4.4)提供氧气，并通过气体流量计(4.5)和气量调节阀(4.6)控制气量;硝化液内回流泵(5.2)通过硝化液内回流阀(5.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)连接，最终出水通过硝化反应器出水管(5.5)排放;
方法的步骤是：
1)启动系统：接种具有良好活性的产甲烷颗粒污泥投加到产甲烷膜生物反应器;接种具有良好活性的短程反硝化厌氧氨氧化颗粒污泥投加到反硝化耦合厌氧氨氧化反应器;接种具有良好活性的短程硝化厌氧氨氧化颗粒污泥投加到短程硝化厌氧氨氧化反应器;接种具有良好硝化活性的颗粒投加到硝化反应器，以上四个反应器接种以后的污泥浓度均为10-15g/L;
2)运行时调节操作如下：
2.1)产甲烷膜生物反应器水力停留时间为2.5-3.5h;
2.2)短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器停留时间为0.5-1h，进水COD/NO3--N为3-5;
2.3)短程硝化厌氧氨氧化反应器水力停留时间为0.5-1h，DO浓度为0-0.5 mg/L;
2.4)硝化反应器水力停留时间为0.5-1h，DO浓度为2-4 mg/L;
2.5)硝化液内回流比为200-400%，当系统出水硝态氮浓度大于10 mg/L时，提高硝化液内回流比，当系统出水硝态氮浓度小于5 mg/L时，降低硝化液内回流比。
说明书
一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮的方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
面对日益严格的出水标准，城市污水厂生物脱氮技术经常面临能耗高、运行成本高、占地面积大问题。目前，城市污水厂大多采用传统的生物硝化反硝化脱氮技术，且反硝化过程中需要额外投加碳源。
厌氧氨氧化反应和短程反硝化的发现为实现低能耗高效深度脱氮提供了基础。厌氧氨氧化反应属于生物自养脱氮，仅需要将部分氨氮氧化为亚硝态氮作为电子受体，剩余氨氮作为电子供体，将污水中的含氮污染物转化为氮气释放，实现了深度生物脱氮，并节约了曝气量和碳源投加量;短程反硝化是在反硝化过程中，部分反硝化菌只能将硝态氮还原为亚硝态氮，再结合厌氧氨氧化进行脱氮，则可降低生物脱氮曝气能耗和碳源需求量。此外，相对于城市污水厂使用较多的絮体活性污泥而言，颗粒污泥具有生物量大的优势，为提高城市污水厂脱氮效率、减少占地面积提供了可能。
发明内容
本发明的目的就是针对城市污水生物脱氮能耗高、运行成本高和脱氮效率低的问题，提出一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮的方法。
本发明的技术方案为：提供了一种城市污水产甲烷及高效深度脱氮方法所用的装置：设有原水水箱、产甲烷膜生物反应器、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器、短程硝化厌氧氨氧化反应器和硝化反应器;原水水箱通过产甲烷膜生物反应器进水泵与产甲烷膜生物反应器进水阀相连接;甲烷膜生物反应器呈柱形，内含颗粒污泥，顶端设有三相分离器排气口，右侧设有取样口，左侧设有循环液水泵和循环液控制阀使得颗粒污泥处于流化状态;产甲烷膜生物反应器出水管通过短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器进水阀与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器连接，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器呈柱形，内含颗粒污泥;短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器出水管通过短程硝化厌氧氨氧化反应器进水阀与短程硝化厌氧氨氧化反应器连接，短程硝化厌氧氨氧化反应器呈柱形，内含颗粒污泥，反应器底部设有曝气头，由空压机提供氧气，并通过气体流量计和气量调节阀控制气量;短程硝化厌氧氨氧化反应器出水管通过硝化反应器进水阀与硝化反应器连接，硝化反应器呈柱形，内含颗粒污泥，反应器底部亦设有曝气头，由空压机提供氧气，并通过气体流量计和气量调节阀控制气量;硝化液内回流泵通过硝化液内回流阀与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器连接，最终出水通过硝化反应器出水管排放。
方法的步骤：
1)启动系统：接种具有良好活性的产甲烷颗粒污泥投加到产甲烷膜生物反应器;接种具有良好活性的短程反硝化厌氧氨氧化颗粒污泥投加到反硝化耦合厌氧氨氧化反应器;接种具有良好活性的短程硝化厌氧氨氧化颗粒污泥投加到短程硝化厌氧氨氧化反应器;接种具有良好硝化活性的颗粒投加到硝化反应器，以上四个反应器接种以后的污泥浓度均为10-15g/L;
2)运行时调节操作如下：
2.1)产甲烷膜生物反应器水力停留时间为2.5-3.5h;
2.2)短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器停留时间为0.5-1h，进水COD/NO3--N为3-5;
2.3)短程硝化厌氧氨氧化反应器水力停留时间为0.5-1h，DO浓度为0-0.5 mg/L;
2.4)硝化反应器水力停留时间为0.5-1h，DO浓度为2-4 mg/L;
2.5)硝化液内回流比为200-400%，当系统出水硝态氮浓度大于10mg/L时，提高硝化液内回流比，当系统出水硝态氮浓度小于5 mg/L时，降低硝化液内回流比。
城市污水在此装置中的处理流程为：首先进入厌氧膜生物反应器产甲烷，颗粒污泥将水中有机物转化为甲烷，通过膜组件截留污泥和溶解态甲烷，提高甲烷气体收集率，减少出水中溶解态甲烷作为温室气体释放，同时循环水泵保证该反应器中颗粒污泥处于流化状态;随后膜组件出水和从硝化反应器回流的硝化液一起进入到短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，颗粒污泥中反硝化菌利用进水中剩余有机物将硝态氮还原为亚硝态氮，再由厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和部分氨氮转化为氮气;接着出水进入短程硝化厌氧氨氧化反应器，颗粒污泥中氨氧化菌将部分氨氮转化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和部分氨氮转化为氮气;最后进入硝化反应器，颗粒污泥中硝化菌将水中的亚硝态氮和氨氮氧化为硝态氮，最终达到深度脱氮的目的。
本发明基于有机物厌氧产甲烷、短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，与传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：
1)污水中的大部分有机物通过厌氧产甲烷实现能量回收利用;
2)与絮体污泥相比，颗粒污泥大大提高生物量，缩短反应时间，减小占地面积;
3)处于流化状态的颗粒污泥可以实现膜组件的表面擦洗，进而减轻膜污染;
4)短程反硝化的终产物是亚硝态氮，避免了亚硝态氮转化为氮气的途径，缩短了反硝化过程，因此可降低反硝化消耗的有机碳源量。
5)由于污水中的氨氮部分通过厌氧氨氧化去除，所以仅有剩余部分氨氮需要好氧硝化，节省了系统运行能耗;
6)生物膜反应器生物量高，负荷高，产泥量低，可减少污泥处置费用。
