申请日2017.06.01
公开(公告)日2017.07.21
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30
摘要
强化硝化‑DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的装置和方法属于废水生物处理技术领域。其装置主要由原水箱、强化硝化生物膜SBR反应器、中间水箱、DEAMOX生物膜SBR反应器、出水箱顺序连接组成;城市生活污水先进入强化硝化生物膜SBR反应器，前置缺氧搅拌将上周期的硝酸盐去除，随后曝气进行全程硝化;含硝酸盐出水与城市生活污水一同进入DEAMOX生物膜SBR反应器进行脱氮，同时厌氧氨氧化产生的硝酸盐被短程反硝化菌还原为亚硝酸盐，再经原位厌氧氨氧化作用去除;本发明解决了城市生活污水脱氮效率低、出水TN高的问题，充分利用生活污水中的碳源，减少外加碳源耗量;此外DEAMOX生物膜工艺反应速率快，总氮去除率和脱氮负荷高，能够实现城市生活污水的深度脱氮。
权利要求书
1.强化硝化-DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的装置，其特征在于，包括原水箱(1)、强化硝化生物膜SBR反应器(2)、中间水箱(3)、PLC控制器(4)、DEAMOX生物膜SBR反应器(5)、出水箱(6);
所述强化硝化生物膜SBR反应器(2)设有第一放空管(2.1)、第一排水阀(2.2)、第一取样口(2.3)、第一进水口(2.4)、第一搅拌器(2.5)、气泵(2.6)、曝气头(2.7)、DO在线监控探头(2.10)、悬浮填料(2.11)采用直径为20～50mm聚丙烯空心环，其密度为0.96～1.00g/cm3，比表面积为200～800m2/m3，孔隙率为94%～96%，填充率为20%～45%;所述DEAMOX生物膜SBR反应器(5)设有第二放空管(5.1)、第二排水阀(5.2)、第二取样口(5.3)、pH在线监测探头(5.4)、ORP在线监测探头(5.8)、第二搅拌器(5.6)、第二进水口(5.9)、第三进水口(5.10)、第四进水口(5.12)、有机碳源储备箱(5.14)、填料固定架(5.7)、固定填料(5.5)采用体积为1～8cm3的聚氨酯海绵填料，其密度为0.22～0.25g/cm3，20～30m2/g，孔隙率为92%～94%，填充率为20%～45%;
原水箱(1)通过第一蠕动泵(2.8)与强化硝化生物膜SBR反应器(2)第一进水口(2.4)相连;中间水箱(3)通过第二蠕动泵(5.11)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)第二进水口(5.9)相连;原水箱(1)通过第三蠕动泵(2.9)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)第三进水口(5.10)相连;有机碳源储备箱(5.14)通过第四蠕动泵(5.13)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)第四进水口(5.12)相连;出水箱(6)通过第二排水阀(5.2)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)相连。
2.应用权利要求1所述装置处理城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)工艺启动：在强化硝化生物膜SBR反应器(2)中接种已挂好硝化生物膜的填料(2.11)，其体积占整个反应器反应区体积的20%～45%;在DEAMOX生物膜SBR反应器(5)中首先接种具有厌氧氨氧化活性的活性污泥，接种污泥浓度为2000～3000mg/L，填料填充比为20%～50%，将含氨氮和亚硝酸盐氮模拟废水泵入到该反应器内，控制进水NO2--N和NH4+-N质量浓度比为1～2，运行温度控制30～35℃，待厌氧氨氧化速率高于0.2gN/(gVSS·h)，同时系统出水的NH4+-N和NO2--N去除率高于80%，且系统总氮去除负荷达到0.5～1.8kg/(m3·d)时，则厌氧氨氧化生物膜系统启动成功;然后再将亚硝积累率为70%以上的短程反硝化的活性污泥投加至启动成功的ANAMMOX生物膜反应器内，接种后的污泥浓度为2000mg/L～5000mg/L，接种成功后，将含氨氮和硝酸盐氮模拟废水泵入到该反应器内，硝酸盐氮和氨氮质量浓度比为1.3～2.0，外加有机碳源与进水中硝酸盐氮质量浓度比为2.5～3.5，进水后缺氧搅拌2～4h，沉淀30～60min，排水比为40%～60%，当出水中氨氮与硝酸盐氮的去除率达到70%以上DEAMOX生物膜系统启动成功;
2)将城市生活污水泵入强化硝化生物膜SBR反应器(2)中，打开第一搅拌器(2.5)，缺氧搅拌30～60min后，打开气泵(2.6)通过PLC控制器(4)的DO在线监控探头(2.10)控制反应器DO为2～4mg/L，曝气搅拌90～180min后，关闭第一搅拌器(2.5)和气泵(2.6)，沉淀30～90min后将出水排入中间水箱(3);
3)将中间水箱(3)和原水箱(1)中废水泵入DEAMOX生物膜SBR反应器(5)调节第二蠕动泵(5.11)和第三蠕动泵(2.9)流速，控制硝酸盐氮与氨氮质量浓度比为1.3～2.0，同时打开第四蠕动泵(5.13)，将有机碳源泵入反应器内，控制反应器内有机碳源与硝酸盐氮的质量浓度比2.5～3.5;打开第二搅拌器(5.6)，缺氧搅拌60～180min后，关闭第二搅拌器(5.6)，沉淀10～40min后将上清液排入出水箱(6);
所述步骤2)强化硝化生物膜SBR反应器(2)中，出水氨氮浓度低于1mg/L，硝化效率控制在2.5～6.5mg/(L·h);
所述步骤3)DEAMOX生物膜SBR反应器(5)中，硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化率高于75%，厌氧氨氧化反应去除的氮占总氮去除的比例大于80%。
说明书
强化硝化-DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种强化硝化-DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的装置和方法属于废水生物处理技术领域。
背景技术
目前城市生活污水多采用传统的生物硝化/反硝化工艺处理(A2/O、A/O工艺)，且反硝化过程需要有机碳源为电子供体，将NOx--N氧化为N2，而我国城市生活污水普遍存在C/N较低的问题，生活污水中碳源不足，导致反硝化效率低下，出水总氮过高，不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，因此为达标排放需要投加外加碳源，这无疑增加了污水处理的费用。
与传统的生物硝化/反硝化工艺，厌氧氨氧化技术属于自养脱氮过程，无需有机碳源，污泥产率低和无需曝气，适用于低C/N比生活污水的处理。近年来发展起来的短程硝化-厌氧氨氧化工艺已成功应用于高氨氮废水的处理，但目前还未应用于城市生活污水的处理，限制其应用的主要瓶颈在于低C/N比城市生活污水难以维持稳定的短程硝化，从而不能够给厌氧氨氧化系统提供稳定的亚硝基质，导致该工艺脱氮效果不稳定。
DEAMOX工艺则可以有效解决厌氧氨氧化过程亚硝酸盐氮难以获取的问题，其在单一反应器内同时进行着厌氧氨氧化作用和短程反硝化作用，厌氧氨氧化所需的亚硝酸盐氮基质来源于短程反硝化过程硝酸盐氮的还原，同时该工艺能够将厌氧氨氧化产生的硝酸盐氮原位去除，因此相比于传统厌氧氨氧化工艺出水TN浓度可以有效降低。
然而ANAMMOX细菌生长速率缓慢(最高生长速率为0.0027h-1)，世代周期长(10～14d)，活性易受到环境条件的变化而受到影响，且DEAMOX工艺在反应过程中产生的大量氮气使污泥悬浮于反应器内，沉降性能差，导致菌体易流失，导致DEAMOX系统脱氮效果不稳定，若采用投加填料挂生物膜的方式，其能够截留厌氧氨氧化细菌，有效提高生物量，解决了厌氧氨氧化污泥易流失的问题，从而提高系统的氮素去除负荷和稳定运行的能力。
发明内容
本发明公开了一种强化硝化-DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的装置和方法，具体是城市生活污水首先进入强化硝化生物膜SBR反应器，通过缺氧搅拌充分利用城市生活污水中的有机物将上周期残留的硝酸盐去除，随后曝气进行全程硝化;含有硝酸盐的出水与另一部分城市生活污水一起进入DEAMOX生物膜SBR反应器进行脱氮，同时厌氧氨氧化产生的硝酸盐能够被短程反硝化菌还原为亚硝酸盐，再通过原位厌氧氨氧化作用去除，通过优化废水中硝酸盐氮和氨氮的质量浓度比和进水有机碳源的浓度，实现氮素高效去除，同时投加的生物填料能够有效提高生物量，截留厌氧氨氧化菌，从而提高系统的总氮去除负荷。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
1.强化硝化-DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的装置，其特征在于，包括原水箱(1)、强化硝化生物膜SBR反应器(2)、中间水箱(3)、PLC控制器(4)、DEAMOX生物膜SBR反应器(5)、出水箱(6);
所述强化硝化生物膜SBR反应器(2)设有第一放空管(2.1)、第一排水阀(2.2)、第一取样口(2.3)、第一进水口(2.4)、第一搅拌器(2.5)、气泵(2.6)、曝气头(2.7)、DO在线监控探头(2.10)、悬浮填料(2.11)采用直径为20～50mm聚丙烯空心环，其密度为0.96～1.00g/cm3，比表面积为200～800m2/m3，孔隙率为94%～96%，填充率为20%～45%;所述DEAMOX生物膜SBR反应器(5)设有第二放空管(5.1)、第二排水阀(5.2)、第二取样口(5.3)、pH在线监测探头(5.4)、ORP在线监测探头(5.8)、第二搅拌器(5.6)、第二进水口(5.9)、第三进水口(5.10)、第四进水口(5.12)、有机碳源储备箱(5.14)、填料固定架(5.7)、固定填料(5.5)采用体积为1～8cm3的聚氨酯海绵填料，其密度为0.22～0.25g/cm3，20～30m2/g，孔隙率为92%～94%，填充率为20%～45%;
原水箱(1)通过第一蠕动泵(2.8)与强化硝化生物膜SBR反应器(2)第一进水口(2.4)相连;中间水箱(3)通过第二蠕动泵(5.11)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)第二进水口(5.9)相连;原水箱(1)通过第三蠕动泵(2.9)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)第三进水口(5.10)相连;有机碳源储备箱(5.14)通过第四蠕动泵(5.13)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)第四进水口(5.12)相连;出水箱(6)通过第二排水阀(5.2)与DEAMOX生物膜SBR反应器(5)相连。
2.强化硝化-DEAMOX生物膜工艺处理城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程：
1)工艺启动：在强化硝化生物膜SBR反应器(2)中接种已挂好硝化生物膜的填料(2.11)，其体积占整个反应器反应区体积的20%～45%;在DEAMOX生物膜SBR反应器(5)中首先接种具有厌氧氨氧化活性的活性污泥，接种污泥浓度为2000～3000mg/L，填料填充比为20%～50%，将含氨氮和亚硝酸盐氮模拟废水泵入到该反应器内，控制进水NO2--N和NH4+-N质量浓度比为1～2，运行温度控制30～35℃，待厌氧氨氧化速率高于0.2gN/(gVSS·h)，同时系统出水的NH4+-N和NO2--N去除率高于80%，且系统总氮去除负荷达到0.5～1.8kg/(m3·d)时，则厌氧氨氧化生物膜系统启动成功;然后再将亚硝积累率为70%以上的短程反硝化的活性污泥投加至启动成功的ANAMMOX生物膜反应器内，接种后的污泥浓度为2000mg/L～5000mg/L，接种成功后，将含氨氮和硝酸盐氮模拟废水泵入到该反应器内，硝酸盐氮和氨氮质量浓度比为1.3～2.0，外加有机碳源与进水中硝酸盐氮质量浓度比为2.5～3.5，进水后缺氧搅拌2～4h，沉淀30～60min，排水比为40%～60%，当出水中氨氮与硝酸盐氮的去除率达到70%以上DEAMOX生物膜系统启动成功;
2)将城市生活污水泵入强化硝化生物膜SBR反应器(2)中，打开第一搅拌器(2.5)，缺氧搅拌30～60min后，打开气泵(2.6)通过PLC控制器(4)的DO在线监控探头(2.10)控制反应器DO为2～4mg/L，曝气搅拌90～180min后，关闭第一搅拌器(2.5)和气泵(2.6)，沉淀30～90min后将出水排入中间水箱(3);
3)将中间水箱(3)和原水箱(1)中废水泵入DEAMOX生物膜SBR反应器(5)调节第二蠕动泵(5.11)和第三蠕动泵(2.9)流速，控制硝酸盐氮与氨氮质量浓度比为1.3～2.0，同时打开第四蠕动泵(5.13)，将有机碳源泵入反应器内，控制反应器内有机碳源与硝酸盐氮的质量浓度比2.5～3.5;打开第二搅拌器(5.6)，缺氧搅拌60～180min后，关闭第二搅拌器(5.6)，沉淀10～40min后将上清液排入出水箱(6);
所述步骤2)强化硝化生物膜SBR反应器(2)中，出水氨氮浓度低于1mg/L，硝化效率控制在2.5～6.5mg/(L·h);
所述步骤3)DEAMOX生物膜SBR反应器(5)中，硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮的转化率高于75%，厌氧氨氧化反应去除的氮占总氮去除的比例大于80%。
本发明提供的一种硝化-DEAMOX生物膜系统处理低C/N比城市生活污水的装置和方法，具有以下优势和特点：
1)DEAMOX系统采用填料挂膜的方式能够最大程度持留厌氧氨氧化细菌，提高其微生物量，稳定厌氧氨氧化菌的活性，且不易流失;
2)硝化生物膜系统硝化活性高、负荷高、产泥量低;此外，DEAMOX系统中短程反硝化由于只进行硝酸盐氮到亚硝酸盐氮的还原，碳源耗量少，污泥产量相比与与完全反硝化也较低，因此该工艺能大大减少剩余污泥产量，降低污泥后续处理费用和能耗;
3)与传统生物脱氮工艺相比，本装置与方法能够充分利用城市生活污水中的碳源实现深度脱氮，无需外加碳源;DEAMOX系统能将厌氧氨氧化产生的NO3--N进行原位去除，通过优化控制进水硝酸盐氮与氨氮质量浓度比能够获得较低的出水总氮浓度，提高总氮去除率，且短程反硝化和厌氧氨氧化反应速率快，工艺氮素去除负荷高。
