申请日2017.06.01
公开(公告)日2017.08.15
IPC分类号C02F3/30
摘要
硝化‑DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，属于废水生物处理技术领域。启动过程：强化硝化生物膜SBR反应器接种已挂好硝化生物膜的填料，DEAMOX生物膜SBR反应器先单独培养ANAMMOX生物膜，再培养和驯化ANAMMOX生物膜和短程反硝化菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和短程反硝化脱氮过程。控制方法：强化硝化生物膜SBR反应器中进行前置反硝化反应和硝化反应，期间通过实时ORP、pH和DO监测控制，含硝酸盐出水和生活污水进入DEAMOX生物膜SBR反应器，期间通过实时ORP监测控制，同时根据在线硝酸盐数据控制外碳源计量泵的开启或关闭。本发明能够准确控制硝化反应时间和DEAMOX生物膜系统的搅拌时间，具有节能降耗、缩短反应时间、TN去除率高等优点。
权利要求书
1.硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、强化硝化生物膜SBR反应器(2)、中间水箱(3)、DEAMOX生物膜SBR反应器(5)、出水箱(6);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;强化硝化生物膜SBR反应器(2)通过第一排水阀(2.2)与中间水箱(3)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;
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(3.3)、第一进水口(2.4)、第一搅拌器(2.5)、气泵(2.6)、曝气头(2.7)、pH在线传感器(2.11)、第一ORP在线传感器(2.12)、DO在线传感器(2.13)、悬浮填料(2.10)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)、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)、第二ORP在线传感器(5.4)、硝酸盐在线传感器(5.8)、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%;、pH在线传感器(2.11)、第一ORP在线传感器(2.12)、DO在线传感器(2.13)、第二ORP在线传感器(5.4)在线采集的数据分别传输至过程控制器(4)的pH信号输入口(4.3)、第一ORP信号输入口(4.4)、DO信号输入口(4.2)、第二ORP信号输入口(4.6)，再通过过程控制器(4.1)输出口与计算机(4)相连，计算机(4)通过数据信号输出口与实时控制系统(7)相连，实时控制系统的第一蠕动泵(2.8)继电器、第一搅拌器(2.5)继电器、气泵(2.6)继电器、第一排水阀(2.2)继电器、第二蠕动泵(5.11)继电器、第三蠕动泵(2.9)继电器、第二搅拌器(5.6)继电器、第二排水阀(5.2)继电器分别与第一蠕动泵(2.8)、第一搅拌器(2.5)、气泵(2.6)、第一排水阀(2.2)、第二蠕动泵(5.11)、第三蠕动泵(2.9)、第二搅拌器(5.6)、第二排水阀(5.2)相连;硝酸盐在线传感器(5.8)在线采集的数据传输至硝酸盐信号输入口(4.5)，经过程控制器(4.1)的外碳源投加信号输出接口(4.7)将控制信号输出并作用于外碳源投加计量泵(5.13)，以控制外碳源投加量。
2.应用权利要求1所述装置进行硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，其步骤如下：
1)启动步骤：
强化硝化生物膜SBR反应器(2)接种已挂好硝化生物膜的填料(2.10)，填充比为20%～45%;DEAMOX生物膜SBR反应器(5)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%，通过投加质量浓度比为1.0～2.0的NO2--N和NH4+-N模拟废水，培养驯化厌氧氨氧化生物膜，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;然后再投加亚硝积累率为70%以上的短程反硝化的活性污泥，接种后的污泥浓度为2000mg/L～5000mg/L，通过投加质量浓度比为1.0～2.0的NO3--N和NH4+-N模拟废水，同时投加有机碳源，控制外加有机碳源与进水中硝酸盐质量浓度比为1.0～3.0，培养驯化DEAMOX生物膜，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)控制过程：
A1，强化硝化生物膜SBR反应器(2)的进水由实时控制系统控制，系统启动后，第一蠕动泵(2.8)自动开启，将原水箱(1)中的生活污水注入强化硝化生物膜SBR反应器(2)中，当进水量达到反应器容积的40%～60%时，进水泵自动关闭，进水结束;
A2，进水结束后，第一搅拌器(2.5)自动开启，强化硝化生物膜SBR反应器(2)在搅拌过程中进入前置反硝化过程，前置反硝化过程由第一ORP在线传感器(2.12)监控，并将实时数据传输到计算机(4)，当强化硝化生物膜SBR反应器(2)前置反硝化完成的条件为ORP的一阶导数由大于-25mv/min突变为小于-30mv/min，且搅拌时间大于60min，气泵自动开启;
A3，气泵(2.6)自动开启后，进入到硝化阶段，通过pH在线传感器(2.11)和DO在线传感器(2.13)监控，并将实时数据传输到计算机(4)，当强化硝化生物膜SBR反应器(2)硝化完成的条件为pH的一阶导数由负变正且曝气时间大于60min时，同时DO大于2mg/L，结束硝化过程，气泵(2.6)和第一搅拌器(2.5)自动关闭;
A4，强化硝化生物膜SBR反应器(2)的沉淀时间由实时控制系统控制，当达到30～90min后开始排水，系统自动开启第一排水阀(2.2)，出水进入到中间水箱(3)，当排水量达到反应器容积的40%～60%时，第一排水阀(2.2)自动关闭;
A5，排水结束后，系统自动进入下一个周期的A1;
B1，DEAMOX生物膜SBR反应器(5)进水由实时控制系统控制，系统启动后第二蠕动泵(5.11)和第三蠕动泵(2.9)自动开启，分别将中间水箱(3)中40%～60%的硝化出水和20%～40%的原水箱(1)的生活污水进入到DEAMOX生物膜SBR反应器(5)中，当进水量达到DEAMOX生物膜SBR反应器(5)容积的40%～60%，进水泵自动关闭，进水结束;
B2，进水结束后，第二搅拌器(5.6)自动开启，进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程(DEAMOX)，该过程由第二ORP在线传感器(5.4)和硝酸盐在线传感器(5.8)监控，搅拌时间大于60min时，结束反应，第二搅拌器(5.6)自动关闭;当硝酸盐在线传感器(5.8)监测到出水硝酸盐浓度高于5mg/L，在下一周期启动外碳源投加计量泵(5.13)，并控制系统内外加有机碳源与进水中硝酸盐质量浓度比为1.0～3.0，当该周期出水硝酸盐浓度低于此范围时，在下周期关闭外碳源投加量;
B3，DEAMOX生物膜SBR反应器(5)的沉淀时间由实时控制系统控制，当达到10～40min后开始排水，系统自动开启第二排水阀(5.2)，出水进入到出水箱(6)，当排水量达到反应器容积的40%～60%时，第二排水阀(5.2)自动关闭;
B4，排水结束后，系统自动进入下一个周期的B1。
说明书
硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法
技术领域
本发明涉及一种硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，属于废水生物处理技术领域。
背景技术
厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)是指，厌氧氨氧化菌在厌氧环境下能够利用污水中NO2--N将NH4+-N还原为N2，其具有无需曝气和投加有机碳源，脱氮负荷高，污泥产量少等诸多优点，成为目前生物脱氮技术中最具潜力的可持续发展的生物脱氮技术，并已经成功应用于高氨氮废水的处理，如何将厌氧氨氧化技术应用于城市生活污水的深度脱氮处理成为现在的研究热点。
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酸盐基质(尤其是处理低氨氮废水)，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
本发明公开了一种硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，属于废水生物处理技术领域，可以实现城市生活污水的深度脱氮。启动过程：强化硝化生物膜SBR反应器接种已挂好硝化生物膜的填料，DEAMOX生物膜SBR反应器首先单独培养ANAMMOX生物膜，再培养和驯化ANAMMOX生物膜和短程反硝化菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和短程反硝化脱氮过程。控制方法：强化硝化生物膜SBR反应器中进行前置反硝化反应和硝化反应，期间通过实时ORP、pH和DO监测控制，强化硝化生物膜SBR反应器出水和生活污水进入DEAMOX生物膜SBR反应器，期间通过实时ORP监测控制，同时安装硝酸盐在线传感器以在线采集硝酸盐数据作为过程控制器的输入，经模糊化处理输出并作用于外碳源投加计量泵的开启或关闭。本发明能够准确控制硝化反应时间和DEAMOX生物膜系统的搅拌时间，具有节能降耗、缩短反应时间、TN去除率高等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
1.硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、强化硝化生物膜SBR反应器(2)、中间水箱(3)、DEAMOX生物膜SBR反应器(5)、出水箱(6);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;强化硝化生物膜SBR反应器(2)通过第一排水阀(2.2)与中间水箱(3)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。
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(3.3)、第一进水口(2.4)、第一搅拌器(2.5)、气泵(2.6)、曝气头(2.7)、pH在线传感器(2.11)、第一ORP在线传感器(2.12)、DO在线传感器(2.13)、悬浮填料(2.10)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)、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)、第二ORP在线传感器(5.4)、硝酸盐在线传感器(5.8)、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%;、pH在线传感器(2.11)、第一ORP在线传感器(2.12)、DO在线传感器(2.13)、第二ORP在线传感器(5.4)在线采集的数据分别传输至过程控制器(4)的pH信号输入口(4.3)、第一ORP信号输入口(4.4)、DO信号输入口(4.2)、第二ORP信号输入口(4.6)，再通过过程控制器(4.1)输出口与计算机(4)相连，计算机(4)通过数据信号输出口与实时控制系统(7)相连，实时控制系统的第一蠕动泵(2.8)继电器、第一搅拌器(2.5)继电器、气泵(2.6)继电器、第一排水阀(2.2)继电器、第二蠕动泵(5.11)继电器、第三蠕动泵(2.9)继电器、第二搅拌器(5.6)继电器、第二排水阀(5.2)继电器分别与第一蠕动泵(2.8)、第一搅拌器(2.5)、气泵(2.6)、第一排水阀(2.2)、第二蠕动泵(5.11)、第三蠕动泵(2.9)、第二搅拌器(5.6)、第二排水阀(5.2)相连;硝酸盐在线传感器(5.8)在线采集的数据传输至硝酸盐信号输入口(4.5)，经过程控制器(4.1)的外碳源投加信号输出接口(4.7)将控制信号输出并作用于外碳源投加计量泵(5.13)，以控制外碳源投加量。
2.应用权利要求1所述装置进行硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，其步骤如下：
1)启动步骤：
强化硝化生物膜SBR反应器(2)接种已挂好硝化生物膜的填料(2.10)，填充比为20%～45%;DEAMOX生物膜SBR反应器(5)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%，通过投加质量浓度比为1.0～2.0的NO2--N和NH4+-N模拟废水，培养驯化厌氧氨氧化生物膜，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;然后再投加亚硝积累率为70%以上的短程反硝化的活性污泥，接种后的污泥浓度为2000mg/L～5000mg/L，通过投加质量浓度比为1.0～2.0的NO3--N和NH4+-N模拟废水，同时投加有机碳源，控制外加有机碳源与进水中硝酸盐质量浓度比为1.0～3.0，培养驯化DEAMOX生物膜，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)控制过程：
A1，强化硝化生物膜SBR反应器(2)的进水由实时控制系统控制，系统启动后，第一蠕动泵(2.8)自动开启，将原水箱(1)中的生活污水注入强化硝化生物膜SBR反应器(2)中，当进水量达到反应器容积的40%～60%时，进水泵自动关闭，进水结束;
A2，进水结束后，第一搅拌器(2.5)自动开启，强化硝化生物膜SBR反应器(2)在搅拌过程中进入前置反硝化过程，前置反硝化过程由第一ORP在线传感器(2.12)监控，并将实时数据传输到计算机(4)，当强化硝化生物膜SBR反应器(2)前置反硝化完成的条件为ORP的一阶导数由大于-25mv/min突变为小于-30mv/min，且搅拌时间大于60min，气泵自动开启;
A3，气泵(2.6)自动开启后，进入到硝化阶段，通过pH在线传感器(2.11)和DO在线传感器(2.13)监控，并将实时数据传输到计算机(4)，当强化硝化生物膜SBR反应器(2)硝化完成的条件为pH的一阶导数由负变正且曝气时间大于60min时，同时DO大于2mg/L，结束硝化过程，气泵(2.6)和第一搅拌器(2.5)自动关闭;
A4，强化硝化生物膜SBR反应器(2)的沉淀时间由实时控制系统控制，当达到30～90min后开始排水，系统自动开启第一排水阀(2.2)，出水进入到中间水箱(3)，当排水量达到反应器容积的40%～60%时，第一排水阀(2.2)自动关闭;
A5，排水结束后，系统自动进入下一个周期的A1;
B1，DEAMOX生物膜SBR反应器(5)进水由实时控制系统控制，系统启动后第二蠕动泵(5.11)和第三蠕动泵(2.9)自动开启，分别将中间水箱(3)中40%～60%的硝化出水和20%～40%的原水箱(1)的生活污水进入到DEAMOX生物膜SBR反应器(5)中，当进水量达到DEAMOX生物膜SBR反应器(5)容积的40%～60%，进水泵自动关闭，进水结束;
B2，进水结束后，第二搅拌器(5.6)自动开启，进入短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程(DEAMOX)，该过程由第二ORP在线传感器(5.4)和硝酸盐在线传感器(5.8)监控，搅拌时间大于60min时，结束反应，第二搅拌器(5.6)自动关闭;当硝酸盐在线传感器(5.8)监测到出水硝酸盐浓度高于5mg/L，在下一周期启动外碳源投加计量泵(5.13)，并控制系统内外加有机碳源与进水中硝酸盐质量浓度比为1.0～3.0，当该周期出水硝酸盐浓度低于此范围时，在下周期关闭外碳源投加量;
B3，DEAMOX生物膜SBR反应器(5)的沉淀时间由实时控制系统控制，当达到10～40min后开始排水，系统自动开启第二排水阀(5.2)，出水进入到出水箱(6)，当排水量达到反应器容积的40%～60%时，第二排水阀(5.2)自动关闭;
B4，排水结束后，系统自动进入下一个周期的B1;
本发明提供的一种硝化-DEAMOX工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，具有以下优势和特点：
1)本发明采用单独富集培养ANAMMOX细菌，再与短程反硝化菌组合运行的方式进行DEAMOX生物膜工艺的启动，这一启动方式，考虑了这两种功能菌的特点，从而缩短了启动时间，同时也减少了药剂投加费用;
2)硝化生物膜系统硝化活性高、负荷高、产泥量低;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;
3)该工艺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;
4)整个系统通过在线DO、pH、ORP和在线硝酸盐值传感器实时控制，精确判断各阶段反应终点，节省反应时间和外加碳源。整个工艺由过程实时控制系统完成，管理操作方便，运行费用较低，系统耐冲击负荷且不易产生污泥膨胀。
