申请日2016.04.23
公开(公告)日2016.06.22
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种实现城市污水一体化厌氧氨氧化自养脱氮的装置及方法涉及污水生物处理技术领域。装置设有城市生活污水原水水箱、生物除碳除磷反应器、中间水箱及一体化自养脱氮升流式反应器。一体化自养脱氮升流式反应器中主要存在两种菌：絮体形式的氨氧化菌和附着在填料上的厌氧氨氧化菌。城市污水首先进入生物除碳除磷反应器，在进水过程中进行厌氧放磷;进水结束后进行曝气，通过活性污泥吸附作用去除水中有机物，同时进行好氧吸磷。然后污水经中间水箱连续进入一体化自养脱氮升流式反应器，通过间歇曝气，实现短程硝化-厌氧氨氧化。本发明无需投加外碳源，且将菌群分离，保证系统除磷脱氮的效率，节约能耗优势明显。
权利要求书
1.一种实现城市污水一体化厌氧氨氧化自养脱氮的装置，其特征在于：
包括城市污水原水水箱、生物除碳除磷反应器、中间水箱和一体化自养脱氮升流式反应器;城市污水原水水箱通过蠕动泵与生物除碳除磷反应器相连接;所述生物除碳除磷反应器设有搅拌器、曝气头、气体流量计、曝气泵、进水管、出水管、和出水阀;生物除碳除磷反应器出水阀通过出水管与中间水箱相连;中间水箱通过蠕动泵与一体化自养脱氮升流式反应器进水管相连;其中，所述一体化自养脱氮升流式反应器包括进水管、出水管、三相分离器、排气管;一体化自养脱氮升流式反应器中设有聚乙烯生物膜填料，其填充体积比为30%-40%;一体化厌氧氨氧化自养脱氮实时控制系统包括pH与DO传感及测定仪、数据信号输入及输出接口、进出水继电器、曝气继电器、电动搅拌器继电器。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述原水水箱及中间水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
3.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征包括如下步骤：
1)系统启动阶段：生物除碳除磷反应器接种城市污水厂二沉池的剩余排放污泥，使得污泥浓度在2000-5000mg/L;一体化自养脱氮升流式反应器接种处理城市污水稳定运行的短程硝化污泥，使得污泥浓度在2000-5000mg/L;从稳定运行的厌氧氨氧化反应器中内取一定量的厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥进行接种，污泥浓度在5000-8000mg/L，并在体化自养脱氮升流式反应器中放入聚乙烯生物膜填料进行挂膜，填充比为30%-40%;当体化自养脱氮升流式出水NH4+-N浓度≤1mg/L或NO2--N浓度≤1mg/L的时间达10天以上时，完成启动;
2)系统运行阶段：①生物除碳除磷反应器的运行方式为：边厌氧搅拌边进水10-30min，再进行好氧曝气40-60min，以完成原水中可降解COD的去除;反应结束后沉淀30-50min，排水比为50%-70%，污泥龄控制在2-5天，溶解氧浓度控制在0.5-2mg/L，出水排入中间水箱;②一体化自养脱氮升流式反应器的运行方式为：由中间水箱进水，通过气体转子流量计调整曝气量，使溶解氧浓度控制在0.5-1mg/L，控制曝气为间歇曝气，每曝气10-20min后停止40-50min，之后再开始曝气10-20min后停止40-50min，如此曝气、停止循环往复;一体化自养脱氮升流式反应器连续出水，通过出水阀排出;一体化自养脱氮升流式反应器水力停留时间为20-40min;
若一体化自养脱氮升流式反应器反应器出水氨氮浓度高于5mg/L,需将系统曝气时间增长至高于20min;当反应器出水氨氮浓度再次低于5mg/L时，再将系统曝气时间调回到10-20min。
说明书
一种实现城市污水一体化厌氧氨氧化自养脱氮的方法及装置
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种实现城市污水一体化厌氧氨氧化自养脱氮的系统和方法。
背景技术
氮素含量是水质控制的重要指标。氮素污染的加剧也是近年来引起我国湖泊、河流以及近海等水域水华和赤潮大规模爆发的重要因素之一,因此引起了人们的广泛关注。传统废水处理的氨氮脱除一般是通过硝化和反硝化过程实现,但这一过程需要大量曝气、额外投加有机碳源和碱度,投资和运行费用高昂,而且还会产生二次污染。厌氧氨氧化脱氮是上世纪90年代发展起来的一种新型高效生物脱氮技术。与传统生物脱氮技术相比厌氧氨氧化反应途径较短,不需要碱度补偿和投加有机碳源,从而节约了大量的能源和物料,节省运行成本,给我国目前污水处理界面临的低碳氮比废水脱氮难、能耗高、污泥产量大等问题带来了曙光。因此,吸引了国内外学者的广泛研究。
厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下,微生物直接以NO2-为电子受体，以NH4+为电子供体，将两种氮素同时转化为氮气的生物反应过程，这个过程产生的能量可使厌氧氨氧化菌在厌氧条件下生存。厌氧氨氧化技术是目前已知的最经济的生物脱氮技术，与传统的硝化反硝化技术相比，具有需氧量低，运行费用低和不需要外加碳源等优点。
厌氧氨氧化技术是目前已知最经济的生物脱氮技术，这是由于它的技术特点所决定的。原因在于：①在厌氧氨氧化过程中,由于厌氧氨氧化菌是自养菌，CO2或碳酸盐是其生长所需的无机碳源，所以NH4+-N的氧化无需O2参与，同时NO2--N的还原也无需有机碳源,这将大量降低污水好氧生物脱氮的运行费用;②厌氧氨氧化微生物的增长率(倍增时间为11d)与产率(0.11g[VSS]/g[NH4+])是非常低的，故污泥产量低，然而氮的转化率却为0.25mg[N]/(mg[SS]·d)，与传统的好氧硝化相当。
但厌氧氨氧化技术目前还未能在工程实践中得到广泛应用，主要原因在于:①厌氧氨氧化技术实验研究所采用的污水大多为人工配水，与实际污水的水质存在较大的差距;②在厌氧氨氧化反应运行初期污泥容易流失，使富集厌氧氨氧化菌和稳定运行较为困难。
因而，现阶段需要解决的一个技术问题是：如何能够提出一种有效的措施，通过一体化厌氧氨氧化自养脱氮工艺处理城市污水，使厌氧氨氧化技术能够成功应用在实际的城市生活污水中，以及在厌氧氨氧化反应运行初期能够较多富集厌氧氨氧化菌和稳定运行反应器，使污泥不易流失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种一体化厌氧氨氧化自养脱氮处理城市污水的系统和方法，将除碳除磷、短程硝化、厌氧氨氧化应用于实际城市污水处理，实现城市污水的高效节能处理。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种一体化厌氧氨氧化自养脱氮处理城市污水的系统，通过生活污水首先经过生物除碳除磷反应器进行有机物及磷的去除，保证后续一体化厌氧氨氧化的稳定运行;在厌氧氨氧化反应器中放置适量的生物膜填料，保证厌氧氨氧化菌的污泥浓度。该系统包括原水水箱、生物除碳除磷反应器、中间水箱、一体化厌氧氨氧化升流式反应器及其在线控制及检测系统;其中，所述原水水箱通过蠕动泵生物除碳除磷反应器相连;生物除碳除磷反应器出水阀通过出水管与中间水箱相连;中间水箱通过蠕动泵与一体化厌氧氨氧化升流式反应器相连;且一体化厌氧氨氧化升流式反应器中附有一定量的聚乙烯生物膜填料。
一种实现城市污水一体化厌氧氨氧化自养脱氮的装置，其特征在于：
包括城市污水原水水箱、生物除碳除磷反应器、中间水箱和一体化自养脱氮升流式反应器;城市污水原水水箱通过蠕动泵与生物除碳除磷反应器相连接;所述生物除碳除磷反应器设有搅拌器、曝气头、气体流量计、曝气泵、进水管、出水管、和出水阀;生物除碳除磷反应器出水阀通过出水管与中间水箱相连;中间水箱通过蠕动泵与一体化自养脱氮升流式反应器进水管相连;其中，所述一体化自养脱氮升流式反应器包括进水管、出水管、三相分离器、排气管;一体化自养脱氮升流式反应器中设有聚乙烯生物膜填料，其填充体积比为30%-40%;一体化厌氧氨氧化自养脱氮实时控制系统包括pH与DO传感及测定仪、数据信号输入及输出接口、进出水继电器、曝气继电器、电动搅拌器继电器。
进一步，所述原水水箱及中间水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
一种实现城市污水一体化厌氧氨氧化自养脱氮的方法，其特征包括如下步骤：
1)系统启动阶段：生物除碳除磷反应器接种城市污水厂二沉池的剩余排放污泥，使得污泥浓度在2000-5000mg/L;一体化自养脱氮升流式反应器接种处理城市污水稳定运行的短程硝化污泥，使得污泥浓度在2000-5000mg/L;从稳定运行的厌氧氨氧化反应器中内取一定量的厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥进行接种，污泥浓度在5000-8000mg/L，并在体化自养脱氮升流式反应器中放入聚乙烯生物膜填料进行挂膜，填充比为30%-40%;当体化自养脱氮升流式出水NH4+-N浓度≤1mg/L或NO2--N浓度≤1mg/L的时间达10天以上时，完成启动;
2)系统运行阶段：①生物除碳除磷反应器的运行方式为：边厌氧搅拌边进水10-30min，再进行好氧曝气40-60min，以完成原水中可降解COD的去除;反应结束后沉淀30-50min，排水比为50%-70%，污泥龄控制在2-5天，溶解氧浓度控制在0.5-2mg/L，出水排入中间水箱;②一体化自养脱氮升流式反应器的运行方式为：由中间水箱进水，通过气体转子流量计调整曝气量，使溶解氧浓度控制在0.5-1mg/L，控制曝气为间歇曝气，每曝气10-20min后停止40-50min，之后再开始曝气10-20min后停止40-50min，如此曝气、停止循环往复;一体化自养脱氮升流式反应器连续出水，通过出水阀排出;一体化自养脱氮升流式反应器水力停留时间为20-40min;
若一体化自养脱氮升流式反应器反应器出水氨氮浓度高于5mg/L,需将系统曝气时间增长至高于20min;当反应器出水氨氮浓度再次低于5mg/L时，再将系统曝气时间调回到10-20min。
系统正式运行之后，城市污水在此装置中的处理流程为：污水进入原水水箱，通过蠕动泵使原水进入生物除碳除磷反应器，边进水边厌氧搅拌以进行释磷过程;随后生物除碳除磷反应器进行好氧曝气，除去水中的可降解有机物同时进行吸磷过程，从而使磷在污泥中富集;生物除碳除磷反应器的出水进入中间水箱，该中间水箱起到储存足够水量以供一体化厌氧氨氧化自养脱氮升流式反应器连续进水的作用;原水经除碳除磷后经蠕动泵进入一体化自养脱氮升流式反应器，由曝气泵进行间歇曝气，控制溶解氧浓度在1mg/L以下，使反应器中氨氧化菌(AOB)将NH4+-N部分短程硝化为NO2--N的同时厌氧氨氧化菌利用NH4+-N和NO2--N进行厌氧氨氧化反应生成N2排出系统。通过上述过程最终将有机物、磷及氮从污水中高效去除。
综上，本发明具有的优点如下：
1)本发明提供的一体化厌氧氨氧化自养脱氮处理城市污水的系统和方法，将生物除碳除磷、短程硝化和厌氧氨氧化应用于生活污水的深度脱氮处理中，相对于传统脱氮工艺，降低了60%以上的曝气量，同时无需投加外碳源和中和剂，操作简单，脱氮效率高。
2)将两种不同的菌类根据生长特性和污泥龄分别在不同的系统中培养：异养菌于生物除碳除磷反应器中，自养菌即短程硝化菌及厌氧氨氧化菌于升流式反应器中，这样就可以根据每种菌类的特点使其置于最佳生长条件下，避免了脱氮和除磷的污泥龄矛盾，保证了各个系统的高效稳定运行，实现城市污水的深度脱氮。
3)生物除碳除磷采用SBR反应器，运行方式灵活，脱氮除磷效果好，耐冲击负荷，处理能力强，且可以有效的防止污泥膨胀。
4)一体化厌氧氨氧化脱氮采用升流式反应器，污泥浓度高，处理能力强，并采用聚乙烯生物膜填料的形式富集了厌氧氨氧化菌，有效的减少了厌氧氨氧化菌的流失，且无混合搅拌设备，低溶解氧间歇曝气，节能高效。
5)本发明采用一体化厌氧氨氧化自养脱氮工艺，脱氮过程中无NO、N2O等有害气体生成，绿色环保。
