申请日2012.07.24
公开(公告)日2012.11.21
IPC分类号C02F3/30
摘要
低碳城市污水实现部分亚硝化的装置和方法属于污水处理领域。该装置设有原水水箱、推流式部分亚硝化反应器、竖流式二沉池，其中推流式部分亚硝化反应器分为四个格室，第1、2、4格室为好氧区、第3格室为缺氧区。利用该装置的方法：1)将从污水厂取得的硝化污泥投入到部分亚硝化反应器中;2)采用SBR方式，以污泥消化液对硝化污泥进行驯化;3)采用SBR方式，以低碳城市污水对其进一步驯化;4)转变为连续流方式运行，实现低碳城市污水的部分亚硝化。本发明提供了一种常温条件下低碳城市生活污水实现部分亚硝化的方法，控制简单，稳定性强。
权利要求书
1.低碳城市污水实现部分亚硝化的装置，其特征在于：设有原水水箱 (1)、推流式部分亚硝化反应器(2)、竖流式二沉池(3);推流式部分亚硝 化反应器在长度方向上平均分为4个格室，第3格室为缺氧区，设有搅拌器， 其余格室为好氧区，按照水流方向上下交错分别设置导流孔(2.2);每个格室 底部中心位置安装曝气盘，气泵通过气体流量计、气量调节阀与曝气盘相连; 推流式部分亚硝化反应器通过出水管(2.7)与二沉池中心管(2.8)连接，二 沉池通过污泥回流泵(2.9)与部分亚硝化反应器的第1格室相连;二沉池通 过出水管(2.10)进行出水排放;而进水来自原水水箱(1)，由进水泵(2.11) 经液体流量计(2.12)进入部分亚硝化反应器第1格室。
2.应用权利要求1所述的低碳城市污水实现部分亚硝化的装置的方法，其 特征包括以下步骤：
步骤一，污泥消化液的驯化阶段：接种后反应器的MLSS为 3000~4000mg/L，采用污泥消化液以SBR运行方式进行驯化，运行温度 20~30℃，通过控制好氧曝气时间，使得氨氧化率在50%~60%;
步骤二，低氨氮适应阶段：以低碳城市污水为原水，仍采用SBR方式运行， 控制氨氧化率在90%以上;反应器中安装在线pH、ORP、DO仪器，在线监测 反应器中的pH、ORP和DO参数，采取实时控制好氧曝气时间策略，当pH随时 间变化曲线出现“拐点”后，停止曝气和搅拌，沉淀后排水;
步骤三，部分亚硝化的实现及稳定运行阶段：以连续流方式运行，通过 控制水力停留时间、反应器各个格室的曝气量、DO浓度，将氨氧化率控制在 50%~60%，出水NO-2-N/NH4+-N为1.00~1.40，沿程亚硝化率95%以上。
说明书
低碳城市污水实现部分亚硝化的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种新型的污水生物脱氮技术，即以A/O(厌氧/好氧)除磷 工艺二级出水为原水，通过部分亚硝化工艺，控制污水中约一半的氨氮氧化 为亚氮，且尽可能降低硝态氮的产生，为低碳城市污水的厌氧氨氧化 (ANAMMOX)工艺提供适宜的进水以实现自养脱氮，适用于低碳城市污水 的处理及回用。
背景技术
低C/N是目前我国城市生活污水的典型水质特征。而现在大多污水厂依 靠传统硝化反硝化脱氮时面临着碳源不足以及脱氮和除磷争夺碳源的问题， 导致出水N、P不达标。
最新科学研究表明ANAMMOX技术是目前污水脱氮最经济的生物脱氮 途径，是自然界氮循环途径中最重要的反应之一，有研究表明ANAMMOX工 艺在海洋环境中氮循环的贡献至少占到50%。它是微生物在厌氧或缺氧条件 下以氨氮为电子供体，亚硝酸盐氮为电子受体，将其转化为氮气的过程，与 传统硝化反硝化脱氮相比，厌氧氨氧化具有耗氧量低、无需外加碳源、运行 费用少以及容积负荷高等优点。
目前，有关ANAMMOX工艺的研究和应用，主要是针对垃圾渗滤液、污 泥消化上清液、电子工业废水等高氨氮的废水，而若能将ANAMMOX工艺应 用于城市污水生物脱氮处理中，不但可以解决脱氮除磷中的碳源不足问题， 还可以最大限度地利用污水中的有机物实现产能。
而作为ANAMMOX工艺预处理的部分亚硝化工艺是实现常温城市污水 自养脱氮的关键。在常温城市污水条件下，如何将污水中约50%的NH4+-N氧 化成NO2--N，并避免向NO3--N转化，是实现城市污水高效低耗生物脱氮的重 中之重。
发明内容
本发明的目的在于实现低碳城市污水部分亚硝化，为ANAMMOX工艺提 供适宜的进水，解决现有城市污水厂脱氮碳源不足的问题，使出水氮素满足 一级A标准，为城市污水脱氮提供一种新思路。
本发明所提供的低碳生活污水部分亚硝化的装置，设有原水水箱、推流 式部分亚硝化反应器、竖流式二沉池;推流式部分亚硝化反应器在长度方向 上平均分为4个格室，第3格室为缺氧区，设有搅拌器，其余格室为好氧区， 按照水流方向上下交错分别设置导流孔;每个格室底部中心位置安装曝气盘， 气泵通过气体流量计、气量调节阀与曝气盘相连;推流式部分亚硝化反应器 通过出水管与二沉池中心管连接，二沉池通过污泥回流泵与部分亚硝化反应 器的第1格室相连;二沉池通过出水管进行出水排放;而进水来自原水水箱， 由进水泵经液体流量计进入部分亚硝化反应器第1格室。
应用所述的低碳城市污水实现部分亚硝化的装置的方法，其特征包括以 下步骤：
步骤一，污泥消化液的驯化阶段：接种后反应器的MLSS为 3000~4000mg/L，采用污泥消化液以SBR运行方式进行驯化，运行温度 20~30℃，通过控制好氧曝气时间，使得氨氧化率在50%~60%;
步骤二，低氨氮适应阶段：以低碳城市污水为原水，仍采用SBR方式运行， 控制氨氧化率在90%以上;反应器中安装在线pH、ORP、DO仪器，在线监测 反应器中的pH、ORP和DO参数，采取实时控制好氧曝气时间策略，当pH随时 间变化曲线出现“拐点”后，停止曝气和搅拌，沉淀后排水;
步骤三，部分亚硝化的实现及稳定运行阶段：以连续流方式运行，通过 控制水力停留时间、反应器各个格室的曝气量、DO浓度，将氨氧化率控制在 50%~60%，出水NO-2-N/NH4+-N为1.00~1.40，沿程亚硝化率95%以上。
更为具体的：
本发明还提供了一种利用上述装置实现低碳城市污水部分亚硝化的方 法，其特征包括以下步骤：
1)污泥消化液的驯化阶段
将取自城市污水厂曝气池的活性污泥投入反应器装置中，MLSS在 3000~4000mg/L。采用污泥的消化上清液进行驯化，氨氮浓度大约为300mg/L。 采用SBR运行方式对硝化污泥进行驯化，反应器每个格室曝气量在5~8L/min， DO在0.10~0.60mg/L，包括进水0.5h、曝气搅拌8~9(h)、沉淀1h、排水1h、 闲置五个阶段，每天运行两个周期。控制氨氧化率在50%~60%，以更好地富 集AOB，而不为NOB的生长提供更多的基质及溶解氧。此阶段大概需要 20~30d(SBR运行参数不限于此，在低DO下实现氨氧化率在50%~60%即可)。
2)低氨氮SBR适应阶段
以低碳城市污水为进水，仍以SBR方式运行，控制氨氧化率在90%以上， 在低氨氮浓度下保持高的氨氧化率，AOB增殖更快，使短程硝化污泥逐步适 应较低的氨氮浓度。反应器中安装在线pH、ORP、DO仪器，可以实时监测 反应器内的参数。转变为直接以低碳城市污水为原水，仍采用SBR方式，使 得高氨氮驯化的短程硝化污泥适应低氨氮浓度。在线监测反应器中的pH、ORP 和DO等参数，采取实时控制好氧曝气时间策略，当pH随时间变化曲线出现 “拐点”后，停止曝气和搅拌，沉淀后排水。此阶段需要20~30d。
3)部分亚硝化的调控及稳定运行阶段
转变为连续流运行。调整反应器四个格室的曝气量分别为4~8、3~4、0、 3~5L/min，沿程形成好氧、好氧、缺氧、好氧的环境，DO浓度分别控制在 0.40~0.60、0.25~0.45、0.05~0.10、0.40~0.60mg/L，水力停留时间(HRT)为 7~9h，将氨氧化率控制在50%~60%，出水NO-2-N/NH4+-N为1.00~1.40，部分 亚硝化效果稳定，沿程亚硝化率超过95%。
技术原理：硝化过程分为两步分别由两类细菌完成，第一步：NH4+-N转 化为NO2--N是由氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria简称AOB)完成;第二 步：NO2--N转化为NO-3-N是由亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria简称 NOB)细菌完成。根据这两类细菌的生长特性的差异以及对反应条件变化敏 感程度的不同，通过控制反应条件来筛选AOB，淘汰NOB，将NH4+-N的氧化 控制在NO2--N阶段。
本发明与现有城市污水脱氮处理方法相比较，具有以下优势：
1)本发明方法将部分亚硝化工艺应用于城市污水中，工艺流程短且效率 高，连续推流式运行，更贴近工程实际，一旦成功，便于实际水厂曝气池、 氧化沟等构筑物的改造。
2)本发明方法的反应器启动周期短，采用污泥消化液驯化，通过SBR运 行方式实现短程硝化的启动。启动成功后，转变为连续流运行，主要通过控 制DO浓度和水力停留时间(HRT)实现部分亚硝化，使得反应器的操作简单， 能更经济地实现常温城市污水部分亚硝化的稳定运行。
3)本发明方法中交替好氧缺氧的运行方式及不同格室的DO浓度梯度差 异，更有利于氨氧化菌(AOB)的富集生长，淘汰硝酸盐氧化菌(NOB)，从 而更能维持部分亚硝化的运行稳定。
4)本发明方法的建设费用比传统硝化/反硝化脱氮系统省20%以上，运行 费用省30%之上，再生水成本减少20%之上，且几乎不产生剩余污泥，节省 占地50%，具有显著的可持续性与经济效益特点，这就大大降低了城市污水 再生处理的成本费用，加快污水资源化的进程，为缓解和解决水危机提供技 术支撑。
