申请日2012.02.10
公开(公告)日2012.07.04
IPC分类号C02F3/30
摘要
城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法，它涉及污水处理装置及方法。本发明解决现有硝化-厌氧氨氧化工艺存在占地面积大、运行费用高的技术问题。反应装置主体内设置有外筒、内筒和导流罩，内筒的下端面与外筒固定连接，导流罩罩在内筒的外侧，内筒内设置有环形布水器和环形微孔曝气管。方法：采用间歇挂膜方式挂膜，通入城市污水，在外筒完成COD的去除并生成少量NO2--N。向外筒内注入亚硝化和厌氧氨氧化混合污泥，实现亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮。本装置是采用连续运行方式，占地面积小，减少构筑物的有效容积，管理简便，处理效率高，运行成本低等，对生活污水基质浓度低，水量大的特点特别有针对性。
权利要求书
1.城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置，它包括进水箱(1)、进水泵 (2)、气体流量计(3)、鼓风机(4)、顶盖(5)、内筒(6)、外筒(7)、导流罩(8)、环 形布水器(9)、环形微孔曝气管(10)、排泥管(11)、挡块(12)、排气管(13)、出水箱 (14)、取样口(15)、悬浮填料(16)和拉筋(17)，其特征在于反应装置主体内设置有外 筒(7)、内筒(6)和导流罩(8)，内筒(6)可拆卸安装在外筒(7)底板上，导流罩(8) 罩在内筒(6)的外侧，导流罩(8)的顶端面与顶盖(5)固定连接，顶盖(5)上安装有 排气管(13)，顶盖(5)与外筒(7)通过拉筋(17)固定连接，内筒(6)内设置有环形 布水器(9)和环形微孔曝气管(10)，环形布水器(9)位于环形微孔曝气管(10)上方， 环形布水器(9)的进水口与进水箱(1)的出水口通过进水泵(2)连通，环形微孔曝气管 (10)的进气口与鼓风机(4)的出气口通过气体流量计(3)连通，外壳(7)的中上部设 有挡块(12)，外壳侧壁上设有数个取样口(15)外壳上部的出水口与出水箱(14)的进水 口连通，内筒(6)中装有悬浮填料(16)。
2.根据权利要求1所述城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置，其特征 在于内筒(6)和导流罩(8)均为喇叭形。
3.根据权利要求1所述城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置，其特征 在于以体积计悬浮填料(16)的填充度为60%～70%。
4.利用城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法，其特征 在于城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法是按下述步骤进 行的：
步骤一、按MLSS=3g/L～4g/L向内筒(6)内加入城市污水厂曝气池活性污泥，然后 通入营养液直到完全浸没悬浮填料(16)，再投加碳酸氢钠调节pH值为7.5，利用环形微 孔曝气管(10)进行微曝气，微曝气的曝气量为60L/h～100L/h，并将反应温度控制在25～30 ℃进行挂膜，每天更换2～3次营养液膜，COD去除率达80%以上挂膜成功;
步骤二、将城市污水通入进水箱(1)，再利用进水泵(2)通过环形布水器(9)通入 内筒(6)内，运行温度为常温，溶解氧控制在1.5～2mg/L，然后调整水力停留时间使内筒 (6)内的COD去除率在80%以上，并且内筒6出水的COD在40mg/L，即完成内筒(6) 区域内的启动;
步骤三、再向外筒(7)注入接种量为8g/L氨氧化细菌与厌氧氨氧化颗粒污泥混合污 泥，氨氧化细菌与成熟厌氧氨氧化颗粒污泥比例为1∶2，通过调节内筒(6)的曝气量使 内筒(6)与外筒(7)之间的溶解氧控制在0.1～0.15mg/L进行亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应， 水力停留时间为1～2小时，然后排放自然环境中，即实现了城市污水亚硝化-厌氧氨氧化耦 合共生脱氮;步骤一所述营养液由氯化铵、葡萄糖、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、微量元素和 水组成，营养液中氯化铵的浓度为120～180mg/L、葡萄糖的浓度为150～220mg/L、碳酸氢 钠的浓度为220～260mg/L、磷酸二氢钾的浓度为20～30mg/L、微量元素的浓度为 0.1～0.5mL/L;所述微量元素按重量份数比由1.5重量份FeCl3·6H2O、0.15重量份H3BO3、 0.03重量份CuSO4、0.18重量份KI、0.1重量份MnSO4·H2O、0.06重量份Na2MOO4·H2O、 0.12重量份ZnSO4·7H2O、0.18重量份CoSO4·7H2O和10重量份EDTA组成。
5.根据权利要求4所述的城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污 水的方法，其特征在于步骤一所述的微曝气的曝气量为70L/h～80L/h。
6.根据权利要求4或5所述的城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处 理污水的方法，其特征在于步骤二所述溶解氧控制在1.8mg/L。
7.根据权利要求6所述的城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污 水的方法，其特征在于步骤一所述营养液中氯化铵的浓度为153mg/L、葡萄糖的浓度为 205mg/L、碳酸氢钠的浓度为243mg/L，磷酸二氢钾的浓度为25mg/L，微量元素的浓度为 0.3mL/L。
说明书
城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理装置及方法;具体涉及城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共 生脱氮装置及处理污水的方法。
背景技术
目前，我国和世界其他国家城市生活污水的处理方法主要采用好氧处理(如活性污泥 法等)、厌氧处理(如USAB等)，虽然能达到较好的处理效果，但仍存在许多问题，好氧 处理存在的问题：(1)能耗高;(2)污泥产量高;(3)需要投加有机碳源;(4)管理不方 便。厌氧处理存在的问题：(1)处理后出水的COD、BOD值较高;(2)水力停留时间较 长并产生恶臭。
短程硝化-厌氧氨氧化集成工艺与传统的全程硝化-反硝化工艺相比较可以发现，新工艺 能节省62.5%的曝气量和50%的耗碱量，并且无需投加有机碳源;另外，由于ANAMMOX 菌的细胞产率远远低于反硝化菌，新工艺的污泥产量只有传统脱氮过程的15%，大大减少 剩余污泥量。
目前对于短程硝化-厌氧氨氧化的研究，根据耦合方式的不同，可将部分亚硝化/厌氧 氨氧化工艺分为两段式和单段式，两段式虽然易于调控，但占地面积大，运行费用高。
随着人们对环境要求越来越高，污水排放指标越来越严格，如果能采用单段式亚硝化 耦合厌氧氨氧化工艺处理日益增长的城市生活污水，将能很大程度地减少能耗，达到低碳 污水处理的理念。
发明内容
本发明要解决现有硝化-厌氧氨氧化工艺存在占地面积大、运行费用高的技术问题; 而提供了城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置及处理污水的方法。
本发明中城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置包括进水箱、进水泵、 气体流量计、鼓风机、顶盖、内筒、外筒、导流罩、环形布水器、环形微孔曝气管、排泥 管、挡块、排气管、出水箱、取样口、悬浮填料和拉筋，反应装置主体内设置有外筒、内 筒和导流罩，内筒可拆卸安装在外筒底板上，导流罩罩在内筒的外侧，导流罩的顶端面与 顶盖固定连接，顶盖上安装有排气管，顶盖与外筒通过拉筋固定连接，内筒内设置有环形 布水器和环形微孔曝气管，环形布水器位于环形微孔曝气管上方，环形布水器的进水口与 进水箱的出水口通过进水泵连通，环形微孔曝气管的进气口与鼓风机的出气口通过气体流 量计连通，外壳的中上部设有挡块，外壳侧壁上设有数个取样口，外壳上部的出水口与出 水箱的进水口连通，内筒中装有悬浮填料。
内筒与外筒底板之间形成好氧区，内筒与外筒及挡块之间形成缺氧区。
本发明中城市污水常温亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮装置处理污水的方法是按下 述步骤进行的：
步骤一、向内筒内加入城市污水厂曝气池活性污泥，接种后MLSS=3g/L～4g/L，然 后通入营养液直到完全浸没悬浮填料，再投加碳酸氢钠调节pH值为7.5，利用环形微孔 曝气管进行微曝气，微曝气的曝气量为60L/h～100L/h，并将反应温度控制在25～30℃进行 挂膜，每天更换2～3次营养液膜，COD去除率达80%以上挂膜成功;
步骤二、将城市污水通入进水箱，再利用进水泵通过环形布水器通入内筒内，运行 温度为常温，溶解氧控制在1.5～2mg/L，然后调整水力停留时间使内筒内的COD去除率 在80%以上，并且内筒出水的COD在40mg/L，即完成内筒区域内的启动;
步骤三、再向外筒注入接种量为8g/L的氨氧化细菌(AOB)与厌氧氨氧化颗粒污泥混 污泥，氨氧化细菌与厌氧氨氧化颗粒污泥比例为1∶2，通过调节内筒的曝气量使内筒与 外筒之间的溶解氧控制在0.1～0.15mg/L进行亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应，水力停留时间 为1～2小时，出水排放自然环境中，即实现了城市污水亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮; 步骤一所述营养液由氯化铵、葡萄糖、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、微量元素和水组成，营养 液中氯化铵的浓度为120～180mg/L、葡萄糖的浓度为150～220mg/L、碳酸氢钠的浓度为 220～260mg/L，磷酸二氢钾的浓度为20～30mg/L，微量元素的浓度为0.1～0.5mL/L，所述 微量元素按重量份数比由1.5重量份FeCl3·6H2O、0.15重量份H3BO3、0.03重量份CuSO4、 0.18重量份KI、0.1重量份MnSO4·H2O、0.06重量份Na2MOO4·H2O、0.12重量份 ZnSO4·7H2O、0.18重量份CoSO4·7H2O和10重量份EDTA组成。
上述内筒和导流罩均为喇叭形等上窄下宽形状。
本发明利用氨氧化细菌和厌氧氨氧化菌的代谢机理和对环境的适应性，针对生活污水 低基质浓度，而开发出的一套城市污水自养脱氮的装置和方法，把污水里的氨态氮直接转 化为氮气。
亚硝化过程是氨氮被氨氧化细菌氨化为亚硝酸盐的过程，氨氧化菌对DO的亲和力比亚 硝酸盐氧化菌强，所以较低的DO浓度可以限制亚硝酸盐氧化菌的生长从而实现NO2-的积 累。厌氧氨氧化是厌氧氨氧化菌利用NH4+-N为电子供体，NO2--N为电子受体，把NH4+-N和 NO2--N最终转化为N2和少量NO3--N的过程。
2NH4++1.502=NH4++NO2-+2H2O+2H+(短程硝化反应)
NH4++1.32NO2-→1.02N2+0.26NO3-+2H2O(厌氧氨氧化反应)
本发明装置的内筒注入挂有城市污水厂曝气池活性污泥的填料，城市污水在好氧区内 完成大部分COD的降解，并把少量的NH4+-N氧化成NO2--N，此阶段不产生NO2--N的 累积，没有NO3--N的生成，气流上升为好氧区提供上升流速，部分氧气溶解在水中，以 水携氧的形式为缺氧区提供溶解氧。
携带着溶解氧的好氧区出水进入导流罩，缺氧区内水流弯道式扩散上升，加上内筒微 曝气所提供的一定混合动力，强化了泥水传质过程。由于缺氧区进水COD很低，反应立即 进入硝化阶段。因为处于限氧环境下，硝酸菌受到仰制，亚硝化细菌大量增殖，体系中仍 存在微量溶解氧，厌氧氨氧化菌受到仰制，系统还停留在亚硝化阶段。但由于基质充分， 亚硝化细菌处于对数增长期，分泌出大量粘性胞外产物，逐渐地把厌氧氨氧化颗粒包裹在 其中，从而形成亚硝化-厌氧氨氧化共生菌团。由于被包裹的是成熟的厌氧氨氧化污泥，在 低溶解氧的环境下厌氧氨氧化菌的活性很快得到恢复，利用体系中剩余的NH4+-N和生成的 NO2--N最终转化为氨气。
本发明具有以下优点：
与传统的全程硝化-反硝化工艺相比较可以发现，亚硝化-厌氧氨氧化耦合共生脱氮工艺 能节省62.5%的曝气量和50%的耗碱量，并且无需投加有机碳源;另外，由于ANAMMOX 菌的细胞产率远远低于反硝化菌，新工艺的污泥产量只有传统脱氮过程的15%，大大减少 剩余污泥量。
本装置内筒利用产气提供的动力，使泥水充分接触，外筒水流利用重力势能，加上内 筒微曝气所提供的一定混合动力，无需外加动力就能实现泥水混合，降低运行成本;导流 罩口的喇叭形设计，使缺氧区内水流呈弯道式扩散上升，使外筒泥水充分混合。导流管中 的水流是以水携氧的形式进入缺氧区，这种微氧环境，既能仰制亚硝酸盐氧化菌的生长， 又能给氨氧化细菌提供足够的溶解氧并且不会影响厌氧氨氧化菌的活性。在不需添加酸碱 中和剂、不消耗碳源和降低氧气消耗量的情况下实现城市污水的生物脱氮，且将污水处理 温度降到常温，有巨大的节能效益。
本装置是采用连续运行方式，占地面积小，减少构筑物的有效容积，管理简便，处理 效率高，运行成本低等，对生活污水基质浓度低，水量大的特点特别有针对性。
