申请日2018.11.27
公开(公告)日2019.02.15
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34; C02F101/16
摘要
本发明提供了一种半短程硝化‑厌氧氨氧化串联污水处理系统，包括半短程硝化反应器、沉淀池、调节池、厌氧氨氧化反应器、水质监测装置以及酸碱调节装置;所述半短程硝化反应器为高径比为10~15的圆柱形反应器，在所述半短程硝化反应器的顶部设有表层曝气头，所述表层曝气头通过气管连接气泵;所述沉淀池为竖流式沉淀池，在沉淀池内设有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件的出水端通过循环泵出水管与所述调节池相连。本发明还提供了上述系统的运行方法。本发明系统实现了半短程硝化‑厌氧氨氧化反应的连续稳定运行，结构简单，投入成本低，且运行操作简便，出水总氮去除率达93%以上，适宜推广应用。
权利要求书
1.一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其特征是，包括半短程硝化反应器、沉淀池、调节池、厌氧氨氧化反应器、水质监测装置以及酸碱调节装置;
所述半短程硝化反应器为高径比为10~15的圆柱形反应器，在圆柱形反应器内设有搅拌装置，所述半短程硝化反应器的底部通过进水管连接进水箱，所述半短程硝化反应器的顶部通过反应器出水管与所述沉淀池相连;在所述半短程硝化反应器的顶部设有表层曝气头，所述表层曝气头通过气管连接气泵;
所述沉淀池为竖流式沉淀池，在沉淀池内设有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件的出水端通过循环泵出水管与所述调节池相连，在所述沉淀池与半短程硝化反应器的顶部之间设有污泥回流管，在所述污泥回流管上设有污泥回流泵;
所述调节池通过调节池出水管与厌氧氨氧化反应器的底部相连，所述厌氧氨氧化反应器为封闭式反应器，在厌氧氨氧化反应器内设有搅拌装置;
所述水质监测装置包括三组水质监测探头和数字化水质分析仪，每组水质监测探头包括pH探头、溶解氧探头和氧化还原电位探头，三组水质监测探头分别设于半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器的顶部。
2.根据权利要求1所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其特征是，所述半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器各自通过进液管与所述酸碱调节装置相连。
3.根据权利要求1所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其特征是，在与表层曝气头相连的气管上设有气量调节阀和气体流量计。
4.根据权利要求1所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其特征是，在所述厌氧氨氧化反应器的外部设有循环水浴保温套，所述循环水浴保温套通过管道与数显循环保温水箱相连。
5.根据权利要求1所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其特征是，所述半短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内的搅拌装置均由沿反应器轴线设置的搅拌杆、分布于所述搅拌杆的搅拌叶以及与所述搅拌杆相连的转速控制器构成。
6.一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法，其特征是，包括以下步骤：
a、设置半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其结构包括半短程硝化反应器、沉淀池、调节池、厌氧氨氧化反应器、水质监测装置以及酸碱调节装置;
所述半短程硝化反应器为高径比为10~15的圆柱形反应器，在圆柱形反应器内设有搅拌装置，所述半短程硝化反应器的底部通过进水管连接进水箱，所述半短程硝化反应器的顶部通过反应器出水管与所述沉淀池相连;在所述半短程硝化反应器的顶部设有表层曝气头，所述表层曝气头通过气管连接气泵;
所述沉淀池为竖流式沉淀池，在沉淀池内设有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件的出水端通过循环泵出水管与所述调节池相连，在所述沉淀池与半短程硝化反应器的顶部之间设有污泥回流管，在所述污泥回流管上设有污泥回流泵;
所述调节池通过调节池出水管与厌氧氨氧化反应器的底部相连，所述厌氧氨氧化反应器为封闭式反应器，在厌氧氨氧化反应器内设有搅拌装置;
所述水质监测装置包括三组水质监测探头和数字化水质分析仪，每组水质监测探头包括pH探头、溶解氧探头和氧化还原电位探头，三组水质监测探头分别设于半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器的顶部;
b、将取自污水处理厂曝气池的活性污泥加入到半短程硝化反应器内，加入后MLSS控制在3000~4300mg/L，将半短程硝化反应器对应的一组水质监测探头和表层曝气头浸没在半短程硝化反应器的控制段内;
c、驯化阶段：利用半短程硝化反应器的水质监测探头对其进行监测，使所述控制段的DO为0.6~0.7mg/L，pH为7.5~8.0，ORP为10~200mV，并以氨氮浓度为150mg/L和氨氮浓度为50mg/L的废水交替进水的方式进行驯化，直至半短程硝化反应器内氨氧化率>70%;
d、提高阶段：控制半短程硝化反应器控制段的DO为0.6~0.7mg/L，pH为7.5~8.0，ORP为10~200mV，开启搅拌装置，以氨氮浓度为230~270mg/L 的废水连续进水的方式运行，使半短程硝化反应器内氨氧化率>80%，之后控制半短程硝化反应器控制段的DO为0.4~0.5mg/L，持续搅拌，使出水亚硝氮浓度/出水氨氮浓度稳定在1.1~1.4;
e、预先启动厌氧氨氧化反应器：在厌氧氨氧化反应器内预先对取自污水处理厂曝气池的活性污泥进行驯化，利用厌氧氨氧化反应器的水质监测探头对其进行监测，控制厌氧氨氧化反应器的DO小于0.3mg/L，pH为8.0~8.5，ORP为10~200mV，当以氨氮浓度为110mg/L、亚硝氮浓度为130mg/L的废水进水，厌氧氨氧化反应器的总氮去除率达80%以上时，启动完成;
f、半短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器串联运行：半短程硝化反应器的出水经沉淀池和调节池后，进入厌氧氨氧化反应器进行反应，在运行过程中，控制半短程硝化反应器控制段的DO为0.4~0.5mg/L，pH为7.5~8.0，ORP为10~200mV，控制调节池和厌氧氨氧化反应器的DO小于0.3mg/L，pH为8.0~8.5，ORP为10~200mV。
7.根据权利要求6所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法，其特征是，半短程硝化反应器的控制段为距离液面1~2倍反应器内径深度范围内。
8.根据权利要求6所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法，其特征是，半短程硝化反应器整个启动和运行过程中，曝气方式采用限氧连续表层曝气的方式。
9.根据权利要求6所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法，其特征是，所述半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器各自通过进液管与所述酸碱调节装置相连;在与表层曝气头相连的气管上设有气量调节阀和气体流量计;所述半短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内的搅拌装置均由沿反应器轴线设置的搅拌杆、分布于所述搅拌杆的搅拌叶以及与所述搅拌杆相连的转速控制器构成。
10.根据权利要求6所述的半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法，其特征是，在所述厌氧氨氧化反应器的外部设有循环水浴保温套，所述循环水浴保温套通过管道与数显循环保温水箱相连，在厌氧氨氧化反应器启动和运行过程中，通过数显循环保温水箱控制反应器温度为30~35℃。
说明书
一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统与方法
技术领域
本发明涉及含氨氮污水处理技术领域，具体地说涉及一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统与方法。
背景技术
我国城市生活污水大多数C/N低，所以采用生物硝化-反硝化工艺需要额外添加有机碳源，造成运行成本高。而厌氧氨氧化工艺能够将氨氮与一定比例的亚硝氮直接生成氮气，具有不需要额外添加有机碳源，不需要曝气，不产生二次污染、运行管理成本低等优点。
目前厌氧氨氧化研究的主要方向为生活污水、垃圾渗滤液、工业废水、污泥上清液、制药废水治理等，但是我国污水中亚硝氮几乎没有，为此，很多研究人员围绕厌氧氨氧化开展了一系列的试验，如短程硝化-厌氧氨氧化(SHARON-ANAMMOX)、限氧自养硝化-厌氧反硝化(OLAND)、完全自养脱氮工艺(CANON)以及短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)。大多人研究人员是将不同菌种放到同一个反应器中进行启动或运行，这样可以省去中间控制环节。而为了兼顾各类菌属生存所需要的pH、DO，研究人员设计的反应器高径比往往比较大或水平方向上隔间比较多，以便不同类型的菌可以分区分布。但是当反应器运行不稳定需要补救时，面对多种可能的原因，不容易具体分析和解决，因此这类反应器难以进行实际应用，而如何将短程硝化反应与厌氧氨氧化反应进行有机结合成为本领域重要的研究课题。
短程硝化是围绕ANAMMOX工艺拓展工艺的关键控制过程，如何保障亚硝化出水稳定是实现短程硝化反应与厌氧氨氧化反应有机串接以及实现ANAMMOX工艺稳定运行的重要前提。
大多数亚硝化菌是自养型细菌，能够适应我国低C/N废水情况。在常见的活性污泥中，除了有亚硝化菌的存在，还有亚硝酸盐氧化菌(NOB)，要使亚硝氮能够有效转化和积累，首先应该让接种的活性污泥在设计的驯化装置及条件下存在并适应，进而逐渐淘汰亚硝酸盐氧化菌和反硝化菌等。因此驯化装置内溶解氧(DO)需要严格控制，溶解氧过高容易使NOB活性恢复，亚硝氮转化到硝氮;溶解氧过低，反硝化菌会大量繁殖和生长。目前驯化亚硝化菌反应器有SBR反应器、推流反应器等，但是大多数反应器都是采用间歇曝气，这就需要相关工作人员密切关注反应器内的溶解氧适时地进行曝气。实际应用此类亚硝化反应器时，间歇曝气不仅会给污水处理厂带来了负担，且其工艺稳定性差，很容易产生曝气控制不当而使驯化失败的情形。因此，研究一种便于控制且能够实现短程消化和厌氧氨氧化连续稳定运行的反应系统具有重要意义。
发明内容
本发明的目的之一就是提供了一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，以解决现有系统运行不便，运行稳定性差以及难以维护补救的问题。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，包括半短程硝化反应器、沉淀池、调节池、厌氧氨氧化反应器、水质监测装置以及酸碱调节装置;
所述半短程硝化反应器为高径比为10～15的圆柱形反应器，在圆柱形反应器内设有搅拌装置，所述半短程硝化反应器的底部通过进水管连接进水箱，所述半短程硝化反应器的顶部通过反应器出水管与所述沉淀池相连;在所述半短程硝化反应器的顶部设有表层曝气头，所述表层曝气头通过气管连接气泵;
所述沉淀池为竖流式沉淀池，在沉淀池内设有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件的出水端通过循环泵出水管与所述调节池相连，在所述沉淀池与半短程硝化反应器的顶部之间设有污泥回流管，在所述污泥回流管上设有污泥回流泵;
所述调节池通过调节池出水管与厌氧氨氧化反应器的底部相连，所述厌氧氨氧化反应器为封闭式反应器，在厌氧氨氧化反应器内设有搅拌装置;
所述水质监测装置包括三组水质监测探头和数字化水质分析仪，每组水质监测探头包括pH探头、溶解氧探头和氧化还原电位探头，三组水质监测探头分别设于半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器的顶部。
所述半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器各自通过进液管与所述酸碱调节装置相连。
在与表层曝气头相连的气管上设有气量调节阀和气体流量计。
在所述厌氧氨氧化反应器的外部设有循环水浴保温套，所述循环水浴保温套通过管道与数显循环保温水箱相连。
所述半短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内的搅拌装置均由沿反应器轴线设置的搅拌杆、分布于所述搅拌杆的搅拌叶以及与所述搅拌杆相连的转速控制器构成。
本发明的目的之二是提供了一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理方法，包括以下步骤：
a、设置半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统，其结构包括半短程硝化反应器、沉淀池、调节池、厌氧氨氧化反应器、水质监测装置以及酸碱调节装置;
所述半短程硝化反应器为高径比为10～15的圆柱形反应器，在圆柱形反应器内设有搅拌装置，所述半短程硝化反应器的底部通过进水管连接进水箱，所述半短程硝化反应器的顶部通过反应器出水管与所述沉淀池相连;在所述半短程硝化反应器的顶部设有表层曝气头，所述表层曝气头通过气管连接气泵;
所述沉淀池为竖流式沉淀池，在沉淀池内设有中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件的出水端通过循环泵出水管与所述调节池相连，在所述沉淀池与半短程硝化反应器的顶部之间设有污泥回流管，在所述污泥回流管上设有污泥回流泵;
所述调节池通过调节池出水管与厌氧氨氧化反应器的底部相连，所述厌氧氨氧化反应器为封闭式反应器，在厌氧氨氧化反应器内设有搅拌装置;
所述水质监测装置包括三组水质监测探头和数字化水质分析仪，每组水质监测探头包括pH探头、溶解氧探头和氧化还原电位探头，三组水质监测探头分别设于半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器的顶部;
b、将取自污水处理厂曝气池的活性污泥加入到半短程硝化反应器内，加入后MLSS控制在3000～4300mg/L，将半短程硝化反应器对应的一组水质监测探头和表层曝气头浸没在半短程硝化反应器的控制段内;
c、驯化阶段：利用半短程硝化反应器的水质监测探头对其进行监测，使所述控制段的DO为0.6～0.7mg/L，pH为7.5～8.0，ORP为10～200mV，并以氨氮浓度为150mg/L和氨氮浓度为50mg/L的废水交替进水的方式进行驯化，直至半短程硝化反应器内氨氧化率>70%;
d、提高阶段：控制半短程硝化反应器控制段的DO为0.6～0.7mg/L，pH为7.5～8.0，ORP为10～200mV，开启搅拌装置，以氨氮浓度为230～270mg/L的废水连续进水的方式运行，使半短程硝化反应器内氨氧化率>80%，之后控制半短程硝化反应器控制段的DO为0.4～0.5mg/L，持续搅拌，使出水亚硝氮浓度/出水氨氮浓度稳定在1.1～1.4;
e、预先启动厌氧氨氧化反应器：在厌氧氨氧化反应器内预先对取自污水处理厂曝气池的活性污泥进行驯化，利用厌氧氨氧化反应器的水质监测探头对其进行监测，控制厌氧氨氧化反应器的DO小于0.3mg/L，pH为8.0～8.5，ORP为10～200mV，当以氨氮浓度为110mg/L、亚硝氮浓度为130mg/L的废水进水，厌氧氨氧化反应器的总氮去除率达80%以上时，启动完成;
f、半短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器串联运行：半短程硝化反应器的出水经沉淀池和调节池后，进入厌氧氨氧化反应器进行反应，在运行过程中，控制半短程硝化反应器控制段的DO为0.4～0.5mg/L，pH为7.5～8.0，ORP为10～200mV，控制调节池和厌氧氨氧化反应器的DO小于0.3mg/L，pH为8.0～8.5，ORP为10～200mV。
半短程硝化反应器的控制段为距离液面1～2倍反应器内径深度范围内。
半短程硝化反应器整个启动和运行过程中，曝气方式采用限氧连续表层曝气的方式。
所述半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器各自通过进液管与所述酸碱调节装置相连;在与表层曝气头相连的气管上设有气量调节阀和气体流量计;所述半短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器内的搅拌装置均由沿反应器轴线设置的搅拌杆、分布于所述搅拌杆的搅拌叶以及与所述搅拌杆相连的转速控制器构成。
在所述厌氧氨氧化反应器的外部设有循环水浴保温套，所述循环水浴保温套通过管道与数显循环保温水箱相连，在厌氧氨氧化反应器启动和运行过程中，通过数显循环保温水箱控制反应器温度为30～35℃。
所述调节池为封闭式或半封闭式调节池，其DO可由氮气氮吹进行控制。
所述酸碱调节装置包括碱性缓冲溶液桶和酸性缓冲溶液桶，所述半短程硝化反应器、调节池、厌氧氨氧化反应器各自由双通道蠕动泵控制进液管连通所述碱性缓冲溶液桶和酸性缓冲溶液桶。
本发明取得的有益效果如下：
1)本发明采用特定高径比的半短程硝化反应器和特殊的曝气方式，使得在连续曝气条件下，反应器内溶解氧在竖直方向上呈梯度分布，溶解氧随反应器深度逐渐降低，更加便于反应器的运行和管理，利用表层限氧曝气的方式，可以有效减少曝气过多，降低反应器运行不稳定的风险。
2)基于本发明溶解氧的分布，更加利于亚硝化菌的驯化，使其他菌不断淘汰，反应器启动时间短，效率高，运行稳定性好。
3)基于本发明半短程硝化反应器良好的出水稳定性和操控的便捷性，通过特定调节池的设计和厌氧氨氧化反应器的控制，实现了半短程硝化和厌氧氨氧化的有机串接，成功启动了半短程硝化反应器出水供给厌氧氨氧化反应器的一整套污水处理系统，出水的总氮去除率可稳定在93%以上，且运行更加稳定，更加便于操控。
4)本发明可对现有污水处理厂进行改造，占地面积小，成本投入低。
5)本发明的建设面积比传统硝化/反硝化生物脱氮技术节省50%以上，建设费用节省30%以上，运行费用节省30%以上，整个过程不需向系统外排泥，具有环境友好和经济效益并举的特点，有利于提高污水治理的效率，缓解水资源短缺问题。
