申请日2018.07.04
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F3/30; C02F11/04; C02F101/16
摘要
一种AO生物膜+污泥发酵耦合反硝化实现污水深度脱氮同步污泥减量的装置和方法，属于污水生物处理技术领域，该系统主要包括原水池、AO生物膜反应器、中间水箱、储泥池、污泥发酵耦合反硝化反应器;污水与回流的硝化液进入AO生物膜反应器的缺氧区进行部分反硝化和厌氧氨氧化反应脱氮;混合液继续流入好氧区发生硝化反应，其出水进入中间水箱，一部分被回流至缺氧区前端，另一部分再进入污泥发酵耦合反硝化反应器;储泥池中储存的城市污水处理厂的剩余污泥进入污泥发酵耦合反硝化反应器，发生污泥发酵实现污泥减量，并利用污泥发酵产生的能量进行反硝化深度脱氮。本发明节省能源能耗，适用于低C/N比、高氮负荷污水深度脱氮。
权利要求书
1.一种AO生物膜+污泥发酵耦合反硝化实现污水深度脱氮同步污泥减量的装置，其特征在于：包括原水水箱(1)、AO生物膜反应器(2)、原水进水泵(2.1)、搅拌装置Ⅰ(2.2)、悬浮填料Ⅰ(2.3)、悬浮填料Ⅱ(2.4)、硝化液回流泵(2.5)、曝气头(2.6)、空气压缩机(2.7)、气体流量计(2.8)、中间水箱(3)、储泥池(4)、污泥发酵耦合反硝化反应器(5)、硝化液进水泵(5.1)、进泥泵(5.2)、搅拌装置Ⅱ(5.3)、温控加热棒(5.4)、温度在线监测控制器(5.5)、排水阀(5.6)和排泥阀(5.7);
原水水箱(1)通过原水进水泵(2.1)与AO生物膜反应器(2)相连，污水依次流经AO生物膜反应器(2)的缺氧区和好氧区，出水进入中间水箱(3)，一部分通过硝化液回流泵(2.5)回流至缺氧区前端，另一部分进入污泥发酵耦合反硝化反应器(5)，同时进入的还有储泥池(4)中储存的城市污水处理厂的剩余污泥。
2.应用如权利要求1所述的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动AO生物膜反应器：AO生物膜反应器包括缺氧区和好氧区两个部分，体积比为1:2，其中缺氧区投加富集反硝化菌和厌氧氨氧化菌的悬浮填料Ⅰ，好氧区投加富集硝化菌的悬浮填料Ⅱ，填料均采用直径为25～50mm的聚丙烯空心环，密度为0.98%～1.00g/cm3，孔隙率为94%～96%，填充率均为30%～40%，注入污水，调整总水力停留时间为6h，开启搅拌系统和曝气系统，控制好氧区的溶解氧DO为2～4mg/L;污水和回流的硝化液在缺氧区进行反硝化脱氮，过程中产生的部分亚硝与原水中的氨氮一起被悬浮填料Ⅰ上固定的厌氧氨氧化菌利用，发生厌氧氨氧化反应进一步脱氮;混合液继续流入好氧区发生硝化反应，将氨氮转化为硝态氮，其出水一部分被回流至缺氧区前端，硝化液回流比为300%;
(2)启动污泥发酵耦合反硝化反应器：向反应器中投加污泥浓度为3000～4000mg/L的反硝化污泥和C/N比为2～3的乙酸钠、硝酸钠混合液，缺氧搅拌，用温控加热棒控制反应器温度为30℃，直至反应器中亚硝积累率达到80%以上;逐渐减少乙酸钠的投加量，并投加城市污水处理厂的剩余污泥，直至剩余污泥发酵产生的C源能够完全取代乙酸钠，再逐步用AO生物膜反应器的出水代替硝酸钠，使反应器的亚硝积累率仍保持在80%以上，实现了污泥发酵耦合反硝化;最后向反应器中投加厌氧氨氧化污泥，使得反应器内污泥浓度为5000～6000mg/L，实现污泥发酵耦合反硝化、厌氧氨氧化，解决污泥发酵产生氨氮造成二次污染的问题;
(3)串联运行AO生物膜反应器和污泥发酵耦合反硝化反应器：当AO生物膜反应器出水NH4+降至时3.0mg/L以下，污泥发酵耦合反硝化反应器总氮去除率达90%以上时，串联运行两个反应器，AO生物膜反应器保持回流比300%，总水力停留时间6h，好氧区溶解氧DO为2～4mg/L，出水储存在中间水箱;污泥发酵耦合反硝化反应器利用自控装置设置周期如下：①进泥，启动进泥泵，将储泥池中储存的城市污水处理厂的剩余污泥打入污泥发酵耦合反硝化反应器，设定加泥体积为反应器有效容积的1/5～2/5，进泥时间为15min;②进水，启动硝化液进水泵，将中间水箱储存的AO生物膜反应器出水泵入反应器，设定进水体积为反应器有效容积的4/5～3/5，进水时间为15min;③缺氧搅拌，启动搅拌装置Ⅱ，转速控制在80～100rpm，缺氧搅拌5h，用温控加热棒控制反应器温度为30℃;④沉淀2h;⑤排水，排水体积为反应器有效体积的2/5～3/5，排水时间15min;⑥排泥，排泥比为1/2，排泥时长15min;整个周期为8h。
说明书
一种AO生物膜+污泥发酵耦合反硝化实现污水深度脱氮同步污泥减量的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种AO生物膜+污泥发酵耦合反硝化实现污水深度脱氮同步污泥减量的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。污水在AO生物膜反应器中实现反硝化+厌氧氨氧化反应脱氮，出水硝化液进入污泥发酵耦合反硝化反应器进一步深度脱氮，污水总氮实现高效去除，同时污泥发酵实现污泥减量化，发酵产生的能量得以利用，产生的NH4+得以去除，一举多得。本技术适用于低C/N比、高氮负荷污水的深度处理。
背景技术
我国的城市生活污水处理面临着很多挑战，其中总氮的去除和剩余污泥的处理尤为严峻。水体富营养化日益严重，国家也在加强氮排放的控制，2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中对氮的一级A标准为氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L。目前，外源反硝化仍然是脱氮的主要途径，但我国城市生活污水普遍C/N低，无法提供充足的C源，严重制约了脱氮效果。很多污水处理厂只能通过投加外C源强化反硝化来达到氮的排放标准，这样做不仅成本高，而且会生成更多的剩余污泥。剩余污泥的处理也是一大难题，对于一个典型的城市污水处理厂，其污泥处理成本约占总成本的40%。为了解决这些问题，研究开发经济、高效的污水生物处理脱氮新工艺成为关键。
生物膜法是通过投加填料，使微生物在填料表面生长增殖，形成活性污泥生物膜来降解污水中营养物质的生物处理方法。与活性污泥法相比，它管理方便、剩余污泥产量很低。而且生物膜法有利于世代周期长、增值速度较慢的厌氧氨氧化菌、硝化菌生长，有助于厌氧氨氧化、同步硝化反硝化等强化脱氮途径的实现。
污泥发酵是处理剩余污泥的常用手段，但在实现减量化的同时会释放有机物和氨氮等造成二次污染。将污泥发酵与反硝化耦合在一个反应器中，可以利用发酵生成的有机物作为碳源进行反硝化脱氮，发酵产生的氨氮也能够与反硝化过程中产生的亚硝一起通过厌氧氨氧化去除，不影响出水水质。
发明内容
本发明将生物膜、反硝化耦合厌氧氨氧化、污泥发酵耦合反硝化等新型工艺有机结合，AO生物膜反应器相比传统的活性污泥法剩余污泥产量低，且缺氧区存在厌氧氨氧化反应使得脱氮效率更高。AO反应器出水可作为污泥发酵耦合反硝化反应器的硝态氮来源，发生反硝化反应继续脱氮，同时能够处理外来的剩余污泥，是一种经济高效、一举多得的处理方法。
为实现上述目的，本发明提供一种AO生物膜+污泥发酵耦合反硝化实现污水深度脱氮同步污泥减量的装置，其特征在于：包括原水水箱(1)、AO生物膜反应器(2)、原水进水泵(2.1)、搅拌装置Ⅰ(2.2)、悬浮填料Ⅰ(2.3)、悬浮填料Ⅱ(2.4)、硝化液回流泵(2.5)、曝气头(2.6)、空气压缩机(2.7)、气体流量计(2.8)、中间水箱(3)、储泥池(4)、污泥发酵耦合反硝化反应器(5)、硝化液进水泵(5.1)、进泥泵(5.2)、搅拌装置Ⅱ(5.3)、温控加热棒(5.4)、温度在线监测控制器(5.5)、排水阀(5.6)，排泥阀(5.7);
原水水箱(1)通过原水进水泵(2.1)与AO生物膜反应器(2)相连，污水依次流经AO生物膜反应器(2)的缺氧区和好氧区，出水进入中间水箱(3)，一部分通过硝化液回流泵(2.5)回流至缺氧区前端，另一部分进入污泥发酵耦合反硝化反应器(5)，同时进入的还有储泥池(4)中储存的城市污水处理厂的剩余污泥，二者混合均匀后进行污泥发酵耦合反硝化、厌氧氨氧化反应，实现污泥减量和深度脱氮。
应用所述的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)启动AO生物膜反应器：AO生物膜反应器包括缺氧区和好氧区两个部分，体积比为1:2，其中缺氧区投加富集反硝化菌和厌氧氨氧化菌的悬浮填料Ⅰ，好氧区投加富集硝化菌的悬浮填料Ⅱ，填料均采用直径为25～50mm的聚丙烯空心环，密度为0.98%～1.00g/cm3，孔隙率为94%～96%，填充率均为30%～40%，注入污水，调整总水力停留时间为6h，开启搅拌系统和曝气系统，控制好氧区的溶解氧DO为2～4mg/L。污水和回流的硝化液在缺氧区进行反硝化脱氮，过程中产生的部分亚硝与原水中的氨氮一起被悬浮填料Ⅰ上固定的厌氧氨氧化菌利用，发生厌氧氨氧化反应进一步脱氮;混合液继续流入好氧区发生硝化反应，将氨氮转化为硝态氮，其出水一部分被回流至缺氧区前端，硝化液回流比为300%;
(2)启动污泥发酵耦合反硝化反应器：向反应器中投加污泥浓度为3000～4000mg/L的反硝化污泥和C/N比为2～3的乙酸钠、硝酸钠混合液，缺氧搅拌，用温控加热棒控制反应器温度为30℃，直至反应器中亚硝积累率达到80%以上;逐渐减少乙酸钠的投加量，并投加城市污水处理厂的剩余污泥，直至剩余污泥发酵产生的C源能够完全取代乙酸钠，再逐步用AO生物膜反应器的出水代替硝酸钠，使反应器的亚硝积累率仍保持在80%以上，实现了污泥发酵耦合反硝化;最后向反应器中投加厌氧氨氧化污泥，使得反应器内污泥浓度为5000～6000mg/L，实现污泥发酵耦合反硝化、厌氧氨氧化，解决污泥发酵产生氨氮造成二次污染的问题;
(3)串联运行AO生物膜反应器和污泥发酵耦合反硝化反应器：当AO生物膜反应器出水NH4+降至时3.0mg/L以下，污泥发酵耦合反硝化反应器总氮去除率达90%以上时，串联运行两个反应器，AO生物膜反应器保持回流比300%，总水力停留时间6h，好氧区溶解氧DO为2～4mg/L，出水储存在中间水箱;污泥发酵耦合反硝化反应器利用自控装置设置周期如下：①进泥，启动进泥泵，将储泥池中储存的城市污水处理厂的剩余污泥打入污泥发酵耦合反硝化反应器，设定加泥体积为反应器有效容积的1/5～2/5，进泥时间为15min;②进水，启动硝化液进水泵，将中间水箱储存的AO生物膜反应器出水泵入反应器，设定进水体积为反应器有效容积的4/5～3/5，进水时间为15min;③缺氧搅拌，启动搅拌装置Ⅱ，转速控制在80～100rpm，缺氧搅拌5h，用温控加热棒控制反应器温度为30℃;④沉淀2h;⑤排水，排水体积为反应器有效体积的2/5～3/5，排水时间15min;⑥排泥，排泥比为1/2，排泥时长15min;整个周期为8h。
本发明提供的一种AO生物膜+污泥发酵耦合反硝化实现污水深度脱氮同步污泥减量的装置和方法，具有以下4个优点：
(1)适合处理低C/N比、高氮负荷污水;
(2)结合了反硝化耦合厌氧氨氧化和发酵耦合反硝化两个深度脱氮的技术，脱氮效率高，且非常节省碳源;
(3)采用生物膜本身几乎不产生剩余污泥，能够处理外来污水处理厂的剩余污泥，实现污泥减量化;
(4)运行简单，方便管理。
