申请日2018.07.06
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F3/30; C02F101/10; C02F101/16
摘要
一种基于羟胺抑制实现连续流短程硝化‑厌氧氨氧化的城市污水处理装置和方法属于污水处理领域。对UCT工艺进行改良，装置由原水箱、主反应器、沉淀池和羟胺处理单元组成;其中主反应器分为六个区域，依次为厌氧反应器、缺氧反应器、第一好氧反应器、第一脱氮反应器、第二好氧反应器、第二脱氮反应器。对于连续流短程硝化‑厌氧氨氧化来说，抑制NOB的活性极为重要，而仅仅通过实时监控和调整工艺参数很难获得稳定的短程效果，且手段较为复杂。本方法通过设置羟胺处理单元，利用羟胺对NOB的选择性抑制，抑制了部分NOB的活性，同时结合主反应池缺好氧交替运行的策略，进一步抑制了NOB的活性。本方法操作简单，能够快速启动和稳定维持。
权利要求书
1.一种基于羟胺抑制实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化的城市污水处理装置，其特征在于：包括原水箱(1)、厌氧反应器(2)、缺氧反应器(3)、第一好氧反应器(4)、第一脱氮反应器(5)、第二好氧反应器(6)、第二脱氮反应器(7)、沉淀池(8)和羟胺处理单元(9);
所述的原水箱(1)上设置进水管(1.1)和溢流管(1.2);所述的厌氧反应器(2)上设置进水口、出水口和回流口，其中进水口通过进水泵(10)和原水箱(1)相连;所述的缺氧反应器(3)上设置进水口、出水口、内回流口和外回流口，其中内回流口通过内回流泵(11)和厌氧反应器(2)的回流口相连;所述的第一好氧反应器(4)和第二好氧反应器(6)均设置有进水口、出水口、曝气头(16)和DO传感器(17)，其中曝气头(16)和气泵(12)相连;所述的第一脱氮反应器(5)和第二脱氮反应器(7)均设置有进水口和出水口，内部采用环状聚乙烯填料进行填充;所述的沉淀池(8)设置进水口、出水管(8.1)和排泥管，其中进水口和第二脱氮反应器(7)的出水口相连，排泥管(8.2)上设置排泥阀(8.2)和回流阀(8.3);所述的羟胺处理单元(9)设置进水口、出水口和加药装置(9.1)，其中进水口通过第一外回流泵(13)和沉淀池的排泥管(8.2)相连，出水口通过第二外回流泵(14)和缺氧反应器(3)的外回流口相连;所述的厌氧反应器(2)、缺氧反应器(3)、第一好氧反应器(4)、第一脱氮反应器(5)、第二好氧反应器(6)、第二脱氮反应器(7)和羟胺处理单元(9)均设置有搅拌器(15)和取样口。
2.应用权利要求1所述装置的方法，其特征在于：
1)接种启动阶段
接种城市污水处理厂二沉池的回流污泥至厌氧反应器(2)中，使污泥浓度达到3000～4000mg/L，再接种挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料至第一脱氮反应器(5)和第二脱氮反应器(7)中，填充比为30～40%;沉淀池(8)中的污泥通过污泥外回流泵按照50～150%的污泥回流比回流至缺氧反应器(3)，同时缺氧反应器(3)的泥水混合物按照80～120%的污泥内回流比回流至厌氧反应器(2);根据反应器中的污泥浓度调整排泥量，改变污泥龄，使污泥浓度稳定维持在3000～4000mg/L;当沉淀池出水NH4+-N<10mg/L，PO43-<0.5mg/L，TN<25mg/L时，则启动完成;
2)连续运行阶段
开启羟胺处理单元(9)的加药装置(9.1)，投加羟胺使其在混合液中的浓度达到2～5mg/L，对外回流污泥进行抑制处理，外回流比为80%～120%，外回流污泥在羟胺处理单元(9)的停留时间为1～5h;然后混合液流入缺氧反应器(3)进行反硝化反应，降解回流污泥中剩余的硝氮;随后混合液按50%～150%的内回流比回流至厌氧反应器(2)，使厌氧反应器(2)处于完全厌氧状态，同时进入的还有生活污水，聚磷菌在这里进行释磷并且储存内碳源;随后混合液再次进入缺氧反应器(3)，进一步发生释磷和反硝化反应，同时降低混合液中的COD;然后混合液进入第一好氧反应器(4)，将溶解氧控制在0.5～1.5mg/L，使其发生部分短程硝化反应，将一部分氨氮转化为亚硝，再进入第一脱氮反应器(5)，在以厌氧氨氧化菌为主、反硝化细菌为辅的双重作用下进行脱氮;之后混合液进入第二好氧反应器(6)，溶解氧控制在0.5～1mg/L，在这里剩余的氨氮继续被部分转化为亚硝，然后含有氨氮、亚硝和硝氮的混合液进入第二脱氮反应器(7)，在厌氧氨氧化菌和反硝化细菌的联合作用下脱氮;最后混合液流入沉淀池(8)进行泥水分离，上清液出水管(8.1)排出，污泥一部分作为外回流污泥进入羟胺处理单元(9)进行抑制处理，一部分作为剩余污泥排出系统;连续运行期间通过在30～120min范围内调整水力停留时间，使出水水质达到NH4+-N<5mg/L，PO43-<0.5mg/L，TN<15mg/L，并稳定维持。
说明书
一种基于羟胺抑制实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种采用羟胺和缺好氧交替策略双重抑制污水中硝化细菌(NOB)从而实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法，属于污水处理领域。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，人们逐渐意识到环境保护的重要性。近年来，我国出台和发布了一系列针对环境保护的政策和要求，尤其对于水污染来说，进一步严格规定了检测频率、检测指标、出水水质和达标要求。传统的污水生物处理工艺不但能耗高、投资大、产泥量高，而且处理效果一般，难以达到新的标准和要求。
短程硝化技术和厌氧氨氧化技术是近年来发展比较快的新型污水生物处理技术，有较大的应用价值和广泛的发展前景。短程硝化技术是指在有氧条件下，污水中的氨氮经亚硝化细菌(AOB)的作用转化为亚硝态氮，此时反应即停止，不继续将亚硝态氮转化为硝态氮。该技术具有诸多优点，比如节省曝气量、节约能源、产泥量少等。厌氧氨氧化技术是指在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌将污水中存在的氨氮和亚硝态氮同时转化成氮气的过程。厌氧氨氧化技术具有节约碳源、节省成本、产泥量少等优点。目前，科研人员常常把这两种技术联用，典型的列子就是连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺。
连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺结合了短程硝化技术和厌氧氨氧化技术各自的优点，不但节省碳源、节约能耗、污泥产量少，而且处理效果较好，能够达到日益严格的出水标准。但是，连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺也存在着明显的难点，其中最困难的两点是短程硝化反应的实现和厌氧氨氧化菌的有效持留。实现短程硝化反应的根本是要抑制硝化细菌(NOB)的活性和生长，使亚硝化细菌(AOB)优势生长，目前比较普遍的方法有：(1)持续低氧曝气;(2)保持较高的反应温度;(3)利用FA和FNA抑制等。但是这些方法均有一定的局限性：(1)低溶解氧会使反应速率变慢，处理效率不高，还容易造成污泥膨胀;(2)城市污水处理厂水量大，加热策略既不经济也不现实;(3)研究表明，FA和FNA抑制具有适应性。
据相关文献报道，羟胺具有很好的选择抑制性，一定浓度的羟胺可以很好的促进亚硝化细菌(AOB)的生长，同时抑制硝化细菌(NOB)的活性，阻碍其的生长。同时羟胺作为硝化反应的中间产物，可以被很好的利用掉，不会引入新的污染物质，同时价格低廉，经济易得。同时缺好氧交替被认为是一种有效的抑制NOB活性的手段，因为在经历缺氧处理后，NOB具有比AOB更长的滞后期和恢复期，使其在系统内的生长处于劣势，逐渐被淘洗，从而有利于AOB的生长。本方法采用羟胺和缺好氧交替双重抑制NOB的手段，再配合投加环状聚乙烯填料有效持留厌氧氨氧化菌，很好地实现并稳定维持了短程硝化和厌氧氨氧化反应，节省了曝气量，节约了碳源，减少了处理成本，是一项符合我国可持续发展战略的绿色工艺，具有较高的潜在应用价值和实际意义。
发明内容
本发明针对目前城市污水处理厂存在的碳源不足、运行费用较高、污泥产量大等问题，提出一种连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺，实现了城市污水的脱氮除磷，降低了运行成本，减少了污泥产量。
一种基于羟胺抑制实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化的城市污水处理装置，其特征在于：所用的装置包括原水箱(1)、厌氧反应器(2)、缺氧反应器(3)、第一好氧反应器(4)、第一脱氮反应器(5)、第二好氧反应器(6)、第二脱氮反应器(7)、沉淀池(8)和羟胺处理单元(9);
所述的原水箱(1)上设置进水管(1.1)和溢流管(1.2);所述的厌氧反应器(2)上设置进水口、出水口和回流口，其中进水口通过进水泵(10)和原水箱(1)相连;所述的缺氧反应器(3)上设置进水口、出水口、内回流口和外回流口，其中内回流口通过内回流泵(11)和厌氧反应器(2)的回流口相连;所述的第一好氧反应器(4)和第二好氧反应器(6)均设置有进水口、出水口、曝气头(16)和DO传感器(17)，其中曝气头(16)和气泵(12)相连;所述的第一脱氮反应器(5)和第二脱氮反应器(7)均设置有进水口和出水口，内部采用环状聚乙烯填料进行填充;所述的沉淀池(8)设置进水口、出水管(8.1)和排泥管，其中进水口和第二脱氮反应器(7)的出水口相连，排泥管(8.2)上设置排泥阀(8.2)和回流阀(8.3);所述的羟胺处理单元(9)设置进水口、出水口和加药装置(9.1)，其中进水口通过第一外回流泵(13)和沉淀池的排泥管(8.2)相连，出水口通过第二外回流泵(14)和缺氧反应器(3)的外回流口相连;所述的厌氧反应器(2)、缺氧反应器(3)、第一好氧反应器(4)、第一脱氮反应器(5)、第二好氧反应器(6)、第二脱氮反应器(7)和羟胺处理单元(9)均设置有搅拌器(15)和取样口。以上所述的各个反应器之间均采用硅胶软管连接。
一种基于羟胺抑制实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化的城市污水处理的方法，其特征在于：
1)接种启动阶段。接种城市污水处理厂二沉池的回流污泥至厌氧反应器(2)中，使污泥浓度达到3000～4000mg/L，再接种挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料至第一脱氮反应器(5)和第二脱氮反应器(7)中，填充比为30～40%;;沉淀池(8)中的污泥通过污泥外回流泵(13，14)按照50～150%的污泥回流比回流至缺氧反应器(3)，同时缺氧反应器(3)的泥水混合物按照80～120%的污泥内回流比回流至厌氧反应器(2);根据反应器中的污泥浓度调整排泥量，改变污泥龄，使污泥浓度稳定维持在3000～4000mg/L;调整实际水力停留时间，当沉淀池出水NH4+-N<10mg/L，PO43-<0.5mg/L，TN<25mg/L时，则本工艺的启动完成;
2)连续运行阶段。
缺氧反应器(3)：经羟胺处理的混合液在污泥外回流泵的作用下与厌氧反应器的混合液同时进入缺氧反应器(3)，外回流比为50%～150%。在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化细菌利用污水中剩余的有机物将回流污泥携带的少量硝态氮和亚硝态氮进行反硝化反应，同时部分反硝化除磷菌以硝态氮或亚硝态氮为电子受体，以厌氧条件下储存在细胞体内的PHB为电子供体完成反硝化除磷反应，实现氮磷的同步去除。
厌氧反应器(2)：城市污水通过进水泵的抽吸作用与缺氧反应器(3)的内回流污泥同时进入厌氧反应器，在搅拌器的作用下进行混合，内回流比为80%～120%。在厌氧条件下，聚磷菌大量吸收原水中可生物降解的有机物，并以内碳源PHB的形式储存在生物体内，同时向水体中释放大量的溶解性正磷酸盐。
第一好氧反应器(4)：缺氧反应器(3)的泥水混合液直接进入第一好氧反应器(4)。经曝气，在有氧条件下AOB将原水中的部分NH4+氧化为NO2-，为后续厌氧氨氧化反应提供底物，聚磷菌(包括反硝化聚磷菌)利用氧气为电子受体发生好氧吸磷反应，从而过量吸收水中的溶解性正磷酸盐。曝气量的大小根据运行状态和进出水的水质情况运用转子流量计进行调节，控制反应器内的溶解氧浓度为0.5～1.5mg/L，同时控制第一好氧反应器(4)出水中的NH4+浓度大于NO2-浓度，若NH4+浓度低于NO2-浓度，则适当降低第一段好氧区的水力停留时间和曝气量。
第一脱氮反应器(5)：第一好氧反应器(4)的泥水混合液出水直接进入第一脱氮反应器(5)。在搅拌器的作用下，环状聚乙烯填料上挂膜的厌氧氨氧化菌利用NH4+和NO2-发生厌氧氨氧化反应自养进行脱氮，同时异养反硝化菌利用混合液中少量剩余的碳源进行反硝化脱氮。检测反应器出水NO2-浓度，若出水中还含有NO2-，则延长第一脱氮反应器(5)的水力停留时间。
第二好氧反应器(6)：功能同第一好氧反应器(4)，第一脱氮反应器(5)的泥水混合液直接进入第二好氧反应器(6)。在曝气的作用下，AOB将剩余的NH4+部分氧化为NO2-。控制反应器内的溶解氧浓度为0.5～1mg/L，并控制第二段短程硝化反应器出水中的NH4+浓度大于NO2-浓度，若NH4+浓度低于NO2-浓度，则降低第二好氧反应器(6)的水力停留时间和曝气量。
第二脱氮反应器(7)：功能同第一脱氮反应器(5)。在缺氧条件下，环状聚乙烯填料上的厌氧氨氧化细菌利用原水中剩余的NH4+和NO2-发生厌氧氨氧化反应，同时存在少量的反硝化作用。监测反应器出水NH4+浓度和NO2-浓度，若出水中还含有NO2-，则延长第二脱氮反应器(7)的水力停留时间，若出水中还含有NH4+，则延长第二好氧反应器(6)的水力停留时间。
沉淀池(8)：第二脱氮反应器(7)的泥水混合液直接流入沉淀池(8)进行泥水分离，上清液经出水管(8.1)排出，沉淀污泥一部分作为剩余污泥排出，一部分经污泥泵(13)流入羟胺处理单元(9)进行抑制处理，污泥外回流比控制在80%～120%，根据反应器内混合液的污泥浓度调整污泥排放量，使污泥浓度维持在3000～4000mg/L。
羟胺处理单元(9)：沉淀池(8)的外回流污泥经污泥泵(13)流入羟胺处理单元(9)。开启加药装置(9.1)，利用羟胺对回流污泥进行抑制处理，根据抑制效果调整羟胺的投加量，使羟胺在混合液中的浓度达到2～5mg/L，外回流污泥在羟胺处理单元(9)的停留时间为1～5h。
连续运行期间通过调整水力停留时间(30～120min)来改善处理效果和出水水质，使出水水质达到NH4+-N<5mg/L，PO43-<0.5mg/L，TN<15mg/L，并稳定维持。
本发明为一种基于羟胺抑制实现连续流短程硝化-厌氧氨氧化的城市污水处理装置和方法，与传统城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺相比具有以下优点：
(1)利用羟胺和缺好氧交替运行成功抑制了NOB的生长，利用环状聚乙烯填料有效持留了厌氧氨氧化菌，从而实现并稳定维持了连续流短程硝化-厌氧氨氧化工艺;
(2)节省了碳源，减少了曝气量，从而降低了运行成本，同时减少了污泥产量，进一步降低了后续的污泥处理成本;
(3)原水中的大部分有机物主要用于反硝化除磷过程，避免了较多有机物的存在对后续厌氧氨氧化菌的影响，同时少量的有机物可以为反硝化细菌提供碳源，进行反硝化脱氮，强化了脱氮效果;
(4)出水效果稳定，温室气体排放少。本发明考虑到自养脱氮具有一定的硝酸盐产物，利用反硝化除磷进一步降低水体中的总氮，保证出水总氮达标，效果稳定;短程硝化-厌氧氨氧化自养脱氮以无机碳为碳源，同时厌氧氨氧化菌代谢过程中无N2O生成，因此本工艺温室气体排放少。
