全程硝化—污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜工艺处理高氨氮废水的方法与流程

本发明涉及一种全程硝化--污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜工艺处理高氨氮废水的方法，属于污水污泥生物处理领域。本技术适用于低碳氮比(c/n≤5)的高氨氮废水强化生物脱氮处理及剩余污泥减量。

背景技术：

我国很多高氨氮浓度(nh4⁺-n浓度为200-400mg/l)的废水，存在碳源不足的问题，因而无法满足脱氮的需求。现有污水生物处理系统通常以投加外碳源的方法来补充有机物，不仅增加了处理成本，也加剧了水厂co2排放和剩余污泥的产生。城市污水处理厂产生的大量剩余污泥，其处理日益成为一大难题，不但处理费用高，而且处置不当容易引起二次污染，而污泥中含有丰富的有机物质，经过水解酸化，可以产生短链脂肪酸并用作异养反硝化的碳源。研究表明：在提供短链脂肪酸作为碳源的条件下，短程反硝化容易稳定实现较高的no2^-积累。

生物膜法是利用附着在填料表面的微生物降解污水营养物质的生物处理方法，具有微生物多样化、生物量高的特点。新型自养脱氮工艺厌氧氨氧化反应过程简单，不需要有机碳源，节省运行成本，其与短程反硝化结合，可以同时实现脱氮除碳。但厌氧氨氧化菌生长缓慢、不易富集，工艺启动时间长等缺陷限制了厌氧氨氧化工艺的应用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明将污泥发酵、短程反硝化与厌氧氨氧化工艺耦合应用到生物膜工艺中，充分结合各自工艺优势，在节能降耗的同时，可以实现深度脱氮。利用污泥发酵产生的短链脂肪酸作为碳源将全程硝化反应器产生的硝态氮还原为亚硝态氮，以污泥发酵释放的氨氮和亚硝态氮作为底物完成厌氧氨氧化反应，最终实现出水达标排放。

本发明通过以下技术步骤实现：

一种全程硝化--污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜工艺处理高氨氮废水的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、全程硝化反应器(缩写为cnr)(2)，cnr搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、ph探头(2.5)、溶解氧(do)探头(2.6)、储泥池(3)、储泥池搅拌装置(3.1)、储泥进泥泵(3.2)、中间水池(4)、中间水进水泵(4.1)、污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜反应器(缩写为sfpda-br)(5)、填料球(5.1)、三相分离器(5.2)、排水管(5.3)、可编程控制系统(6)、计算机(7)。

原水箱(1)设有原水箱搅拌装置(1.1)，通过原水进水泵(1.2)与cnr(2)进水端相连接；cnr(2)设置有cnr搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、ph探头(2.5)、do探头(2.6)，cnr(2)排泥端与储泥池(3)的注泥端相连接，排水端与中间水池(4)的进水端相连接；储泥池(3)设有储泥池搅拌装置(3.1)，通过储泥进泥泵(3.2)与sfpda-br(5)进泥口相连接；中间水池(4)通过中间水进水泵(4.1)与sfpda-br(5)进水口相连接；sfpda-br(5)内置填料使用填料球(5.1)盛装，顶部设有三相分离器(5.2)，通过排水管(5.3)排水；

可编程控制系统(6)内置接口分别与原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、cnr搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、ph探头(2.5)、do探头(2.6)、储泥池搅拌装置(3.1)、储泥进泥泵(3.2)、中间水进水泵(4.1)相连接，一端与计算机(7)相连接。

应用所述装置进行全程硝化--污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜工艺处理高氨氮废水的方法，包括以下步骤：

①启动cnr：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入cnr，浓度为2000-5000mg/l，以添加nh4cl的污水作为原水，通过原水进水泵注入cnr，混合液初始nh4⁺-n浓度为200-400mg/l；启动曝气泵对高氨氮废水进行充氧，do保持在2-5mg/l，ph值维持在6.5-8.5，期间运行cnr搅拌装置以实现泥液充分混合；cnr排水比为0.25-0.75，每日运行2-4个周期，每周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置，在上述条件下运行cnr，当氨氧化率大于90％且稳定维持15日以上时，cnr全程硝化完成启动；

②启动sfpda-br：接种附有厌氧氨氧化菌活性的填料球，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在200-350mgmlss/l，添加到sfpda-br内，进水采用nh4⁺-n和no2^--n质量浓度比为1：1.3的人工配水，起始tn浓度为50mg/l并以20mg/l的梯度增加到200mg/l，其中梯度增加的节点是氮素去除率超过90％且稳定维持15日，最后完成厌氧氨氧化的驯化；接种活性污泥，浓度为2000-4000mg/l，进水采用nh4⁺-n和no3^--n质量浓度比为1：2且总氮(tn)浓度为200-400mg/l的人工配水，投加乙酸钠作为短程反硝化碳源，当tn去除率超过90％且稳定维持15日时，完成短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合；以剩余污泥取代乙酸钠作为短程反硝化的碳源，当tn去除率超过90％且稳定维持15日时，完成污泥发酵、短程反硝化/厌氧氨氧化耦合。

③cnr和sfpda-br分别完成启动后，将二者串联运行：cnr水力停留时间为10-16h，污泥停留时间10-30d，维持污泥浓度为2000-5000mg/l。原水箱中nh4⁺-n浓度为200-400mg/l的废水通过原水进水泵被加入cnr中，混合完全后曝气，记录ph和do的变化，ph值维持在6.5-8.5，do保持在2-5mg/l，当ph曲线出现拐点(即“氨谷”)且当do曲线快速升高时，判定全程硝化到达终点，之后cnr沉淀排水，上清液流入中间水池，cnr排泥流入储泥池；中间水池的水通过进水泵连续进入sfpda-br，储泥池的泥通过进泥泵间歇进入sfpda-br，进行污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化反应，控制sfpda-br内污泥浓度为5000-7000mg/l，sfpda-br水力停留时间为6-10h，污泥停留时间20-35d。处理后的出水通过出水管排出。

高氨氮废水首先进入cnr中，通过ph和do控制实现全程硝化，硝化液进入sfpda-br；剩余污泥水解酸化产生短链脂肪酸，可以将硝态氮还原为亚硝态氮，而水解酸化还会释放一定的氨氮，二者通过厌氧氨氧化作用被去除。该过程的特点是：在污泥水解酸化过程中，会缓慢释放氨氮与产生短链脂肪酸，从而将硝态氮还原为亚硝态氮，释放的氨氮与累积的亚硝态氮则通过厌氧氨氧化作用被去除，从而进一步拉动水解酸化进程；污泥发酵细菌、短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌能够很好地共存于生物膜系统中，三者相互协作，共同实现脱氮和污泥减量的目的；反硝化与厌氧氨氧化会促进ph的升高，而污泥发酵会使ph值降低，工作作用下可以使系统维持酸碱平衡环境。

本发明的技术优势主要体现在：

1)将厌氧氨氧化菌在填料固定，可有效促进其增长，防止其随出水流失；

2)厌氧氨氧化底物来源之一亚硝态氮可通过短程反硝化硝态氮获得，更加有保障，污泥发酵释放的氨氮也可以得到同步去除，实现总氮的深度去除；

3)污泥发酵促进剩余污泥的资源化利用，提高污泥污水同步处理效率，节省处理成本；

4)整套技术操作方便，控制简单，脱氮除碳效果好。

附图说明

图1为本发明的装置结构图：

1-原水箱1.1-原水箱搅拌装置1.2-原水进水泵2-cnr2.1-cnr搅拌装置

2.2-曝气泵2.3-流量计2.4-曝气盘2.5-ph探头2.6-do探头

3-储泥池3.1-储泥池搅拌装置3.2-储泥进泥泵4-中间水池4.1-中间水进水泵

5-sfpda-br5.1-填料球5.2-三相分离器5.3-排水管6-可编程控制系统

7-计算机

图2为本发明的实施流程图

具体实施方式

结合附图1、图2和实施实例对本发明做进一步说明。

一种全程硝化--污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜工艺处理高氨氮废水的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、全程硝化反应器(缩写为cnr)(2)，cnr搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、ph探头(2.5)、溶解氧(do)探头(2.6)、储泥池(3)、储泥池搅拌装置(3.1)、储泥进泥泵(3.2)、中间水池(4)、中间水进水泵(4.1)、污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜反应器(缩写为sfpda-br)(5)、填料球(5.1)、三相分离器(5.2)、排水管(5.3)、可编程控制系统(6)、计算机(7)。

原水箱(1)设有原水箱搅拌装置(1.1)，通过原水进水泵(1.2)与cnr(2)进水端相连接；cnr(2)设置有cnr搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、流量计(2.3)、曝气盘(2.4)、ph探头(2.5)、do探头(2.6)，cnr(2)排泥端与储泥池(3)的注泥端相连接，排水端与中间水池(4)的进水端相连接；储泥池(3)设有储泥池搅拌装置(3.1)，通过储泥进泥泵(3.2)与sfpda-br(5)进泥口相连接；中间水池(4)通过中间水进水泵(4.1)与sfpda-br(5)进水口相连接；sfpda-br(5)内置填料使用填料球(5.1)盛装，顶部设有三相分离器(5.2)，通过排水管(5.3)排水；

可编程控制系统(6)内置接口分别与原水箱搅拌装置(1.1)、原水进水泵(1.2)、cnr搅拌装置(2.1)、曝气泵(2.2)、ph探头(2.5)、do探头(2.6)、储泥池搅拌装置(3.1)、储泥进泥泵(3.2)、中间水进水泵(4.1)相连接，一端与计算机(7)相连接。

本发明以某大学家属区排放的生活污水为本底投加氯化铵配成，具体水质如下：ph为6.8-7.3，cod浓度为110-170mg/l，nh4⁺-n浓度为250-350mg/l，no2^--n及no3^--n浓度均在检测限以下，cod/tin比为0.6-1.3。试验每日向sfpda-br投加的污泥为cnr所排的剩余污泥(ss为9000-11000mg/l)。cnr所用容器有效容积为6l，充水比为0.5，每日运行4个周期，每个周期包括进水(0.3h)，搅拌(0.2h)，曝气(3.5h)，排水(0.2h)，闲置(1.8h)，水力停留时间为12h，污泥停留时间为10-25d；sfpda-br有效容积为4l，水力停留时间为8h，污泥停留时间为20-35d。

具体运行过程如下：

(1)在系统连续运行前先启动cnr，具体过程是：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入cnr，浓度为3000-4000mg/l，以添加nh4cl的污水作为原水，通过原水进水泵注入cnr，混合液初始nh4⁺-n浓度为250-350mg/l；启动曝气泵对高氨氮废水进行充氧，do保持在2-3mg/l，ph值维持在6.7-8.2，期间运行cnr搅拌装置以实现泥液充分混合；cnr排水比为0.5，每日运行4个周期，每周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置，在上述条件下运行cnr，当氨氧化率大于90％且稳定维持15日时，cnr全程硝化完成启动；

(2)在系统连续运行前先启动sfpda-br，具体过程是：接种附有厌氧氨氧化菌活性的填料球，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在250-300mgmlss/l，添加到sfpda-br内，进水采用nh4⁺-n和no2^--n质量浓度比为1：1.3的人工配水，起始tn浓度为50mg/l并以20mg/l的梯度增加到200mg/l，其中梯度增加的节点是自养脱氮率超过90％且稳定维持15日，最后完成厌氧氨氧化的驯化；接种传统活性污泥，浓度为2500-3500mg/l，进水采用nh4⁺-n和no3^--n质量浓度比为1：2且tn浓度为250-300mg/l的人工配水，投加乙酸钠作为短程反硝化碳源，当tn去除率超过90％且稳定维持15日时，完成短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合；以剩余污泥取代乙酸钠作为短程反硝化的碳源，当tn去除率超过90％且稳定维持15日时，完成污泥发酵、短程反硝化/厌氧氨氧化耦合。

(3)cnr和sfpda-br串联运行：cnr水力停留时间为12h，污泥停留时间10-25d，维持污泥浓度为3300-3800mg/l。原水箱中nh4⁺-n浓度为250-350mg/l的废水通过原水进水泵被加入cnr中，混合完全后曝气，记录ph和do的变化，ph值维持在7.8-8.2，do保持在2-5mg/l，当ph曲线出现拐点(即“氨谷”)且当do曲线升高时，判定全程硝化到达终点，之后cnr沉淀排水，上清液流入中间水池，cnr排泥流入储泥池；中间水池的水通过泵连续进入sfpda-br，储泥池的泥通过泵间歇进入sfpda-br，进行污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化反应，控制sfpda-br内污泥浓度为5000-7000mg/l，sfpda-br水力停留时间为6-10h，污泥停留时间20-35d。处理后的出水通过出水管排出，定期将剩余污泥通过排泥阀排放。

全程硝化—污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化生物膜(cnr+sfpda-br)装置处理nh4⁺-n浓度为250-350mg/l的废水废水，最终出水ph值为7.2-7.5，nh4⁺-n浓度0.5-7.4mg/l，nox^--n浓度0.2-1.3mg/l，总无机氮浓度4.3-14.2mg/l，cod值35-55mg/l，污泥减量20-35％。