一种处理生活污水的厌氧氨氧化方法及其系统与流程

本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种处理生活污水的厌氧氨氧化方法及其系统。

背景技术：

随着时代的进步，我国人民的生活水平不断提高、城镇化进程不断加快，预计到2035年我国才会进入城镇化发展的平缓阶段。城镇化的快速发展导致城市生活污水排放量激增，环境问题日益严重。水中过多的氮和磷等营养物质会导致水体的富营养化，造成水生态系统的紊乱，此外氨氮能被水中的溶解氧氧化生成硝氮与亚硝氮，对人体健康产生影响。在《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中提出了总氮的要求，对氨氮和磷的要求作了调整。城市污水作为氮的主要污染来源之一，成为氨氮和总氮减排的主要领域。

传统生物脱氮工艺产采用硝化反硝化脱氮技术，虽然其在多年的发展中已经成熟，但是在生活污水的脱氮处理中显现了几个弊端：

(1)曝气量大，耗能高：每处理1mol的氨氮需要消耗5mol的溶解氧。

(2)需要外加碳源：低c/n比是生活污水的特性之一，碳源不足导致需要外加碳源。

(3)需酸碱中和：硝化和反硝化作用会分别产生酸和碱，在工程运用中要额外加碱和酸中和，增加了成本。这些弊端使寻找新型经济高效的生物脱氮技术迫在眉睫。

几种新型生物脱氮工艺如短程硝化反硝化技术、厌氧氨氧化、canon工艺和同步硝化反硝化等工艺应运而生。厌氧氨氧化是一种新型脱氮工艺，反应过程是厌氧氨氧化菌(anaerobicammoniaoxidationbacteria，anaob)在厌氧条件下，以氨氮为电子受体，以亚硝氮为电子供体反应生成氮气的过程。其再代替厌氧传统的反硝化工艺上有很多优势，无需充氧曝气，减少耗能；处理低c/n比的废水无需外加碳源作电子供体，降低处理成本；产生的co2的量降低了90％，减少了二次污染；反应碱度增加少，无需外加酸碱试剂调节。但实际工程中，厌氧氨氧化的主要功能菌厌氧氨氧化菌增殖缓慢，对环境变化敏感，生长条件限制较多，如进水氨氮/亚硝氮、溶解氧、碱度、温度和有机物浓度等。进水过多的有机碳源会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用，所需的亚硝氮/氨氮＝1.1至1.31稳定性较难控制，且每消耗1mol的氨氮同时也会产生0.26mol的硝氮，使总氮去除率下降。

综上所述，如何进一步打破现有厌氧氨氧化工艺在实际运用中的局限性，关键在于有机碳源的去除、稳定的亚硝氮/氨氮进水比例和出水硝氮浓度的进一步降低，从而解决厌氧氨氧化工艺在生活污水处理中的不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种处理生活污水的厌氧氨氧化方法及其系统，该方法既能够对生活污水进行脱氮除碳，又能进一步提高总氮去除率；本发明通过在厌氧氨氧化反应器前端设置反硝化装置和亚硝化反应装置为厌氧氨氧化反应器提供合适的进水，同时将厌氧氨氧化反应器的出水部分回流，进一步提高总氮去除率。

其技术方案如下：

一种处理生活污水的厌氧氨氧化方法，其包括如下步骤：预先设置一处理生活污水的厌氧氨氧化处理系统，其包括反硝化装置、亚硝化反应装置、厌氧氨氧化反应器、总氮检测器、回流装置，该方法包括启动阶段、运行阶段；

所述启动阶段包括以下步骤：

(11)、向反硝化装置填充体积份数为30％至40％的沸石，然后再接种普通活性污泥，用添加有硝氮的生活污水驯化为反硝化污泥；

(12)、向亚硝化反应装置填充体积份数为30％至40％的沸石，然后再接种普通活性污泥，用氨氮水溶液驯化为亚硝化污泥，使获得的出水的亚硝氮转化率大于80％；

(13)、向厌氧氨氧化反应器填充亲水性材料，所述亲水性材料用于厌氧氨氧化菌的挂膜，用亚硝氮和氨氮的质量浓度比例为1.1至1.3培养的出水出现硝氮的稳定积累时，装置启动；

所述运行阶段包括以下步骤：

(21)、生活污水首先进入反硝化装置，通过反硝化菌利用生活污水中的有机物，还原回流水中的硝态氮和亚硝态氮为氮气，同时降低化学需氧量和总氮；

(22)、反硝化装置出水的44％直接进入厌氧氨氧化反应器，反硝化装置出水的56％进入亚硝化反应装置，通过控制亚硝化反应装置的曝气量和水力停留时间使氨氮被氧化为亚硝氮，发生短程硝化反应；

(23)、亚硝化反应装置的出水进入厌氧氨氧化反应器进一步处理，利用总氮检测器对厌氧氨氧化反应器的进出水总氮进行监测，并根据监测数据将厌氧氨氧化反应器出水的10％-100％为回流水，所述回流水通过回流装置回流至反硝化装置，另一部分出水进入消毒池，回流至反硝化装置的回流水和原生活污水混合，最终厌氧氨氧化反应器出水总氮控制在20-23mg/l。

控制反硝化反应器反硝化出水的的可生化降解有机物，所述反硝化反应器反硝化出水的可生化降解有机物小于生活污水的20％。

所述亚硝化反应装置出水占所述厌氧氨氧化反应装置进水的53％至57％。

所述亚硝化反应装置的温度为23℃至28℃，溶解氧为0.5mg/l至1mg/l；所述厌氧氨氧化反应装置的温度为25℃至35℃，保持厌氧状态。

所述步骤(23)还包括以下步骤：

当所述厌氧氨氧化反应器的总氮进水为40mg/l，出水为5mg/l时，所述回流水的回流量控制为100％；

当所述厌氧氨氧化反应器的总氮进水为30mg/l，出水为5mg/l时，所述回流水的回流量控制为50％；

当所述厌氧氨氧化反应器的总氮进水为25mg/l，出水为5mg/l时，所述回流水的回流量控制为10％。

一种处理生活污水的厌氧氨氧化系统，包括进水管、反硝化装置、亚硝化反应装置、厌氧氨氧化反应器、回流装置、出水管、旁路电动水阀、第一电动水阀、第二电动水阀、控制机构、二个总氮检测器、消毒池，所述进水管与所述反硝化装置的下端连通，所述反硝化装置的上端分别通过第一电动水阀、旁路电动水阀与所述亚硝化反应装置、厌氧氨氧化反应器的下端连通，所述亚硝化反应装置的上端通过所述第二电动水阀与所述厌氧氨氧化反应器的下端连通，所述厌氧氨氧化反应器的上端分别通过所述回流装置、出水管与所述反硝化装置的下端、消毒池连通，二个所述总氮检测器分别安装在所述厌氧氨氧化反应器的进水口、出水口，所述旁路电动水阀、第一电动水阀、第二电动水阀、回流装置、总氮检测器分别与所述控制机构电性连接。

还包括旁路管道、第一管道、第二管道，所述反硝化装置具有第一反硝化出水口、第二反硝化出水口，所述第一反硝化出水口位于所述第二反硝化出水口的上端，所述第一反硝化出水口通过所述旁路管道、旁路电动水阀与所述厌氧氨氧化反应器的下端连通，所述第二反硝化出水口通过所述第一管道、第一电动水阀与所述亚硝化反应装置的下端连通。

所述回流装置包括回流管道、回流泵、回流电动水阀，所述厌氧氨氧化反应器的上端通过所述回流管道、回流泵、回流电动水阀与所述反硝化装置的下端连通。

所述反硝化装置包括反硝化容器、第一曝气装置，所述第一曝气装置包括第一鼓风机、第一电动气阀、第一曝气机构，所述第一曝气机构安装在所述反硝化容器的底部，所述第一鼓风机通过所述第一电动气阀与所述第一曝气机构连通，所述第一鼓风机、第一电动气阀分别与所述控制机构电性连接。

所述亚硝化反应装置包括亚硝化反应容器、第二曝气装置，所述第二曝气装置包括第二鼓风机、第二电动气阀、第二曝气机构，所述第二曝气机构安装在所述亚硝化反应容器的底部，所述第二鼓风机通过所述第二电动气阀与所述第二曝气机构连通，所述第二鼓风机、第二电动气阀分别与所述控制机构电性连接。

需要说明的是：

前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、无需外加碳源，总氮去除率更高，本发明采用反硝化反应装置，一方面将生活污水中的有机物大幅减少，降低对厌氧氨氧化菌活性的抑制，另一方面出水回流，利用生活污水中的有机物将出水中的硝氮还原，提高总氮去除率。

2、节省曝气量，更节能，本发明44％的污水进入厌氧氨氧化反应装置，无需进行亚硝化，曝气量是常规方法的1/2。

3、稳定性更高，通过控制厌氧氨氧化反应装置的进水基质比例，改部分亚硝化为全部亚硝化，操作更简单，亚硝化反应装置的曝气量和水力停留时间的适宜范围扩大；各反应装置独立，功能单一，水质变化时调控简单。

4、去除负荷高，所述反硝化装置、亚硝化反应装置、厌氧氨氧化反应器均填充有用于生物附着的填料，比表面积大，提高各装置的生物量，反映效率提高。

5、污泥量少，本发明没有外加碳源，采用生物固定床，污泥量少。

附图说明

图1是本发明实施例处理生活污水的厌氧氨氧化系统的整体结构示意图。

附图标记说明：

11、进水管，12、出水管，20、反硝化装置，21、反硝化容器，221、第一鼓风机，222、第一电动气阀，30、亚硝化反应装置，31、亚硝化反应容器，321、第二鼓风机，322、第二电动气阀，40、厌氧氨氧化反应器，50、回流装置，51、回流管道，52、回流泵，53、回流电动水阀，60、消毒池，71、旁路电动水阀，72、第一电动水阀，73、第二电动水阀，74、旁路管道，75、第一管道，76、第二管道。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

参见附图1，本发明实施例提供的处理生活污水的厌氧氨氧化方法，其包括如下步骤：

预先设置一处理生活污水的厌氧氨氧化处理系统，其包括反硝化装置20、亚硝化反应装置30、厌氧氨氧化反应器40、总氮检测器、回流装置50，该方法包括启动阶段、运行阶段；

启动阶段包括以下步骤：

(11)、向反硝化装置20填充体积份数为30％至40％的沸石，然后再接种普通活性污泥，用添加有硝氮的生活污水驯化为反硝化污泥；

(12)、向亚硝化反应装置30填充体积份数为30％至40％的沸石，然后再接种普通活性污泥，用氨氮水溶液驯化为亚硝化污泥，使获得的出水的亚硝氮转化率大于80％；

(13)、向厌氧氨氧化反应器40填充亲水性材料，亲水性材料用于厌氧氨氧化菌的挂膜，用亚硝氮和氨氮的质量浓度比例为1.1至1.3培养的出水出现硝氮的稳定积累时，装置启动；

运行阶段包括以下步骤：

(21)、生活污水首先进入反硝化装置20，通过反硝化菌利用生活污水中的有机物，还原回流水中的硝态氮和亚硝态氮为氮气，同时降低化学需氧量和总氮；

(22)、反硝化装置20出水的44％直接进入厌氧氨氧化反应器40，反硝化装置20出水的56％进入亚硝化反应装置30，通过控制亚硝化反应装置30的曝气量和水力停留时间使氨氮被氧化为亚硝酸氮，发生短程硝化反应；

(23)、亚硝化反应装置30的出水进入厌氧氨氧化反应器40进一步处理，利用总氮检测器对厌氧氨氧化反应器40的进出水总氮进行监测，并根据监测数据将厌氧氨氧化反应器40出水的10％-100％为回流水，所述回流水通过回流装置50回流至反硝化装置20，另一部分出水进入消毒池60，回流至反硝化装置20的回流水和原生活污水混合，最终厌氧氨氧化反应器40出水总氮控制在20-23mg/l。

控制反硝化反应器反硝化出水的的可生化降解有机物，反硝化反应器反硝化出水的可生化降解有机物小于生活污水的20％。

其中，亚硝化反应装置30出水占厌氧氨氧化反应装置进水的53％至57％。

亚硝化反应装置30的温度为23℃至28℃，溶解氧为0.5mg/l至1mg/l；厌氧氨氧化反应装置的温度为25℃至35℃，保持厌氧状态。

步骤(23)还包括以下步骤：

当厌氧氨氧化反应器40的总氮进水为40mg/l，出水为5mg/l时，回流水的回流量控制为100％；

当厌氧氨氧化反应器40的总氮进水为30mg/l，出水为5mg/l时，回流水的回流量控制为50％；

当厌氧氨氧化反应器40的总氮进水为25mg/l，出水为5mg/l时，回流水的回流量控制为10％。

一种处理生活污水的厌氧氨氧化系统，包括进水管11、反硝化装置20、亚硝化反应装置30、厌氧氨氧化反应器40、回流装置50、出水管12、旁路电动水阀71、第一电动水阀72、第二电动水阀73、控制机构、二个总氮检测器、消毒池60，进水管11与反硝化装置20的下端连通，反硝化装置20的上端分别通过第一电动水阀72、旁路电动水阀71与亚硝化反应装置30、厌氧氨氧化反应器40的下端连通，亚硝化反应装置30的上端通过第二电动水阀73与厌氧氨氧化反应器40的下端连通，厌氧氨氧化反应器40的上端分别通过回流装置50、出水管12与反硝化装置20的下端、消毒池60连通，二个总氮检测器分别安装在厌氧氨氧化反应器40的进水口、出水口，旁路电动水阀71、第一电动水阀72、第二电动水阀73、回流装置50、总氮检测器分别与控制机构电性连接。

还包括旁路管道74、第一管道75、第二管道76，反硝化装置20具有第一反硝化出水口、第二反硝化出水口，第一反硝化出水口位于第二反硝化出水口的上端，第一反硝化出水口通过旁路管道74、旁路电动水阀71与厌氧氨氧化反应器40的下端连通，第二反硝化出水口通过第一管道75、第一电动水阀72与亚硝化反应装置30的下端连通。

回流装置50包括回流管道51、回流泵52、回流电动水阀53，厌氧氨氧化反应器40的上端通过回流管道51、回流泵52、回流电动水阀53与反硝化装置20的下端连通。

反硝化装置20包括反硝化容器21、第一曝气装置，第一曝气装置包括第一鼓风机221、第一电动气阀222、第一曝气机构，第一曝气机构安装在反硝化容器21的底部，第一鼓风机221通过第一电动气阀222与第一曝气机构连通，第一鼓风机221、第一电动气阀222分别与控制机构电性连接。

亚硝化反应装置30包括亚硝化反应容器31、第二曝气装置，第二曝气装置包括第二鼓风机321、第二电动气阀322、第二曝气机构，第二曝气机构安装在亚硝化反应容器31的底部，第二鼓风机321通过第二电动气阀322与第二曝气机构连通，第二鼓风机321、第二电动气阀322分别与控制机构电性连接。

本实施例中一种处理生活污水的厌氧氨氧化方法处理的生活污水生物需氧量＝200mg/l；化学需氧量cr＝350mg/l；氨氮＝30mg/l；总氮＝40mg/l。

生活污水首先进入反硝化装置20，通过反硝化菌利用生活污水中的有机物，还原回流水中的硝态氮和亚硝态氮为氮气，同时降低生活污水中的有机物和出水的总氮；然后将反硝化装置20出水的44％通过旁路管道74直接进入厌氧氨氧化反应器40，反硝化装置20出水的56％进入亚硝化反应装置30，通过控制亚硝化反应装置30的曝气量和水力停留时间使氨氮被氧化为亚硝氮，发生短程硝化反应；旁路管道74和第一管道75的水在厌氧氨氧化反应器40内按照一定比例混合，产生亚硝氮和氨氮的质量浓度比例为1.1至1.3的进水，提高厌氧氨氧化反应效果，将亚硝氮和氨氮转化为氮气，同时生成硝氮，通过部分回流至反硝化反应装置，进一步去除。

经处理，此方法出水能达到城镇污水处理厂排放标准的一级a标准。

本实施例具有如下优点：

1、无需外加碳源，总氮去除率更高，本发明采用反硝化反应装置，一方面将生活污水中的有机物大幅减少，降低对厌氧氨氧化菌活性的抑制，另一方面出水回流，利用生活污水中的有机物将出水中的硝氮还原，提高总氮去除率。

2、节省曝气量，更节能，本发明44％的污水进入厌氧氨氧化反应装置，无需进行亚硝化，曝气量是常规方法的1/2。

3、稳定性更高，通过控制厌氧氨氧化反应装置的进水基质比例，改部分亚硝化为全部亚硝化，操作更简单，亚硝化反应装置30的曝气量和水力停留时间的适宜范围扩大；各反应装置独立，功能单一，水质变化时调控简单。

4、去除负荷高，所述反硝化装置20、亚硝化反应装置30、厌氧氨氧化反应器40均填充有用于生物附着的填料，比表面积大，提高各装置的生物量，反映效率提高。

5、污泥量少，本发明没有外加碳源，采用生物固定床，污泥量少。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。