短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法
【专利摘要】短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法，属于污水生物处理领域。生活污水首先经过蠕动泵进入短程硝化SBR反应器，进行缺氧搅拌，利用进水中的碳源进行反硝化去除上周期剩余的NO2??N，之后进行低氧曝气搅拌，将进水中的NH4+?N转化为NO2??N，然后进行沉淀、排水，出水排入调节水箱，与除去部分有机物的生活污水混合后进入厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器，进行更为深度的脱氮。此方法可以利用生活污水中的碳源进行短程反硝化，将厌氧氨氧化反应生成的NO3??N还原为NO2??N，然后再被厌氧氨氧化菌利用，从而在有效利用生活污水中碳源的同时达到较好的脱氮效果。
【专利说明】
短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法
技术领域
[0001]本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法。
【背景技术】
[0002]由于大量使用化肥及排放各类污水，已造成许多湖泊，河流水体氮磷严重污染造成水体富营养化，水体的富营养化是当今社会面临的重大环境问题之一，经济而有效的控制水体富营养化已经成为亟待解决的环境问题，而污水的脱氮除磷可以有效防治水体富营养化。
[0003]污水的生物处理正在朝着高效、低能耗的方向发展，短程硝化可以节约曝气能耗，厌氧氨氧化反应是缺氧反应，不需曝气，节约能源，是自养反应，不需碳源，实现有机碳源的零添加，产生的污泥量少，可节省污泥处理费用，此外，厌氧氨氧化耦合短程反硝化可以充分利用原水中剩余碳源，将厌氧氨氧化的产物硝酸盐还原为亚硝酸盐，再被厌氧氨氧化菌所利用，从而实现更为深度的脱氮。
[0004]总之，短程硝化使氨氮氧化更为节能，厌氧氨氧化耦合短程反硝化可实现低碳生活污水的高效和深度脱氮，是具有应用前景和价值的污水生物处理工艺。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是提供一种短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法，实现污水的高效和深度脱氮，将短程硝化、厌氧氨氧化与短程反硝化技术组合应用到污水生物脱氮过程中，使得该工艺与传统脱氮工艺相比，降低了曝气段的氧耗，实现了有机碳源的零添加。此外，短程反硝化过程可以利用原水中的剩余碳源，将厌氧氨氧化产生的硝酸盐还原为亚硝酸盐，然后再被厌氧氨氧化菌利用，从而实现更为节能与深度的脱氮。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置，其特征在于，包括生活污水原水箱1、短程硝化SBR反应器2、短程硝化出水水箱3、部分除碳SBR反应器4、调节水箱5、厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6;其中所述生活污水原水箱通过第一进水栗2.1与短程硝化SBR反应器2相连接，短程硝化SBR反应器2第一出水阀2.7与短程硝化出水水箱3相连接;生活污水原水箱I通过第二进水栗4.1与部分除碳SBR反应器4相连接，部分除碳SBR反应器4第二出水阀4.7与调节水箱5相连接;短程硝化出水水箱3通过第三进水栗6.1与厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6相连接;调节水箱5通过第四进水栗6.2与厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6相连接；处理后污水最终由厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6的出水口 6.6排出；
[0007]所述短程硝化SBR反应器2有第一搅拌桨2.3、气栗2.4、气体流量计2.5、曝气头
2.6、第一出水阀2.7和第一排泥口 2.8;
[0008]所述部分除碳SBR反应器4有第二搅拌桨4.3、气栗4.4、气体流量计4.5、曝气头
4.6、第二出水阀4.7和第二排泥口 4.8;
[0009]所述厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6有取样口6.3、回流口 6.4、三相分离器6.5、出水口6.6、溢流口6.7、排气口6.8和气袋6.9。
[0010]污水在此装置中的处理流程为:城市生活污水通过第一进水栗2.1由生活污水原水箱I抽入短程硝化SBR反应器2内；在短程硝化SBR反应器2内进行缺氧搅拌，反硝化菌利用原水中的碳源将上周期剩余的N02—-N还原为N2,然后进行低氧曝气搅拌，NH4+-N被氧化为NO2--N，之后沉淀排水，排水中含有N02—-N;生活污水通过第二进水栗4.1由生活污水原水箱I抽入部分除碳SBR反应器4内，在部分除碳SBR反应器4内进行微曝气，将生活污水中的部分有机碳去除，然后沉淀排水，排水中含有NH/-N和部分剩余的有机碳源;将短程硝化SBR反应器2的排水和部分除碳SBR反应器4的排水分别通过第三进水栗6.1和第四进水栗6.2抽入厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6内，厌氧氨氧化菌将混合液中的NH/-N和N02—-N转换成n#pno3—-n，与此同时，短程反硝化菌利用生活污水中剩余的有机碳源将厌氧氨氧化反应产生的N03—-N还原为N02—-N，并再次被厌氧氨氧化菌利用，出水最终通过出水口 6.6排出。
[0011]本发明还提供了一种短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的方法，其具体的启动和操作步骤如下:
[0012]I)系统启动:将短程硝化污泥投加到短程硝化SBR反应器2，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2000-3000mg/L;将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到部分除碳SBR反应器4，使接种后反应器内活性污泥浓度达到1500-3000mg/L;将厌氧氨氧化污泥和短程反硝化污泥按照污泥质量浓度为3:1的比例投加到厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器4，使反应器内污泥浓度达到1500-2000mg/L ；
[0013]2)运行时调节操作:
[0014]将城市生活污水加入生活污水原水箱I，启动第一进水栗2.1将城市生活污水抽入短程硝化SBR反应器2，短程硝化SBR反应器2运行时，每周期先缺氧搅拌30_50min，然后再曝气搅拌150-240min，并控制短程硝化SBR反应器内溶解氧浓度为0.5-2mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为70 % -80 %，出水经第一出水阀2.7排入短程硝化出水水箱3;启动第二进水栗4.1将城市生活污水抽入部分除碳SBR反应器4，部分除碳SBR反应器4运行时，每周期曝气15-25min，并控制部分除碳SBR反应器4内溶解氧在2-3mg//L之间，然后沉淀排水，排水比为70%-80%，出水经第二出水阀4.7排入调节水箱5;启动第三进水栗6.1和第四进水栗6.2使短程硝化SBR反应器2的出水和部分除碳SBR反应器4的出水分别以29-33mL/min和23-26mL/min的流量抽入厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6，然后由出水口 6.6排出。
[0015]本发明的短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法，具有以下优点:
[0016]1.原水在进行部分除碳后，可剩余部分有机碳源，并进入到厌氧氨氧化耦合短程反硝化反应器内，为短程反硝化提供有机碳源，这样可节省曝气所需氧耗和能耗，同时充分利用原水中的有机碳源。
[0017]2.通过部分除碳和短程硝化可为厌氧氨氧化反应提供稳定的NH4+-N和N02—-N，为短程反硝化提供有机碳源，短程反硝化反应可将厌氧氨氧化反应产生的N03—-N还原为NO2--N，再被厌氧氨氧化菌利用，从而实现深度的脱氮。
[0018]3.厌氧氨氧化耦合反硝化存在厌氧氨氧化菌和反硝化菌对N02—-N的竞争，而厌氧氨氧化耦合短程反硝化可将其避免，同时短程反硝化能将N03—-N还原为N02—-N，并作为厌氧氨氧化反应的底物。
[0019]综上所述，本发明提供的一种短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置与方法，将短程硝化、厌氧氨氧化、短程反硝化应用于污水脱氮过程，与传统生物脱氮相比可降低氧耗和能耗，高效利用原水中的有机碳源，达到深度脱氮的效果，是具有应用前景和价值的污水生物处理工艺。
【附图说明】
[0020]图1为本发明短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置的结构示意图。
[0021]图中I为生活污水原水箱；2为短程硝化SBR反应器;3为短程硝化出水水箱;4为部分除碳SBR反应器;5为调节水箱;6为厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器;1.1为第一溢流管；1.2为第一放空管;2.1为第一进水栗;2.2为第一搅拌器;2.3为第一搅拌桨;2.4为气栗;2.5为气体流量计;2.6为曝气头;2.7为第一出水阀；2.8为第一排泥口； 2.9为pH/DO仪；2.10为DO探头;2.11为pH探头;3.1为第二溢流管;3.2为第二放空管;4.1为第二进水栗;4.2为第二搅拌器;4.3为第二搅拌桨;4.4为气栗;4.5为气体流量计;4.6为曝气头;4.7为第二排水阀；4.8为第二排泥口； 4.9为DO探头；4.10为DO仪;5.1为第三溢流管；5.2为第三放空管；6.1为第三进水栗；6.2为第四进水栗；6.3为取样口 ；6.4为回流口 ；6.5为三相分离器；6.6为出水口 ；6.7为溢流口 ；6.8为排气口；6.9为气袋。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明:如图1所示，短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置，其特征在于，包括生活污水原水箱1、短程硝化SBR反应器2、短程硝化出水水箱3、部分除碳SBR反应器4、调节水箱5、厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6;其中所述生活污水原水箱通过第一进水栗2.1与短程硝化SBR反应器2相连接，短程硝化SBR反应器2第一出水阀2.7与短程硝化出水水箱3相连接;生活污水原水箱I通过第二进水栗4.1与部分除碳SBR反应器4相连接，部分除碳SBR反应器4第二出水阀4.7与调节水箱5相连接;短程硝化出水水箱3通过第三进水栗6.1与厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6相连接；调节水箱5通过第四进水栗6.2与厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6相连接;处理后污水最终由厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6的出水口6.6排出；
[0023]所述短程硝化SBR反应器2有第一搅拌桨2.3、气栗2.4、气体流量计2.5、曝气头
2.6、第一出水阀2.7、第一排泥口2.8;
[0024]所述部分除碳SBR反应器4有第二搅拌桨4.3、气栗4.4、气体流量计4.5、曝气头
4.6、第二出水阀4.7、第二排泥口4.8;
[0025]所述厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6有取样口6.3、回流口 6.4、三相分离器6.5、出水口6.6、溢流口6.7、排气口6.8、气袋6.9。
[0026]试验过程中，具体实验用水取自北京工业大学家属区生活污水，具体水质如下:030浓度为180?27011^/1，冊4+-咐农度为50?7011^/1，勵2—-咐农度<111^/1，勵3—-咐农度为0.1?1.4mg/L，P043—-P浓度为4?7.5mg/L，pH值为7.3?7.6。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制作，短程硝化SBR反应器2有效容积为15L，部分除碳SBR反应器4有效容积为1L，厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6有效容积为6L。
[0027]具体运行操作如下:
[0028]I)系统启动:将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器2，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2000-3000mg/L;将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到部分除碳SBR反应器4，使接种后反应器内活性污泥浓度达到1500-3000mg/L;将厌氧氨氧化污泥和短程反硝化污泥按照污泥浓度为3:1的比例投加到厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器4，使反应器内污泥浓度达到1500-2000mg/L ；
[0029]2)运行时调节操作:
[0030]将城市生活污水加入生活污水原水箱I，启动第一进水栗2.1将城市生活污水抽入短程硝化SBR反应器2，短程硝化SBR反应器2运行时，每周期先缺氧搅拌30_50min，然后再曝气搅拌150-240min，并控制短程硝化SBR反应器内溶解氧浓度为0.5-2mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为70 % -80 %，出水经第一出水阀2.7排入短程硝化出水水箱3，每天运行4周期；启动第二进水栗4.1将城市生活污水抽入部分除碳SBR反应器4，部分除碳SBR反应器4运行时，每周期曝气15-25min，并控制反应器内溶解氧在2-3mg/L之间，然后沉淀排水，排水比为70 %-80 %，出水经第二出水阀4.7排入调节水箱5，每天运行6周期；启动第三进水栗6.1和第四进水栗6.2使短程硝化的出水和部分除碳的生活污水分别以29-33mL/min和23-26mL/min的流量抽入厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器6，然后由出水口 6.6排出。
[0031]试验结果表明:运行稳定后，短程硝化SBR反应器的排水中COD浓度为30?45mg/L，NH4+-N< lmg/L，N02—-N 浓度为 42 ?48mg/L，N03—_N< 2mg/L ；部分除碳 SBR 反应器的排水中 COD浓度为70 ?95mg/L，NH4+-N 浓度为55 ?70mg/L，N02—-N<2mg/L，N03—-N<2mg/L;厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器出水中COD浓度为40?50mg/L，NH4+-N< lmg/L，N02—_N< lmg/L，NO3—_N<5mg/L，出水可达一级A排放标准。
【主权项】
1.短程硝化接厌氧氨氧化耦合短程反硝化进行污水脱氮的装置，其特征在于，包括生活污水原水箱(I)、短程硝化SBR反应器(2)、短程硝化出水水箱(3)、部分除碳SBR反应器(4)、调节水箱(5)、厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(6);其中所述生活污水原水箱通过第一进水栗(2.1)与短程硝化SBR反应器(2)相连接，短程硝化SBR反应器(2)第一出水阀(2.7)与短程硝化出水水箱(3)相连接;生活污水原水箱(I)通过第二进水栗(4.1)与部分除碳SBR反应器(4)相连接，部分除碳SBR反应器(4)第二出水阀(4.7)与调节水箱(5)相连接;短程硝化出水水箱(3)通过第三进水栗(6.1)与厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(6)相连接;调节水箱(5)通过第四进水栗(6.2)与厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(6)相连接;处理后污水最终由厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(6)的出水口(6.6)排出; 所述短程硝化SBR反应器(2)有第一搅拌桨(2.3)、气栗(2.4)、气体流量计(2.5)、曝气头(2.6)、第一出水阀(2.7)和第一排泥口(2.8); 所述部分除碳SBR反应器(4)有第二搅拌桨(4.3)、气栗(4.4)、气体流量计(4.5)、曝气头(4.6)、第二出水阀(4.7)和第二排泥口(4.8); 所述厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(6)有取样口(6.3)、回流口(6.4)、三相分离器(6.5)、出水口(6.6)、溢流口(6.7)、排气口(6.8)和气袋(6.9)。2.应用权利要求1所述装置进行污水脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)系统启动:将短程硝化污泥投加到短程硝化SBR反应器(2)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2000-3000mg/L;将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到部分除碳SBR反应器(4)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到1500-3000mg/L;将厌氧氨氧化污泥和短程反硝化污泥按照污泥质量浓度为3:1的比例投加到厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(4)，使反应器内污泥浓度达到1500-2000mg/L ； 2)运行时调节操作: 将城市生活污水加入生活污水原水箱(I)，启动第一进水栗(2.1)将城市生活污水抽入短程硝化SBR反应器(2)，短程硝化SBR反应器(2)运行时，每周期先缺氧搅拌30-50min，然后再曝气搅拌150-240min，并控制短程硝化SBR反应器内溶解氧浓度为0.5_2mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为70 % -80 %，出水经第一出水阀(2.7)排入短程硝化出水水箱(3);启动第二进水栗(4.1)将城市生活污水抽入部分除碳SBR反应器(4)，部分除碳SBR反应器(4)运行时，每周期曝气15-25min，并控制部分除碳SBR反应器(4)内溶解氧在2_3mg/L之间，然后沉淀排水，排水比为70 % -80 %，出水经第二出水阀(4.7)排入调节水箱(5);启动第三进水栗(6.1)和第四进水栗(6.2)使短程硝化SBR反应器(2)的出水和部分除碳SBR反应器(4)的出水分别以29-33mL/min和23-26mL/min的流量抽入厌氧氨氧化耦合短程反硝化UASB反应器(6)，然后由出水口( 6.6)排出。
【文档编号】C02F3/30GK105923770SQ201610424196
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王淑莹, 高梦佳, 王晓霞, 彭永臻, 王衫允
【申请人】北京工业大学