专利名称：一种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮污水的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种厌氧污水生物脱氮的方法，尤其是一种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮污水的装置和方法，属于污水处理技术领域。
背景技术：
传统的污水生物脱氮工艺，大多基于好氧硝化和异养反硝化开发的工艺(典型的代表如A/0工艺)。而好氧硝化需要充足的曝气来维持好氧氨氧化菌(Α0Β, Ammoniaoxidation bacteria)和亚硝化氧化菌(NOB, Nitrite oxidation bacteria)的代谢而实现氨氮(NH4+)向亚硝化态氮(N02_)和硝态氮(N03_)的转化；在处理C/N比较低的城市污水时，需要提供充足的外碳源来维持反硝化菌的异养反硝化作用，从而实现N03_和N02_向氮气(N2)的转化。可见，在传统生物脱氮过程中，需要耗费大量的能源和碳源。厌氧氨氧化菌Anammox和反硝化型厌氧甲烷氧化菌N-DAMO的发现,使低能耗、可持续污水处理技术成为可能。Anammox菌利用N02_替代O2作为电子受体将NH4+转化为N2,无需有机碳源，因此与传统生物脱氮工艺相比，Anammox工艺可节省100%有机碳源消耗，可节省60%的曝气量，从而降低工艺的直接能耗和运行费用。此外，基于对Anammox的生化代谢途径研究发现，在正常条件下Anammox菌几乎不会释放N20。N-DAMO菌可以利用污水或污泥厌氧处理产生的CH4作为电子供体，来实现厌氧甲烷氧化和反硝化，在将Ν0χ_-Ν转化为N2的同时，强温室气体CH4将被转化为CO2。城市污水生物处理脱氮过程和除磷过程均需要有机物作为碳源，一般要求BOD/TKNM，但我国城市污水C/N比普遍偏低，无法满足脱氮除磷的需求。本发明提出在污水处理中采用步厌氧氨氧化和厌氧甲烧氧化，能利用Anammox的自养特性和N-DAMO菌利用温室气体CH4作为反硝化碳源的特性，是一种全新的污水生物脱氮新技术，它的实现能解决污水脱氮处理中有机碳源不足、C/N比偏低的`矛盾。
发明内容
本发明涉及一种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理污泥消化上清液的装置和方法，提出了一种新型的借助厌氧氨氧化菌和反硝化厌氧甲烷氧化菌的污水处理工艺，解决了解决污水脱氮处理中有机碳源不足、C/N比偏低的矛盾。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:—种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮比污水的装置，其特征在于:主要包括污水厌氧产甲烷反应器(I)、污泥厌氧消化罐(2)、同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)、短程硝化反应器(4)、进水池(5)、出水池(6)；污水厌氧产甲烷反应器(I)为一圆柱体生化反应器，进水池(5)通过进水泵(1.1)与污水厌氧产甲烷反应器(I)底部设置的的旋流布水器(1.2)连接，能使原污水从进水池
(5)经底部设有的旋流布水器(1.2)进入污水厌氧产甲烷反应器(1)，污水厌氧产甲烷反应器(I)上部设有气液固三相分离器(1.3),气液固三相分离器的集气室(1.4)通过排气管进入与集气瓶(1.5)连接，气液固三相分离器上部设有出水槽(1.6)，该出水槽中经出水泵(1.7)与同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3 )连接，污水厌氧产甲烷反应器(I)底部还设有污泥泵(1.8)可以将底部的污泥和颗粒型底物引入污泥厌氧消化罐(2)，污水厌氧产甲烷反应器(I)在不同高度还设有取样口( 1.9);污泥厌氧消化罐(2)为一圆柱体生化反应器，内部设有机械搅拌器(2.1)，污泥厌氧消化罐(2)还设有污泥消化液回流泵(2.2)，通过污泥消化液回流泵(2.2)可以将污泥消化上清液回流至污水厌氧产甲烷反应器(1)，污泥厌氧消化罐(2)外部设有加热外套(2.3)，底部设有排泥口(2.4)；同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)设有甲烷进气系统，使得集气瓶(1.5)中的甲烷通过甲烷气泵(3.1)和甲烷气体流量计(3.2)调节流量后，再通过同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)底部的甲烷曝气头(3.3)将甲烷分散后引入到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)内，多余的甲烷通过同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)上部的甲烷回收管(3.4)进入到甲烷回收瓶(3.5)，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)为一圆柱体反应器，内设有机械搅拌器(3.6)和膜组件(3.7)，通过出水泵(3.8)可以将膜组件(3.7)分离出来的出水引入到中间水箱(3.9)中，厌氧甲烷氧化反应器
(3)在不同高度还设有取样口(3.10)，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)底部设有排泥口(3.11)；短程硝化反应器(4)通过蠕动泵(4.1)与中间水箱(3.9)连接，可以将中间水箱(3.9)中的水引入短程硝化反应器(4)中，空气鼓风机(4.2)通过空气流量计(4.3)和短程硝化反应器(4)内的空气曝气头(4 .4)连接，使得空气鼓风机(4.2)将空气吸入并通过空气流量计(4.3)调节流量后送入空气曝气头(4.4)，空气经空气曝气头(4.4)分散后通入短程硝化反应器(4)内，短程硝化反应器(4)通过硝化液回流泵(4.6)与同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)连接，使得短程硝化反应器(4)部分出水通过硝化液回流泵(4.6)引入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3 )内，同时短程硝化反应器(4 )还与沉淀池(4.7)连接，使得另一部分出水通过沉淀池(4.7)泥水分离后引入出水池(6)中，沉池池(4.7)底部通过污泥回流泵(4.8)与短程硝化反应器(4)，使得沉池池(4.7)底部的污泥经污泥回流泵(4.8 )回流至短程硝化反应器(4 )，短程硝化反应器(4 )内部设有机械搅拌器(4.5 )，上部设有排气管(4.9)，底部设有排泥口(4.10)。一种利用上述装置同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮比污水的方法，其特征在于包括以下步骤:I)将从城市污水厂污泥消化池取得的厌氧消化污泥分别接种到污水厌氧产甲烷反应器(I)和污泥厌氧消化罐(2)，投加后的污泥浓度MLSS分别为5000-6000mg/L和10000-15000mg/L ;将培养驯化好的厌氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烧厌氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群污泥接种到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)中，投加后的污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ;将培养驯化好的短程硝化污泥接种到短程硝化反应器(4)中，投加后的污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；2)低碳氮比污水和污泥厌氧消化罐(2)中的消化上清液同时入污水厌氧产甲烷反应器(I )，污水厌氧产甲烷反应器(I)运行温度控制在25-30°C，运行pH值为6.5-8.5，水力停留时间HRT为6-12小时，HRT随着进水有机物COD浓度增高而延长，当处理C0D〈400mg/L的城市污水时，HRT为6-8小时；3)污水厌氧产甲烷反应器(I)底部的污泥和颗粒型底物引入污泥厌氧消化罐
(2)，污泥厌氧消化罐的运行温度为35°C，污泥停留时间为6-12天，机械搅拌器的转速设置为 250_300rpm ；4)将污水厌氧产甲烷反应器(I)出水槽(1.6)中的出水和短程硝化反应器(4)中的短程硝化液分别通过出水泵和硝化液回流泵引入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)，并将污水厌氧产甲烷反应器集气瓶中收集的甲烷气体通过甲烷气泵和甲烷流量计调节流量后通入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器的运行温度为25-30°C，运行pH为7.0-8.3，水力停留时间HRT为6_24h，HRT随着进水氨氮NH4+-N浓度增高而延长，当处理NH4+-N〈50mg/L的城市污水时，HRT为6_8小时，当处理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水时，HRT为8-16小时，当处理NH4+-N>100mg/L的高氨氮废水时，HRT为16-24小时，污泥龄SRT维持在40-60天；5)同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器出水通过中间水箱后用蠕动泵引入短程硝化反应器，短程硝化反应器水力停留时间为4-12小时，HRT随着进水氨氮NH4+-N浓度增高而延长，当处理NH4+-N〈50mg/L的城市污水时，HRT为4_6小时，当处理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水时，HRT为6-8小时，当处理NH4+-N>100mg/L的高氨氮废水时，HRT为8-12小时，运行温度为25-30°C，运行pH为7.0-8.0，溶解氧DO通过调节空气鼓风机的曝气量维持在0.4-1.0mg/L,污泥龄SRT维持在15-20天；6)短程硝化反应器出水通过沉淀池泥水分离后流入出水池，沉淀池底部的污泥经污泥回流泵回流至短程硝化反应器，污泥回流比维持在25%-75% ；
7)重复第2) —6)步骤。只要培养驯化后的氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烧厌氧氧化菌(N-DAM0)共生菌群均可实现本发明的技术方案。其中氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烷厌氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群的培养驯化也可采用如下的技术方案:方案1:采用先分别单独培养再协同培养的方法，培养和驯化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程，该方法包括如下三个阶段:阶段一，首先接种含有Anammox菌种的污泥到膜生物膜反应器(I)内，通过进水泵(3)从进水箱(2)抽取含有NH4+-N和Ν02_-Ν的污水，投加到膜生物膜反应器(I)内，进水结束后，只开启氩气气体流量计(17)而不开启甲烷气体流量计(14)，保证厌氧条件以便Anammox菌代谢NH4+_N和Ν02__Ν进行生长繁殖；厌氧氨氧化反应结束后，开启出水泵(5)排放膜生物膜反应器(I)内经中空纤维膜组件(4)过滤后的上清液，并排放部分污泥控制污泥龄在40-50天之间；重复上述培养过程，直至厌氧氨氧化过程驯化完成；阶段二，采用另一套上述装置，将厌氧污泥消化池中的污泥和湿地底泥混合物接种到膜生物膜反应器(I)内，通过进水泵(3)从进水箱(2)抽取只含有Ν02_-Ν的污水，投加到膜生物膜反应器(I)内，进水结束后，在开启氩气气体流量计(17)的同时，并开启甲烷气体流量计(14)，保证厌氧条件以便N-DAMO菌代谢Ν02_-Ν和CH4进行生长繁殖；厌氧反应结束后，关闭甲烷气体流量计，开启出水泵(5)排放膜生物膜反应器(I)内经中空纤维膜组件
(4)过滤后的上清液，并排放部分污泥控制污泥龄在50-60天之间；重复上述培养过程，直至同反硝化厌氧甲烷氧化过程驯化完成；阶段三，待Anammox菌和N-DAMO菌活性且数量稳定后，将阶段一培养的Anammox菌富集微生物全部接种到阶段二中的膜生物膜反应器内，然后通过进水泵(3)从进水箱(2 )抽取含有NH/-N和Ν02_-Ν的污水，投加到膜生物膜反应器(I)内，进水结束后，在开启氩气气体流量计(17)的同时，也开启甲烷气体流量计(14)，培养和驯化Anammox菌和N-DAMO菌的共生菌群，保证二者在厌氧条件下，同时分别代谢各自的底物进行生长繁殖；厌氧反应结束后，关闭甲烷气体流量计，开启出水泵(5)排放膜生物膜反应器(I)内经中空纤维膜组件(4)过滤后的上清液，并排放部分污泥控制污泥龄在50-60天之间；重复上述培养过程，直至同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程驯化完成，阶段一的进水中NH4+-N与NO2--N浓度比例控制在1:1一1: 1.5之间，所述阶段三中控制NH/-N与Ν02__Ν浓度比例控制在1:2.5—1:4之间，进水中不含有可生物降解的C0D。方案二:采用先单独培养N-DAMO菌，再培养和驯化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程，该方法包括如下两个阶段:阶段一，将厌氧污泥消化池中的污泥和湿地底泥的混合物接种到膜生物膜反应器(O内，并采用逐次增大氮负荷的方法完成对反硝化厌氧甲烷氧化驯化过程；在驯化过程，采用间歇运行的方式，每 周期通过进水泵(3)从进水箱(2)抽取只含有NO2--N的污水，投加到膜生物膜反应器(I)内，进水结束后，再开启氩气气体流量计(17)的同时，并开启甲烷气体流量计(14)，保证厌氧条件以便N-DAMO菌代谢Ν02_-Ν和CH4进行生长繁殖，反硝化厌氧甲烷氧化反应结束后，关闭甲烷气体流量计，开启出水泵(5)排放膜生物膜反应器(I)内经中空纤维膜组件(4)过滤后的上清液，并排放少量污泥控制污泥龄在50-60天之间；重复上述培养过程，直至反硝化厌氧甲烷氧化过程驯化完成；阶段二，通过进水泵(3)从进水箱(2)抽取含有NH4+-N和NO2--N的污水，投加到膜生物膜反应器(I)内，进水结束后，在开启氩气气体流量计(17)的同时，并开启甲烷气体流量计(14)，培养和驯化阶段一得到的微生物，即包括Anammox菌和N-DAMO菌的共生菌群，保证二者在厌氧条件下，同时分别代谢各自的底物进行生长繁殖，厌氧反应结束后，关闭甲烷气体流量计，开启出水泵(5)排放膜生物膜反应器(I)内经中空纤维膜组件(4)过滤后的上清液，并排放部分污泥控制污泥龄在50-60天之间；重复上述培养过程，直至同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程驯化完成。阶段二的进水NH/-N与NO2--N浓度比例控制在1:2.5—1:4 之间。上述两个方案的甲烷流量随反应器大小和厌氧甲烷速率大小改变，每升反应器甲烷流量控制在0.5-lmL/min。膜生物膜反应器内均采用间歇运行的方式，每个周期包括进水、厌氧反应、沉淀、排水、排泥5个步骤。实现上述两个方案的装置，见图2，主要包括膜生物膜反应器(I)、进水箱(2)、自动控制系统(25)和出水箱(6)，其特征在于: 所述进水箱(2 )经进水泵(3 )连通膜生物膜反应器(I)，膜生物膜反应器(I)内部设有膜组件(4)，膜组件上端的出水端经管道连通出水泵(5)，并与出水箱(6)连接，使出水最终进入出水箱(6)；
酸性缓冲液瓶(9)和碱性缓冲液瓶(10)分别经蠕动泵(11)与膜生物膜反应器(I)连通，使得酸性缓冲液瓶(9)和碱性缓冲液瓶(10)中酸碱溶液分别经酸碱投加蠕动泵(11)投加至膜生物膜反应器(I)内，调节膜生物膜反应器(I)内的PH水平；甲烷贮气罐(12)经减压阀(13)和甲烷气体流量计(14)与膜生物膜反应器(I)底部的气体喷洒头(18 )连接，膜生物膜反应器(I)经由回收气体流量计(19 )和回收瓶(20 )连接，使得甲烷调节流量后进入到膜生物膜反应器(I)内，多余的甲烷经膜生物膜反应器(I)上部的回收气体流量计(19)进入到气体回收瓶(20)中；氩气贮气罐(15)经氩气减压阀(16)和氩气气体流量计(17)与膜生物膜反应器(I)底部的气体喷洒头连接，氩气贮气罐(15)中的氩气经氩气减压阀(16)和氩气气体流量计(17)调节流量后从气体喷洒头(18)进入到膜生物膜反应器(I);膜生物膜反应器(I)外部设有水浴外套(26)，底部连接污泥泵(7)，使得剩余的污泥经污泥泵(7)排入剩余污泥贮存器(8)；膜生物膜反应器(I)内设有pH探头(21)、0RP探头(22)、温度探头(23)和水位计(20 )，pH探头(21)、ORP探头(22 )、温度探头(23 )和水位计(20 )通过数据线与自动控制系统(25)连接，将采集的pH、0RP、温度和水位数据通过数据线传送至自动控制系统(25)的信号输入端，所述自动控制系统(25)的信号输出端与进水泵(3)、出水泵(5)、酸碱投加蠕动泵(9)、污泥泵(10)、甲烷气体流量计(14)和氩气气体流量计(17)的控制开关连接，并控制和调节这些设备的开关和开启大小。与现有技术 相比本发明具有以下特点和有益效果:I)提出在污水处理中采用厌氧甲烷氧化，能利用温室气体CH4作为反硝化碳源，是一种全新的污水生物脱氮新技术，它的实现使处理低碳氮比(一般指进水中COD与氨氮浓度比值低于4)污水时不需要投加外碳源，能解决污水脱氮处理中有机碳源不足、C/N比偏低的矛盾。2)本发明主要利用Anammox和N-DAMO菌，二者生长缓慢，故污泥产率低，降低污泥处理的成本。3)本发明主要借助厌氧条件下Anammox和N-DAMO菌来实现污水的生物脱氮，短程硝化反应器亦采用低溶解氧运行，曝气能耗将大大节省。4)本发明提出的技术能防止温室气体氧化亚氮的释放，并充分利用了温室气体甲烷，是一种全新的污水生物脱氮新技术。
图1是本发明所述装置结构示意图；附图标记:1-污水厌氧产甲烷反应器、2-污泥厌氧消化罐、3-同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器、4-短程硝化反应器、5-进水池、6-出水池、1.1-进水泵、1.2-旋流布水器、1.3-固液气三相分离器、1.4-集气室、1.5-集气瓶、1.6-出水槽、1.7-出水泵、
1.8-污泥泵、1.9-取样口、2.1-机械搅拌器、2.2-污泥消化液回流泵、2.3-加热外套、
2.4-排泥口、3.1-甲烷气泵、3.2-甲烷气体流量计、3.3-甲烷曝气头、3.4-甲烷回收管、
3.5-甲烷回收瓶、3.6-机械搅拌器、3.7-膜组件、3.8-出水泵、3.9-中间水箱、3.10-取样口、3.11-排泥口、4.1-蠕动泵、4.2-空气鼓风机、4.3-空气流量计、4.4-空气曝气头、4.5-机械搅拌器、4.6-硝化液回流泵、4.7-沉淀池、4.8-污泥回流泵、4.9-排气管、4.10-排泥口。图2富集Anammox和N-DAMO菌共生菌群的装置1-膜生物膜反应器、2-进水箱、3-进水泵、4-膜组件、5-出水泵、6_出水箱、7_污泥泵、8-剩余污泥贮存器、9-酸性缓冲液瓶、10-碱性缓冲液瓶、11-酸碱投加蠕动泵、12-甲烷贮气罐、13-甲烷减压阀、14-甲烷气体流量计、15-氩气贮气罐、16-氩气减压阀、17-氩气气体流量计、18-气体喷洒头、19-回收气体流量计、20-气体回收瓶、21-pH探头、22-0RP探头、23-温度探头、24-水位计、25-自动控制系统、26-加热外套。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明:实施例1参见图1所示，一种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮比污水的装置，其特征在于:设有污水厌氧产甲烷反应器1、污泥厌氧消化罐2、同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器3、短程硝化反应器4、进水池5、出水池6 ；
污水厌氧产甲烷反应器I为一圆柱体生化反应器，进水泵1.1将原污水从进水池5抽取，污水经底部设有的旋流布水器1.2后进入污水厌氧产甲烷反应器1，上部设有气液固三相分离器1.3，气液固三相分离器的集气室1.4通过排气管进入到集气瓶1.5中，气液固三相分离器上部设有出水槽1.6，该出水槽中出水经出水泵1.7进入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器3中，底部还设有污泥泵1.8将底部的污泥和颗粒型底物引入污泥厌氧消化罐2，污水厌氧产甲烷反应器I在不同高度还设有取样口 1.9 ；污泥厌氧消化罐2为一圆柱体生化反应器，内部设有机械搅拌器2.1，通过消化上清液回流泵2.2将污泥消化上清液回流至污水厌氧产甲烷反应器1，外部设有加热装置
2.3，底部设有排泥口 2.4 ;同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器3设有甲烷进气系统，集气瓶1.5中的甲烷通过甲烷气泵3.1和甲烷气体流量计3.2调节流量后，再通过甲烷曝气头3.3将甲烷分散后引入到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器3内，多余的甲烷通过甲烷回收管3.4进入到甲烷回收瓶3.5，厌氧甲烷氧化反应器3为一圆柱体生化反应器，内设有机械搅拌器
3.6和膜组件3.7，通过出水泵3.8将膜组件3.7分离出来的出水引入到中间水箱3.9中，厌氧甲烷氧化反应器3在不同高度还设有取样口 3.10，底部设有排泥口 3.11 ；短程硝化反应器4通过蠕动泵4.1将中间水箱3.9中的水引入其中，空气鼓风机
4.2将空气吸入并通过空气流量计4.3调节流量后送入空气曝气头4.4，空气经空气曝气头
4.4分散后通入短程硝化反应器4内，短程硝化反应器4部分出水通过硝化液回流泵4.6引入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器3内，部分出水通过沉淀池4.7泥水分离后引入出水池6中，沉池池底部的污泥经污泥回流泵4.8回流至短程硝化反应器4，短程硝化反应器4内部设有机械搅拌器4.5，上部设有排气管4.9，底部设有排泥口 4.10。实施例2利用上述装置进行同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮比污水的方法，进水 C0D、氨氮、总氮(C0D = 160 280mg/L，NH4+-N = 45 75mg/L，TN = 50 85mg/L)，试验系统如图1所示，由污水厌氧产甲烷反应器、污泥厌氧消化罐、同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器、短程硝化反应器、进水池和出水池组成。具体的操作步骤如下:I)将从城市污水厂污泥消化池取得的厌氧消化污泥分别接种到污水厌氧产甲烷反应器和污泥厌氧消化罐，投加后的污泥浓度MLSS分别为5000mg/L和12000mg/L ;将培养驯化好的厌氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烷厌氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群污泥接种到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器中，投加后的污泥浓度MLSS为3000mg/L ;将培养驯化好的短程硝化污泥接种到短程硝化反应器中，投加后的污泥浓度MLSS为3500mg/L ；2)低碳氮比污水和污泥厌氧消化罐种的消化上清液同时入污水厌氧产甲烷反应器，污水厌氧产甲烷反应器运行温度控制在25-30°C，运行pH值为6.5-8.5，水力停留时间HRT为8小时，HRT随着进水有机物COD浓度增高而延长；3)污水厌氧产甲烷反应器底部的污泥和颗粒型底物引入污泥厌氧消化罐，污泥厌氧消化罐的运行温度为35°C，污泥停留时间为8天，机械搅拌器的转速设置为250rpm ；4)将污水厌氧产甲烷反应器出水槽中的出水和短程硝化反应器中的短程硝化液分别通过出水泵和硝化液回流泵引入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器，并将污水厌氧产甲烷反应器集气瓶中收集的甲烷气体通过甲烷气泵和甲烷流量计调节流量后通入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器的运行温度为25-30°C，运行pH为7.0-8.3，水力停留时间为8小时，HRT随着进水氨氮NH4+_N浓度增高而延长，通过调节甲烷流量计和硝化液回流比维持甲烷浓度与Ν02_-Ν浓度比为3:8，NH4+-N浓度与NO2--N浓度比为1:1.3，污泥龄SRT维持在40-60天；5)同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器出水通过中间水箱后用蠕动泵引入短程硝化反应器，短程硝化反 应器水力停留时间为5小时，HRT随着进水氨氮NH4+-N浓度增高而延长，运行温度为25-30°C，运行pH为7.0-8.0，溶解氧DO通过调节空气鼓风机的曝气量维持在0.4-0.8mg/L,污泥龄SRT维持在15-20天；6)短程硝化反应器出水通过沉淀池泥水分离后流入出水池，沉淀池底部的污泥经污泥回流泵回流至短程硝化反应器，污泥回流比维持在50% ；重复第2) —6)步骤。未投加任何碳源，实现平均碳氮比为2.8的城市污水达标处理，系统出水水质满足城市污水国家排放标准。启动和驯化的接种污泥来自厌氧污泥消化池中的污泥和一个自然湿地的底泥，采用先单独培养N-DAMO菌再逐步驯化Anammox菌的培养策略，培养和驯化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，实现同步厌氧氨氧化和反硝化厌氧甲烷氧化过程，实现过程分为以下2个阶段。第一阶段采用逐次提高进水Ν02_-Ν负荷培养反硝化厌氧甲烷氧化菌:投加Ν02_-Ν浓度为50-300mg/L的人工配水到IOL的膜生物膜反应器，进水结束后，向SMBR反应器通入10mL/min的甲烷气体，并通入氩气保证整个反应器处于厌氧环境，当厌氧反应持续12小时后，每隔2小时取样分析SMBR反应器内Ν02_-Ν浓度，当检测结果显示Ν02_-Ν浓度低于IOmg/L时，关闭甲烷气体流量计，使曝气头及时停止曝甲烷。厌氧反应结束后，开启出水泵，通过中空纤维膜过滤后排放出水5L，并排放污泥控制污泥龄在60天。重复上述操作共180天，1-40天，进水NO2--N浓度为50mg/L，41-80天，进水NOf-N浓度为100mg/L，81-120天，进水NO2--N浓度为120-200mg/L，结束第一阶段的培养。第二阶段改变进水水质，培养和驯化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群:投加NO2--N浓度为120-200mg/L，NH4+_N浓度为30_60mg/L，的人工配水到IOL的SMBR反应器，进水结束后，向SMBR反应器通入lOmL/min的甲烷气体，并通入氩气保证整个反应器处于厌氧环境，当厌氧反应持续12小时后，每隔2小时取样分析SMBR反应器内Ν02_-Ν浓度，当检测结果显示Ν02_-Ν浓度低于10mg/L时，关闭甲烷气体流量计，使曝气头及时停止曝甲烷。厌氧反应结束后，开启出水泵，通过中空纤维膜过滤后排放出水5L，并排放污泥控制污泥龄在50-60天。重复上述操作共计120天，结束第二阶段的培养。采用本发明的处理装置和方法，经历上述2个阶段的培养和富集Anammox菌和N-DAMO菌后，8个月内可使SMBR反应器内Anammox菌和N-DAMO菌分别占全菌的相对比例从起初的不足0.5%提高至20%以上。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对可做出若干改变和改进·，这些改变和改进也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮比污水的装置，其特征在于:主要包括污水厌氧产甲烷反应器(I)、污泥厌氧消化罐(2)、同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3 )、短程硝化反应器(4 )、进水池(5 )、出水池(6 ); 污水厌氧产甲烷反应器(I)为一圆柱体生化反应器，进水池(5)通过进水泵(1.1)与污水厌氧产甲烷反应器(I)底部设置的的旋流布水器(1.2)连接，能使原污水从进水池(5)经底部设有的旋流布水器(1.2)进入污水厌氧产甲烷反应器(I )，污水厌氧产甲烷反应器(I)上部设有气液固三相分离器(1.3)，气液固三相分离器的集气室(1.4)通过排气管进入与集气瓶(1.5)连接，气液固三相分离器上部设有出水槽(1.6)，该出水槽中经出水泵(1.7)与同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3 )连接，污水厌氧产甲烷反应器(I)底部还设有污泥泵(1.8)可以将底部的污泥和颗粒型底物引入污泥厌氧消化罐(2)，污水厌氧产甲烷反应器(I)在不同高度还设有取样口( 1.9 ); 污泥厌氧消化罐(2)为一圆柱体生化反应器，内部设有机械搅拌器(2.1)，污泥厌氧消化罐(2)还设有污泥消化液回流泵(2.2)，通过污泥消化液回流泵(2.2)可以将污泥消化上清液回流至污水厌氧产甲烷反应器(1)，污泥厌氧消化罐(2)外部设有加热外套(2.3)，底部设有排泥口(2.4)； 同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)设有甲烷进气系统，使得集气瓶(1.5)中的甲烷通过甲烷气泵(3.1)和甲烷气体流量计(3.2)调节流量后，再通过同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)底部的甲烷曝气头(3.3)将甲烷分散后引入到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)内，多余的甲烷通过同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)上部的甲烷回收管(3.4)进入到甲烷回收瓶(3.5)，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)为一圆柱体反应器，内设有机械搅拌器(3.6)和膜组件(3.7)，通过出水泵(3.8)可以将膜组件(3.7)分离出来的出水引入到中间水箱(3.9)中，厌氧甲烷氧化反应器(3)在不同高度还设有取样口(3.10) ，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)底部设有排泥口(3.11)； 短程硝化反应器(4)通过蠕动泵(4.1)与中间水箱(3.9)连接，可以将中间水箱(3.9)中的水引入短程硝化反应器(4)中，空气鼓风机(4.2)通过空气流量计(4.3)和短程硝化反应器(4)内的空气曝气头(4.4)连接，使得空气鼓风机(4.2)将空气吸入并通过空气流量计(4.3)调节流量后送入空气曝气头(4.4)，空气经空气曝气头(4.4)分散后通入短程硝化反应器(4 )内，短程硝化反应器(4 )通过硝化液回流泵(4.6 )与同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)连接，使得短程硝化反应器(4)部分出水通过硝化液回流泵(4.6)引入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)内，同时短程硝化反应器(4)还与沉淀池(4.7)连接，使得另一部分出水通过沉淀池(4.7)泥水分离后引入出水池(6)中，沉池池(4.7)底部通过污泥回流泵(4.8)与短程硝化反应器(4)，使得沉池池(4.7)底部的污泥经污泥回流泵(4.8)回流至短程硝化反应器(4)，短程硝化反应器(4)内部设有机械搅拌器(4.5)，上部设有排气管(4.9)，底部设有排泥口(4.10)。
2.一种利用权利要求1的装置实现同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮比污水的方法，其特征在于包括以下步骤: I)将从城市污水厂污泥消化池取得的厌氧消化污泥分别接种到污水厌氧产甲烷反应器(I)和污泥厌氧消化罐(2)，投加后的污泥浓度MLSS分别为5000-6000mg/L和10000-15000mg/L ;将培养驯化好的厌氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烧厌氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群污泥接种到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)中，投加后的污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ;将培养驯化好的短程硝化污泥接种到短程硝化反应器(4)中，投加后的污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ； 2)低碳氮比污水和污泥厌氧消化罐(2)中的消化上清液同时入污水厌氧产甲烷反应器(O,污水厌氧产甲烷反应器(I)运行温度控制在25-30°C，运行pH值为6.5-8.5，水力停留时间HRT为6-12小时，HRT随着进水有机物COD浓度增高而延长，当处理C0D〈400mg/L的城市污水时，HRT为6-8小时； 3)污水厌氧产甲烷反应器(I)底部的污泥和颗粒型底物引入污泥厌氧消化罐(2)，污泥厌氧消化罐的运行温度为35°C，污泥停留时间为6-12天，机械搅拌器的转速设置为250-300rpm ； 4)将污水厌氧产甲烷反应器(I)出水槽(1.6)中的出水和短程硝化反应器(4)中的短程硝化液分别通过出水泵和硝化液回流泵引入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)，并将污水厌氧产甲烷反应器集气瓶中收集的甲烷气体通过甲烷气泵和甲烷流量计调节流量后通入同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器(3)，同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器的运行温度为25-30°C，运行pH为7.0-8.3，水力停留时间HRT为6_24h，HRT随着进水氨氮NH4+-N浓度增高而延长，当处理NH4+-N〈50mg/L的城市污水时，HRT为6_8小时，当处理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水时，HRT为8-16小时，当处理NH4+-N>100mg/L的高氨氮废水时，HRT为16-24小时，污泥龄SRT维持在40-60天； 5)同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器出水通过中间水箱后用蠕动泵引入短程硝化反应器，短程硝化反应器水力停留时间为4-12小时，HRT随着进水氨氮NH4+-N浓度增高而延长，当处理NH4+-N〈50mg/L的城市污水时，HRT为4-6小时，当处理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水时，HRT为6-8小时，当处理NH4+-N>100mg/L的高氨氮废水时，HRT为8_12小时，运行温度为25-30°C，运行pH为7.0-8.0，溶解氧DO通过调节空气鼓风机的曝气量维持在0.4-1.0mg/L,污泥龄SRT维持在15-20天； 6)短程硝化反应器出水通过沉淀池泥水分离后流入出水池，沉淀池底部的污泥经污泥回流泵回流至短程硝化反应器，污泥回流比维持在25%-75% ； 7)重复第2) — 6)步骤。
全文摘要
一种同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化处理低碳氮污水的装置和方法，属于污水处理技术领域。主要包括污水厌氧产甲烷反应器、污泥厌氧消化罐、同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器、短程硝化反应器、进水池、出水池；厌氧消化污泥分别接种到污水厌氧产甲烷反应器和污泥厌氧消化罐；将培养驯化好的厌氧氨氧化和反硝化型甲烷厌氧氧化菌共生菌群污泥接种到同步厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化反应器中，将培养驯化好的短程硝化污泥接种到短程硝化反应器中，进行污水处理。本发明解决污水脱氮处理中有机碳源不足、C/N比偏低的矛盾。
文档编号C02F9/14GK103241903SQ20131019296
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月22日 优先权日2013年5月22日
发明者彭永臻, 郭建华, 王淑莹 申请人:北京工业大学