半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的装置与方法
【专利摘要】半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的装置与方法，属于污水生物处理【技术领域】。所述装置包括：原水箱、半硝化反应器、中间水箱、反硝化厌氧氨氧化反应器、外加碳源装置。其方法包括以下步骤，城市污水首先进入半硝化反应器将部分氨氮转化为硝酸盐，半硝化反应器的出水进入反硝化厌氧氨氧化反应器中，反硝化菌利用有机物将硝酸盐还原为亚硝酸盐，同步与原水中的氨氮通过厌氧氨氧化作用被去除。通过反硝化实现亚硝酸盐积累，解决了低碳氮比城市生活污水短程硝化亚硝酸盐积累难以稳定的问题，提高了厌氧氨氧化工艺脱氮效率，节省运行费用，简化控制操作，为低碳氮比城市生活污水脱氮提供了有效可行的途径。
【专利说明】半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低能耗处理低碳氮比城市污水的装置与方法，属于污水生物处理的【技术领域】，具体是将城市生活污水进入半硝化反应器，通过好氧曝气使原水中部分氨氮转化为硝酸盐，出水进入反硝化厌氧氨氧化反应器内，反硝化菌利用外加有机碳源将硝酸盐还原为亚硝酸盐，为厌氧氨氧化菌提供电子受体，积累的亚硝酸盐再与原水中未被氧化的氨氮通过厌氧氨氧化作用生成氮气，从而得到去除，稳定实现城市生活污水高效、低能耗脱氮。
【背景技术】
[0002]随着城市的发展和人民生活水平的提高，城市污水排放量日益增大，且污水成分日趋复杂，由水体氮、磷污染引起的富营养化等问题严重影水体环境，危害动植物和人体健康。因此，污水排放标准的更加严格是各国的普遍发展趋势，以控制富营养化为目的的氮、磷脱除已成为污水处理的重要的奋斗目标，迫切需要适应各地经济发展和环境保护目标的污水处理技术，研究和开发高效、经济的除磷脱氮工艺已成为当前城市污水处理技术研究的热点。
[0003]传统废水处理的氨氮脱除一般是通过硝化和反硝化过程实现，但这一过程需要大量曝气、额外投加有机碳源和碱度，投资和运行费用较高。厌氧氨氧化工艺是上世纪90年代由荷兰Delft技术大学提出的一种新型高效生物脱氮技术。该工艺是指在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化细菌以亚硝酸盐作为电子受体，直接将氨氮氧化为氮气的过程。与传统工艺相比，厌氧氨氧化工艺无需供氧，无需添加有机碳源，无需外加酸碱中和试剂，同时由于厌氧氨氧化菌世代时间长，可以减少污泥产量，是一种经济有效的生物脱氮途径。实际工程中，往往需要短程硝化工艺作为前处理工艺为厌氧氨氧化提供反应基质亚硝酸盐。短程硝化过程是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，不进行亚硝酸盐至硝酸盐的转化，实际中往往通过控制高温、溶解氧及高氨氮等方法实现短程硝化亚硝酸盐积累。但到目前为止，经亚硝酸盐途径在实际工程中实现生物脱氮的成功应用并不多见。其主要原因是影响亚硝酸盐积累的控制因素比较复杂，并且硝化菌(NOB)能够迅速地将亚硝酸盐转化为硝酸盐，会造成已经实现的短程硝化脱氮工艺又恢复为全程硝化过程，导致出水中含有过量硝酸盐，影响脱氮效果。
[0004]另一方面，控制反硝化过程碳氮比及反应时间等因素可以实现亚硝酸盐积累，从而为厌氧氨氧化反应提供基质。将反硝化过程中亚硝酸盐积累与厌氧氨氧化工艺相结合，可以解决亚硝酸盐积累不稳定的问题，同时可以进一步还原厌氧氨氧化过程产生的硝酸盐，因此，能够大大提闻污水生物脱氣效率，进一步提闻出水水质。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种通过半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市生活污水的装置和方法，具体是城市生活污水首先进入半硝化反应器，将其中一部分氨氮在好氧曝气阶段氧化为硝酸盐，半硝化反应器出水再进入反硝化厌氧氨氧化反应器，利用接种的一类具有不完全反硝化特性的反硝化菌通过外加有机碳源将硝酸盐还原为亚硝酸盐，积累的亚硝酸盐氮与原污水中未被氧化的氨氮通过厌氧氨氧化作用同时被去除，实现低碳氮比城市污水的高效、低能耗脱氮。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0007]半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市生活污水的装置，其特征在于，包括原水箱1、半硝化反应器2、中间水箱3、反硝化厌氧氨氧化反应器4、外加碳源储备箱5 ；
[0008]原水箱I通过第一蠕动泵2.1与半硝化反应器2进水口相连；半硝化反应器出水排入中间水箱3 ;中间水箱通过第二蠕动泵4.1与反硝化厌氧氨氧化反应器4进水口相连；外加碳源储备箱5通过碳源投加蠕动泵5.1与反硝化厌氧氨氧化反应器碳源投加口相连；
[0009]所述的半硝化反应器2设有第一搅拌装置2.2和出水口 2.3，反应器底部设有曝气头2.4，空气泵2.5通过气体流量计2.6与曝气头相连；
[0010]所述的反硝化厌氧氨氧化反应器为密闭式，设有第二搅拌装置4.2和温度控制装置 4.3。
[0011]半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程:
[0012]接种城市污水厂剩余污泥于半硝化反应器中，控制反应器内污泥浓度为2000?4000mg/L ;将厌氧氨氧化污泥和具有不完全反硝化特性的反硝化污泥按体积比为2:1?4:1混合后的污泥接种到反硝化厌氧氨氧化反应器，控制接种后污泥浓度为1400?4000mg/L;其中，接种的具有不完全反硝化特性的反硝化污泥的亚硝酸盐积累率达到70%?100%，接种的厌氧氨氧化污泥总氮去除率大于70% ；
[0013]低碳氮比城市生活污水收集到原水箱中，该城市生活污水中COD与氨氮的质量浓度之比小于4.0 ;原水箱中污水通过第一蠕动泵进入半硝化反应器，进水结束后曝气I?3h,曝气过程中溶解氧浓度控制在2.0?4.0mg/L ;曝气结束后沉淀30?60min,然后将硝化液排出至中间水箱,排水比为40 %?60 % ；
[0014]中间水箱中的废水通过第二蠕动泵进入反硝化厌氧氨氧化反应器；进水结束时外加碳源储备箱中的有机碳源溶液通过碳源投加蠕动泵进入反硝化厌氧氨氧化反应器，控制反应器内初始COD与硝酸盐氮的质量浓度之比为2.0?3.5 ;投加有机碳源后缺氧搅拌3?6h ;搅拌结束后静置沉淀30?60min，排出上清液，排水比为30?70%。
[0015]技术原理:
[0016]半硝化-反硝化厌氧氨氧化工艺处理低碳氮比城市生活污水是指将原水首先进入半硝化反应器，通过好氧曝气，控制曝气时间和溶解氧浓度，硝化细菌将其中40 %?60%的氨氮氧化为硝酸盐，出水中同时含有氨氮和硝酸盐；反硝化厌氧氨氧化反应器的接种污泥为具有不完全反硝化特性的污泥和厌氧氨氧化污泥，其中反硝化污泥中包含一类不完全反硝化菌，其只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐，而不进行亚硝酸盐还原为氮气的还原过程，不完全反硝化过程的亚硝酸盐积累可以达到80%?100%，从而实现稳定的亚硝酸盐积累，为厌氧氨氧化菌提供电子受体。半硝化反应器的出水再进入到反硝化厌氧氨氧化反应器中，并投加一定量外加碳源，控制不完全反硝化过程所需适宜的COD与硝酸盐氮的质量浓度比和缺氧反应时间，不完全反硝化菌可以利用有机物将硝酸盐还原为亚硝酸盐。这部分亚硝酸盐和原污水中在好氧阶段未被氧化的氨氮可以通过厌氧氨氧化菌的作用生成氮气，从而实现城市生活污水的脱氮。反硝化过程还可以将厌氧氨氧化过程产生的少量硝酸盐还原，提高系统的脱氮效率。
[0017]本发明涉及的半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的工艺和方法具有以下优点:
[0018]I)好氧硝化阶段只将部分氨氮氧化为硝酸盐，节省曝气量和曝气时间，降低运行费用；
[0019]2)利用不完全反硝化过程实现硝酸盐还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐积累率高，能够稳定维持，为厌氧氨氧化过程提供合适比例的进水，与短程硝化过程相比，反硝化过程亚硝酸盐积累控制较简单，运行操作容易实现，亚硝酸盐积累率稳定；
[0020]3)反硝化与厌氧氨氧化过程相结合，可以将进水中硝酸盐和厌氧氨氧化过程生成的硝酸盐还原为氮气，提高系统脱氮效率，提高出水水质。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明:
[0023]如图1所示，半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市生活污水的工艺，包括其特征在于，包括原水箱1、半硝化反应器2、中间水箱3、反硝化厌氧氨氧化反应器4、外加碳源储备箱5。
[0024]原水箱I通过第一蠕动泵2.1与半硝化反应器2相连；半硝化反应器设有第一搅拌装置2.2和出水口 2.3，反应器底部设有曝气头2.4，空气泵2.5通过气体流量计2.6与曝气头相连；半硝化反应器与中间水箱3相连；中间水箱通过第二蠕动泵4.1与反硝化厌氧氨氧化反应器4相连；反硝化厌氧氨氧化反应器设有第二搅拌装置4.2和温度控制装置4.3 ;外加碳源储备箱5通过第三蠕动泵5.1与反硝化厌氧氨氧化反应器相连。
[0025]具体包括以下过程:
[0026]接种城市污水厂剩余污泥于半硝化反应器中，接种后反应器内污泥浓度为3000mg/L ;接种厌氧氨氧化污泥和具有不完全反硝化特性的反硝化污泥体积比为2.5:1的混合污泥于反硝化厌氧氨氧化反应器中，接种后反应器内污泥浓度为2500mg/L ;其中，接种的反硝化污泥来自运行I年以上的反硝化反应器，该污泥具有不完全反硝化特性，在有机碳源浓度较低情况下，只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐，其亚硝酸盐积累率达到80% ;接种的厌氧氨氧化污泥来自运行6个月以上的厌氧氨氧化反应器，其总氮去除率达到75%。
[0027]实验所用原水采用北京工业大学家属院生活污水，主要参数为:C0D = 200?300mg/L，NH4+-N = 60?85mg/L，TN = 60?90mg/L ;其COD与氨氮的质量浓度之比在2.2?3.5之间，属于典型的低C/N比城市污水；原水收集到原水箱中；
[0028]半硝化反应器采用SBR反应器，该反应器有效容积为12L，每周期处理总污水量为6L。原水箱中低碳氮比城市生活污水通过第一蠕动泵进入半硝化SBR反应器，进水体积6L，进水后曝气搅拌2h,曝气过程中溶解氧浓度控制在2.5mg/L ;曝气结束后沉淀40min,然后将上清液排出至中间水箱，排水比为50%，出水中氨氮平均浓度为30mg/L，硝酸盐氮平均浓度为40mg/L。
[0029]中间水箱中的废水通过第二蠕动泵进入反硝化厌氧氨氧化反应器，该反应器采用SBR，有效容积12L，每周期处理总污水量6L ;进水体积为6L，进水结束时外加碳源储备箱中的有机碳源通过第三蠕动泵进入反硝化厌氧氨氧化反应器，试验中以乙酸钠为外加碳源，控制反应器内初始COD与硝酸盐氮的质量浓度之比为2.8 ;进水后缺氧搅拌5h，温度控制为280C ;搅拌结束后静置沉淀lh，排出上清液，排水比为50%。
[0030]连续试验结果表明:
[0031]以实际生活污水为进水，半硝化SBR反应器污泥浓度控制为3000mg/L，曝气搅拌2h，排水比为50% ;同时反硝化氨氧化反应器污泥浓度控制为2500mg/L，排水比为50% ；整个系统每周期处理污水6L时，出水NH4+-N < 3mg/L, TN < 5mg/L, TN去除率达到92%?97 %，能够实现低碳氮比城市生活污水稳定、高效脱氮。
【权利要求】
1.半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市生活污水的装置，其特征在于，包括原水箱(I)、半硝化反应器(2)、中间水箱(3)、反硝化厌氧氨氧化反应器(4)、外加碳源储备箱(5)； 原水箱(I)通过第一蠕动泵(2.1)与半硝化反应器(2)进水口相连；半硝化反应器出水排入中间水箱(3);中间水箱通过第二蠕动泵(4.1)与反硝化厌氧氨氧化反应器(4)进水口相连；外加碳源储备箱(5)通过碳源投加蠕动泵(5.1)与反硝化厌氧氨氧化反应器碳源投加口相连； 所述的半硝化反应器(2)设有第一搅拌装置(2.2)和出水口(2.3)，反应器底部设有曝气头(2.4)，空气泵(2.5)通过气体流量计(2.6)与曝气头相连； 所述的反硝化厌氧氨氧化反应器为密闭式，设有第二搅拌装置(4.2)和温度控制装置(4.3)。
2.应用权利要求1所述装置进行半硝化-反硝化厌氧氨氧化处理低碳氮比城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下过程: 接种城市污水厂剩余污泥于半硝化反应器中，控制半硝化反应器内污泥浓度为2000?4000mg/L ;将厌氧氨氧化污泥和具有不完全反硝化特性的反硝化污泥按体积比为2:1?4:1混合后的污泥接种到反硝化厌氧氨氧化反应器，控制接种后污泥浓度为1400?4000mg/L ;其中，接种的具有不完全反硝化特性的反硝化污泥的亚硝酸盐积累率达到70%?100%，接种的厌氧氨氧化污泥总氮去除率大于70% ； 低碳氮比城市生活污水收集到原水箱中，该城市生活污水中COD与氨氮的质量浓度之比小于4.0 ;原水箱中污水通过第一蠕动泵进入半硝化反应器，进水结束后曝气I?3h，曝气过程中溶解氧浓度控制在2.0?4.0mg/L ;曝气结束后沉淀30?60min，然后将硝化液排出至中间水箱，排水比为40%?60% ； 中间水箱中的废水通过第二蠕动泵进入反硝化厌氧氨氧化反应器；进水结束时外加碳源储备箱中的有机碳源溶液通过碳源投加蠕动泵进入反硝化厌氧氨氧化反应器，控制反应器内初始COD与硝酸盐氮的质量浓度之比为2.0?3.5 ;投加有机碳源后缺氧搅拌3?6h ;搅拌结束后静置沉淀30?60min，排出上清液，排水比为30?70%。
【文档编号】C02F3/30GK104310585SQ201410535840
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月12日 优先权日:2014年10月12日
【发明者】彭永臻, 杜睿, 操沈彬, 王淑莹 申请人:北京工业大学