基于厌氧氨氧化的污水处理体系的制作方法

本实用新型属于污水处理
技术领域：
，尤其涉及一种基于厌氧氨氧化的污水处理体系。
背景技术：
：工业和农业中产生大量的高浓度氨氮废水，氨氮超标成为影响我国地表水水环境质量的首要指标，氨氮废水处理已引起全球环保领域的重视。氨氮是水体污染的常见污染物，氨氮的存在会大量消耗水中的氧气，造成水体富营养化。为了彻底治理氨氮污染，必须寻找经济有效的氨氮废水处理技术尤其是高浓度氨氮废水处理技术，在氨氮污染治理的同时节能降耗、避免二次污染。随着监管标准对氮排放提出更高的要求，在污水深度处理过程中，逐步增加了对氮的脱除工艺。传统的脱氮工艺采用的是硝化-反硝化工艺。通常的硝化过程是指在好氧情况下，利用好氧硝化菌将水中的氨氧化为硝酸根。这一过程分两步进行：第一步是，氨氧化菌(AOB)将水中的氨氧化为亚硝酸根离子；第二部是亚硝酸盐氧化菌(NOB)将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。反硝化是指在厌氧情况下，反硝化菌将硝酸根转化为氮气的过程。在强调污水处理资源化、能源化的今天，以厌氧氨氧化为核心的脱氮技术被业界普遍视为未来污水处理发展的一种重要技术，由此该技术正成为当前全球污水处理研发的焦点之一。相比较硝化-反硝化工艺而言，短程硝化反硝化是指把硝化反应控制在产亚硝酸盐的阶段，阻止进一步的硝酸根的形成；然后在厌氧情况下利用反硝化菌进行反硝化。因此，厌氧氨氧化技术相比较传统的硝化-反硝化工艺在过程上减少了硝酸盐生成阶段，能够减少反应中对氧气以及碳源的需求，从而实现节能降耗的目标。厌氧氨氧化(Anaerobicammoniumoxidation，ANAMMOX)工艺，是最初由荷兰Delft理工大学于20世纪末开始研究，于1998年首次发展了厌氧氨氧化反应器，并于本世纪初成功开发应用的一种新型废水生物脱氮工艺。厌氧氨氧化主要分为两大步：第一个过程是采用氨氧化细菌(AOB)将氨氮进行部分亚硝化(partialnitritation)，在这个过程中只有大约55％的氨氮需要转化为亚硝酸盐氮；第二个过程是厌氧氨氧化(anammox)，在厌氧条件下，采用厌氧氨氧化菌(AnAOB)以亚硝酸氮作为电子受体，氧化成氮气N2。厌氧氨氧化技术脱氮机理过程如下：部分亚硝化阶段(AOB菌)1.32NH3+1.98O2→1.32NO2-+1.32H++1.3H2O厌氧氨氧化阶段(厌氧氨氧化菌)NH3+1.32NO2-+H+→0.26NO3-+1.02N2+2H2O总反应(Deammonification)NH3+0.85O2→0.44N2+0.11NO3-+1.43H2O+0.14H+与传统的硝化-反硝化脱氮工艺及其它新型的生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化能表现出的突出优势，厌氧氨氧化菌属于自养菌，无需外加有机碳源，处理运行费用降低，特别对低C/N比的废水处理效果良好，且可避免因有机物的投加而导致的二次污染。且厌氧氨氧化只需将部分氨氮亚硝化，因此氧的需求量大为降低，动力消耗降低了。在NH4+-N的硝化过程中，每氧化1mol的NH4+-N需消耗2mol氧，而在厌氧氨氧化过程中，每氧化1mol的NH4+-N只需0.75mol氧，因此与传统的硝化反硝化工艺相比，因耗氧而产生的动力消耗可降低62.5％；污泥产率降低90％；结构紧凑；高氨氮负荷；基本无需额外碳源。近年来，国内外对厌氧氨氧化工艺的研究取得了大量成果。虽然处理氨氮废水的厌氧氨氧化工艺技术有多种，但是厌氧氨氧化工艺存在如下关键问题：(1)由于厌氧氨氧化菌(AnAOB，Anammox)生长缓慢(倍增时间11天)、细胞产率低[m(VSS)/m(NH4+-N)＝0.11g/g)、对环境条件敏感，其富集培养较为困难。菌的生长速率在低温情况下非常慢，其世代时间需要1～2周，而硝化菌需要1d。所以，传统接种污泥启动厌氧氨氧化时间长达数月至数年。(2)不能有效地控制氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌(AnAOB)的生长与截留，工艺系统运行不稳定，限制了厌氧氨氧化工艺在实际工程中的大规模应用。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种基于厌氧氨氧化的污水处理体系，旨在解决现有厌氧氨氧化工艺中厌氧氨氧化菌富集、增殖、驯化难度大，且不能有效地控制氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的生长与截留，影响污水处理效率和效果的问题。为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种基于厌氧氨氧化的污水处理体系，所述污水处理体系包括多级生物反应器，与多级生物反应器连通、且用于输入待处理污水的污水进水管，以及与多级生物反应器连通、且用于排出已处理水样的清水出水管；多级生物反应器至少包括与所述污水进水管连通的第一级生物反应器和与所述清水出水管连通的第N级生物反应器，所述第一级生物反应器和所述第N级生物反应器之间设置有通过输水管道依次串接的N-2个生物反应器；多级生物反应器的每一个生物反应器分别设置第一开口和第二开口，且所述第N级生物反应器的所述第二开口与所述第N-1级生物反应器的所述第一开口通过第一管道连通；其中，所述N大于等于2；所述污水处理体系还设置有用于将来源于第一级生物反应器中的初级污泥进行菌株分离的第一旋流分离器和用于将来源于第N级生物反应器中的末级污泥进行菌泥分离的第二旋流分离器，其中，所述第一旋流分离器通过第二管道与所述第一级生物反应器相通，通过第三管道与所述污水进水管相通，通过第四管道与所述第N级生物反应器相通；所述第二旋流分离器设置在用于连接所述第N级生物反应器和所述第N-1级生物反应器的第一管道段。本实用新型提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系，设置多级生物反应器串联，多级生物反应器之间通过输水管道输送水体，且在多级生物反应器中设置第一管道逆向(与进水方向相反)进行氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌(AnAOB)逐级富集、增殖、扩大培养，从而实现厌氧氨氧系统的快速启动与稳定运行。具体的，一方面，在将所述第一级生物反应器中含有氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的初级污泥经第一旋流分离器进行菌株分离，将分离出来的氨氧化菌再次注入所述第一生物反应器中，进行硝化反应与同化增殖生长；将含有所述厌氧氨氧化菌的沉底泥浆作为种子输送到所述第N级生物反应器。另一方面，末级污泥中经第二旋流分离器进行菌泥分离，分离出来的厌氧氨氧化菌输送并接种入第N-1级生物反应器，第N-1级生物反应器的厌氧氨氧化菌经逆向输送并接种于第N-2级生物反应器，依然次类推至第一级生物反应器。厌氧氨氧化菌种子通过逆流逐级接种，既驯化了厌氧氨氧化菌的环境适应性，又能充分利用各级反应器的营养条件，实现富集、增殖、扩大培养；同时，末级污泥排出污泥，将NOB、OHO等竞争性菌随泥排出系统，抑制了NOB等竞争性杂菌的生长繁殖，有效地发挥了厌氧氨氧化菌的高效脱氮作用。本实用新型提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系，可以通过两次分离，高效地实现了氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的截留、分离、富集培养，使经驯化后的厌氧氨氧化菌抗逆性大大增强，进而使得基于厌氧氨氧化的污水处理工艺系统运行稳定；同时将竞争性菌NOB淘汰出反应体系，使厌氧氨氧化菌富集的丰度大提高，约提高50～60％，可将厌氧氨反应器的启动时间大幅缩短1/3-1/2，约60～90d。此外，本实用新型提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系，还可以克服废水中毒性物质的影响，适应低温环境等。附图说明图1是本实用新型实施例提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系的结构示意图。具体实施方式为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本实用新型实施例提供了一种基于厌氧氨氧化的污水处理体系，所述污水处理体系包括多级生物反应器1，与多级生物反应器1连通、且用于输入待处理污水的污水进水管2，以及与多级生物反应器1连通、且用于排出已处理水样的清水出水管3；多级生物反应器1至少包括与污水进水管2连通的第一级生物反应器和与清水出水管3连通的第N级生物反应器，所述第一级生物反应器和所述第N级生物反应器之间设置有通过输水管道6依次串接的N-2个生物反应器；多级生物反应器1的每一个生物反应器分别设置第一开口和第二开口，且所述第N级生物反应器的所述第二开口与所述第N-1级生物反应器的所述第一开口通过第一管道7连通；其中，所述N大于等于2；所述污水处理体系还设置有用于将来源于第一级生物反应器中的初级污泥进行菌株分离的第一旋流分离器4和用于将来源于第N级生物反应器中的末级污泥进行菌泥分离的第二旋流分离器5，其中，所述第一旋流分离器4通过第二管道8与所述第一级生物反应器相通，通过第三管道9与所述污水进水管2相通，通过第四管道10与所述第N级生物反应器相通；所述第二旋流分离器5设置在用于连接所述第N级生物反应器和所述第N-1级生物反应器的第一管道段。本实用新型实施例提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系，设置多级生物反应器串联，多级生物反应器之间通过输水管道输送水体，且在多级生物反应器中设置第一管道逆向(与进水方向相反)进行氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌(AnAOB)逐级富集、增殖、扩大培养，从而实现厌氧氨氧系统的快速启动与稳定运行。具体的，一方面，在将所述第一级生物反应器中含有氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的初级污泥经第一旋流分离器进行菌株分离，将分离出来的氨氧化菌再次注入所述第一生物反应器中，进行硝化反应与同化增殖生长；将含有所述厌氧氨氧化菌的泥浆作为种子输送到所述第N级生物反应器。另一方面，末级污泥中经第二旋流分离器进行菌泥分离，分离出来的厌氧氨氧化菌输送并接种入第N-1级生物反应器，第N-1级生物反应器的厌氧氨氧化菌经逆向输送并接种于第N-2级生物反应器，依然次类推至第一级生物反应器。厌氧氨氧化菌通过逆流逐级接种，既驯化了厌氧氨氧化菌的环境适应性，又能充分利用各级反应器的营养条件，实现富集、增殖、扩大培养；同时，末级污泥排出污泥，将NOB、OHO等竞争性菌随泥排出系统，抑制了NOB等竞争性杂菌的生长繁殖，有效地发挥了厌氧氨氧化菌的高效脱氮作用。本实用新型实施例提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系，可以通过两次分离，高效地实现了氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的截留、分离、富集培养，使经驯化后的厌氧氨氧化菌抗逆性大大增强，进而使得基于厌氧氨氧化的污水处理工艺系统运行稳定；同时将竞争性菌NOB淘汰出反应体系，使厌氧氨氧化菌富集的丰度大提高，约提高50～60％，可将厌氧氨反应器的启动时间大幅缩短1/3-1/2，约60～90d。此外，本实用新型实施例提供的基于厌氧氨氧化的污水处理体系，还可以克服废水中毒性物质的影响，适应低温环境等。本实用新型实施例中，采用设置有多级生物反应器1的所述污水处理体系对待处理污水进行厌氧氨氧化处理。具体的，所述污水处理体系整体包括多级生物反应器1，与多级生物反应器1两端分别连通污水进水管2和清水出水管3。其中，污水进水管2用于将待处理污水输送至多级生物反应器1中进行厌氧氨氧化处理；而出水管3则用于将经多级生物反应器1厌氧氨氧化处理后的清水排出。在一些实施例中，多级生物反应器1可以设置一组污水进水管2。在一些实施例中，多级生物反应器1可以设置一组清水出水管3。在一些实施例中，多级生物反应器1可以设置两组或两组以上的污水进水管2。在一些实施例中，多级生物反应器1可以设置两组或两组以上的清水出水管3。多级生物反应器1为厌氧序批式反应器(ASBR)或UASB(上流式厌氧污泥床反应器)与IFAS(生物膜-活性污泥复合工艺，IntegratedFixedfilmActivatedSludge)的组合反应器，至少包括与污水进水管2连通的第一级生物反应器和与清水出水管3连通的第N级生物反应器，所述第一级生物反应器和所述第N级生物反应器之间设置有通过输水管道6依次串接的N-2个生物反应器。所述待处理污水经污水进水管2输送至所述第一级生物反应器中，经多级生物反应器1氨氮化处理后的清水由所述第N级生物反应器输出。本实用新型实施例中，所述N大于等于2。当然，理论上，用于厌氧氨氧化处理的生物反应器的数量没有明确的限定，但当生物反应器的数量过多时，不仅对提高去污效果没有明显帮助，而且增加投资与运行成本。在优选实施例中，所述N的取值范围满足：2≤N≤5。即多级生物反应器1包括2～5个用于部分亚硝化与厌氧氨氧化同步处理的串联生物反应器，由此，在经过下述逆向厌氧氨氧化处理后，获得优异的去污效果。由于厌氧氨氧化菌生长缓慢(倍增时间11天)、细胞产率低[m(VSS)/m(NH4+-N)＝0.11g/g)、对环境条件敏感，其富集培养较为困难；且厌氧氨氧化过程中不能有效地控制氨氧化菌(氨氧化菌)与厌氧氨氧化菌(厌氧氨氧化菌)的生长与截留，工艺系统运行不稳定，限制了厌氧氨氧化工艺在实际工程中的大规模应用。鉴于此，本实用新型实施例中，在设置多级生物反应器1串联的基础上，逆向(与进水方向相反)进行厌氧氨氧化菌逐级富集、增殖、扩大培养，从而实现厌氧氨氧系统的快速启动与稳定运行。首先，在所述污水处理体系的设计上，在多级生物反应器1的每一个生物反应器分别设置第一开口和第二开口，且所述第N级生物反应器的所述第二开口与所述第N-1级生物反应器的所述第一开口通过第一管道7连通。在此基础上，在所述厌氧氨氧化的工艺角度方面，将所述第一级生物反应器中经含有氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的初级污泥进行菌株分离，将分离出来的氨氧化菌再次注入所述第一生物反应器中，将含有所述厌氧氨氧化菌的泥浆注入所述第N级生物反应器；将所述第N级生物反应器中经厌氧氨氧化处理沉积的末级污泥进行菌泥分离，将分离出来的厌氧氨氧化菌通过第一管道7逐级接种至前一级生物反应器中。由此，所述初级污泥中的氨氧化菌经分离返回第一级生物反应器中富集、增殖、扩大培养，含有所述厌氧氨氧化菌的泥浆作为种子输送到所述第N级生物反应器，由于含有所述厌氧氨氧化菌的泥浆中其他菌的含量较低，因此，可以有效减轻其他菌对厌氧氨氧化菌的生长抑制作用。同时，从末级污泥中分离出来的厌氧氨氧化菌输送并接种入第N-1级生物反应器，第N-1级生物反应器的厌氧氨氧化菌经逆向输送并接种于第N-2级生物反应器，依然次类推至第一级生物反应器。厌氧氨氧化菌以种子的方式通过逆流逐级接种，既驯化了厌氧氨氧化菌的环境适应性，又能充分利用各级反应器的营养条件，实现富集、增殖、扩大培养；同时，末级污泥排出反应体系，将NOB、OHO等竞争性菌随泥排出系统，抑制了NOB、OHO等竞争性杂菌的生长繁殖，有效地发挥了厌氧氨氧化菌的高效脱氮作用。优选实施例中，所述第一开口设置在所述生物反应器的上部，所述第二开口设置在所述生物反应器的下部。由此，前一级生物反应器中的厌氧氨氧化菌随泥沉积后从底部排出，经后一级生物反应器的顶部投入，不仅有利于厌氧氨氧化菌种子的充分提取，保证生物反应器中的厌氧氨氧化菌的浓度，而且有利于厌氧氨氧化菌在待处理水体中均匀分散并富集、增殖，从而提高基于厌氧氨氧化的污水处理工艺系统运行稳定性。进一步优选的，相邻生物反应器之间的第一管道7设置有压力泵(图中未标出)，从而促进所述厌氧氨氧化菌种子输送至前一级生物反应器中。在一些实施例中，所述污水处理体系还设置有第一旋流分离器4，所述初级污泥经第一旋流分离器4实现菌株分离。优选的，第一旋流分离器4分别设置有与所述第一级生物反应器相通的第二管道8，与污水进水管2相通的第三管道9，与所述第N级生物反应器相通的第四管道10，其中，所述初级污泥经第二管道8引流至第一旋流分离器4中；经第一旋流分离器4分离出来的氨氧化菌通过第三管道9注入污水进水管2，与待处理污水汇合注入所述第一级生物反应器；经第一旋流分离器4分离后含有所述厌氧氨氧化菌的泥浆通过第四管道10注入所述第N级生物反应器。由此，自动化和体系化地实现初级污泥中的菌株分离。进一步优选的，第二管道8与所述第一级生物反应器的所述第二开口连通。在一些实施例中，用于连接所述第N级生物反应器和所述第N-1级生物反应器的管道段7设置有第二旋流分离器5，所述第N级生物反应器产生的末级污泥经第二开口流出，经第二旋流分离器5实现菌泥分离。分离得到的厌氧氨氧化菌输送并接种入第N-1级生物反应器，继续参与厌氧氨氧化反应。进一步的，第二旋流分离器5开设有用于排放泥浆的排泥口。通过在初级反应器与末级反应器分别设置旋流分离器，可以高效地分离、截留、富集氨氧化菌与厌氧氨氧化菌。本实用新型实施例中，来自于第一级生物反应器的污泥切线进入第一分离旋流分离器中，由于厌氧氨氧化菌密度较大形成底流，作为种子输送并接种至末级(第N级)反应器；顶流(溢流)为氨氧化菌，返回第一级生物反应器，进行硝化反应与同化增殖生长。来自于第N级生物反应器的污泥以切线方向进入第二分离旋流分离器，由于厌氧氨氧化菌密度较大形成底流，输送并接种入第N-1级生物反应器，同时，从第二分离旋流分离器的溢流(顶流)排出污泥，将NOB、OHO等竞争性菌以机械分离方式随泥排出反应体系。本实用新型实施例中，将待处理污水通过污水进水管道2注入所述第一生物反应器中，进行部分亚硝化与厌氧氨氧化处理；再将其通过输水管道6注入第二级生物反应器。下面结合具体实施例进行说明。实施例1一种基于厌氧氨氧化的污水处理工艺，包括以下步骤：提供污水处理体系：所述污水处理体系包括多级生物反应器，与多级生物反应器连通、且用于输入待处理污水的污水进水管，以及与多级生物反应器连通、且用于排出已处理污水的出水管；多级生物反应器至少包括与所述污水进水管连通的第一级生物反应器和与所述清水出水管连通的第N级生物反应器，所述第一级生物反应器和所述第N级生物反应器之间设置有通过输水管道依次串接的N-2个生物反应器；多级生物反应器的每一个生物反应器分别设置第一开口和第二开口，且所述第N级生物反应器的所述第二开口与所述第N-1级生物反应器的所述第一开口通过第一管道7连通；其中，所述N大于等于2；所述污水处理体系还设置有用于将来源于第一级生物反应器中的初级污泥进行菌株分离的第一旋流分离器和用于将来源于第N级生物反应器中的末级污泥进行菌泥分离的第二旋流分离器，其中，所述第一旋流分离器通过第二管道与所述第一级生物反应器相通，通过第三管道与所述污水进水管相通，通过第四管道与所述第N级生物反应器相通；所述第二旋流分离器设置在用于连接所述第N级生物反应器和所述第N-1级生物反应器的管道段7。将待处理污水通过所述污水进水管道注入所述第一生物反应器中，进行部分亚硝化与厌氧氨氧化处理，将经第一生物反应器处理后的水体通过所述输水管道依次注入第二级生物反应器，所述第N-1级生物反应器、所述第N级生物反应器中，进行逐级厌氧氨氧化处理；同时，将所述第一级生物反应器中含有氨氧化菌、厌氧氨氧化菌的初级污泥经所述第一旋流分离器实现菌株分离，将分离出来的氨氧化菌返回注入所述第一生物反应器中，将含有所述厌氧氨氧化菌的泥浆注入所述第N级生物反应器；将所述第N级生物反应器中经厌氧氨氧化处理沉积的末级污泥，经所述第二旋流分离器进行菌泥分离，将分离出来的厌氧氨氧化菌通过所述管道7逐级接种至前一级生物反应器中，将分离出来的含有杂菌的泥浆外排。其中，所述待处理污水为污泥厌氧消化液，水量为30m3/d，水温为32～35℃，PH7.3～7.5，反应器类型为厌氧序批式反应器(ASBR)，反应器级数为4级，反应器有效容积为11m3，启动时长为53d。抽取污水进水管和清水出水口的水体进行氨氮检测。检测结果如下表1所示。由表1可见，本实用新型提供的基于厌氧氨氧化的污水处理工艺，具有很好的脱氮作用。表1项目氨氮总氮COD进水(mg/L)89210282230出水(mg/L)2147-除去率97.6％95.4％-实施例2与实施例1的不同之处在于：所述待处理污水为食品加工废水，水量为70m3/d，水温为30～33℃，PH7.3～7.5，反应器级数为3级，反应器有效容积为21.8m3，启动时长为58d。抽取污水进水管和清水出水口的水体进行氨氮检测。检测结果如下表2所示。由表2可见，本实用新型提供的基于厌氧氨氧化的污水处理工艺，具有很好的脱氮作用。表2实施例3与实施例1的不同之处在于：所述待处理污水为猪养殖场污水，水量为50m3/d，水温为33～34℃，PH7.3～7.5，反应器类型为UASB+IFAS，反应器级数为5级，反应器有效容积为21.8m3，启动时长为73d。抽取污水进水管和清水出水口的水体进行氨氮检测。检测结果如下表3所示。由表3可见，本实用新型提供的基于厌氧氨氧化的污水处理工艺，具有很好的脱氮作用。表3以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3