一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺的制作方法

本发明涉及一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理装置，属于城市污水处理与资源化领域。

背景技术：

硝化和反硝化是传统污水生物脱氮的核心环节。传统污水生物脱氮基于硝化/反硝化作用，首先在好氧条件下硝化细菌将污水的氨氮氧化为硝态氮，随后在缺氧条件下，反硝化细菌利用有机物作为电子供体将硝态氮还原为氮气，从而将氮素从水中去除。但城市污水碳源不足，硝化反硝化运行方式难以达标，且脱氮效果受有机物影响。厌氧氨氧化现象的发现为解决以上问题提供了新的方向。相比于传统脱氮工艺，短程硝化/反硝化耦合厌氧氨氧化工艺具有对进水碳氮比和曝气量要求低、能耗少、占地面积小以及反应速率快等优点，自养生物脱氮技术越来越受到关注。随着厌氧氨氧化研究的不断深入，厌氧氨氧化生物脱氮工艺在实际污水处理中逐渐得到应用。

目前厌氧氨氧化工艺主要以短程硝化/厌氧氨氧化、反硝化/厌氧氨氧化等方式运行。短程硝化/厌氧氨氧化反应产物中含有相当一部分比例的硝态氮，对于这一部分硝态氮的去除，采用传统的反硝化工艺又会浪费大量的碳源。反硝化与厌氧氨氧化耦合相对于反硝化可节省59.7％的碳源。因此短程硝化/厌氧氨氧化与反硝化/厌氧氨氧化的耦合工艺具有显著的应用价值。

技术实现要素：

将短程硝化/厌氧氨氧化工艺与反硝化/厌氧氨氧化工艺耦合，可强化城市污水深度脱氮，提高系统的出水效果。本发明涉及一种基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺，其方法特征及实现步骤如下：

原水由进水箱(1)经进水泵(11)进入推流式反应器(2)，推流式反应器(2)末端设出水口，通过出水管(25)连接沉淀池(3)；沉淀池(3)的上部有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从出水口(20)排出。沉淀池(3)底部设有污泥回流管(21)，浓缩污泥经污泥回流泵(13)回流至好氧区ⅱ(6)和缺氧区(8)。

进水采用城市污水，原水由进水箱经进水泵(11)进入推流式反应器(2)。

好氧区ⅰ(4)由1号鼓风机(14)、1号流量计(15)控制溶解氧在2-3mg/l，水力停留时间为2-3h，有机物在好氧区ⅰ(4)得到去除。内置式沉淀池(5)进行泥水分离，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区ⅱ(6)；剩余污泥通过排泥管(28)排放；浓缩污泥经回流管(27)通过回流泵(12)进行回流。

好氧区ⅱ(6)由2号鼓风机(31)、2号流量计(32)控制溶解氧在0.1-0.3mg/l，水力停留时间为2-3h。混合液在好氧区ⅱ(6)以ifas方式运行，进行短程硝化/厌氧氨氧化反应，依靠聚氨酯填料对厌氧氨氧化菌吸附、固定，其中聚氨酯填料的填充比为10％-15％。混合液由好氧区ⅱ(6)进入选择性曝气池(7)。

plc系统(22)由实时氨氮在线监测探头(29)、硝态氮在线监测探头(30)、控制继电器(23)组成。氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给plc控制系统(22)，经plc系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)控制选择性曝气池(7)的曝气量。从而使混合液在进入缺氧区(8)之前，为反硝化/厌氧氨氧化反应提供合适比例的氨氮与硝态氮。

在选择性曝气池(7)内，根据[nh4⁺-n]和[no3^--n]浓度变化通过plc控制系统(22)适时开、关3号鼓风机(33)控制曝气。当[nh4⁺-n]-[no3^--n]大于5mg/l时，关闭鼓风机(33)；当[nh4⁺-n]-[no3^--n]小于-5mg/l时，开启鼓风机(33)。

混合液经选择性曝气池(7)进入缺氧区(8)，缺氧区(8)以移动床生物膜反应器(mbbr)工艺形式运行进行反硝化-厌氧氨氧化反应，缺氧区(8)采用机械搅拌，水力停留时间为2-3h。悬浮聚丙烯填料为微生物提供了良好的生存环境，强化了反硝化和厌氧氨氧化作用，聚丙烯填料的填充比为10％-15％。

对缺氧区(8)投加碳源以提供反硝化所需的碳源，控制缺氧区(8)内碳氮比为2-3。其中，外加碳源(10)可以由发酵污泥提供。

混合液从缺氧区(8)进入好氧区ⅲ(9)，除去剩余的氨氮和有机物，水力停留时间为1-1.5h。

混合液通过排水管(25)进入沉淀池(3)，泥水混合物经沉淀池(3)分离沉淀后，上清液由排水管(20)排出系统外，浓缩污泥通过回流管(21)，经回流泵(13)回流至好氧区ⅱ(6)和缺氧区(8)。回流比均为100％。

好氧区ⅱ(6)中聚氨酯填料(18)的挂膜过程：将1.5×1.5×1.5cm的0.1mm孔径的聚氨酯填料固定在填料架(26)上，在ifas厌氧氨氧化一体化反应器中培养挂膜5-6个月，使填料上的污泥浓度达到0.375-0.5mg/cm²。

聚氨酯填料(16)挂膜后，投加至好氧区ⅱ(6)中。

运行方式：运行初期，采用城市污水(氨氮浓度50-70mg/l，cod浓度150-200mg/l)与配水(碳酸氢氨50mg/l)1:1混合放置水箱内，运行15-20d，出水氨氮小于5mg/l、总氮小于15mg/l为适应期结束，随后逐渐增加城市污水的配比直至进水完全为城市污水。

附图说明

图1为基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺主视图。

图2为基于厌氧氨氧化的城市污水处理升级改造工艺俯视图。

具体实施方式

与传统方式相比，本装置与方法适用于低碳氮比城市生活污水的深度脱氮处理，出水效果好，运行稳定性强。

1、本装置可在传统aao、ao工艺基础上进行直接改造。在好氧区ⅰ(4)去除有机物，通过设置内置沉淀池(5)和污泥回流系统，减小了异养菌和有机物等对后续ifas反应器中厌氧氨氧化菌的冲击，更有利于厌氧氨氧化菌的生长。同时可富集进水中的有机物，为资源回收提供有利条件。

2、本装置在好氧区ⅱ(6)采用ifas工艺，在缺氧区(8)采用mbbr工艺，针对不同工艺形式采用不同类型的填料，减少菌种的流失，强化了优势菌种的富集，实现种属优化，从而进一步增强系统的脱氮能力。

3、针对短程硝化/厌氧氨氧化工艺稳定性差、出水硝态氮浓度偏高导致不能全程达标的问题，通过选择性曝气池(7)协调氨氮与硝态氮浓度的比值，进而耦合反硝化/厌氧氨氧化工艺深度脱氮，提高运行稳定性。

4、针对城市污水中碳源不足的问题，采用短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮；反硝化、厌氧氨氧化联合运行，高效利用碳源且提高了总氮的去除。

综上，本发明协调了污水脱氮处理过程中曝气能耗高的问题，节省曝气，节约碳源，同时维持连续流反应器在进水氨氮浓度波动时的运行稳定性，缓解了短程硝化/厌氧氨氧化工艺出水硝态氮偏高不能稳定达标的问题。

短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化-厌氧氨氧化升级改造工艺，其特征在于：按照从进水端到出水端的顺序，依次设置进水箱(1)、推流式反应器(2)、沉淀池(3)，另配有plc系统(22)。

原水由进水箱(1)经进水泵(11)进入推流式反应器(2)，推流式反应器(2)末端设出水口，通过出水管(25)连接沉淀池(3)；沉淀池(3)的上部有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从出水口(20)排出。推流式反应器(2)分为两个单元。第一单元由好氧区ⅰ(4)、内置沉淀池(5)组成；第二单元由好氧区ⅱ(6)、选择性曝气池(7)、缺氧区(8)、好氧区ⅲ(9)组成。其中选择性曝气池(7)和缺氧区(8)设有1号液下搅拌器(38)、2号液下搅拌器(39)；好氧区ⅰ(4)、好氧区ⅱ(6)、好氧区ⅲ(9)底部设有曝气盘(16)，曝气盘(16)经流量计(15)与鼓风机(14)相连；好氧区ⅱ(6)投加聚氨酯填料，缺氧区(8)投加聚丙烯填料(37)。原水经进水泵(11)进入好氧区ⅰ(4)，水力停留时间为2-3h，好氧区ⅰ(4)的曝气由鼓风机(14)和流量计(15)控制，溶解氧控制在2-3mg/l。由内置式沉淀池(5)完成泥水分离，浓缩污泥回流至好氧区ⅰ(4)，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区ⅱ(6)。好氧区ⅱ(6)投加聚氨酯填料(18)，填料填充比为10％-15％，水力停留时间为2-3h，溶解氧控制在0.1-0.3mg/l。混合液由好氧区ⅱ(6)进入选择性曝气池(7)后通过plc系统控制曝气。其中，plc系统(22)由实时氨氮在线监测探头(29)、硝态氮在线监测探头(30)、控制继电器(23)组成。氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给plc控制系统(22)，经plc系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)控制选择性曝气池(7)的曝气量。混合液由选择性曝气池(7)进入缺氧区(8)；缺氧区(8)采用机械搅拌，外加碳源(10)为缺氧区(8)提供碳源使得碳氮比保持在2-3；缺氧区(8)投加聚丙烯填料(37)，填料填充比为10％-15％，水力停留时间为2-3h。混合液由缺氧区(8)进入好氧区ⅲ(9)，水力停留时间为1-1.5h。混合液由缺氧区(8)进入沉淀池(3)，沉淀池(3)的上部设有系统出水口(20)，泥水分离后上清液从出水口(20)排出。沉淀池(3)底部设有污泥回流管(21)，浓缩污泥经污泥回流管(27)回流至好氧区ⅱ(6)和缺氧区(8)。

内置沉淀池(5)中的混合液泥水分离后，上清液通过溢流堰(24)进入好氧区ⅱ(6)，浓缩污泥通过污泥回流泵(12)经回流管(27)回流至好氧区ⅰ(4)。定期将剩余污泥经排泥管(28)排出系统外。选择性曝气池(7)的氨氮浓度通过氨氮在线监测探头(29)、硝态氮浓度通过硝态氮在线监测探头(30)反馈给plc控制系统(22)，经plc系统处理后将控制信号传送给控制继电器(23)适时开、关3号鼓风机(33)控制曝气。当[nh4⁺-n]-[no3^--n]大于5mg/l时，关闭鼓风机(33)；当[nh4⁺-n]-[no3^--n]小于-5mg/l时，开启鼓风机(33)。使得混合液进入缺氧区(8)之前，为反硝化/厌氧氨氧化反应提供合适比例的氨氮与硝态氮。该工艺先后设置除碳、脱氮两个单元，在进行短程硝化/厌氧氨氧化工艺前预先处理有机物，减轻了有机物对厌氧氨氧化菌的冲击。后置缺氧区实现反硝化/厌氧氨氧化反应进一步降低总氮，达到深度脱氮的目的。该工艺稳定后总氮去除率可稳定在80％以上，具有良好的脱氮效果。