脉冲进料式一体化PADEAM工艺处理高浓度硝酸盐废水同步污泥减量的装置和方法与流程

技术领域：

本发明涉及一体化短程反硝化耦合厌氧氨氧化(pdamox)工艺处理高浓度硝酸盐废水同步污泥减量的工艺技术，属于污水生物处理领域。

背景技术：

随着我国水体富营养化问题的日趋严重以及污水排放标准的提升，氮的去除成为水处理领域的关键问题。工业生产中含高浓度硝酸盐废水的高效处理是控制水体无机氮污染的重要举措。目前去除水中硝酸盐的方法主要有化学还原、反渗透、电渗析、离子交换、生物反硝化等。化学还原法可分为活泼金属还原法和催化还原法。前者以铁、铝、锌等金属单质为还原剂，处理效果较差，且有亚硝酸盐生成；后者以氢气及甲酸、甲醇等为还原剂，一般需有催化剂存在，成本较高，且氢气应用过程中存在保障危险。反渗透、电渗析、离子交换等方法虽可有效去除水中的硝酸盐，但成本较高，且会产生大量废水。生物反硝化方法是目前已投入实用的较好方法，具有高效低耗的特点。但传统的反硝化技术处理高浓度硝酸盐废水过程仍存在诸多问题：1)达到较高的硝酸盐去除效率需要消耗大量的外加碳源作为反硝化电子供体，增加了运行能耗和费用；2)产生大量剩余污泥，其处理和处置过程可能会造成二次污染，不符合清洁和环境友好的处理原则；3)较高浓度硝酸盐还原过程中可能导致较高的亚硝酸盐积累，影响微生物活性和脱氮效率；因此，经济、高效、环境友好的新型硝酸盐废水处理技术是污水脱氮处理领域的迫切需求。

另一方面，随着城市污泥产量的不断增加，污泥处理处置问题迫在眉睫。同时，污泥中含有丰富的有机物以及氮、磷等营养元素，其中部分有机物经厌氧消化可产生挥发性脂肪酸(volatilefattyacids，vfas)，是一种可利用性较高的资源。如何更加科学合理、经济有效地将这些产量大而且成分复杂的污泥进行无害化和资源化处理处置是需要深入研究的关键问题。

近年来，厌氧氨氧化技术成为污水处理领域的研究热点。厌氧氨氧化过程是指在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐直接转化为氮气的过程，该过程无需曝气和有机碳源，具有节省能耗和碳源、污泥产量低且脱氮负荷高的重要优势。然而，该工艺只能够利用氨氮及亚硝酸盐为基质，并不能直接应用于硝酸盐废水的处理。前期研究发现污泥发酵耦合反硝化条件下能够驯化高亚硝酸盐积累的短程反硝化污泥，其能够将80％的硝酸盐转化为亚硝酸盐，从而为厌氧氨氧化过程基质亚硝酸盐的获取提供新途径，并且实现硝酸盐废水的经济高效处理。基于此，将短程反硝化、厌氧氨氧化与污泥水解产酸发酵技术相结合，不仅能够降低硝酸盐废水处理过程所需的有机碳源量和污泥产量，并且能够将污泥进行减量化和资源化利用，水解产酸过程释放的氨氮能够被厌氧氨氧化反应得到去除，缓解污水处理厂剩余污泥处置难题，提高脱氮效率。

技术实现要素：

本发明基于短程反硝化技术、厌氧氨氧化技术、及污泥水解产酸减量化技术，提供了一种在一体化反应器中实现同步处理高浓度硝酸盐废水与剩余污泥的减量化处理和资源化利用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

1、一体化脉冲进料式pdamox工艺处理高浓度硝酸盐废水同步污泥减量的装置，其特征在于，包括高浓度硝酸盐废水箱(1)、污泥匀质罐(2)、一体化pdamox反应器(3)和沉淀池(4)；一体化pdamox反应器设有进水口、污泥投加口、排水口、取样口、排泥口、放空管、搅拌器、液位计、气体收集装置；污泥匀质罐设有进泥管、污泥排放管、放空管、气体排放口、搅拌器；沉淀池设有放空管和溢流口。

所述的一体化pdamox反应器进水口通过第一蠕动泵与高浓度硝酸盐废水箱相连；污泥投加口通过剩余污泥污泥泵与污泥匀质罐污泥排放管相连；一体化pdamox反应器排水口与沉淀池相连。

2、一体化脉冲进料式pdamox工艺处理高浓度硝酸盐废水同步污泥减量的方法，其特征在于，包括以下过程：

接种具有不完全硝酸盐还原特性的短程反硝化污泥和固定化厌氧氨氧化生物膜，控制一体化pdamox反应器内污泥浓度为5.0～8.0g/l；

开启污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，剩余污泥浓度为6.0～10.0g/l，当混合液总体积为反应器有效容积的60～70％时，关闭污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，停止投加剩余污泥；

开启缺氧搅拌1.0h～2.0h，使剩余污泥水解产生短链脂肪酸，作为反硝化所需有机碳源，同时释放氨氮；

开启进水泵，将高浓度硝酸盐废水泵入反应器，其中硝酸盐浓度为0.5～1.0gn/l，当混合液体积为反应器有效容积80～90％时，关闭进水泵，继续缺氧搅拌3.0～5.0h，反硝化菌利用剩余污泥水解产生有机碳源将硝酸盐转化为亚硝酸盐，同时厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐将污泥水解产生的氨氮去除；

再次开启污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，剩余污泥浓度为5.0～10.0g/l，当混合液总体积达到反应器有效容积100％时，关闭剩余污泥投加泵；

开启缺氧搅拌1.5h～3.0h，使剩余污泥水解产酸与反硝化产亚硝酸盐同步进行，将剩余的硝酸盐还原，同时将剩余污泥水解产酸过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化作用去除；

搅拌结束后静置沉淀1h～2h，将上清液排出，排水比为50％～60％。

所述的一体化pdamox反应器接种的固定化厌氧氨氧化生物膜污泥浓度不小于0.3g/l，生物膜厌氧氨氧化反应氨氮去除速率不低于0.5kgn/(m³·d)。

所述的一体化pdamox反应器接种的短程反硝化污泥反硝化过程硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化率不低于70％。

本发明提供的一体化脉冲进料式pdamox工艺处理高浓度硝酸盐废水同步污泥减量的装置和方法，具有以下优势：

1、利用污泥水解产生短链脂肪酸为短程反硝化提供电子供体，降低硝酸盐废水处理过程中有机碳源投加量，减小污泥产量，同时为厌氧氨氧化过程提供稳定的基质亚硝酸盐。

2、采用脉冲式进料能够减少高浓度硝酸盐还原过程中产生高亚硝酸盐积累对微生物的抑制作用，提高脱氮效率。

3、厌氧氨氧化过程能够将污水水解产酸过程释放的氨氮去除，提高系统总氮去除效率。

4、充分利用剩余污泥中的内碳源进行短程反硝化，能够将污泥减量化处理的同时实现资源化利用，降低污水处理厂

附图说明

图1是本发明装置示意图。

1——高浓度硝酸盐废水箱，2——污泥匀质罐，3——一体化pdamox反应器，4——出水箱；1.1-蠕动泵，2.1——进泥管，2.2——污泥排放管，2.3——放空管，2.4——气体排放口，2.5——第一搅拌器，2.6——剩余污泥投加泵；3.1——进水口，3.2——污泥投加口，3.3——取样口，3.4——排水口，3.5——排泥口，3.6——放空管，3.7——第二搅拌器，3.8——液位计，4.1——放空管，4.2——溢流口。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明做进一步说明，如图所示，一体化脉冲进料式pdamox工艺处理高浓度硝酸盐废水同步污泥减量的装置包括高浓度硝酸盐废水箱、污泥匀质罐、一体化pdamox反应器和沉淀池；一体化pdamox反应器设有进水口、污泥投加口、排水口、取样口、排泥口、放空管、搅拌器、液位计、气体收集装置；污泥匀质罐设有进泥管、污泥排放管、放空管、气体排放口、搅拌器；沉淀池设有放空管和溢流口。

所述的一体化pdamox反应器进水口通过第一蠕动泵与高浓度硝酸盐废水箱相连；污泥投加口通过剩余污泥污泥泵与污泥匀质罐污泥排放管相连；一体化pdamox反应器排水口与沉淀池相连。

其特征是按下述步骤进行的：

接种具有不完全硝酸盐还原特性的短程反硝化污泥和固定化厌氧氨氧化生物膜，控制一体化pdamox反应器内污泥浓度为6.0～8.0g/l；

开启污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，剩余污泥浓度为8.0～12.0g/l，当混合液总体积为反应器有效容积的60～70％时，关闭污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，停止投加剩余污泥；

开启缺氧搅拌1.5h～2.0h，使剩余污泥水解产生短链脂肪酸，作为反硝化所需有机碳源，同时释放氨氮；

开启进水泵，将高浓度硝酸盐废水泵入反应器，其中硝酸盐浓度为0.5～0.8gn/l，当混合液体积为反应器有效容积80～90％时，关闭进水泵，继续缺氧搅拌3.0～4.0h，反硝化菌利用剩余污泥水解产生有机碳源将硝酸盐转化为亚硝酸盐，同时厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐将污泥水解产生的氨氮去除；

再次开启污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，剩余污泥浓度为5.0～10.0g/l，当混合液总体积达到反应器有效容积100％时，关闭剩余污泥投加泵；

开启缺氧搅拌1.5h～2.5h，使剩余污泥水解产酸与反硝化产亚硝酸盐同步进行，将剩余的硝酸盐还原，同时将剩余污泥水解产酸过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化作用去除；

搅拌结束后静置沉淀1～2h，将上清液排出，排水比为50％～60％。

所述的一体化pdamox反应器接种的固定化厌氧氨氧化生物膜污泥浓度不小于0.4g/l，生物膜厌氧氨氧化反应氨氮去除速率不低于0.5kgn/(m³·d)。

所述的一体化pdamox反应器接种的短程反硝化污泥反硝化过程硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化率不低于80％。

具体试验用水为硝酸盐模拟废水，其硝酸盐氮浓度为600mg/l，接种的短程反硝化污泥长期运行中硝酸盐转化为亚硝酸盐的转化率为80％，接种的厌氧氨氧化污泥氨氮去除速率为0.8kgn/(m³·d)，接种后反应器内污泥浓度为0.75g/l。具体运行过程如下：

开启污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，剩余污泥浓度为10.0g/l，混合液总体积为反应器有效容积的60％时，关闭污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，停止投加剩余污泥；

开启缺氧搅拌1.5h，使剩余污泥水解产生短链脂肪酸，作为反硝化所需有机碳源，同时释放氨氮；

开启进水泵，将高浓度硝酸盐废水泵入反应器，其中硝酸盐浓度为600mgn/l，当混合液体积为反应器有效容积90％时，关闭进水泵，继续缺氧搅拌3.5h，反硝化菌利用剩余污泥水解产生有机碳源将硝酸盐转化为亚硝酸盐，同时厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐将污泥水解产生的氨氮去除；

再次开启污泥匀质罐搅拌器和剩余污泥投加泵，剩余污泥浓度为10.0g/l，当混合液总体积达到反应器有效容积100％时，关闭剩余污泥投加泵；

开启缺氧搅拌2.0h，使剩余污泥水解产酸与反硝化产亚硝酸盐同步进行，将剩余的硝酸盐还原，同时将剩余污泥水解产酸过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化作用去除；

搅拌结束后静置沉淀1.0h，将上清液排出，排水比为50％。

工艺运行稳定期间，一体化pdamox系统最终出水总氮浓度小于25mgn/l，其中硝酸盐去除率为90％以上，出水氨氮低于5mg/l，实现硝酸盐废水的高效脱氮；同时达到剩余污泥资源化利用目的。