一种通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置与方法

1.本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及通过气体收集与循环实现自养反硝化强化连续流厌氧/好氧/缺氧脱氮的装置与方法。


背景技术：

2.随着人类经济的快速发展，环境污染日益严重，其中水污染也越来越严重。目前，随着污水排放标准与污水处理厂臭气排放标准的日益严格，节能经济有效的从低c/n比的污水中有效去除氮磷，减少恶臭气体的排放，满足日益严格的质量标准是污水处理厂面临的重要挑战。
3.硫自养反硝化的反应机理就是无机化能营养型、光能营养型的硫氧化细菌在缺氧或厌氧条件下利用还原态硫(s0、s
2-、s2o
32-等)作为电子供体，通过对还原态硫进行氧化获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将其还原为氮气，利用无机碳(如co
32-、hco
3-)合成细胞，从而实现自养反硝化。常作为硫自养反硝化电子供体的有硫磺，含硫化物的矿物、废水和废气。而城市污水处理厂产生的恶臭气体的主要成分为还原性硫化物，来自于格栅，污泥管道，贮泥池，厌氧/缺氧池等，以恶臭气体中的硫化氢作为反硝化电子供体是一种经济安全的方式，同时，恶臭气体中的烃类，含氧有机物也可作为反硝化的电子供体，如实现甲烷氧化与反硝化的协同作用，即反硝化型甲烷厌氧氧化作用(damo)。可同时达到恶臭气体脱硫与强化废水脱氮的目的。其中以硫化物为电子供体的自养反硝化和反硝化型甲烷厌氧氧化作用的反应方程式如下：
4.5s
2-+8no
3-+8h
+
—5so
42-+4n2+4h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
5.5ch4+8no
3-8h
+
—4n2+14h2o+5co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
6.在此基础上提出通过收集污水处理厂的恶臭气体通入缺氧池进行自养反硝化强化脱氮的装置和方法。污水主要在连续流厌氧/好氧/缺氧生化池内通过硝化内源反硝化进行深度氮磷去除；恶臭气体通过集气罩收集格栅，厌氧池，沉淀池等污水处理厂的含硫化氢臭气构筑物的废气，经抽气泵泵入集气管中，通入缺氧池，在后置缺氧区利用甲烷和硫化氢等为电子供体发生自养反硝化，强化连续流厌氧/好氧/缺氧系统缺氧区脱氮效果，进一步减少反硝化过程中的碳源需求，以及降低恶臭气体中硫化氢等污染物浓度。通过以上流程实现强化脱氮的目的，同时充分高效的利用资源。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于为低c/n比城市污水脱氮减少恶臭气体排放提供一种通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置与方法。该装置中，废水进入连续流厌氧/好氧/缺氧生化池，在厌氧阶段贮存碳源以及反硝化回流污泥中剩余硝态氮，在好氧区进行硝化，后置缺氧区利用厌氧阶段贮存的碳源进行内源反硝化。气体收集装置收集格栅，厌氧池，沉淀池等的含硫化氢臭气，通过集气管通入后置缺氧区，后置缺氧区利用甲烷和硫化氢
等为电子供体发生自养反硝化，强化后置缺氧区的反硝化效果。此发明无需外加碳源，且充分利用资源，可实现低c/n城市污水深度脱氮和恶臭气体减量。
8.1.一种通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置与方法，其特征在于：包括气体收集与循环装置(1)，连续流厌氧/好氧/缺氧生化池(2)，沉淀池(3)以及连接的plc控制器(4)；
9.恶臭气体由气体收集与循环装置(1)分别收集格栅集气罩(1.1)，厌氧池集气罩(1.2)，沉淀池集气罩(1.4)，贮泥池集气罩(1.5)内的气体，并通过抽气泵(1.7)进入集气管(1.6)通入缺氧池(2.3)，缺氧池产生气体进入缺氧池集气罩(1.3)，可通过抽气泵(1.7)进入集气管(1.6)实现气体循环，或通过放空管(1.8)排出，以及通过空气管阀门(1.9)通入好氧池(2.2)；
10.污水进入连续流厌氧/好氧/缺氧生化池(2)，依次经过厌氧池(2.1)，好氧池(2.2)和缺氧池(2.3)随后出水，连续流厌氧/好氧/缺氧生化池(2)内设有搅拌器(2.4)、曝气装置(2.5)、变频鼓风机(2.6)；随后出水进入沉淀池(3)，污泥分别通过潜污泵(3.1)回流至厌氧池(2.1)与缺氧池(2.3)剩余污泥排至贮泥池(3.2)；
11.plc控制器(4)由自控箱(4.1)与电脑(4.2)连接，控制自控阀门(4.4)、空气管阀门(1.9)，变频鼓风机(2.6)、抽气泵(1.7)，通过在线检测设备(4.3)检测溶解氧，氨氮，硝氮与总氮浓度。在线检测设备设置在好氧末端、缺氧末端以及出水处。其中好氧末端指以水流前进方向，好氧曝气结束处；缺氧末端指以水流前进方向，缺氧搅拌结束处，
12.城市污水在此装置的处理流程为：废水进入连续流厌氧/好氧/缺氧生化池，在厌氧阶段贮存碳源以及反硝化去除回流污泥中的硝态氮，在好氧区进行硝化，后置缺氧区利用厌氧阶段贮存的碳源进行内源反硝化。气体收集装置收集格栅，厌氧池，沉淀池等的含硫化氢臭气，通过集气管通入后置缺氧区，后置缺氧区利用甲烷和硫化氢等为电子供体发生自养反硝化，强化后置缺氧区的反硝化效果。当含硫化氢臭气浓度过量难以在缺氧区去除时，则通入好氧区通过曝气作用氧化硫化氢气体，同时增加好氧区的同步硝化反硝化脱氮贡献。
13.本发明通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置与方法，其特征在于包括以下内容：
14.(1)连续流厌氧/好氧/缺氧的启动：以市政污水处理厂污泥作为接种污泥，以市政污水为原水；连续流厌氧/好氧/缺氧生化池水力停留时间为12h，其中厌氧池3h，好氧池3h，缺氧池6h；回流至缺氧池的阀门关闭，好氧池的do为2-3mg/l；待好氧末端氨氮浓度＜5mg/l，并稳定维持5天以上则认为硝化阶段启动成功；进入内源反硝化启动阶段，开启回流至缺氧池的阀门，当出水硝氮与亚硝浓度之和＜5mg/l，回流至缺氧池的污泥量为进水量的50％；当5mg/l≤出水硝氮与亚硝浓度之和≤10mg/l，回流至缺氧池的污泥量为进水量的100％；出水硝氮与亚硝浓度之和＞10mg/l，回流至缺氧池的污泥量为进水量的150％，待出水总氮浓度小于15mg/l，并稳定维持5天以上则认为内源反硝化阶段启动成功；
15.(2)气体收集与循环装置的启动：格栅集气罩，厌氧池集气罩，沉淀池集气罩，贮泥池集气罩相互连通，收集连通集气罩内的臭气，当连通的集气罩内h2s浓度＞100mg/m3则开启抽气泵将含h2s与ch4的臭气通入缺氧池，当连通的集气罩内h2s浓度≤40mg/m3则停止抽气泵；缺氧池集气罩单独设立，当缺氧集气罩内h2s浓度≤0.03mg/m3，直接排入大气；10mg/
m3＞缺氧池集气罩内h2s浓度＞0.03mg/m3，则将缺氧池的抽气泵开启进行气体循环；缺氧池顶部集气罩内h2s浓度≥10mg/m3，则开启通入好氧池的空气管阀门，当通入气体后出水硝氮与亚硝浓度之和小于10mg/l时，表明向自养反硝化启动成功；
16.(3)自养与异养耦合脱氮的控制：连续流厌氧/好氧/缺氧生化池与气体收集与循环装置启动成功后，污泥浓度控制在3000-5000mg/l，连续流厌氧/好氧/缺氧生化池水力停留时间12h，其中厌氧池3h，好氧池3h，缺氧池6h；当好氧末端氨氮浓度＜1mg/l，好氧池的do控制为至0.5-1mg/l；好氧末氨氮浓度≥1mg/l同时≤5mg/l时，控制好氧池的do为1-2mg/l；好氧末氨氮浓度＞5mg/l，好氧池的do为2-4mg/l；当出水硝氮与亚硝浓度之和＜10mg/l，当连通的集气罩h2s浓度高于100mg/m3时开启抽气泵，h2s浓度低于40mg/m3停止抽气泵，间歇的将臭气通入缺氧池；当出水硝氮与亚硝浓度之和≥10mg/l，则抽气泵保持开启状态，连续通入恶臭气体，同时分别向厌氧/好氧/缺氧池投加填充比为10-20％的厌氧氨氧化填料，增强自养脱氮作用。
17.本发明通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置与方法，与现有工艺相比具有以下优势：
18.(1)连续流厌氧/好氧/缺氧通过硝化内源反硝化脱氮可充分利用原水中的碳源实现深度氮去除。
19.(2)充分利用污水处理厂常见构筑物处理过程中产生的恶臭气体进行自养反硝化，减少其中有害成分的排放，实现以废制废，同时可实现污泥减量。
20.(2)异养与自养反硝化耦合，强化反硝化脱氮，进一步减少碳源需求量，同时降低污水处理成本。
附图说明
21.图1通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置结构示意图。
22.1气体收集与循环装置，2为连续流厌氧/好氧/缺氧生化池，3为沉淀池，4为plc控制器；1.1为格栅集气罩，1.2为厌氧池集气罩，1.3为缺氧池集气罩，1.4为厌氧池集气罩，1.5为贮泥池集气罩，1.6为集气管，1.7为抽气泵，1.8为放空管，1.9为空气管阀门；2.1为厌氧池，2.2为好氧池，2.3为缺氧池，2.4为搅拌器，2.5为曝气装置，2.6为变鼓风机；3.1为潜污泵，3.2为贮泥池；4.1为自控箱，4.2为电脑，4.3为在线检测设备，4.4为自控阀门。
具体实施方式：
23.下面结合附图和实施对本发明做进一步说明：一种通过气体收集与循环实现自养反硝化强化脱氮的装置与方法，其特征在于：包括气体收集与循环装置(1)，连续流厌氧/好氧/缺氧生化池(2)，和顺序连接的沉淀池(3)以及连接的plc控制器(4)；
24.恶臭气体由气体收集与循环装置(1)分别收集格栅集气罩(1.1)，厌氧池集气罩(1.2)，沉淀池集气罩(1.4)，贮泥池集气罩(1.5)内的气体，并通过抽气泵(1.7)进入集气管(1.6)通入缺氧池(2.3)，缺氧池产生气体进入缺氧池集气罩(1.3)，可通过抽气泵(1.7)进入集气管(1.6)实现气体循环，或通过放空管(1.8)排出，以及通过空气管阀门(1.9)通入好氧池(2.2)；
25.污水进入连续流厌氧/好氧/缺氧生化池(2)，依次经过厌氧池(2.1)，好氧池(2.2)
和缺氧池(2.3)随后出水，连续流厌氧/好氧/缺氧生化池(2)内设有搅拌器(2.4)、曝气装置(2.5)、变频鼓风机(2.6)；随后出水进入沉淀池(3)，污泥分别通过潜污泵(3.1)回流至厌氧池(2.1)与缺氧池(2.3)剩余污泥排至贮泥池(3.2)；
26.plc控制器(4)由自控箱(4.1)与电脑(4.2)连接，控制自控阀门(4.4)、变频鼓风机(2.6)、抽气泵(1.7)，通过在线检测设备(4.3)检测溶解氧，氨氮，硝氮与总氮浓度。
27.具体操作如下：
28.(1)以市政污水处理厂污泥作为接种污泥，以市政污水为原水；连续流厌氧/好氧/缺氧生化池水力停留时间为12h，其中厌氧池3h，好氧池3h，缺氧池6h；回流至缺氧阶段的阀门关闭，通过在线溶解氧浓度计与变频风机形成反馈控制回路，当在线溶解氧浓度计检测do高于3mg/l则通过plc控制器降低风机频率从而减少风量；当在线溶解氧浓度计检测do高于2mg/l则通过plc控制器增加风机频率从而提高风量，使得好氧池do维持在2-3mg/l，富集硝化污泥；待好氧末端的氨氮浓度＜5mg/l，并稳定维持5天以上则认为硝化阶段启动成功；
29.(2)开启回流至缺氧阶段的阀门，提高缺氧池污泥浓度，以增加后置反硝化区的生物量，提高反硝化速率。当出水硝氮与亚硝浓度之和＜5mg/l，通过阀门与潜污泵调节回流至缺氧池的污泥量为进水量的50％；当5mg/l≤出水硝氮与亚硝浓度之和≤10mg/l，回流至缺氧池的污泥量为进水量的100％；出水硝氮与亚硝浓度之和＞10mg/l，回流至缺氧池的污泥量为进水量的150％。同时通过好氧末端的氨氮浓度调整曝气量使得该阶段的硝化效果维持稳定。当好氧末端氨氮浓度＜1mg/l，则通过变频鼓风机调节气量降低好氧池的do至0.5-1mg/l；好氧末氨氮浓度≥1mg/l同时≤5mg/l时，通过变频鼓风机控制好氧池的do为1-2mg/l；好氧末氨氮浓度＞5mg/l，通过变频鼓风机控制好氧池的do为2-4mg/l，待缺氧末端在线总氮浓度计测量的总氮浓度小于15mg/l，并稳定维持5以上天则认为内源反硝化阶段启动成功。待出水总氮浓度小于15mg/l，并稳定维持5天以上则认为内源反硝化阶段启动成功；
30.(3)通过集气罩收集格栅，厌氧池，沉淀池，贮泥池等污水处理厂构筑物的臭气，除缺氧池集气罩外其余集气罩相互连通，当连通的集气罩内h2s浓度高于100mg/m3开启抽气泵将含h2s与ch4的臭气通入缺氧池，当h2s浓度小于40mg/m3则停止抽气泵。缺氧池集气罩内h2s浓度小于等于0.03mg/m3则直接排入大气；缺氧池集气罩内h2s浓度大于0.03mg/m3但小于10mg/m3则将缺氧池的抽气泵开启进行气体循环；缺氧池集气罩内h2s浓度大于等于10mg/m3，则开启通入好氧池的空气管阀门，将过量的h2s氧化为so
42-去除，同时部分h2s在好氧池进行反硝化继续去除部分总氮。当通入气体后出水硝氮与亚硝浓度之和小于10mg/l时，表明向自养反硝化启动成功；
31.(3)连续流厌氧/好氧/缺氧生化池与气体收集与循环装置启动成功后，污泥浓度控制在3000-5000mg/l，连续流厌氧/好氧/缺氧生化池水力停留时间12h，其中厌氧池3h，好氧池3h，缺氧池6h；当好氧末端氨氮浓度＜1mg/l，好氧池的do控制为至0.5-1mg/l；好氧末氨氮浓度≥1mg/l同时≤5mg/l时，控制好氧池的do为1-2mg/l；好氧末氨氮浓度＞5mg/l，好氧池的do为2-4mg/l；当出水硝氮与亚硝浓度之和＜10mg/l，当集气罩h2s浓度高于100mg/m3时开启抽气泵，h2s浓度低于40mg/m3停止抽气泵，间歇的将臭气通入缺氧池；当出水硝氮与亚硝浓度之和≥10mg/l，则抽气泵保持开启状态，连续通入恶臭气体，增加h2s通入缺氧池的时间，强化自养反硝化脱氮。同时分别向厌氧/好氧/缺氧池投加填充比为10-20％的厌氧
氨氧化填料，引入厌氧氨氧化自养脱氮途径，进一步强化自养脱氮。
32.以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。