一种甲酸盐处理侧流污泥实现短程硝化的装置与方法

本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及一种甲酸盐处理侧流污泥实现短程硝化的装置与方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断加快，城市污水处理成为城市环境保护和水资源管理的重要问题。其中，氮污染是城市污水处理中的一个重要问题。氮污染会导致水体富营养化，对水体生态系统和人类健康造成危害。因此，对城市污水中的氮污染进行深度脱氮处理具有重要意义。深度脱氮是指将城市污水中的氮污染物处理到极低的水平，通常是在污水处理系统的最后一级进行。传统的深度脱氮方法包括生物法、化学法和物理法。其中，生物法是目前最常用的深度脱氮方法之一，包括了生物膜法、好氧/厌氧反硝化和硝化反硝化同步法等。这些方法利用了微生物的代谢活动将氮污染物转化为氮气排放。除了深度脱氮，节能降耗也是城市污水处理的一个重要问题。城市污水处理是一个能耗较高的过程，主要能耗来源包括进水泵站、曝气设备、搅拌设备、压缩空气系统和污泥处理等。因此，如何降低城市污水处理的能耗是当前研究的一个热点问题。一些节能降耗的技术包括采用低能耗设备、优化污水处理工艺、回收利用能量等。因此，城市污水深度脱氮和节能降耗技术的研究和应用，对于城市环境保护和水资源管理都具有重要意义。

2、生物脱氮过程包括好氧硝化和接续的缺氧反硝化，其中硝化由氨氧化菌(ammoniaoxidizing bacteria，aob)将nh4+氧化为no2-，再由亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizingbacteria，nob)将no2-氧化为no3-，反硝化则是由反硝化菌将no3-还原为no2-，no2-再逐步被还原为n2，由此完成液相的nh4+转化为气相中的n2，实现脱氮。根据硝化和反硝化过程可知，一方面，好氧硝化需要曝气能耗，据报道，硝化所需的曝气能耗占据一座污水处理厂总能耗的60％，另一方面，反硝化需要消耗有机物，而实际污水中有机物往往比较缺乏，是低碳/氮比值(c/n，也作cod/tin，cod：chemical oxygen demand，tin：totalinorganic nitrogen)污水，需要额外投加碳源。但如果能将硝化控制在no2-阶段，不让其继续氧化为no3-，这将能够省去no2-到no3-和no3-至no2-这两步，从而节省25％的曝气能耗和40％的反硝化碳源，是节能降耗的脱氮方式。将硝化控制在no2-阶段不进一步氧化为no3-，就是短程硝化的概念。在短程硝化的基础上，厌氧氨氧化(anammox)是一种新型的污水处理技术，它是通过利用厌氧条件下的特定微生物代谢过程，将nh4+和no2-同时转化为氮气。这种技术具有高效、低能耗、无需外加碳源等优点，被广泛应用于城市污水处理、农业废水处理和工业废水处理等领域。想要进行anammox反应，就需要nh4+和no2-作为底物，nh4+-n可以直接从污水中获得，而no2-的来源成为关键。于是，能够产生no2-的短程硝化与厌氧氨氧化的结合就这样应运而生，称之为短程硝化-厌氧氨氧化技术。本专利为短程硝化系统快速实现提供了一种方法，为短程硝化-厌氧氨氧化技术提供了便利。

3、最近的研究表明，氨氧化反应中的nob可以利用挥发性脂肪酸(vfa)中的甲酸或乙酸作为其生长所需的有效成分，从而替代亚硝氧化过程。相比于单纯地投加抑制剂(如fa、fna、甲酸和氯化物等)，通过改变nob的代谢途径，可以避免由于nob对抑制剂的适应性引起的短程硝化破坏，使得短程硝化反应的过程更加稳定和快速。

4、本专利提出了一种通过甲酸盐处理侧流污泥实现pn的方法，该方法可以避免传统抑制剂引起的短程硝化破坏。具体地，通过设置加药调节池，将150mgcod/l的甲酸钠投加到加药调节池中处理二沉池污泥，实现nob的抑制，为主流实现pn提供一种可行的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为低c/n比城市污水深度脱氮提供一种甲酸盐处理侧流污泥实现短程硝化的装置与方法。该装置中，污水原水箱中的生活污水进入生化池的厌氧区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧条件下释磷，同时转换cod、vfa为pha，部分含氮有机物进行氨化；随后污水进入缺氧区，好氧区短程硝化产生的亚硝态氮经过消化液回流进入缺氧区，部分有机物在反硝化菌的作用下利用亚硝酸盐作为电子受体而得到降解去除；混合液从缺氧区进入好氧区，在好氧区进行氨氮的硝化和磷的吸收，在以甲酸盐为碳源的作用下实现短程硝化，氨氮转化为亚硝态氮，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排出。

2、一种甲酸盐处理侧流污泥实现短程硝化的装置与方法，其特征在于：

3、1)系统启动阶段：

4、在接种全程硝化反硝化污泥的生化池中实现短程硝化；生化池中厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比为1：3：4；沉淀池污泥回流到厌氧区前端回流比r1＝100％，加药调节池回流到好氧区前端回流比r2＝100％；向加药调节池中投加甲酸盐使其初始浓度达到150mgcod/l，随后通过plc控制系统控制加药量，维持甲酸盐浓度为140～160mgcod/l；生化池水力停留时间为16h，加药调节池水力停留时间为2.67h；系统中污泥浓度控制在3000±500mg/l；好氧区溶解氧控制为1.0-2.5mg/l；待亚硝积累率(nar)达60％以上，并稳定维持20d以上认为系统启动阶段完成。

5、2)稳定运行阶段：

6、稳定运行运行阶段，系统中污泥浓度控制在3000±500mg/l；好氧区溶解氧控制为1.0-2.5mg/l；当nar高于60％时，通过plc控制系统将加药调节池回流到好氧区前端回流比r2控制在50％，加药调节池水力停留时间为4.44h；当nar高于80％时，调节加药调节池回流到好氧区前端回流比r2为25％，加药调节池水力停留时间为8h。在稳定运行阶段通过plc控制系统保持加药调节池中cod浓度为140～160mg/l。该方法水力停留时间最高为8h，区别于污泥发酵。

7、3)plc控制器根据codcr在线监测设备读数x与y值，计算甲酸盐投加流量q值，通过加药泵、电磁阀门调节q值，实现调节池中cod浓度恒定维持在140～160mg/l。

8、

9、其中：

10、q：甲酸盐流量；由泵控制，t时间调整一次，(l/min)；

11、r：实时回流量：根据权利要求2可知，r为100％，50％或25％；

12、q:进水流量，(l/min)；

13、t：调节频率；(10min)；

14、x：出水cod浓度；在线监控器读数，(mg/l)；

15、y：加药调节池cod浓度；在线监控器读数，(mg/l)；

16、v：加药池容积，m3

17、本发明在连续流中投加甲酸盐快速启动短程硝化的方法，与现有技术相比具有以下优势：

18、(1)采用侧流处理技术，能够有效减少有机物质对污水处理系统中aob的影响，进而提高氨氮的去除效率。

19、(2)将剩余污泥侧流处理，利用原位污泥水解酸化产生的vfa和额外投加的甲酸盐，联合抑制nob的亚硝氧化途径，有利于实现污泥减量化、资源化，具有较好的经济性和切实的可行性。

20、(3)通过侧流处理额外引入的碳源能够增加系统内氨氧化菌与反硝化菌的活性，在实现pn的同时还可以达到深度脱氮的目的。通过利用碳源的同时，污泥中的细菌也可以获得更好的生长条件，使得污泥的处理效率更高。因此，引入额外碳源的侧流处理方法具有广阔的应用前景，对于提高污水处理效率和降低环境污染具有积极的作用。

21、(4)pn实现后有望与厌氧氨氧化结合实现节能降耗深度污染物去除。pn技术与厌氧氨氧化技术的结合是一种创新的污水处理技术，可以实现更高效、更经济和更可持续的污水处理，并有望成为未来污水处理领域的重要发展方向。

22、(5)抑制剂的投加往往对系统脱氮效果造成不利影响，而甲酸盐作为碳源的投加在提高系统脱氮效果的同时抑制nob的活性，实现短程硝化，有望应用于实际污水处理厂。