基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統的製作方法
2023-06-27 15:11:11 1
基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型是一種基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統，包括生物吸附、厭氧氨氧化、亞硝化、膜技術和厭氧消化單元，其中生物吸附單元包括曝氣池和沉澱池。曝氣池與沉澱池連接，沉澱池與厭氧氨氧化池連接，厭氧氨氧化池與設置有膜組件的亞硝化池連接，厭氧消化單元為單獨的汙泥處理單元。本實用新型工藝流程短、系統啟動時間短、脫氮性能穩定高效、出水總氮達標、運行能耗物耗低、剩餘汙泥產量低。利用生物吸附對城市汙水中的有機物進行生物吸附去除，對生物吸附段排放的富含有機物的汙泥經中溫厭氧消化處理產沼氣，用於中溫厭氧消化池自身和低溫下厭氧氨氧化池的加熱保溫，既可實現城市汙水有機物的資源化，又進一步降低工藝運行能耗。
【專利說明】基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統，屬於汙水生 物處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 我國城市汙水進水普遍具有碳氮比低的水質特徵，據統計，2008年我國城鎮汙水 處理廠進水B0D 5/TN均值僅為3. 49,60%的城鎮汙水處理廠進水B0D5/TN低於4。
[0003] 對於低碳氮比城市汙水的脫氮處理，通常採用傳統的生物脫氮工藝，即硝化-反 硝化工藝，包括硝化反應和反硝化反應，硝化反應是在好氧條件下，通過亞硝化細菌和硝化 細菌的作用，將氨氮氧化為硝酸鹽氮，反硝化反應是在缺氧條件下，反硝化細菌以有機物為 電子供體，將硝酸鹽氮還原為氮氣。但傳統硝化反硝化生物脫氮工藝存在運行能耗物耗高、 需消耗有機碳源、剩餘汙泥產量大、碳排放量大、資源利用率低等問題，不是一種可持續的 汙水處理工藝。
[0004] 厭氧氨氧化是20世紀90年代中期由荷蘭Delft大學開發的一種新型生物脫氮技 術，是指在厭氧或缺氧條件下，厭氧氨氧化細菌以NH 4-N為電子供體，以Ν02-Ν為電子受體， 將NH4-N和Ν0 2-Ν轉化為N2的生物反應。與傳統硝化反硝化生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧 化技術具有節省能量、剩餘汙泥產量低、投資和運行費用低、可持續性等優點，在廢水生物 脫氮領域具有良好的開發應用前景。
[0005] 目前，厭氧氨氧化已成功應用於汙泥消化液、養豬場廢水、焦化廢水等高氨氮濃度 廢水的生物脫氮處理，但對於低氨氮濃度的城市汙水的脫氮處理，由於存在倍增時間較長 (lid)的厭氧氨氧化細菌難以富集、工藝系統啟動時間長等技術問題，尚處於試驗研究階 段。
[0006] 研究表明，膜技術可有效解決厭氧氨氧化細菌在反應器中的生物持留問題，可加 速厭氧氨氧化反應器的啟動，還可提高系統汙泥濃度，有利於提高厭氧氨氧化的脫氮效率。 並且隨著科技的發展和膜技術的國產化，目前膜技術已成功應用於城市汙水處理領域，如 MBR工藝，因此，借鑑膜技術在城市汙水處理領域的成功應用經驗，可為膜技術與厭氧氨氧 化技術耦合應用於城市汙水脫氮處理提供條件。
[0007] 一般來說，有機物是厭氧氨氧化反應的重要影響因素，其會對自養型厭氧氨氧化 菌產生不利影響。為減緩進水有機物對厭氧氨氧化反應的不利影響，有研究認為可採取通 過曝氣池對有機物進行生物氧化的措施，但從汙水資源化角度考慮，此種措施並不合理，應 考慮汙水中有機物的資源化利用，而汙水處理工藝AB法的A段就可以實現汙泥對進水大部 分有機物的生物吸附，進而可為城市汙水有機物的資源化利用提供條件。
【發明內容】
[0008] 本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基於厭氧氨氧化的低 碳氮比城市汙水脫氮系統，解決傳統硝化反硝化生物脫氮工藝處理城市汙水存在的運行能 耗物耗高、需消耗有機碳源、剩餘汙泥產量大、碳排放量大、資源利用率低等問題。
[0009] 按照本實用新型提供的技術方案，所述基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮 系統，其特徵是，包括依次設置的曝氣池、沉澱池、厭氧氨氧化池、亞硝化池、中溫汙泥厭氧 消化池，曝氣池的進口端與城市汙水進水管道連接，曝氣池的出口端與沉澱池的進口端連 接，沉澱池的出口端與厭氧氨氧化池的進口端連接，厭氧氨氧化池的出口端與亞硝化池的 進口端連接，亞硝化池中設置膜組件，膜組件的出水端連接膜出水管道，在膜出水管道上設 置抽吸泵，亞硝化池的出口端通過混合液回流管道和剩餘汙泥管道分別連接厭氧氨氧化池 和中溫汙泥厭氧消化池，中溫汙泥厭氧消化池上連接沼氣管道；所述沉澱池底部的汙泥出 口分別通過汙泥回流管道和沉澱池排泥管道連接曝氣池和中溫汙泥厭氧消化池。
[0010] 所述膜組件採用中空纖維膜組件。
[0011] 本實用新型具有以下優點和積極效果：
[0012] (1)將厭氧氨氧化技術、膜技術、生物吸附技術和厭氧消化技術有機耦合，具有系 統啟動時間短、脫氮性能穩定高效、出水水質達標、剩餘汙泥產量低、汙水有機物資源化利 用率高、運行能耗物耗低、節省佔地等優點；
[0013] (2)膜技術與厭氧氨氧化技術耦合，可加速厭氧氨氧化工藝的啟動，可提高系統汙 泥濃度，工藝系統抗衝擊負荷能力強，脫氮性能穩定高效，膜出水TN能穩定達到一級A標準 (GB18918-2002)；
[0014] (3)對城市汙水進行脫氮處理的同時，還可實現城市汙水有機物的資源化利用，主 要用於中溫汙泥厭氧消化池自身和低溫下厭氧氨氧化單元的加熱保溫，可進一步降低工藝 運行能耗；
[0015] (4)適用於低氨氮濃度城市汙水的脫氮處理，可為低碳氮比城市汙水處理提供新 思路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型所述城市汙水脫氮系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合具體附圖對本實用新型作進一步說明。
[0018] 如圖1所示：所述基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統包括曝氣池1、沉 澱池2、厭氧氨氧化池3、亞硝化池4、膜組件5、抽吸泵6、城市汙水進水管道7、膜出水管道 8、汙泥回流管道9、混合液回流管道10、沉澱池排泥管道11、剩餘汙泥管道12、中溫汙泥厭 氧消化池13、沼氣管道14等。
[0019] 如圖1所示，本實用新型包括依次設置的曝氣池1、沉澱池2、厭氧氨氧化池3、亞 硝化池4、中溫汙泥厭氧消化池13,曝氣池1的進口端與城市汙水進水管道7連接，曝氣池 1的出口端與沉澱池2的進口端連接，沉澱池2的出口端與厭氧氨氧化池3的進口端連接， 厭氧氨氧化池3的出口端與亞硝化池4的進口端連接，亞硝化池4中設置膜組件5,膜組件 5的出水端連接膜出水管道8,在膜出水管道8上設置抽吸泵6,亞硝化池4的出口端通過混 合液回流管道10和剩餘汙泥管道12分別連接厭氧氨氧化池3和中溫汙泥厭氧消化池13， 中溫汙泥厭氧消化池13上連接沼氣管道14 ;所述沉澱池2底部的汙泥出口分別通過汙泥 回流管道9和沉澱池排泥管道11連接曝氣池1和中溫汙泥厭氧消化池13。
[0020] 上述城市汙水脫氮系統中，曝氣池1和沉澱池2為生物吸附單元，生物吸附單元即 汙水處理工藝AB法的A段，設置的主要目的是利用汙泥對進水大部分有機物進行生物吸附 去除，以減輕進水有機物對後續厭氧氨氧化反應產生不利影響，並為城市汙水有機物的資 源化利用提供條件。
[0021] 所述的厭氧氨氧化池3設置在亞硝化池4之前，通過較高回流比的亞硝化池混合 液回流為厭氧氨氧化反應提供亞硝酸鹽氮基質，同時可實現提高厭氧氨氧化單元脫氮效率 的目的。
[0022] 所述的亞硝化池4設置在厭氧氨氧化池3之後，採用限制供氧的運行控制方式，通 過亞硝化細菌將一定的進水NH 4-N氧化為Ν02-Ν，以為厭氧氨氧化反應提供基質no2-n。
[0023] 所述的亞硝化池4設置在工藝末端，既可保證出水NH4-N穩定達到一級A標準 (GB18918-2002)，又可保證工藝出水中含一定濃度的D0。
[0024] 所述的膜組件5採用中空纖維膜組件，與厭氧氨氧化技術耦合，可加速厭氧氨氧 化工藝的啟動和提高厭氧氨氧化工藝的脫氮效率，並且其設置在工藝末端的亞硝化池中， 有利於減緩膜汙染。
[0025] 所述的中溫汙泥厭氧消化池13是城市汙水有機物資源化的重要單元，對生物吸 附工藝段的富含大部分進水有機物的排泥和厭氧氨氧化工藝段產生的剩餘汙泥進行厭氧 消化處理而產沼氣，沼氣可用於中溫厭氧消化池自身和低溫下厭氧氨氧化單元的加熱保溫 等。
[0026] 上述的厭氧氨氧化池3和亞硝化池4的池型可以自行選擇，池型可以是長方形的 推流式結構，也可以是溝道型結構，厭氧氨氧化池3的攪拌方式可採用水下推進器，攪拌器 的數量根據攪拌功率密度（2W/m 3左右）和池容進行確定。
[0027] 實施例一：一種基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮處理工藝，包括以下步 驟：
[0028] a、經預處理(粗細格柵、沉砂池）後的城市汙水由城市汙水進水管道7進入曝氣池 1，在曝氣池1內由來自沉澱池2的回流汙泥對城市汙水中大部分有機物進行生物吸附，處 理時間為20min，汙泥回流比為20% ;曝氣池1排出的泥水混合液進入沉澱池2進行泥水分 離，處理時間為1. 5小時；曝氣池1的MLSS (混合液汙泥濃度）為1. 5g/L，D0 (溶解氧）濃 度為 0· 2mg/L ;
[0029] b、沉澱池2排出的城市汙水再與亞硝化池4的回流液混合後一起進入厭氧氨氧化 池3,回流液流量與城市汙水流量的比例為200%，在厭氧氨氧化池3內由以活性汙泥形式存 在的自養厭氧氨氧化細菌在厭氧條件下進行4h的厭氧氨氧化反應（以氨氮和亞硝酸鹽氮 為基質，氨氮由城市汙水本身含有的氨氮提供，亞硝酸鹽氮來自於亞硝化池4的回流液);厭 氧氨氧化池的MLSS為7g/L，SRT (汙泥停留時間）為50天，D0濃度宜不超過0. 2mg/L ;
[0030] c、厭氧氨氧化池3的出水混合液進入亞硝化池4,在亞硝化池4內由亞硝化細菌在 低氧條件下將約50%的進水氨氮氧化為亞硝酸鹽氮；亞硝化池4的HRT (水力停留時間）為 2h，MLSS 為 7g/L，D0 濃度為 1. 5mg/L ;
[0031] d、亞硝化池4的混合液經設置在亞硝化池4中的膜組件5過濾後作為出水由膜出 水管道8通過抽吸泵6排出；
[0032] e、沉澱池2經排泥泵排放的富含有機物的汙泥與亞硝化池4經排泥泵排放的剩餘 汙泥分別經沉澱池排泥管道11和剩餘汙泥管道12 -起進入中溫厭氧消化池13進行約14 天的汙泥厭氧消化而產生沼氣，沼氣由沼氣管道14排出，沼氣用於中溫厭氧消化池13自身 和低溫下厭氧氨氧化池3的加熱保溫等。
[0033] 實施例二：一種基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮處理工藝，包括以下步 驟：
[0034] a、經預處理(粗細格柵、沉砂池）後的城市汙水由城市汙水進水管道7進入曝氣池 1，在曝氣池1內由來自沉澱池2的回流汙泥對城市汙水中大部分有機物進行生物吸附，處 理時間為40min，汙泥回流比為50% ;曝氣池1排出的泥水混合液進入沉澱池2進行泥水分 離，處理時間為2小時；曝氣池1的MLSS (混合液汙泥濃度）為2. Og/L，D0 (溶解氧）濃度 為 0· 4mg/L ;
[0035] b、沉澱池2排出的城市汙水再與亞硝化池4的回流液混合後一起進入厭氧氨氧化 池3,回流液流量與城市汙水流量的比例為400%，在厭氧氨氧化池3內由以活性汙泥形式存 在的自養厭氧氨氧化細菌在厭氧條件下進行3h的厭氧氨氧化反應（以氨氮和亞硝酸鹽氮 為基質，氨氮由城市汙水本身含有的氨氮提供，亞硝酸鹽氮來自於亞硝化池4的回流液);厭 氧氨氧化池的MLSS為12g/L，SRT (汙泥停留時間）為60天，D0濃度宜不超過0. 2mg/L ;
[0036] c、厭氧氨氧化池3的出水混合液進入亞硝化池4,在亞硝化池4內由亞硝化細菌在 低氧條件下將約50%的進水氨氮氧化為亞硝酸鹽氮；亞硝化池4的HRT (水力停留時間）為 lh，MLSS 為 12g/L，D0 濃度為 2mg/L ;
[0037] d、亞硝化池4的混合液經設置在亞硝化池4中的膜組件5過濾後作為出水由膜出 水管道8通過抽吸泵6排出；
[0038] e、沉澱池2經排泥泵排放的富含有機物的汙泥與亞硝化池4經排泥泵排放的剩餘 汙泥分別經沉澱池排泥管道11和剩餘汙泥管道12 -起進入中溫厭氧消化池13進行約20 天的汙泥厭氧消化而產生沼氣，沼氣由沼氣管道14排出，沼氣用於中溫厭氧消化池13自身 和低溫下厭氧氨氧化池3的加熱保溫等。
[0039] 實施例三：一種基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮處理工藝，包括以下步 驟：
[0040] a、經預處理(粗細格柵、沉砂池）後的城市汙水由城市汙水進水管道7進入曝氣池 1，在曝氣池1內由來自沉澱池2的回流汙泥對城市汙水中大部分有機物進行生物吸附，處 理時間為30min，汙泥回流比為30% ;曝氣池1排出的泥水混合液進入沉澱池2進行泥水分 離，處理時間為2小時；曝氣池1的MLSS (混合液汙泥濃度）為2g/L，D0 (溶解氧）濃度為 0. 3mg/L ；
[0041] b、沉澱池2排出的城市汙水再與亞硝化池4的回流液混合後一起進入厭氧氨氧化 池3,回流液流量與城市汙水流量的比例為300%，在厭氧氨氧化池3內由以活性汙泥形式存 在的自養厭氧氨氧化細菌在厭氧條件下進行3. 5h的厭氧氨氧化反應（以氨氮和亞硝酸鹽 氮為基質，氨氮由城市汙水本身含有的氨氮提供，亞硝酸鹽氮來自於亞硝化池4的回流液)； 厭氧氨氧化池的MLSS為10g/L，SRT (汙泥停留時間）為55天，D0濃度宜不超過0. 2mg/L ;
[0042] c、厭氧氨氧化池3的出水混合液進入亞硝化池4,在亞硝化池4內由亞硝化細菌在 低氧條件下將約50%的進水氨氮氧化為亞硝酸鹽氮；亞硝化池4的HRT (水力停留時間）為 1. 5h，MLSS 為 10g/L，DO 濃度為 1. 5mg/L ;
[0043] d、亞硝化池4的混合液經設置在亞硝化池4中的膜組件5過濾後作為出水由膜出 水管道8通過抽吸泵6排出；
[0044] e、沉澱池2經排泥泵排放的富含有機物的汙泥與亞硝化池4經排泥泵排放的剩餘 汙泥分別經沉澱池排泥管道11和剩餘汙泥管道12 -起進入中溫厭氧消化池13進行約17 天的汙泥厭氧消化而產生沼氣，沼氣由沼氣管道14排出，沼氣用於中溫厭氧消化池13自身 和低溫下厭氧氨氧化池3的加熱保溫等。
【權利要求】
1. 一種基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統，其特徵是，包括依次設置的曝 氣池（1)、沉澱池（2)、厭氧氨氧化池（3)、亞硝化池（4)、中溫汙泥厭氧消化池（13)，曝氣池 (1)的進口端與城市汙水進水管道（7)連接，曝氣池（1)的出口端與沉澱池（2)的進口端連 接，沉澱池（2)的出口端與厭氧氨氧化池（3)的進口端連接，厭氧氨氧化池（3)的出口端與 亞硝化池（4 )的進口端連接，亞硝化池（4 )中設置膜組件（5 )，膜組件（5 )的出水端連接膜出 水管道（8)，在膜出水管道（8)上設置抽吸泵（6)，亞硝化池（4)的出口端通過混合液回流管 道（10)和剩餘汙泥管道（12)分別連接厭氧氨氧化池（3)和中溫汙泥厭氧消化池（13)，中溫 汙泥厭氧消化池（13)上連接沼氣管道（14);所述沉澱池（2)底部的汙泥出口分別通過汙泥 回流管道（9)和沉澱池排泥管道（11)連接曝氣池（1)和中溫汙泥厭氧消化池（13)。
2. 如權利要求1所述的基於厭氧氨氧化的低碳氮比城市汙水脫氮系統，其特徵是：所 述膜組件（5 )採用中空纖維膜組件。
【文檔編號】C02F101/16GK203999266SQ201420372276
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】鄭興燦, 楊敏, 孫永利, 夏瓊瓊 申請人:中國市政工程華北設計研究總院有限公司