三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法
2023-05-19 11:46:31
專利名稱：三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法
技術領域：
本發明涉及汙水生物處理技術領域，尤其涉及一種三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法。
背景技術：
當前我國正處於經濟高速發展時期，隨著經濟的增長，人民生活水平的提高，用水量不斷增長。現有的汙水處理廠多採用傳統生物脫氮工藝，以有機物作為碳源，通過反硝化作用將硝態氮轉化為氮氣，然而實際城市汙水的C/N比較低，需投加甲醇、乙醇等外碳源以保證較高的總氮TN去除率，同時傳統工藝還存在曝氣時間長，處理效率不高，運行費用高等問題。因此，尋求高效低能耗的城市汙水處理工藝顯得越來越迫切。厭氧氨氧化菌的發現給傳統脫氮除磷工藝的改善提供了一個契機，與傳統脫氮工藝相比優勢明顯(1)不需要外加碳源，節省費用並防止二次汙染；(2)與傳統工藝相比節約60%曝氣量；(3)原水中碳源可作為能源進行能量的回收；(4)厭氧氨氧化菌具有較高的比氨氮氧化速率，理論上厭氧氨氧化脫氮反應能達到較高的脫氮效率；(5)自養脫氮工藝中水力停留時間短，可節省工藝佔地面積；(6)無氧化亞氮的產生，利用二氧化碳作為碳源，溫室氣體產量少。目前厭氧氨氧化汙水自養脫氮工藝的研究，主要集中在高氨氮廢水處理，對低氨氮廢水自養脫氮工藝的研究相對較少。一方面是由於連續流低氨氮短程硝化難於控制，影響no2_-n積累的控制因素比較複雜，並且硝化菌能迅速的將no2_-n轉化為no3_-n;另一方面是人們對低氨氮自養脫氮技術的關注度不夠，此項研究開展時間較短。因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現有技術中存在的問題。三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝結合了序批式活性汙泥法(SBR)反應器可控性強，易實現短程硝化的特點，將厭氧氨氧化技術應於生活汙水的深度脫氮處理中，具有低耗氧量，無需外加碳源，無需中和劑等諸多優點。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法，實現高效低能耗的城市汙水處理，同時通過在線監測短程硝化反應器內PH值，對短程硝化進行實時控制，保證系統短程硝化的穩定性。為了解決上述技術問題， 本發明提供了一種三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，包括順序串聯的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節水箱、短程硝化SBR反應器、短程硝化在線監測及反饋控制系統、第二調節水箱和自養脫氮UASB反應器；其中，所述原水水箱通過進水泵與除有機物SBR反應器相連；除有機物SBR反應器出水閥與第一調節水箱相連；第一調節水箱通過進水泵與短程硝化SBR反應器相連；短程硝化SBR反應器出水閥與第二調節水箱相連； 第一調節水箱底部通過超越管與第二調節水箱相連並配有蠕動泵調節流量；最終第二調節水箱中汙水進入自養脫氮UASB反應器。進一步地，所述除有機物SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。進一步地，所短程硝化SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、 出水管和出水閥門。進一步地，所述短程硝化在線監測系統及反饋控制系統包括溶解氧濃度DO傳感器、PH傳感器、pH與DO測定儀、數據信號輸入接口、計算機、數據信號輸出接口、執行機構、 進水繼電器、出水繼電器、曝氣繼電器、電動攪拌機繼電器和信號輸出接口。進一步地，所述原水水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。進一步地，所述第一調節水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。進一步地，所述第二調節水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。進一步地，所述自養脫氮反應器包括三相分離器、排氣管、溢流堰和出水管。本發明還提供了一種三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的方法，包括將城市汙水廠剩餘汙泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內汙泥濃度MLSS = 2500-5000mg/L ;每周期厭氧攪拌10 30min,隨後曝氣攪拌30 60min,曝氣量恆定50 300L/h，沉澱排水，排水比為20 60%，當除有機物SBR反應器處理水COD < 80mg/L,且硝化率< 5%，出水P < lmg/L時，完成SBR除有機物反應器的啟動；出水排入第一調節水箱;將短程硝化汙泥或城市汙水廠剩餘汙泥投加至短程硝化SBR反應器，控制反應器內汙泥濃度為MLSS = 2500-5000mg/L，每周期通過蠕動泵將汙水從第一調節水箱抽入反應器，曝氣攪拌，控制反應器內溶解氧恆定為O. 5 2mg/L，在線監測反應器內pH值變化曲線， 當PH值變化最低點出現後及時停止曝氣，沉澱排水，排水比為20 60%，當短程硝化SBR 反應器處理水NH4+-N 75%，完成短程硝化SBR反應器的啟動，出水排入第二調節水箱；將厭氧氨氧化顆粒汙泥或絮狀汙泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH4+-N與Ν02_-Ν轉化為N2排出系統，當UASB反應器處理水NH4+_N濃度< lmg/L，或 Ν02_-Ν濃度< lmg/L，完成自養脫氮UASB反應器的啟動調試；三段反應器分別啟動成功後，系統正式運行，生活汙水全部進入除有機物SBR反應器，實現有機物的去除，並通過厭氧好氧過程實現磷的釋放與吸收，其處理水排入第一調節水箱，短程硝化SBR反應器進水全部來自除有機物SBR反應器出水，通過在線控制實現汙水的全部短程硝化，並將其出水排入第二調節水箱，通過水泵將第一調節水箱中汙水抽入第二調節水箱，使第二調節水箱中NH4+-N，N02_-N的濃度比例為I : I I : I. 3，最終通過厭氧氨氧化去除汙水中總氮。綜上，本發明提供的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法， 將厭氧氨氧化技術應於生活汙水的深度脫氮處理中，使耗氧量與傳統脫氮方式相比降低 60%,並無需外加碳源，無需中和劑。將異養菌、氨氧化菌與厭氧氨氧化菌分開於三個獨立的系統中，利於各系統的高效運行，保證系統運行的穩定性，將汙泥按汙泥齡分開，避免了異養菌的快速繁殖對自養脫氮菌群的影響，解決了脫氮與除磷汙泥齡矛盾的問題。將好氧菌與厭氧菌分開避免了氧對厭氧氨氧化菌的抑制作用，進而保證厭氧菌的高效性。結合序批式活性汙泥法(SBR)反應器可控性強，易實現短程硝化的特點，將短程硝化SBR實時控制技術應用於自養脫氮技術中實現汙水的短程硝化，通過向調節水箱添加
5去除有機物反應器出水實現汙水的半短程硝化，解決了連續流實現低氨氮半短程硝化半短程難維持，以及不易控制出水中氨氮與亞硝的濃度比例等問題。硝化系統進水為去除有機物後的原水，易提高該系統中自養硝化細菌的濃度。採用UASB反應器培養厭氧氨氧化菌易於形成顆粒汙泥，保證系統具有較強的生物持留能力，提高了系統的抗衝擊性。除有機物反應器排放的剩餘汙泥中富含大量有機物，可用於產甲烷，最大程度的實現能量的回收利用。同時剩餘汙泥中含磷量較高，可對汙泥進一步處理，實現磷資源的回收利用。
圖I是本發明三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水工藝的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。如圖I所示結構圖，I為生活汙水原水箱；2為除有機物SBR反應器；3為第一調節水箱；4為短程硝化SBR反應器；5為短程硝化SBR反應器在線監測及反饋控制系統；6為第二調節水箱；7為第二調節水箱氨氮與亞硝濃度泵；8為自養脫氮UASB反應器；其中I. I為生活汙水原水箱溢流管，I. 2為放空管(第一調節水箱和第二調節水箱與原水水箱結構相同)；2. I為進水泵，2. 2為攪拌器，2. 3為攪拌槳，2. 4為曝氣頭，2. 5為氣體流量計，2. 6為氣泵，2. 7為排泥放空管，2. 8為排水閥；4. I為進水泵，4. 2為攪拌器，4. 3為攪拌槳，4. 4為曝氣頭，4. 5為氣體流量計，4. 6為氣泵，4. 7為排泥放空管，4. 8為排水閥；5. I為pH傳感器， 5. 2為溶解氧濃度DO傳感器，5. 3為pH與DO測定儀，5. 4為數據信號輸入接口，5. 5為計算機，5. 6為數據信號輸出接口，5. 7執行機構，5. 8進水繼電器，5. 9出水繼電器，5. 10曝氣繼電器，5. 11電動攪拌機繼電器，5. 12為信號輸出接口 ；8. I為自養脫氮反應器進水泵，8. 2為取樣口，8. 3為三相分離器，8. 4為溢流堰，8. 5為排氣管，8. 6為出水管。所述三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝包括順序串聯的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節水箱、短程硝化SBR反應器、在線監測及反饋控制系統、 第二調節水箱和自養脫氮UASB反應器；除有機物SBR反應器和短程硝化SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、出水管和出水閥門；在線監測及反饋控制系統包括溶解氧濃度DO傳感器、pH傳感器、pH與DO測定儀、數據信號輸入接口、計算機、數據信號輸出接口、執行機構、進水繼電器、出水繼電器、曝氣繼電器、電動攪拌機繼電器和信號輸出接口 ； 第一調節水箱與第二調節水箱均為封閉箱體，設有溢流管、放空管；自養脫氮UASB反應器包括三相分離器、排氣管、溢流堰和出水管。其中，所述原水水箱通過進水泵與除有機物SBR反應器相連；除有機物SBR反應器出水閥與第一調節水箱相連；第一調節水箱通過進水泵與短程硝化SBR反應器相連；短程硝化SBR反應器出水閥與第二調節水箱相連；第一調節水箱底部通過超越管與第二調節水箱相連並配有蠕動泵調節流量；最終第二調節水箱中汙水進入自養脫氮UASB反應器。城市汙水在此工藝中的處理流程為城市汙水全部進入除有機物SBR反應器完成有機物的去除或吸附，並通過厭氧好氧過程實現磷的釋放與吸收；除有機物SBR反應器出水排入第一調節水箱；短程硝化SBR反應器進水全部來自第一調節水箱，通過在線控制實現汙水的全短程硝化，將水中氨氮轉化為亞硝酸鹽氮，出水排入第二調節水箱；通過水泵將第一調節水箱中汙水混入第二調節水箱，使第二調節水箱中nh4+-n，NO2--N的濃度比例為 I : I I : I. 3;第二調節水箱內汙水進入UASB反應器實現厭氧氨氧化，達到將氨氮從生活汙水中脫除的目的。處理城市汙水方法具體包括以下步驟將城市汙水廠剩餘汙泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內汙泥濃度MLSS = 2500-5000mg/L ;每周期厭氧攪拌10 30min,隨後曝氣攪拌30 60min,曝氣量恆定50 300L/h，沉澱排水，排水比為20 60%，當除有機物SBR反應器處理水COD < 80mg/L,且硝化率< 5%，出水P < lmg/L時，完成SBR除有機物反應器的啟動；出水排入第一調節水箱;將短程硝化汙泥或城市汙水廠剩餘汙泥投加至短程硝化SBR反應器，控制反應器內汙泥濃度為MLSS = 2500-5000mg/L，每周期通過蠕動泵將汙水從第一調節水箱抽入反應器，曝氣攪拌，控制反應器內溶解氧恆定為O. 5 2mg/L，在線監測反應器內pH值變化曲線， 當PH值變化最低點出現後及時停止曝氣，沉澱排水，排水比為20 60%，當短程硝化SBR 反應器處理水NH4+-N 75%，完成短程硝化SBR反應器的啟動，出水排入第二調節水箱；將厭氧氨氧化顆粒汙泥或絮狀汙泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH4+-N與Ν02_-Ν轉化為N2排出系統，當UASB反應器處理水NH4+_N濃度< lmg/L，或 Ν02_-Ν濃度< lmg/L，完成自養脫氮UASB反應器的啟動調試；三段反應器分別啟動成功後，系統正式運行，生活汙水全部進入除有機物SBR反應器，實現有機物的去除，並通過厭氧好氧過程實現磷的釋放與吸收，其處理水排入第一調節水箱，短程硝化SBR反應器進水全部來自除有機物SBR反應器出水，通過在線控制實現汙水的全部短程硝化，並將其出水排入第二調節水箱，通過水泵將第一調節水箱中汙水抽入第二調節水箱，使第二調節水箱中NH4+-N，N02_-N的濃度比例為I : I I : I. 3，最終通過厭氧氨氧化去除汙水中總氮。具體試驗用水取自北京工業大學家屬區生活汙水，其水質如下C0D190mg/L 289mg/L ;NH4+_N 50mg/L 89mg/L ；N02 -N < lmg/L ；N03 -N 0. 12mg/L I. Omg/L ;P4mg/L 7mg/L。試驗系統如圖I所示，自養脫氮UASB反應器採用有機玻璃製成，反應區內徑為6cm， 有效容積為I. 5L ;除有機物SBR反應器有效容積為10L，短程硝化SBR反應器有效容積為 10L。具體運行操作如下系統啟動I)將城市汙水廠剩餘汙泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內汙泥濃度MLSS =3500-5000mg/L ;每周期厭氧攪拌20min，隨後曝氣攪拌20min，曝氣量恆定300L/h，沉澱排水，排水比為40%。每天運行8個周期，並按汙泥濃度排泥。馴化3周後，除有機物SBR 反應器處理水達到COD < 90mg/L,且硝化率< 3%，出水P 90%，NH4+-N < 2mg/L，完成短程硝化SBR反應器的啟動；出水排入調節水箱2#。3)將厭氧氨氧化顆粒汙泥及絮狀汙泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH4+-N與Ν02_-Ν轉化為N2排出系統。當UASB反應器處理水NH4+_N濃度< Img/ L，或Ν02_-Ν濃度< lmg/L，完成UASB反應器的啟動調試。三段反應器分別啟動成功後，系統正式運行，除有機物SBR反應器處理水排入調節水箱1#，半短程硝化SBR反應器處理水排入調節水箱2#，通過水泵調節厭氧氨氧化進水水箱中NH4+-N，N02_-N的濃度比例為I : I I : I. 3，最終汙水進入UASB反應器實現厭氧氨氧化，去除汙水中總氮。試驗結果表明運行穩定後，自養脫氮UASB反應器最大氮去除速率約為I. OkgN/ m3 · d,處理水 COD 為 35-50mg/L, NH4+_N < 3mg/L, NOf-N < lmg/L, P < lmg/L。本發明的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法可廣泛用於城市汙水及其他低氨氮有機工業廢水處理。以上對本發明所提供的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，包括順序串聯的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節水箱、短程硝化SBR反應器、短程硝化在線監測及反饋控制系統、第二調節水箱和自養脫氮UASB反應器；其中，所述原水水箱通過進水泵與除有機物SBR反應器相連；除有機物SBR反應器出水閥與第一調節水箱相連；第一調節水箱通過進水泵與短程硝化SBR反應器相連；短程硝化SBR反應器出水閥與第二調節水箱相連；第一調節水箱底部通過超越管與第二調節水箱相連並配有蠕動泵調節流量；最終第二調節水箱中汙水進入自養脫氮UASB反應器。
2.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述除有機物SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。
3.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述短程硝化SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。
4.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述短程硝化在線監測及反饋控制系統包括溶解氧濃度DO傳感器、pH傳感器、pH與 DO測定儀、數據信號輸入接口、計算機、數據信號輸出接口、執行機構、進水繼電器、出水繼電器、曝氣繼電器、電動攪拌機繼電器和信號輸出接口。
5.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述原水水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
6.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述第一調節水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
7.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述第二調節水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
8.根據權利要求I所述的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝，其特徵在於，所述自養脫氮反應器包括三相分離器、排氣管、溢流堰和出水管。
9.三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的方法,其特徵在於,包括將城市汙水廠剩餘汙泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內汙泥濃度MLSS = 2500-5000mg/L ;每周期厭氧攪拌10 30min,隨後曝氣攪拌30 60min,曝氣量恆定50 300L/h，沉澱排水，排水比為20 60%，當除有機物SBR反應器處理水COD < 80mg/L,且硝化率< 5%，出水P < lmg/L時，完成SBR除有機物反應器的啟動；出水排入第一調節水箱;將短程硝化汙泥或城市汙水廠剩餘汙泥投加至短程硝化SBR反應器，控制反應器內汙泥濃度為MLSS = 2500-5000mg/L，每周期通過蠕動泵將汙水從第一調節水箱抽入反應器， 曝氣攪拌，控制反應器內溶解氧恆定為0. 5 2mg/L，在線監測反應器內pH值變化曲線，當 PH值變化最低點出現後及時停止曝氣，沉澱排水，排水比為20 60%，當短程硝化SBR反應器處理水NH4+-N 75%，完成短程硝化SBR反應器的啟動，出水排入第二調節水箱；將厭氧氨氧化顆粒汙泥或絮狀汙泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH/-N與N02_-N轉化為N2排出系統，當UASB反應器處理水NH4+_N濃度< lmg/L，或N02__N 濃度< lmg/L，完成自養脫氮UASB反應器的啟動調試；三段反應器分別啟動成功後，系統正式運行，生活汙水全部進入除有機物SBR反應器，實現有機物的去除，並通過厭氧好氧過程實現磷的釋放與吸收，其處理水排入第一調節水箱，短程硝化SBR反應器進水全部來自除有機物SBR反應器出水，通過在線控制實現汙水的全部短程硝化，並將其出水排入第二調節水箱，通過水泵將第一調節水箱中汙水抽入第二調節水箱，使第二調節水箱中nh4+-n， Ν02_-Ν的濃度比例為I : I I : I. 3，最終通過厭氧氨氧化去除汙水中總氮。
全文摘要
本發明提供的三段式短程硝化/厭氧氨氧化處理城市汙水的工藝和方法，屬於汙水生物處理技術領域，所述工藝包括順序串聯的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節水箱、短程硝化SBR反應器(配有在線監測及反饋控制系統)、第二調節水箱和自養脫氮UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket)反應器；將汙泥按汙泥齡分開，解決了脫氮與除磷的汙泥齡矛盾。將短程硝化SBR實時控制技術應用於自養脫氮技術中，解決了連續流實現低氨氮半短程硝化半短程難維持，以及不易控制出水中氨氮與亞硝的濃度比例等問題。將厭氧氨氧化技術成功應用在生活汙水的深度脫氮處理中，實現了高效低能耗的城市汙水處理。
文檔編號C02F9/14GK102583885SQ20121003575
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者唐曉雪, 彭永臻, 徐竹兵, 王淑瑩, 馬斌 申請人:北京工業大學