汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法
2023-12-04 21:46:01 1
汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法
【專利摘要】汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法，屬於汙水生物處理【技術領域】，所述裝置包括原水水箱、反硝化除磷反應器、第一調節水箱、半短程硝化反應器、第二調節水箱、厭氧氨氧化反應器、出水水箱；所述方法為：汙泥消化液先進入反硝化除磷反應器，聚磷菌利用原水中的碳源釋磷，之後再利用回流的厭氧氨氧化出水中的NO3--N進行反硝化除磷，出水排入半短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器實現原水中氨氮的去除；厭氧氨氧化反應器出水一部分排放，一部分回流至反硝化除磷反應器用於反硝化除磷。該方法可用於低CN比高氨氮廢水的生物脫氮除磷中，與傳統脫氮除磷工藝相比節省了氧耗、能耗，且大大提高了脫氮除磷率。
【專利說明】汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及汙水生物處理【技術領域】，尤其涉及汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法
【背景技術】
[0002]汙泥是汙水處理廠在汙水處理過程中的副產物，剩餘汙泥和初沉汙泥在汙泥消化池中進行消化時，在產甲烷的同時伴隨著有機氮的氨化，並轉移到汙泥消化液中，使得汙泥消化液成為典型的高氨氮、低CN比廢水。雖然,汙泥消化液的水量只佔全廠的2%，但氨氮負荷佔到了整個汙水處理廠的15%~25%，如不進行單獨處理而回流到主反應區，一方面增加了氨氮負荷增加，碳源不足的問題進一步突出；另一方面，為使得出水水質達標，必須增加曝氣池的體積，延長硝化時間，投資成本顯著增加。因此，開發合理的汙泥消化液單獨處理技術日益受到國內外研究學者的重視。
[0003]在脫氮方面，針對汙泥消化液氨氮濃度高，C/N低的特點，半短程硝化接厭氧氨氧化脫氮可有效解決傳統脫氮過程中碳源不足的問題。首先，半短程硝化技術僅需將一半的氨氮進行短程硝化，與傳統硝化相比可節省62.5%的氧耗，減少30%~35%的汙泥產量，降低了運行能耗；其次，厭氧氨氧化技術可在厭氧條件下直接將氨氮和亞硝態氮轉化為氮氣，不需曝氣，不需外加有機碳源，汙泥產量低，進一步節省了運行費用；最後，汙泥消化液溫度高，氨氮含量高，可穩定實現半短程硝化，其水質特點適合厭氧氨氧化工藝。
[0004]在除磷方面，反硝化除磷與傳統厭氧/好氧除磷相比，在節省氧耗的同時降低了運行能耗；並且，反硝化除磷與厭氧氨氧化脫氮相結合進行脫氮除磷，可有效利用厭氧氨氧化過程產生的硝態氮，在實現消化液除磷的同時，可進一步的提高系統脫氮率。
【發明內容】
`[0005]本發明的目的就是提供一種汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法，針對汙泥消化液高氨氮、高磷、低C/N的水質特點，在力求節能降耗、高效穩定的基礎上，實現汙泥消化液的脫氮除磷。通過游離氨FA抑制和溶解氧DO抑制逐漸將亞硝酸鹽氧化菌NOB逐漸淘洗出去，實現半短程硝化；通過兩級半短程硝化厭氧氨氧化SBR工藝，實現汙泥消化液的脫氮；通過反硝化除磷過程實現回流液厭氧氨氧化出水中NOf-N的去除和汙泥消化液中磷的吸收。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案來解決的:汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置，其特徵在於，包括原水水箱1、反硝化除磷SBR反應器
2、第一調節水箱3、半短程硝化SBR反應器4、第二調節水箱5、厭氧氨氧化UASB反應器6、第三調節水箱7 ;其中所述原水水箱I通過第一進水泵2.1與反硝化除磷SBR反應器2相連接；反硝化除磷SBR反應器2第一出水閥2.9與第一調節水箱3相連接；第一調節水箱3通過第二進水泵4.1與半短程硝化SBR反應器4相連接；半短程硝化SBR反應器4第二出水閥4.9與第二調節水箱5相連接；第二調節水箱5通過第三進水泵6.1與厭氧氨氧化UASB反應器6相連接；厭氧氨氧化UASB反應器6第三出水閥6.4與第三調節水箱7相連接；第三調節水箱7通過第四進水泵2.11與反硝化除磷SBR反應器2相連接；
[0007]所述反硝化除磷SBR反應器2內置有第一攪拌漿2.3、第一氣泵2.4、第一氣體流量計2.6、第一曝氣頭2.7、、第一出水閥2.9、第一排泥口 2.10 ；
[0008]所述半短程硝化SBR反應器4內置有第二攪拌漿4.3、第二氣泵4.4、第二氣體流量計4.6、第二曝氣頭4.7、第二出水閥4.9、第二排泥口 4.10 ；
[0009]所述厭氧氨氧化UASB反應器6內置有三相分離器6.2、氣體收集袋6.3、第三出水閥 6.4。
[0010]汙水在此裝置中的處理流程為:汙泥消化液通過第一進水泵2.1由原水水箱I抽入反硝化除磷SBR反應器2，在反硝化除磷SBR反應器2內聚磷菌PAOs利用汙泥消化液中的揮發性脂肪酸VFA厭氧釋磷，同時合成內碳源PHA，厭氧釋磷結束後啟動第四進水泵2.11將一部分厭氧氨氧化出水從第三調節水箱7中回流至反硝化除磷SBR反應器2，反硝化除磷菌DPAOs利用厭氧氨氧化出水中的Ν03_-Ν進行反硝化除磷，出水排入通過第一出水閥2.9排入調節水箱3。啟動第二進水泵4.1將反硝化除磷SBR反應器2的出水抽入半短程硝化SBR反應器4，通過DO抑制和FA抑制實現氨氮的半短程硝化，將反硝化除磷SBR反應器2出水中的一半NH4+-N的氧化成NO2--N,出水通過第二出水閥4.9排入第二調節水箱5。啟動第三進水泵6.1將半短程硝化SBR反應器4的出水抽入厭氧氨氧化UASB反應器6，厭氧氨氧化菌以Ν02_-Ν為電子受體將NH/-N氧化成N2和部分Ν03_-Ν，出水通過第三出水閥6.4排入第三調節水箱7，其中一部分出水通過第四出水閥7.1直接排出，一部分回流至反硝化除磷SBR反應器2進行反硝化除磷。
[0011]本發明還提供了一種汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的方法，其具體的啟動和操作步驟`如下:
[0012]I)將城市汙水廠剩餘汙泥或具有脫氮除磷性能的活性汙泥投加到反硝化除磷脫氮SBR反應器2，使接種後反應器內活性汙泥濃度達到2500~4000mg/L ;將汙泥消化液加入原水水箱1，啟動第一進水泵2.1將汙泥消化液抽入反硝化除磷SBR反應器2，厭氧攪拌60~240min ;啟動第四進水泵2.11將厭氧氨氧化UASB反應器6出水從第三調節水箱7回流至反硝化除磷SBR反應器2，回流體積比為200%~400%，缺氧攪拌120~240min，再控制反硝化除磷SBR反應器4內DO濃度為I~2mg/L並曝氣攪拌60~180min，沉澱排水，排水比為40~80% ;出水通過第一出水閥2.9排入第一調節水箱3 ;反硝化除磷SBR反應器4運行時需排泥，使反硝化除磷SBR反應器4內汙泥濃度維持在2500~4000mg/L範圍內；
[0013]2)將短程硝化汙泥或城市汙水廠剩餘汙泥投加到半短程硝化SBR反應器4，使接種後反應器內活性汙泥濃度達到2500~4000mg/L ;半短程硝化SBR反應器4運行時，汙泥齡控制在8~15d,每周期曝氣攪拌60~360min,並通過調節第二氣體流量計4.6使半短程硝化SBR反應器4內溶解氧濃度為0.5~3mg/L，曝氣攪拌結束後沉澱排水，排水比為40%~80%，出水通過第二出水閥4.9排入第二調節水箱5 ；
[0014]半短程硝化SBR反應器4運行時，通過調整溶解氧濃度使出水NO2--N: NH4+_N質量濃度比為I~1.3 ;當N02_-N: NH4+-N質量濃度比小於I時，增加曝氣量提高溶解氧濃度或延長曝氣攪拌時間，當兩者質量濃度比大於1.3時，減小曝氣量降低溶解氧濃度或縮短曝氣攪拌時間；
[0015]3)將厭氧氨氧化汙泥投加到厭氧氨氧化UASB反應器6，接種泥量佔厭氧氨氧化UASB反應器6總體積的25%~35% ;啟動第三進水泵6.1將半短程硝化SBR反應器4出水由第二調節水箱5抽入厭氧氨氧化UASB反應器6 ;厭氧氨氧化UASB反應器6運行時，水力停留時間為4~20h。
[0016]本發明的汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置和方法，具有以下優點:
[0017]I針對汙泥消化液本身具有高氨氮、高磷、低C/N的水質特點，結合SBR實時控制技術更易於實現穩定的半短程硝化和厭氧氨氧化，且半短程硝化與厭氧氨氧化耦合脫氮與傳統硝化相比減少85%的NOf-N產生量，更易於實現出水中TN的達標排放。
[0018]2汙泥消化液中所含的氨氮先後經半短程硝化和厭氧氨氧化而得以去除，脫氮過程中不需有機碳源，與傳統硝化反硝化相比減少了 62.5%的氧耗，且汙泥產量低。
[0019]3將反硝化除磷應用於汙泥消化液的除磷過程中，消化液中的有機碳源均用來除磷，避免了除磷菌和脫氮菌在碳源方面的競爭；反硝化除磷可在除磷的同時去除厭氧氨氧化出水中no3_-n，在保證除磷率的基礎上提高了脫氮率。
[0020]4通過調整厭氧氨氧化出水回流比，可以實現出水TN達標排放。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置的結構示意圖。
[0022]圖中I為原水水箱I ;2為反硝化除磷SBR反應器；3為第一調節水箱；4為半短程硝化SBR反應器；5為第二調節水箱；6為厭氧氨氧化UASB反應器；7為第三調節水箱；1.1為第一溢流管；1.2為第一放空管；2.1為第一進水泵；2.2為第一攪拌器；2.3為第一攪拌槳；2.4為第一氣泵；2.5為第一電磁閥；2.6為第一氣體流量計；2.7為第一曝氣頭；2.8為第一米樣口 ；2.9為第一出水閥；2.10為第一排泥口 ；3.1為第二溢流管；3.2為第二放空管；4.1為第二進水泵；4.2為第二攪拌器；4.3為第二攪拌槳；4.4為第二氣泵；4.5為第二電磁閥；4.6為第二氣體流量計；4.7為第二曝氣頭；4.8為第二採樣口 ；4.9為第二出水閥；
4.10為第二排泥口 ；5.1為第三溢流管；5.2為第三放空管；6.1為第三進水泵；6.2為三相分離器；6.3為氣體收集袋；6.4為第三出水閥；6.5為回流管；6.6為第第三採樣口 ；6.7為第四採樣口 ；6.8為第五採樣口 ；7.1為第四出水閥；7.2為第四放空管。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明:如圖1所示，汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置，包括原水水箱1、反硝化除磷SBR反應器2、第一調節水箱3、半短程硝化SBR反應器4、第二調節水箱5、厭氧氨氧化UASB反應器6、第三調節水箱7 ;其中所述原水水箱I通過第一進水泵2.1與反硝化除磷SBR反應器
2相連接；反硝化除磷SBR反應器2第一出水閥2.9與第一調節水箱3相連接；第一調節水箱3通過第二進水泵4.1與半短程硝化SBR反應器4相連接；半短程硝化SBR反應器4第二出水閥4.9與第二調節水箱5相連接；第二調節水箱5通過第三進水泵6.1與厭氧氨氧化UASB反應器6相連接；厭氧氨氧化UASB反應器6第三出水閥6.4與第三調節水箱7相連接；第三調節水箱7通過第四進水泵2.11與反硝化除磷SBR反應器2相連接；
[0024]所述反硝化除磷SBR反應器2內置有第一攪拌漿2.3、第一氣泵2.4、第一氣體流量計2.6、第一曝氣頭2.7、第一出水閥2.9、第一排泥口 2.10 ；
[0025]所述半短程硝化SBR反應器4內置有第二攪拌漿4.3、第二氣泵4.4、第二氣體流量計4.6、第二曝氣頭4.7、第二出水閥4.9、第一排泥口 4.10 ；
[0026]所述厭氧氨氧化UASB反應器6內置有三相分離器6.2、氣體收集袋6.3、第三出水閥 6.4。
[0027]試驗過程中，具體實驗用水取自北京工業大學汙泥發酵UASB反應器出水，具體水質如下:C0D 濃度為 274 ~598mg/L，NH4+-N 濃度為 215 ~439mg/L，NO2^-N 濃度< 2mg/L，NO3--N濃度< 2mg/L，P濃度8.3~27.6mg/L, pH為6.8~8.6。試驗系統如圖1所示，各反應器均採用有機玻璃製作，反硝化除磷SBR反應器2有效容積為11L，半短程硝化SBR反應器4有效容積為11L，厭氧氨氧化ASBR反應器6有效容積為4L，總容積為8L。
[0028]具體運行操作如下:
[0029]I)將城市汙水廠剩餘汙泥或具有脫氮除磷性能的活性汙泥投加到反硝化除磷脫氮SBR反應器2，使接種後反應器內活性汙泥濃度達到3500mg/L ;將汙泥消化液加入原水水箱I，啟動第一進水泵2.1將2L汙泥消化液抽入反硝化除磷SBR反應器2，厭氧攪拌210min，啟動第四進水泵2.11將6L厭氧氨氧化UASB反應器6出水從第三調節水箱7抽入反硝化除磷SBR反應器2，缺氧攪 拌180min，再控制反硝化除磷SBR反應器4內DO濃度為2mg/L並曝氣攪拌90min，沉澱排水，排水比為75%，出水通過第一出水閥2.9排入第一調節水箱3 ;反硝化除磷SBR反應器2運行時需排泥，使反硝化除磷SBR反應器4內汙泥濃度維持在3500mg/L 左右；
[0030]2)將短程硝化汙泥或城市汙水廠剩餘汙泥投加到半短程硝化SBR反應器4，使接種後反應器內活性汙泥濃度達到3500mg/L ;半短程硝化SBR反應器4運行時，汙泥齡控制在12d,每周期進水11L,曝氣攪拌300min,並通過調節第二氣體流量計4.6使半短程硝化SBR反應器4內溶解氧濃度為0.5~lmg/L，曝氣攪拌結束後沉澱排水，排水比為75%，出水通過第二出水閥4.9排入第二調節水箱5 ；
[0031]半短程硝化SBR反應器4運行時，通過調整溶解氧濃度使出水NO2--N: NH4+_N質量濃度比為I~1.3 ;當N02_-N: NH4+-N質量濃度比小於I時，增加曝氣量提高溶解氧濃度或延長曝氣攪拌時間，當兩者質量濃度比大於1.3時，減小曝氣量降低溶解氧濃度或縮短曝氣攪拌時間。
[0032]3)將厭氧氨氧化汙泥投加到厭氧氨氧化UASB反應器6，接種泥量佔厭氧氨氧化UASB反應器6總體積的30% ;啟動第三進水泵6.1將半短程硝化SBR反應器4出水由第二調節水箱5抽入厭氧氨氧化UASB反應器6 ;厭氧氨氧化UASB反應器6運行時，水力停留時間為8h。
[0033]試驗結果表明:運行穩定後，系統出水COD濃度為43~65mg/L，NH4+_N濃度為< 5mg/L，NCV-N 為< lmg/L, NOf-N < 10mg/L, P < 0.5mg/L，TN 低於 15mg/L，該系統出水TN和磷均可達到一級A排放標準。
【權利要求】
1.汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置，其特徵在於，包括原水水箱(1)、反硝化除磷SBR反應器(2)、第一調節水箱(3)、半短程硝化SBR反應器(4)、第二調節水箱(5)、厭氧氨氧化UASB反應器(6)、第三調節水箱(7);其中所述原水水箱(1)通過第一進水泵(2.1)與反硝化除磷SBR反應器(2)相連接；反硝化除磷SBR反應器(2)的第一出水閥(2.9)與第一調節水箱(3)相連接；第一調節水箱(3)通過第二進水泵(4.1)與半短程硝化SBR反應器(4)相連接；半短程硝化SBR反應器(4)的第三出水閥(4.9)與第二調節水箱(5)相連接；第二調節水箱(5)通過第三進水泵(6.1)與厭氧氨氧化UASB反應器(6)相連接；厭氧氨氧化UASB反應器(6)第三出水閥(6.4)與第三調節水箱(7)相連接；第三調節水箱(7)通過第四進水泵(2.11)與反硝化除磷SBR反應器(2)相連接； 所述反硝化除磷SBR反應器(2)內置有第一攪拌漿(2.3)、第一氣泵(2.4)、第一氣體流量計(2.6)、第一曝氣頭(2.7)、第一出水閥(2.9)、第一排泥口(2.10)； 所述半短程硝化SBR反應器(4)內置有第二攪拌漿(4.3)、第二氣泵(4.4)、第二氣體流量計(4.6)、第二曝氣頭(4.7)、第二出水閥(4.9)、第二排泥口(4.10)； 所述厭氧氨氧化UASB反應器(6)內置有三相分離器(6.2)、氣體收集袋(6.3)、第三出水閥(6.4)。
2.應用權利要求1所述的汙泥消化液半短程硝化厭氧氨氧化脫氮與反硝化除磷耦合系統的裝置的方法，其特徵在於，包括以下內容: .1)將城市汙水廠剩餘汙泥或具有脫氮除磷性能的活性汙泥投加到反硝化除磷脫氮SBR反應器(2)，使接種後反應器內活性汙泥濃度達到2500~4000mg/L ;將汙泥消化液加入原水水箱(1)，啟動第一進水泵(2.1)將汙泥消化液抽入反硝化除磷SBR反應器(2 )，厭氧攪拌60~240min ;啟動第四進水泵(2.11)將厭氧氨氧化UASB反應器(6)出水從第三調節水箱(7)回流至反硝化除磷SBR反應器(2)，回流體積比為200%~400%，缺氧攪拌120~240min，再控制反硝化除磷SBR反應器(4)內DO濃度為I~2mg/L並曝氣攪拌60~180min，沉澱排水，排水比為40~80% ;出水通過第一出水閥(2.9)排入第一調節水箱(3);反硝化除磷SBR反應器(4)運行時需排泥，使反硝化除磷SBR反應器(4)內汙泥濃度維持在2500~4000mg/L範圍內； .2)將短程硝化汙泥或城市汙水廠剩餘汙泥投加到半短程硝化SBR反應器(4)，使接種後反應器內活性汙泥濃度達到2500~4000mg/L ;半短程硝化SBR反應器(4)運行時，汙泥齡控制在8~15d,每周期曝氣攪拌60~360min,並通過調節第二氣體流量計(4.6)使半短程硝化SBR反應器(4)內溶解氧濃度為0.5~3mg/L，曝氣攪拌結束後沉澱排水，排水比為40%~80%，出水通過第二出水閥(4.9)排入第二調節水箱(5)； 半短程硝化SBR反應器(4)運行時，通過調整溶解氧濃度使出水N02_-N: NH4+-N質量濃度比為I~1.3 ;當N02_-N: NH4+-N質量濃度比小於I時，增加曝氣量提高溶解氧濃度或延長曝氣攪拌時間，當兩者質量濃度比大於1.3時，減小曝氣量降低溶解氧濃度或縮短曝氣攪拌時間； .3 )將厭氧氨氧化汙泥投加到厭氧氨氧化UASB反應器(6 )，接種泥量佔厭氧氨氧化UASB反應器(6)總體積的25%~35%;啟動第三進水泵(6.1)將半短程硝化SBR反應器(4)出水由第二調節水箱(5)抽入厭氧氨氧化UASB反應器(6);厭氧氨氧化UASB反應器(6)運行時，水力停留時間為6~20h。
【文檔編號】C02F3/12GK103864206SQ201410106366
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】王淑瑩, 王曉霞, 彭永臻, 戴嫻 申請人:北京工業大學