一種低碳源城市污水深度脫氮的方法
【專利摘要】一種低碳源城市污水深度脫氮的方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。城市污水和回流的硝化液進入深度脫氮生物反應器的短程反硝化厭氧氨氧化區(qū)，生物膜外層上的反硝化菌利用原水中有限的有機碳源將回流的硝化液中的硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽，生物膜內(nèi)層上的厭氧氨氧化菌將生成的亞硝酸鹽氮和部分原水中的氨氮反應轉(zhuǎn)化為氮氣；而后進入好氧區(qū)發(fā)生短程硝化將污水剩余的部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再進入?yún)捬醢毖趸瘏^(qū)，再進入好氧區(qū)和厭氧氨氧化區(qū)，最后進入硝化區(qū)，將污水中亞硝酸鹽氮和氨氮氧化為硝酸鹽氮。本發(fā)明通過短程反硝化—厭氧氨氧化和短程硝化—厭氧氨氧化的聯(lián)合應用，達到低碳源城市污水的深度脫氮。
【專利說明】
一種低碳源城市污水深度脫氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于消化污泥脫水液處理污泥實現(xiàn)低碳源城市污水短程反硝 化一厭氧氨氧化的深度生物脫氮方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)受到生活污水中碳源不足的限制，因而城市生活污水無法高效 脫氮，難以達到國家一級A排放標準。
[0003] 與傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮技術(shù)相比，厭氧氨氧化技術(shù)屬于自養(yǎng)脫氮過程，需氧量低， 反應過程中以二氧化碳作為唯一碳源，無需投加有機碳源，污泥產(chǎn)泥率低，適用于低C/N比 污水的處理。
[0004] 近年來發(fā)展起來的短程硝化一厭氧氨氧化工藝已成功應用于高氨氮廢水的處理， 但目前還未應用于城市生活污水的處理，限制其應用的主要瓶頸在于厭氧氨氧化反應所需 的底物基質(zhì)亞硝酸鹽難以穩(wěn)定獲得，通過氨氧化菌將污水中氨氮氧化為亞硝酸鹽，同時避 免亞硝酸鹽進一步被亞硝酸鹽氧化菌氧化為硝酸鹽。實現(xiàn)短程硝化，是獲得亞硝酸鹽的關(guān) 鍵所在，而低C/N比城市生活污水卻仍難以穩(wěn)定維持短程硝化限制了短程硝化。
[0005] 而厭氧氨氧化反應存在一定的副產(chǎn)物，厭氧氨氧化反應將帶來11 %的硝態(tài)氮，
[0006] 因此可以通過短程反硝化反應，由硝酸鹽獲得亞硝酸鹽較短程硝化容易控制，控 制硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，耦合厭氧氨氧化反應，在去除硝態(tài)氮的同時為厭氧氨氧化反應 提供底物亞硝酸鹽，可近一步達到深度脫氮的目的。
[0007] 基于短程硝化一厭氧氨氧化，短程反硝化一厭氧氨氧化生物脫氮技術(shù)，建立新型 高效城市污水深度脫氮的技術(shù)和方法有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是針對實現(xiàn)低碳源城市污水深度脫氮的存在問題，提出了一種基 于短程硝化、短程反硝化、厭氧氨氧化實現(xiàn)低碳源城市污水深度脫氮的方法。該方法首先將 城市污水和回流的硝化液進入深度脫氮生物反應器的短程反硝化厭氧氨氧化區(qū)，生物膜外 層上的反硝化菌利用原水中有限的有機碳源將回流的硝化液中的硝酸鹽氮還原為亞硝酸 鹽，生物膜內(nèi)層上的厭氧氨氧化菌將生成的亞硝酸鹽氮和部分原水中的氨氮反應轉(zhuǎn)化為氮 氣；而后進入好氧區(qū)發(fā)生短程硝化作用將污水剩余的部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，本方法 實現(xiàn)短程硝化的關(guān)鍵是采用消化污泥脫水液(高氨氮)來處理部分剩余污泥，選擇性地抑制 活性污泥中的亞硝酸鹽氧化菌的活性，實現(xiàn)污水中亞硝酸鹽的積累，避免亞硝酸鹽被氧化 成為硝酸鹽，最終達到穩(wěn)定為厭氧氨氧化菌提供底物亞硝酸鹽的目的。之后污水再進入?yún)?氧氨氧化區(qū)，厭氧氨氧化生物膜將前一段好氧區(qū)生成的亞硝酸鹽氮和污水中的部分氨氮轉(zhuǎn) 化為氮氣;再依次進入好氧區(qū)和厭氧氨氧化區(qū)，發(fā)生的反應與前面好氧區(qū)和厭氧氨氧化區(qū) 類似，最后進入硝化區(qū)，將污水中亞硝酸鹽氮和氨氮氧化為硝酸鹽氮。即通過短程反硝化一 厭氧氨氧化和短程硝化一厭氧氨氧化的聯(lián)合應用，達到低碳源城市污水的深度脫氮。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過以下解決方案來解決的：短程反硝化一厭氧氨氧化聯(lián)合短程 硝化一厭氧氨氧化實現(xiàn)城市污水深度脫氮裝置設有城市污水原水箱（1 )、深度脫氮反應器 (2)、二沉池(3)、污泥處理反應器(4)、消化污泥脫水液原水箱(5);城市污水原水箱（1)設有 溢流管（1.1)和放空管（1.2);城市污水原水箱（1)通過進水栗(2.1)與深度脫氮反應器進水 管(2.3)相連接;深度脫氮反應器(2)分為6個格室，按水流方向上下交錯設置過流孔連接各 個格室;第一個格室為設有懸浮填料的短程反硝化一厭氧氨氧化區(qū)（2.5)，第二和第四格室 為好氧區(qū)（2.6)，第三和第五個格室為設有懸浮填料的厭氧氨氧化區(qū)（2.7)，第六個格室為 含有硝化菌的生物膜懸浮填料的硝化區(qū)（2.11);好氧區(qū)通過設有空壓機(2.15)、氣體流量 計（2.14)、氣量調(diào)節(jié)閥（2.13)及曝氣頭（2.8)的曝氣系統(tǒng)進行充氧；通過硝化液回流栗 (2.9)將硝化區(qū)與進水管(2.3)相連接，實現(xiàn)硝化液回流;深度脫氮反應器(2)通過二沉池連 接管(2.12)與二沉池連接;二沉池(3)通過污泥回流栗(3.3)與深度脫氮反應器第二格好氧 區(qū)（2.6)相連接；污泥處理反應器（4)為一密閉SBR反應器，設有進泥管（3.6)和攪拌器 (4.1);污泥處理反應器(4)通過污泥投加栗(4.3)與深度脫氮反應器第二格好氧區(qū)（2.6)相 連接;消化污泥脫水液原水箱(5)設有溢流管(5.1)和放空管(5.4);消化污泥脫水液原水箱 (5)通過消化污泥脫水液進水栗(5.2)與污泥處理反應器(4)的進水管(5.3)相連接。
[0010] 城市污水在此裝置中的處理流程為:城市污水和回流的硝化液進入深度脫氮生物 反應器的短程反硝化一厭氧氨氧化區(qū)，生物膜外層上的反硝化菌利用原水中有限的有機碳 源將回流的硝化液中的硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽，生物膜內(nèi)層上的厭氧氨氧化菌將生成的 亞硝酸鹽氮和部分原水中的氨氮反應轉(zhuǎn)化為氮氣;而后進入好氧區(qū)發(fā)生短程硝化作用將污 水剩余的部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再進入?yún)捬醢毖趸瘏^(qū)，厭氧氨氧化生物膜將前一段 好氧區(qū)生成的亞硝酸鹽氮和污水中的部分氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣;再依次進入好氧區(qū)和厭氧氨氧 化區(qū)，發(fā)生的反應與前面好氧區(qū)和厭氧氨氧化區(qū)類似，最后進入硝化區(qū)，將污水中亞硝酸鹽 氮和氨氮氧化為硝酸鹽氮。即通過短程反硝化一厭氧氨氧化和短程硝化一厭氧氨氧化的聯(lián) 合應用，達到低碳源城市污水的深度脫氮。
[0011] 通過短程反硝化一厭氧氨氧化和短程硝化一厭氧氨氧化的聯(lián)合應用達到低碳源 城市污水的深度脫氮的方法，其特征在于包含以下內(nèi)容：
[0012] 1)啟動系統(tǒng):深度脫氮反應器(2)的短程反硝化一厭氧氨氧化區(qū)接種掛有短程反 硝化厭氧氨氧化生物膜的填料，其填充比為10-30%;厭氧氨氧化區(qū)接種掛有厭氧氨氧化生 物膜的填料，其填充比為15-40%;最后的硝化區(qū)接種含有硝化菌的生物膜懸浮填料，其填 充比為25-45%，同時接種好氧區(qū)接種具有硝化活性的絮體污泥，使好氧區(qū)的污泥濃度為 2500-3500mg/L〇
[0013] 2)運行時調(diào)節(jié)操作如下：
[0014] 2.1)深度脫氮反應器(2)的硝化液回流比控制為100-300% ;好氧區(qū)溶解氧濃度控 制在 1.5-2.5mg/L;
[0015] 2.2)深度脫氮反應器（2)的水力停留時間HRT控制在6-15h;污泥齡控制在15-20 天；
[0016] 2.3)深度脫氮反應器(2)的活性污泥回流比為50-100% ;
[0017] 2.4)將消化污泥脫水液引入污泥處理反應器(4)，根據(jù)其氨氮濃度調(diào)控其流量，使 污泥處理反應器內(nèi)游離氨濃度為20-30mg/L，通過向污泥處理反應器內(nèi)投加酸或堿，控制污 泥處理反應器內(nèi)pH為7.5-8.5;
[0018] 2.5)部分沉淀污泥進入污泥處理反應器(4)進行游離氨缺氧攪拌處理，每天處理 的污泥量為深度脫氮反應器內(nèi)活性污泥總量的5-20%;污泥處理反應器(4)內(nèi)污泥停留時 間時間6-12h。
[0019] 本發(fā)明基于短程反硝化一厭氧氨氧化聯(lián)合游離氨處理污泥實現(xiàn)短程反硝化一厭 氧氨氧化和短程硝化一厭氧氨氧化的聯(lián)合應用的方法，與傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮工藝相比具 有以下優(yōu)勢：
[0020] 1)城市污水中的有機物先被吸附到活性污泥中發(fā)生短程反硝化，實現(xiàn)厭氧氨氧化 提尚脫氣效率；
[0021] 2)利用FA處理污泥實現(xiàn)短程硝化一厭氧氨氧化脫氮，短程硝化一厭氧氨氧化脫氮 技術(shù)需氧量低，污水處理能耗低；
[0022] 3)厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮無需有機物，污泥產(chǎn)泥量少。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明基于短程反硝化一厭氧氨氧化聯(lián)合游離氨處理污泥實現(xiàn)短程反硝 化一厭氧氨氧化和短程硝化一厭氧氨氧化的聯(lián)合應用的方法實現(xiàn)城市污水深度脫氮裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖中（1)為城市污水原水箱、（2)為深度脫氮反應器、（3)為二沉池、（4)為污泥處理 反應器、（5)為消化污泥脫水液原水箱；（1.1)為溢流管，（1.2)為放空管；（2.1)為進水栗、 (2.2) 為原水進水管調(diào)節(jié)閥、（2.3)為深度脫氮反應器進水管、（2.4)為硝化液回流管、（2.5) 為短程反硝化一厭氧氨氧化區(qū)填料區(qū)、（2.6)為好氧區(qū)、（2.7)為厭氧氨氧化區(qū)填料區(qū)、 (2.8)為曝氣頭、（2.9)為硝化液回流栗、（2.10)為硝化液回流調(diào)節(jié)閥、（2.11)硝化填料區(qū)、 (2.12)硝化液出水調(diào)節(jié)閥、（2.13)為氣量調(diào)節(jié)閥、（2.14)為氣體流量計、（2.15)為空壓機； (3.1)為二沉池回流污泥管閥門、（3.2)為排泥管閥、（3.3)為污泥回流栗、（3.4)為回流污泥 管、（3.5)為進泥管、（3.6)為污泥調(diào)節(jié)閥、（3.7)為進泥栗；（4.1)為攪拌器、（4.2)為排泥口、 (4.3) 為污泥投加栗、（4.4)為污泥調(diào)節(jié)栗、（4.5)為進泥管；（5.1)為溢流管、（5.2)為消化污 泥脫水液進水栗、（5.3)為消化污泥脫水液進水管、（5.4)為放空管。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明：如圖1所示，短程反硝化一厭氧氨 氧化聯(lián)合短程硝化一厭氧氨氧化實現(xiàn)城市污水深度脫氮裝置設有城市污水原水箱（1 )、深 度脫氮反應器(2)、二沉池(3)、污泥處理反應器(4)、消化污泥脫水液原水箱(5);城市污水 原水箱（1)設有溢流管（1.1)和放空管（1.2);城市污水原水箱（1)通過進水栗(2.1)與深度 脫氮反應器進水管(2.3)相連接;深度脫氮反應器(2)分為6個格室，按照水流方向上下交錯 設置過流孔連接各個格室，第一個格室為設有懸浮填料的短程反硝化一厭氧氨氧化區(qū) (2.5)，第二和第四格室為好氧區(qū)（2.6)，第三和第五個格室為設有懸浮填料的厭氧氨氧化 區(qū)（2.7)，第六個格室為設有含有硝化菌的生物膜懸浮填料的硝化區(qū)（2.11);好氧區(qū)通過設 有空壓機(2.15)、氣體流量計(2.14)、氣量調(diào)節(jié)閥（2.13)及曝氣頭(2.8)的曝氣系統(tǒng)進行充 氧;通過硝化液回流栗(2.9)將最后一個好氧區(qū)與進水管(2.3)相連接，實現(xiàn)硝化液回流;深 度脫氮反應器(2)通過二沉池連接管（2.13)與二沉池（3)連接;二沉池(3)通過污泥回流栗 (3.3)與深度脫氮反應器第二格好氧區(qū)（2.6)相連接;污泥處理反應器(4)為一密閉SBR反應 器，設有進泥管（3.6)和攪拌器(4.1);污泥處理反應器(4)通過污泥投加栗(4.3)與深度脫 氮反應器第二格好氧區(qū)（2.6)相連接;消化污泥脫水液原水箱(5)設有溢流管(5.1)和放空 管(5.4);消化污泥脫水液原水箱(5)通過消化污泥脫水液進水栗(5.2)與污泥處理反應器 (4)的進水管(5.3)相連接。
[0026] 試驗采用學校生活污水作為原水，具體水質(zhì)如下：C0D濃度為170-240mg/L; NH:-N濃度為55-76mg/L，NO;-NS0,5mg/L，S0.5mg/L。試驗系統(tǒng)如圖 1 所示， 各反應器均采用有機玻璃制成，深度脫氮反應器有效體積為18L，均分為6個格室;污泥處理 反應器有效體積為2L。
[0027] 具體運行操作如下：
[0028] 1)啟動系統(tǒng):深度脫氮反應器的短程反硝化一氧氨氧化區(qū)接種掛有短程反硝化一 厭氧氨氧化生物膜的填料，其填充比為20%;厭氧氨氧化區(qū)接種掛有厭氧氨氧化生物膜的 填料，其填充比為30 %;最后的硝化區(qū)接種含有硝化菌的生物膜懸浮填料，其填充比為 35%，同時接種含有硝化活性的絮體污泥，使好氧區(qū)的污泥濃度為3000-3500mg/L。
[0029] 2)運行時調(diào)節(jié)操作如下：
[0030] 2.1)深度脫氮反應器(2)的硝化液回流比控制為200%;好氧區(qū)溶解氧濃度控制在 1.5-2.5mg/L；
[0031] 2.2)深度脫氮反應器(2)的水力停留時間控制在12h;污泥齡控制在15-20天；
[0032] 2.3)深度脫氮反應器活性污泥回流比為50% ;
[0033] 2.4)將消化污泥脫水液引入污泥處理反應器，根據(jù)其氨氮濃度調(diào)控其流量，使污 泥處理反應器內(nèi)游離氨濃度為25mg/L，通過向污泥處理反應器內(nèi)投加鹽酸或氫氧化鈉，控 制pH為7.5;
[0034] 2.5)部分沉淀污泥進入污泥處理反應器進行游離氨缺氧處理，每天處理的污泥量 為深度脫氮反應器內(nèi)活性污泥總量的10%;污泥處理反應器內(nèi)污泥停留時間時間12h。 [0035] 試驗結(jié)果表明：運行穩(wěn)定后，除有機物反應器出水⑶D濃度為45_60mg/L，NH! -N 濃度〇_5mg/L，NO〗-N濃度為0-0 · 5mg/L, NO; -N濃度3 · 0-10 · Omg/L。
【主權(quán)項】
1. 一種低碳源城市污水深度脫氮的方法，其特征在于，應用如下裝置:設有城市污水原 水箱（1)、深度脫氮反應器（2)、二沉池（3)、污泥處理反應器（4)、消化污泥脫水液原水箱 (5);城市污水原水箱（1)設有溢流管（1.1)和放空管（1.2);城市污水原水箱（1)通過進水栗 (2.1) 與深度脫氮反應器進水管(2.3)相連接;深度脫氮反應器(2)分為6個格室，按水流方 向上下交錯設置過流孔連接各個格室;第一個格室為設有懸浮填料的短程反硝化一厭氧氨 氧化區(qū)（2.5)，第二和第四格室為好氧區(qū)，第三和第五個格室為設有懸浮填料的厭氧氨氧化 區(qū)，第六個格室為設有懸浮填料的硝化區(qū)（2.11);好氧區(qū)通過設有空壓機(2.15)、氣體流量 計（2.14)、氣量調(diào)節(jié)閥（2.13)及曝氣頭（2.8)的曝氣系統(tǒng)進行充氧；通過硝化液回流栗 (2.9)將硝化區(qū)與進水管(2.3)相連接，實現(xiàn)硝化液回流;深度脫氮反應器(2)通過二沉池連 接管(2.12)與二沉池連接;二沉池(3)通過污泥回流栗(3.3)與深度脫氮反應器第二格好氧 區(qū)（2.6)相連接；污泥處理反應器（4)為一密閉SBR反應器，設有進泥管（3.6)和攪拌器 (4.1) ;污泥處理反應器(4)通過污泥投加栗(4.3)與深度脫氮反應器第二格好氧區(qū)（2.6)相 連接;消化污泥脫水液原水箱(5)設有溢流管(5.1)和放空管(5.4);消化污泥脫水液原水箱 (5)通過消化污泥脫水液進水栗(5.2)與污泥處理反應器(4)的進水管(5.3)相連接； 方法的步驟為： 1) 啟動系統(tǒng):深度脫氮反應器的短程反硝化一厭氧氨氧化區(qū)接種掛有短程反硝化厭氧 氨氧化生物膜的填料，其填充比為10-30%;厭氧氨氧化區(qū)接種掛有厭氧氨氧化生物膜的填 料，其填充比為15-40%;最后的硝化區(qū)接種含有硝化菌的生物膜填料，其填充比為25-45%，同時好氧區(qū)接種具有硝化活性的絮體污泥，使好氧區(qū)的污泥濃度為2500-3500mg/L; 2) 運行時調(diào)節(jié)操作如下： 2.1) 深度脫氮反應器(2)的硝化液回流比控制為100-300 % ;好氧區(qū)溶解氧濃度控制在 1.5-2.5mg/L； 2.2) 該深度脫氮反應器(2)的水力停留時間HRT控制在6-15h;污泥齡控制在15-20天； 2.3) 深度脫氮反應器(2)的活性污泥回流比為50-100% ; 2.4) 將消化污泥脫水液引入污泥處理反應器(4)，根據(jù)其氨氮濃度調(diào)控其流量，使污泥 處理反應器內(nèi)游離氨濃度為20-30mg/L，通過向污泥處理反應器內(nèi)投加酸或堿，控制污泥處 理反應器內(nèi)pH為7.5-8.5; 2.5) 部分沉淀污泥進入污泥處理反應器(4)進行游離氨缺氧攪拌處理，每天處理的污 泥量為深度脫氮反應器內(nèi)活性污泥總量的5-20%;污泥處理反應器(4)內(nèi)污泥停留時間時 間6-12h。
【文檔編號】C02F3/30GK105836885SQ201610391424
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月4日
【發(fā)明人】彭永臻, 錢雯婷, 馬斌, 王淑瑩, 李夕耀
【申請人】北京工業(yè)大學