CN114772725A - 一种硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置和方法属于活性污泥法城市生活污水处理领域。所述的装置包括水箱、序批式反应器(SBR)、硫自养反硝化厌氧氨氧化生物滤池、空压机、进水泵等。该方法是低C/N的生活污水经过序批式反应器的厌氧、好氧阶段去除污水中的有机物和磷。以硝态氮为主要污染物的城镇污水处理厂的二级处理出水与SBR的出水按比例泵入硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池中，以硫粒滤料(由硫磺和菱铁矿组成)的单质硫为电子供体，通过硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化途径进行自养脱氮。本发明能够进一步去除城镇污水处理厂的二级处理出水的硝态氮，在无外加碳源的情况下实现生活污水的极限脱氮。
Description
技术领域：
本发明涉及一种硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置和方法，属于活性污泥法城市生活污水处理领域。本方法适用于城市生活污水的高效、节能脱氮除磷过程。
背景技术：
随着当前我国国民经济的高速发展以及人口数量的不断增长，水污染问题日益严重。水体因氮、磷污染逐渐加重而呈现出富营养化状态，这严重影响了环境和人类的健康。生物脱氮除磷作为一种经济有效的方式被广泛地应用于污水处理厂中。传统的生物脱氮过程是硝化菌在好氧的情况下将氨氮转化为硝氮，异养反硝化菌在缺氧的情况下将硝氮转化为氮气，实现水中氮的去除。传统的生物除磷是指在厌氧、好氧的运行条件下利用聚磷菌好氧过量吸磷的特点，除去水体中的磷酸盐。以上两个过程都以有机物为碳源，但由于城市污水具有低C/N的特点，往往难以同时满足脱氮除磷的要求，因此对传统生物脱氮除磷工艺进行改造升级至关重要。
近年来，厌氧氨氧化(Anammox)作为一种新型的生物自养脱氮工艺受到了研究者们的广泛关注。在该工艺中，氨氮直接与亚硝态氮在缺氧条件下反应生成氮气。亚硝态氮的稳定供给对Anammox工艺的实施至关重要。短程反硝化是指将传统全程反硝化过程控制在亚硝态氮的产生阶段，避免亚硝态氮进一步还原为氮气，这可为Anammox提供反应底物亚硝态氮。目前，已经有研究报道了硫自养反硝化技术，自养反硝化硫氧化细菌(SOB)可以利用还原态的硫(例如S2-，S0，S2O3 2-)作为电子供体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气，该技术不需要碳源就可实现自养反硝化脱氮，在硫驱动的自养反硝化系统中经常可以观察到亚硝态氮的积累，这为向厌氧氨氧化细菌提供亚硝态氮提供了机会。
因此，我们提出一种硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置方法，以城市生活污水和城镇污水处理厂的二级处理出水为研究对象，低C/N的生活污水经过SBR的厌氧、好氧阶段达到有机物的去除和生物除磷的目的。城镇污水处理厂的二级处理出水中的污染物以硝态氮为主，将其与SBR的出水按比例泵入硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池中，以硫粒滤料中的单质硫为电子供体，将硫自养短程反硝化与厌氧氨氧化脱氮过程结合进行生物脱氮。该装置与方法作为深度处理技术能够进一步去除城镇污水处理厂的二级处理出水的硝态氮，在无外加碳源的情况下实现生活污水的极限脱氮。
发明内容
利用硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置，其特征在于：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(2)与SBR(3)连接，SBR(3)中安装搅拌器(4)、溶解氧监测装置(6)；SBR(3)中的曝气盘(7)与第一空压机(5)连接；SBR(3)通过第一出水阀(8)与中间水箱(9)连接；中间水箱(9)和城镇污水处理厂的二级处理出水水箱(10)分别通过第三进水泵(12)和第二进水泵(11)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)与排空阀(20)连接，经第二空压机(17)进行反气洗；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)从下往上依次为承托层(如鹅卵石)和硫粒滤料，出水经第二出水阀(18)与出水箱(14)连接；出水箱(14)通过回流泵(15)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接进行回流；出水箱(14)中的出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(16)对反应装置内滤料进行反冲洗，反冲洗后废水经第三出水阀(19)排出。
利用硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置，包括以下步骤：以污水处理厂全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，低C/N(＜3)的实际生活污水作为原水通过第一进水泵进入SBR实现高负荷活性污泥法，反应器以厌氧/好氧(A/O)的方式运行，每天运行5～6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌0.5～1.5h，曝气0.5～1.5h，沉淀0.5h，排水10min，闲置60～230min，通过实时控制装置保持好氧段溶解氧维持在2～2.5mg/L，排水比维持在50％，在SBR中实现原水有机物和磷的去除。SBR出水中的污染物以氨氮为主，城镇污水处理厂的二级处理出水中的污染物以硝态氮为主，将二者以体积为1:4的比例通过进水口泵入硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池中，硫自养脱氮菌利用硫粒滤料中的单质硫作为电子供体进行硫自养短程反硝化，为厌氧氨氧化提供反应底物亚硝态氮，水力停留时间在1～3h，完成城镇污水处理厂的二级处理出水中硝态氮与生活污水中氨氮的同步去除，出水达标排放。
本发明通过以下技术方案来实现：
1)系统的启动
1.1)SBR的启动：以污水处理厂全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR(3)，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，每两天进行一次排泥控制污泥停留时间为25d，水力停留时间为3～6h，室温下运行；以实际生活污水作为原水注入生活污水水箱(1)，通过第一进水泵(2)注入SBR(3)，每天运行5～6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌0.5～1.5h，曝气0.5～1.5h，沉淀0.5h，排水10min，闲置60～230min，排水比维持在50％。当出水中污染物以氨氮为主，磷酸盐和COD的去除率达到90％以上且稳定运行15d及以上认为SBR启动成功。
1.2)硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池的启动：在室温环境下，投加硫粒滤料至滤池中使滤料层高度保持在1～1.2m，利用污水处理厂缺氧池的活性污泥和厌氧氨氧化絮体污泥作为接种污泥，将其按照1:1的体积比混合，接种后污泥浓度保持在4000～5000mg/L，且将硫自养反硝化菌菌种注入到硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)，将氨氮和硝态氮配水作为混合营养液，用泵将混合营养液从进水口泵入反应器的底部，混合营养液从出水口流出后进入出水箱(14)再从进水口泵入反应器，循环泵入，对生物滤池进行微生物驯化及挂膜，直到硝态氮去除率基本稳定在80％即挂膜成功，完成硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)的启动。所述的步骤(2)中营养液的成分及含量为：氯化铵(NH4Cl，30mg/L)、硝酸钾(KNO3，40mg/L)、碳酸氢钠(NaHCO3，2g/L)、硫酸镁(MgSO4·7H2O，0.14g/L)、氯化钙(CaCl2·2H2O，0.14g/L)、磷酸二氢钾(KH2PO4，0.03g/L)以及微生物生长需要的微量元素储备液，生物滤池的启动处理时间为30～50d。
2)系统的运行
2.1)SBR的运行：
SBR每天运行5～6个周期，以厌氧/好氧运行，每个周期包括进水、厌氧搅拌、曝气搅拌、沉淀、排水以及闲置6个过程，每两天进行一次排泥控制污泥停留时间为25d。
I进水设定进水量为反应器有效体积的50％，进水开关通过时控开关控制，系统启动后，生活污水水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2)泵入SBR(3)中；
II厌氧搅拌：进水完毕后开始厌氧搅拌，设定搅拌时间为0.5～1.5h；
III曝气搅拌：开启第一空压机(5)，向SBR中曝气，提供氧气，通过实时控制装置保持溶解氧维持在2～2.5mg/L，设定曝气时间在0.5～1.5h。
IV沉淀：设定沉淀时间为0.5h，泥水分离；
V排水：设定排水时间为10min，排水比为50％；将以氨氮为主的SBR出水通过蠕动泵直接泵入硫自养短程反硝化生物滤池中；
VI闲置：设定闲置时间为60～230min；
2.2)硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池的运行：当硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)启动完成后，将城镇污水处理厂的二级处理出水和SBR的出水按1:4的比例通过进水口泵入经过步骤1.2)中完成启动的硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)，调节水力停留时间在1～3h，完成城镇污水处理厂的二级处理出水中硝态氮与生活污水中氨氮的同步去除，出水达标排放。出水箱(14)中一部分出水通过回流泵(15)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接，进行回流，回流比为100％～300％。
2.3)硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗过程：生物滤池稳定运行一段时间后，滤料上的生物膜增厚到一定程度并开始有一定的脱落，微生物活性以及出水的脱氮效率开始下降，出水脱氮效率下降5％及其以上时应停止运行并进行反冲洗。出水箱(14)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(16)对反应装置内滤料进行反冲洗，进行反冲洗时，先进行气冲持续时间为3min，气冲强度为10～15L/(m2·s)，再进行气水联合冲洗5min，水冲强度为7～10L/(m2·s)，最后进行水冲持续时间为3min，反冲洗后的废水经第三出水阀(19)进行排出。
综上所述，本发明提供了一种以硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化深度脱氮除磷的方法和装置。以城市生活污水和城镇污水处理厂的二级处理出水为研究对象，低C/N(＜3)的生活污水泵入SBR，聚磷菌首先在厌氧段进行厌氧释磷，在好氧段进行曝气，聚磷菌进行好氧过量吸磷，同时异养菌将生活污水中的有机物去除，从而达到生活污水中有机物和磷的去除的目的，其出水污染物以氨氮为主。城镇污水处理厂的二级处理出水中的污染物以硝态氮为主，将其与SBR的出水按比例泵入硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池中，将硫自养短程反硝化与厌氧氨氧化脱氮过程结合进行生物脱氮，对低C/N(＜3)生活污水有较好的总氮去除效果，提供了一种无需额外投加有机碳源的生物脱氮除磷处理装置与方法。
附图说明：
图1是硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置结构示意图。
(1)为生活污水水箱，(2)为第一进水泵，(3)为SBR，(4)为搅拌器，(5)为第一空压机，(6)为溶解氧监测装置，(7)为曝气盘，(8)为第一出水阀，(9)为中间水箱，(10)为城镇污水处理厂的二级处理出水水箱，(11)为第二进水泵，(12)为第三进水泵，(13)为硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池，(14)为出水箱，(15)为回流泵，(16)为反冲洗泵，(17)为第二空压机，(18)为第二出水阀，(19)为第三出水阀，(20)为排空阀。
图2是序批示反应器的运行方式。
具体实施方式：
实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，SBR反应器(3)总体积11L，有效体积为10L；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)总体积12L，有效体积7.8L。
试验过程中，城镇污水处理厂二级处理出水具体水质如下：COD浓度为25～30mg/L，NO3 --N浓度15～20mg/L，NH4 +-N浓度＜1mg/L，NO2 --N浓度＜1mg/L；生活污水具体水质如下：COD浓度为80～200mg/L，NH4 +-N浓度为45～70mg/L，NO2 --N浓度＜1mg/L，NO3 --N浓度15～20mg/L。
下面结合附图和实施对本发明作进一步说明：硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化一体化强化生活污水脱氮除磷的装置和方法，其特征在于：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(2)与SBR(3)连接，SBR(3)中安装搅拌器(4)、溶解氧监测装置(6)；SBR(3)中的曝气盘(7)与第一空压机(5)连接；SBR(3)通过第一出水阀(8)与中间水箱(9)连接；中间水箱(9)和城镇污水处理厂的二级处理出水水箱(10)分别通过第三进水泵(12)和第二进水泵(11)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)与排空阀(20)连接，经第二空压机(17)进行反气洗；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)从下往上依次为承托层(如鹅卵石)和硫粒滤料，出水经第二出水阀(18)与出水箱(14)连接；出水箱(14)通过回流泵(15)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接进行回流；出水箱(14)中的出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(16)对反应装置内滤料进行反冲洗，反冲洗后废水经第三出水阀(19)排出。
具体实施步骤如下：
1)系统的启动
1.1)SBR的启动：以污水处理厂全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR(3)，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，每两天进行一次排泥控制污泥停留时间为25d，水力停留时间为3～6h，室温下运行；以实际生活污水作为原水注入生活污水水箱(1)，通过第一进水泵(2)注入SBR(3)，每天运行5～6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌0.5～1.5h，曝气0.5～1.5h，沉淀0.5h，排水10min，闲置60～230min，排水比维持在50％。当出水中污染物以氨氮为主，磷酸盐和COD的去除率达到90％以上且稳定运行15d及以上认为SBR启动成功。
1.2)硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池的启动：在室温环境下，投加硫粒滤料至滤池中使滤料层高度保持在1～1.2m，利用污水处理厂缺氧池的活性污泥和厌氧氨氧化絮体污泥作为接种污泥，将其按照1:1的体积比混合，接种后污泥浓度保持在4000～5000mg/L，且将硫自养反硝化菌菌种注入到硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)，将氨氮和硝态氮配水作为混合营养液，用泵将混合营养液从进水口泵入反应器的底部，混合营养液从出水口流出后进入出水箱(14)再从进水口泵入反应器，循环泵入，对生物滤池进行微生物驯化及挂膜，直到硝态氮去除率基本稳定在80％即挂膜成功，完成硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)的启动。所述的步骤(2)中营养液的成分及含量为：氯化铵(NH4Cl，30mg/L)、硝酸钾(KNO3，40mg/L)、碳酸氢钠(NaHCO3，2g/L)、硫酸镁(MgSO4·7H2O，0.14g/L)、氯化钙(CaCl2·2H2O，0.14g/L)、磷酸二氢钾(KH2PO4，0.03g/L)以及微生物生长需要的微量元素储备液，生物滤池的启动处理时间为30～50d。
2)系统的运行
2.1)SBR的运行：
SBR每天运行5～6个周期，以厌氧/好氧运行，每个周期包括进水、厌氧搅拌、曝气搅拌、沉淀、排水以及闲置6个过程，每两天进行一次排泥控制污泥停留时间为25d。
I进水设定进水量为反应器有效体积的50％，进水开关通过时控开关控制，系统启动后，生活污水水箱(1)中的生活污水通过第一进水泵(2)泵入SBR(3)中；
II厌氧搅拌：进水完毕后开始厌氧搅拌，设定搅拌时间为0.5～1.5h；
III曝气搅拌：开启第一空压机(5)，向SBR中曝气，提供氧气，通过实时控制装置保持溶解氧维持在2～2.5mg/L，设定曝气时间在0.5～1.5h。
IV沉淀：设定沉淀时间为0.5h，泥水分离；
V排水：设定排水时间为10min，排水比为50％；将以氨氮为主的SBR出水通过蠕动泵直接泵入硫自养短程反硝化生物滤池中；
VI闲置：设定闲置时间为60～230min；
2.2)硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池的运行：当硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)启动完成后，将城镇污水处理厂的二级处理出水和SBR的出水按1:4的比例通过进水口泵入经过步骤1.2)中完成启动的硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)，调节水力停留时间在1～3h，完成城镇污水处理厂的二级处理出水中硝态氮与生活污水中氨氮的同步去除，出水达标排放。出水箱(14)中一部分出水通过回流泵(15)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接，进行回流，回流比为100％～300％。
2.3)硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池的反冲洗过程：生物滤池稳定运行一段时间后，滤料上的生物膜增厚到一定程度并开始有一定的脱落，微生物活性以及出水的脱氮效率开始下降，出水脱氮效率下降5％及其以上时应停止运行并进行反冲洗。出水箱(14)中出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(16)对反应装置内滤料进行反冲洗，进行反冲洗时，先进行气冲持续时间为3min，气冲强度为10～15L/(m2·s)，再进行气水联合冲洗5min，水冲强度为7～10L/(m2·s)，最后进行水冲持续时间为3min，反冲洗后的废水经第三出水阀(19)进行排出。
Claims (2)
1.利用硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化生活污水脱氮除磷的装置，其特征在于：生活污水水箱(1)通过第一进水泵(2)与SBR(3)连接，SBR(3)中安装搅拌器(4)、溶解氧监测装置(6)；SBR(3)中的曝气盘(7)与第一空压机(5)连接；SBR(3)通过第一出水阀(8)与中间水箱(9)连接；中间水箱(9)和城镇污水处理厂的二级处理出水水箱(10)分别通过第三进水泵(12)和第二进水泵(11)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)与排空阀(20)连接，经第二空压机(17)进行反气洗；硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)从下往上依次为承托层(如鹅卵石)和硫粒滤料，出水经第二出水阀(18)与出水箱(14)连接；出水箱(14)通过回流泵(15)与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池(13)连接进行回流；出水箱(14)中的出水可作为反冲洗水经由反冲洗泵(16)对反应装置内滤料进行反冲洗，反冲洗后废水经第三出水阀(19)排出。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以污水处理厂全程硝化污泥作为接种污泥注入SBR，接种后污泥浓度保持在3000～3500mg/L，C/N＜3的的实际生活污水作为原水通过第一进水泵进入SBR实现高负荷活性污泥法，反应器以厌氧/好氧的方式运行，每天运行5～6个周期，每个周期包括进水10min，厌氧搅拌0.5～1.5h，曝气0.5～1.5h，沉淀0.5h，排水10min，闲置60～230min，通过实时控制装置保持好氧段溶解氧维持在2～2.5mg/L，排水比维持在50％，在SBR中实现原水有机物和磷的去除；
SBR出水中的污染物以氨氮为主，城镇污水处理厂的二级处理出水中的污染物以硝态氮为主，将二者以体积为1:4的比例通过进水口泵入硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池中，硫自养脱氮菌利用硫粒滤料中的单质硫作为电子供体进行硫自养短程反硝化，为厌氧氨氧化提供反应底物亚硝态氮，水力停留时间在1～3h，完成城镇污水处理厂的二级处理出水中硝态氮与生活污水中氨氮的同步去除，出水达标排放；出水水箱通过回流泵与硫自养短程反硝化厌氧氨氧化生物滤池连接进行回流，回流比为100％～300％；生物滤池运行一段时间后，出水脱氮效率下降5％及以上时，需进行反冲洗清除截留在滤料层中的杂质，出水箱中出水可作为反冲洗水经反冲洗泵对反应装置内填料进行反冲洗，进行反冲洗时，采用气水联合冲洗的方法，反冲洗后的废水经排水阀直接排出。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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