CN115947452B

CN115947452B - 一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理装置与方法

Info

Publication number: CN115947452B
Application number: CN202310008169.0A
Authority: CN
Inventors: 杜睿; 许端元; 操沈彬; 彭永臻
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2023-01-04
Filing date: 2023-01-04
Publication date: 2024-06-21
Anticipated expiration: 2043-01-04
Also published as: CN115947452A; JP7606779B2; JP2024096666A

Abstract

本发明公开了一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理装置与方法。该装置包括厌氧水解系统、反硝化氨氧化同步磷回收系统和短程硝化耦合厌氧氨氧化系统。养殖废水中高浓度有机物经过厌氧水解过程产生易被微生物利用的短链脂肪酸为有机碳源。高浓度氨氮废水和含有硝态氮的短程硝化耦合厌氧氨氧化出水同时泵入反硝化氨氧化系统完成部分氨氮和硝态氮同步去除，并形成羟基磷灰石以回收磷，出水进入短程硝化耦合厌氧氨氧化系统实现自养脱氮的低能耗高效去除。本发明利用原水碳源，通过短程反硝化和短程硝化双途径与自养脱氮结合，大大减少曝气能耗和有机碳源，实现废水中氮素、有机污染物的深度去除，以及磷资源回收。

Description

一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理装置与方法

技术领域

本发明涉及一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理工艺技术，属于污水生物处理领域。

背景技术

近30年来我国的水产养殖、畜禽养殖行业飞速发展，预计在2030年养殖废水将达到150万吨，大量的养殖废水直接排放，因其含有丰度的氮、磷以及有机物，会对江河湖泊等自然水体造成大面积的水体富营养化问题，其中磷元素作为生命体的必要元素具有不可替代的重要地位，然而随着对磷需求量的不断增加，全球现存的磷岩储量可能在未来50到100年内消耗殆尽。因此如何实现废水中高氮素含量的去除，同时实现磷资源的回收，对于优化污水处理工艺提出了不小的挑战。

传统的污水处理厂中硝化反硝化工艺需投加大量的外碳源来实现氮素的去除，大大增加了污水处理厂的运行成本，且废水中的大分子有机物得不到有效的利用，增加出水COD含量。厌氧消化技术可将废水中的大分子有机物通过水解酸化过程转化为可供微生物利用的断链脂肪酸，可为后续的硝化反硝化工艺提供充足的有机碳源，产生经济、环境效益。

短程硝化耦合厌氧氨氧化技术无需碳源，节省60％左右的曝气量，产泥量少，几乎不产生温室气体N₂O等优点即可实现氨氮到氮气的转化。两段式短程硝化、厌氧氨氧化更容易调控功能微生物氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌的活性，而单级反应器可实现AOB和厌氧氨氧化菌的协同作用，更具有低成本、低能耗的实际应用价值。但是处理高氨氮废水过后，厌氧氨氧化工艺会剩余高浓度硝态氮无法去除，这一技术问题以厌氧氨氧化为结尾的处理工艺无法满足像养殖废水这类具有高氨氮废水的脱氮处理，因此需要优化完整的工艺结构以实现更高要求的脱氮效果。

短程反硝化厌氧氨氧化工艺又被称为反硝化氨氧化(DEAMOX)，该技术路线可节省79％的外碳源需求量以及45％的曝气能耗，C型DEAMOX中反硝化菌可利用小分子有机物将硝态氮(NO₃ ^--N)转为反硝化中间产物亚硝态氮(NO₂ ^--N)，废水中的氨氮与产生的NO₂ ^--N通过厌氧氨氧化过程去除，但是水中有机质的存在直接影响到厌氧氨氧化菌的活性，容易破坏反硝化菌和厌氧氨氧化菌之间的平衡，使得完全反硝化占据主导优势。而生物膜系统的添加可增强外部环境因素的冲击，反硝化菌在生物膜的外层为厌氧氨氧化菌形成天然的屏障容易实现稳定高效的DEAMOX脱氮工艺。投加钙盐在调碱性系统环境下可形成羟基磷灰石(HAP)沉淀，既能同步脱氮除磷实现磷资源的回收，还能为厌氧氨氧化菌提供新的载体，增强生物质的持留能力。

基于此，本发明为处理养殖废水中的高浓度氨氮、有机物以及磷，创新性地提出通过厌氧水解、反硝化氨氧化同步磷回收、短程硝化耦合厌氧氨氧化三级处理单元连用技术。为实现养殖废水深度脱氮、有机质合理利用与磷资源回收提供了一条新出路。

发明内容

本发明基于厌氧消化水解产酸技术、反硝化氨氧化同步磷回收技术、短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮技术，提供了一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理工艺，实现污水深度脱氮和磷资源回收再利用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

1.一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理装置，其特征在于，包括进水箱(1)、厌氧水解反应器(2)、第一中间水箱(3)、反硝化氨氧化同步磷回收反应器(4)、磷回收池(5)、钙盐投加装置(6)、第二中间水箱(7)、短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器(8)、出水箱(9)；

厌氧水解反应器(2)包括第一蠕动泵(2.1)、第一进水口(2.2)、第一取样口(2.5)、第一出水口(2.8)、第一pH检测口(2.9)、第一溶解氧检测口(2.10)、第一pH检测仪(2.11)、第一溶解氧检测仪(2.12)；反硝化氨氧化同步磷回收反应器(4)包括第二蠕动泵(4.1)、排泥口(4.2)、富磷沉淀区(4.3)、第二出水口(4.4)、第二取样口(4.5)、第二进水口(4.7)、进碳源口(4.8)、第一搅拌装置(4.9)、生物膜富集区(4.10)、药剂投加口(4.11)、第二溶解氧检测口(4.12)、第二溶解氧仪(4.13)、第三蠕动泵(4.14)、第一排水阀(4.15)；短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器(8)包括第四蠕动泵(8.1)、第二排水阀(8.2)、第三取样口(8.4)、第三出水口(8.5)、第三进水口(8.6)、第二搅拌装置(8.7)、第二pH检测口(8.8)、第三溶解氧检测口(8.9)、第二pH检测仪(8.10)、第三溶解氧检测仪(8.11)、空气泵(8.12)、流量计(8.13)、曝气装置(8.14)；出水箱(9)包括第五蠕动泵(9.1)；

进水箱(1)通过第一蠕动泵(2.1)与厌氧水解反应器(2)的第一进水口(2.2)相连，第一出水口(2.8)与第一中间水箱(3)相连，第一pH检测口(2.9)和第一溶解氧检测口(2.10)分别与第一pH检测仪(2.11)和第一溶解氧检测仪(2.12)连接；第一中间水箱(3)通过第二蠕动泵(4.1)与反硝化氨氧化同步磷回收反应器(4)的第二进水口(4.7)相连，第二出水口(4.4)通过第一排水阀(4.15)与第二中间水箱(7)相连，排泥口(4.2)与磷回收池(5)相连，钙盐投加装置(6)通过第三蠕动泵(4.14)与药剂投加口(4.11)相连，第二溶解氧检测口(4.12)对应第二溶解氧仪(4.13)；第二中间水箱(7)通过第四蠕动泵(8.1)与短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器(8)的第三进水口(8.6)相连，第三出水口(8.5)通过第二排水阀(8.2)与出水箱(9)相连，空气泵(8.12)通过流量计(8.13)与曝气装置(8.14)相连，第二pH检测口(8.8)和第三溶解氧检测口(8.9)分别与第二pH检测仪(8.10)和第三溶解氧检测仪(8.11)连接；出水箱(9)通过第五蠕动泵(9.1)与第一中间水箱(3)相连。

2.利用所述装置进行一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理方法，其特征在于，包括以下过程：

(1)厌氧水解反应器启动与运行：接种厌氧处理系统活性污泥至厌氧水解反应器中，接种后混合液污泥浓度MLVSS为5.0～8.0g/L；高氨氮养殖废水所含的氨氮质量浓度为600～1000mg/L，废水化学需氧量COD为6000～15000mg/L，总磷浓度为100～150mg/L；进水水箱中的废水连续泵入厌氧水解反应器，自下而上经过水解酸化反应，控制水力停留时间HRT为1～2d，出水进入第一中间水箱；出水中COD浓度小于1000mg/L且维持7天以上，厌氧水解反应器启动成功；当出水COD低于600mg/L时，减少厌氧水解反应器HRT，若HRT降低到1d出水COD低于600mg/L，继续降低HRT使得出水COD在600mg/L以上；运行阶段延用启动成功阶段的运行参数继续运行厌氧水解反应器即控制HRT为1～2d；

(2)反硝化氨氧化同步磷回收系统启动与运行：接种污水厂活性污泥至反硝化氨氧化同步磷回收反应器中，载体填料填充体积比为20～40％，接种后MLVSS为2000～4000mg/L，生物膜上MLVSS为2000～5000mg/L；厌氧水解反应器出水进入第一中间水箱，短程硝化耦合厌氧氨氧化系统的出水也回流至第一中间水箱，通过控制回流的流量比来调节第一中间水箱中的氨氮和硝态氮的质量浓度比值保持在1.3～3.0，同时保持五日生化需氧量BOD₅与硝态氮的质量浓度比在2.0～3.5，混合液泵入反硝化氨氧化同步磷回收系统，缺氧搅拌2.0～4.0h，HRT保持在4.5～7.5h；系统中投加钙盐，使得体系中Ca/P摩尔比在2.5～5.0生成羟基磷灰石沉淀在富磷沉淀区聚集并排入磷回收池，每天1～2次完成磷回收，当反硝化氨氧化同步磷回收系统进水pH＜7.5时，投加碳酸氢钠以调节pH为8.0～8.5；当系统总氮去除≥50％时，系统启动成功，若总氮去除率低于50％，出水氨氮质量浓度高200mg/L时，需提高出水箱的回流比，但第一中间水箱中的氨氮和硝态氮的质量浓度比值仍需保持在1.3～3.0之间；运行阶段延用启动成功阶段的运行参数继续运行硝化氨氧化同步磷回收系统即调节进水的氨氮和硝态氮的质量浓度比值保持在1.3～3.0，BOD₅与硝态氮的质量浓度比在2.0～3.5，缺氧搅拌2.0～4.0h，HRT保持在4.5～7.5h，Ca/P摩尔比在2.5～5.0，pH为8.0～8.5；

(3)接种污水处理厂剩余污泥与厌氧氨氧化颗粒污泥于短程硝化耦合厌氧氨氧化系统，二者MLVSS之比为1:5～1:3，接种后MLVSS为2000～4000mg/l；系统进水氨氮质量浓度为100～200mg/L，HRT为8.0～16.0h，溶解氧浓度为0.3～0.8mg/L，当系统氨氮去除率≥80％且维持7天以上时，系统启动成功；长期运行后系统内培养出具有短程硝化和厌氧氨氧化功能的颗粒污泥；运行阶段延用启动成功阶段的运行参数继续运行短程硝化耦合厌氧氨氧化系统即控制进水氨氮质量浓度为100～200mg/L，HRT为8.0～16.0h，溶解氧浓度为0.3～0.8mg/L。

本发明提供的一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理装置与方法，具有以下优势：

(1)厌氧消化技术中的水解酸化过程充分利用了废水中存在的大分子有机物，以短链脂肪酸的形式作为电子供体，解决了后续还原硝态氮过程所需大量外碳源且对厌氧氨氧化菌产生抑制性影响的问题，节省外碳源并降低出水COD浓度；

(2)短程硝化耦合厌氧氨氧化技术可节省曝气能耗，过程中无需碳源即可实现短程硝化产物亚硝态氮和废水中氨氮到氮气、硝态氮的转化，同时产泥量少，减少温室气体排放，生物膜的形成有利于厌氧氨氧化菌持留，提高厌氧氨氧化脱氮稳定性；

(3)反硝化氨氧化工艺利用厌氧水解产生的易降解碳源使硝态氮还原为亚硝态氮，联合厌氧氨氧化过程高效脱氮，解决了厌氧氨氧化产生过量硝态氮的问题。通过反硝化和厌氧氨氧化系统形成羟基磷灰石，实现磷的资源化回收，为该类高浓度废水深度处理和资源化利用提供新途径。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

1—进水箱，2—厌氧水解反应器，3—第一中间水箱，4—反硝化氨氧化同步磷回收反应器，5—磷回收池，6—钙盐投加装置，7—第二中间水箱，8—短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器，9—出水箱，2.1—第一蠕动泵，2.2—第一进水口，2.5—第一取样口，2.8—第一出水口，2.9—第一pH检测口，2.10—第一溶解氧检测口，2.11—第一pH检测仪，2.12—第一溶解氧检测仪，4.1—第二蠕动泵，4.2—排泥口，4.3—富磷沉淀区，4.4—第二出水口，4.5—第二取样口，4.7—第二进水口，4.8—进碳源口，4.9—第一搅拌装置，4.10—生物膜富集区，4.11—药剂投加口，4.12—第二溶解氧检测口，4.13—第二溶解氧仪，4.14—第三蠕动泵，4.15—第一排水阀，8.1—第四蠕动泵，8.2—第二排水阀，8.4—第三取样口，8.5—第三出水口，8.6—第三进水口，8.7—第二搅拌装置，8.8—第二pH检测口，8.9—第三溶解氧检测口，8.10—第二pH检测仪，8.11—第三溶解氧检测仪，8.12—空气泵，8.13—流量计，8.14—曝气装置，9.1—第五蠕动泵。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明做进一步说明，如图1所示，一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理装置，其特征在于包括进水箱(1)、厌氧水解反应器(2)、第一中间水箱(3)、反硝化氨氧化同步磷回收反应器(4)、磷回收池(5)、钙盐投加系统(6)、第二中间水箱(7)、短程硝化耦合厌氧氨氧化反应器(8)、出水箱(9)；

水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理方法，应用上述一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理的装置，包括如下步骤：

(1)接种厌氧处理系统活性污泥至厌氧水解反应器中，接种后混合液污泥浓度MLVSS为6.0～7.5g/L；高氨氮养殖废水所含的氨氮质量浓度为600～700mg/L，废水化学需氧量COD为7000～8000mg/L，总磷浓度为100～150mg/L；进水水箱中的废水连续泵入厌氧水解反应器，自下而上经过水解酸化反应，控制水力停留时间HRT为1d，出水进入第一中间水箱；出水中COD浓度在700～1000mg/L；当出水COD低于600mg/L时，减少厌氧水解反应器HRT，若HRT降低到1d出水COD低于600mg/L，继续降低HRT使得出水COD在600mg/L以上。

(2)接种污水厂活性污泥至反硝化氨氧化同步磷回收反应器中，载体填料填充体积比为30％，接种后MLVSS为3000～3500mg/L，生物膜上MLVSS为4000～4800mg/L；厌氧水解反应器出水进入第一中间水箱，短程硝化耦合厌氧氨氧化系统的出水也回流至第一中间水箱，通过控制回流的流量比来调节第一中间水箱中的氨氮和硝态氮的质量浓度比值保持在2.0～2.3，同时保持五日生化需氧量BOD₅与硝态氮的质量浓度比在3.0～3.2，混合液泵入反硝化氨氧化同步磷回收系统，缺氧搅拌2.5h，HRT保持在5h；系统中投加钙盐，使得体系中Ca/P摩尔比在3.5～4.0生成羟基磷灰石沉淀在富磷沉淀区聚集并排入磷回收池，每天1～2次完成磷回收，当反硝化氨氧化同步磷回收系统进水pH＜7.5时，投加碳酸氢钠以调节pH为8.0～8.5；系统总氮去除率在60％，磷酸盐去除率94％。

(3)接种污水处理厂剩余污泥与厌氧氨氧化颗粒污泥于短程硝化耦合厌氧氨氧化系统，二者MLVSS之比为1:5，接种后MLVSS为3000～3500mg/l；系统进水氨氮质量浓度为120～150mg/L，HRT为10.0h，溶解氧浓度为0.4～0.5mg/L，系统氨氮去除率96％。

Claims

2.利用权利要求1所述装置进行一种水解酸化联合反硝化氨氧化同步磷回收的养殖废水处理方法，其特征在于，包括以下过程：

（1）厌氧水解反应器启动与运行：接种厌氧处理系统活性污泥至厌氧水解反应器中，接种后混合液污泥浓度MLVSS为5.0~8.0g/L；高氨氮养殖废水所含的氨氮质量浓度为600~1000 mg/L，废水化学需氧量COD为6000~15000 mg/L，总磷浓度为100~150 mg/L；进水水箱中的废水连续泵入厌氧水解反应器，自下而上经过水解酸化反应，控制水力停留时间HRT为1~2d，出水进入第一中间水箱；出水中COD浓度小于1000 mg/L且维持7天以上，厌氧水解反应器启动成功；当出水COD低于600mg/L时，减少厌氧水解反应器HRT，若HRT降低到1d出水COD低于600mg/L，继续降低HRT使得出水COD在600mg/L以上；运行阶段延用启动成功阶段的运行参数继续运行厌氧水解反应器即控制HRT为1~2 d；

（2）反硝化氨氧化同步磷回收系统启动与运行：接种污水厂活性污泥至反硝化氨氧化同步磷回收反应器中，载体填料填充体积比为20~40%，接种后MLVSS为2000~4000 mg/L，生物膜上MLVSS为2000~5000 mg/L；厌氧水解反应器出水进入第一中间水箱，短程硝化耦合厌氧氨氧化系统的出水也回流至第一中间水箱，通过控制回流的流量比来调节第一中间水箱中的氨氮和硝态氮的质量浓度比值保持在1.3~3.0，同时保持五日生化需氧量BOD₅与硝态氮的质量浓度比在2.0~3.5，混合液泵入反硝化氨氧化同步磷回收系统，缺氧搅拌2.0~4.0h，HRT保持在4.5~7.5h；系统中投加钙盐，使得体系中Ca/P摩尔比在2.5~5.0生成羟基磷灰石沉淀在富磷沉淀区聚集并排入磷回收池，每天1~2次完成磷回收，当反硝化氨氧化同步磷回收系统进水pH＜7.5时，投加碳酸氢钠以调节pH为8.0~8.5；当系统总氮去除≥50%时，系统启动成功，若总氮去除率低于50%，出水氨氮质量浓度高200mg/L时，需提高出水箱的回流比，但第一中间水箱中的氨氮和硝态氮的质量浓度比值仍需保持在1.3~3.0之间；运行阶段延用启动成功阶段的运行参数继续运行硝化氨氧化同步磷回收系统即调节进水的氨氮和硝态氮的质量浓度比值保持在1.3~3.0，BOD₅与硝态氮的质量浓度比在2.0~3.5，缺氧搅拌2.0~4.0 h，HRT保持在4.5~7.5 h，Ca/P摩尔比在2.5~5.0，pH为8.0~8.5；

（3）接种污水处理厂剩余污泥与厌氧氨氧化颗粒污泥于短程硝化耦合厌氧氨氧化系统，二者MLVSS之比为1:5~1:3，接种后MLVSS为2000~4000mg/l；系统进水氨氮质量浓度为100~200 mg/L，HRT为8.0~16.0 h，溶解氧浓度为0.3~0.8 mg/L，当系统氨氮去除率≥80%且维持7天以上时，系统启动成功；运行阶段延用启动成功阶段的运行参数继续运行短程硝化耦合厌氧氨氧化系统即控制进水氨氮质量浓度为100~200 mg/L，HRT为8.0~16.0 h，溶解氧浓度为0.3~0.8 mg/L。