强化能量回收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮方法

摘要

强化能量回收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮方法属于污水处理领域。城市污水首先进入生物吸附反应器，通过活性污泥吸附作用将水中的有机物吸附至活性污泥，而后经中间水箱调节水量后进入SBR反应器，通过低氧曝气与缺氧搅拌交替运行，实现短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮；从而提高污水处理能量回收率，降低污水处理运行能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种强化能量回收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮方 法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

城市污水中有机物不仅仅是污染物，还可以被看做能量的载体，因为 可以通过厌氧发酵产甲烷，将水中的有机物转变为能源物质甲烷。现 在城市污水厂应用的传统硝化反硝化生物脱氮工艺，需要利用污水中 有机物作为反硝化碳源进行生物脱氮，因此就使得污水中用于产甲烷 的有机物量降低。厌氧氨氧化菌的发现使得污水生物脱氮无需有机物 ，使得污水中有机物尽可能多的用于厌氧发酵产甲烷，从而可以提高 城市污水中能量回收率。目前厌氧氨氧化技术的研究与应用主要集中 在高氨氮废水处理，而将其应用于城市污水处理的比较少。

普通推流式城市污水脱氮系统中，水质水温波动引起反应速率或反应 器时间变化，而系统的水力停留时间一定，因此可能会出现反应已经 结束仍继续曝气的情况而导致能量的浪费，或反应不充分而导致出水 水质恶化。SBR反应器在系统容积一定时，可通过调整运行时间来控制 反应进程，因此可以有效避免过曝气，同时可以稳定出水水质。

发明内容

本发明的目的就是针对现有城市污水处理能耗高、出水稳定性差的问 题，提出了一种强化能量回收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮方 法和装置，该方法和装置首先将污水中的有机物通过生物吸附作用富 集至污泥，再将该污泥厌氧发酵产甲烷提高污水中能量回收率；而后 污水通过短程硝化厌氧氨氧化进行自养脱氮。

本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：强化能量回收的城市污 水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮装置，其特征在于：设有城市污水原水箱 1、生物吸附反应器2、二沉池3、中间水箱4、SBR反应器5； 城市污水原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；城市污水原水箱1通过 进水泵2.1与生物吸附反应器2进水管相连接；生物吸附反应器2为分为 数个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，设有空 压机2.7、气体流量计2.6、气量调节阀2.5、与曝气头2.3；生物吸附 反应器2通过二沉池连接管2.4与二沉池3连接；二沉池3通过污泥回流 泵2.2与生物吸附反应器2进水管相连接；二沉池3出水管与中间水箱4 连接；中间水箱4设有溢流管4.1和放空管4.2；中间水箱4通过SBR进水 泵5.1与SBR反应器5进水管相连接；SBR反应器5设有曝气头5.4、搅拌 器5.5、排泥阀5.3和排水阀5.6。

城市污水在此装置中的处理流程为：城市污水与二沉池回流污泥一起 进入生物吸附反应器，通过活性污泥吸附作用将水中的有机物吸附至 活性污泥，从而达到将水中有机物富集至污泥中的目的；生物吸附反 应器出水进入中间水箱进行水质水量调节；中间水箱的污水通过SBR反 应器进水泵向SBR反应器进水，在进水期间利用污泥污水中残余的有机 物作为碳源，发生反硝化作用将SBR反应器中的硝态氮还原为氮气；而 后SBR反应器低氧运行，将部分氨氮转化为NO_-²-N，再以缺氧搅拌运行 ，通过厌氧氨氧化作用将氨氮和NO_-²-N转化为氮气；随后再次低氧/缺 氧交替运行，重复以上作用；最终达到将氮从污水中脱除的目的。

强化能量回收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮方法的具体启动与 调控步骤如下：

1）启动系统：接种城市污水厂活性污泥投加至生物吸附反应器2，使 污泥浓度达到1500-4000mg/L；将短程硝化污泥与厌氧氨氧化污泥混合 后投加至SBR反应器5，使好氧氨氧化速率与厌氧氨氧化速率比值为0. 8:1-1.2:1，且使污泥浓度达到3000-6000mg/L；同时向SBR反应器5投 加粉末活性炭500-2000mg/L；

2）运行时调节操作如下：

2.1）生物吸附反应器2污泥回流比控制在50-100%；好氧区溶解氧浓度 控制在0.5-2.0mg/L；该反应器2的水力停留时间HRT控制在20-60min； 污泥龄控制在1-3天；

2.2）SBR反应器5运行方式为，首先进水同时搅拌10-30min，而后为低 氧搅拌15-30min与缺氧搅拌10-90min交替，在第一次低氧搅拌时调整 曝气量使溶解氧浓度为为0.15-0.3mg/L，而后低氧搅拌时保持曝气量 不变；当低氧搅拌时溶解氧浓度上升至0.5mg/L时结束曝气；最后再缺 氧搅拌10-90min，然后静止沉淀5-60min，最后通过排水阀排水；

2.3）SBR反应器5，若缺氧搅拌结束时亚硝酸氧氮浓度>0.5mg/L，增加 缺氧搅拌时间，直至亚硝酸氧氮浓度<0.5mg/L。

本发明强化污水中能量回收的城市污水自养脱氮方法，与现有传统生 物脱氮工艺相比具有以下优势：

1）通过污泥吸附作用将污水中有机物富集，尽可能低利用污水中的有 机物产生能源物质甲烷，从而提高污水中能量的回收率。

2）低氧短程硝化与厌氧氨氧化多次交替运行，降低反应器中亚硝酸盐 浓度，从而避免了厌氧氨氧化菌活性受到抑制。

3）低氧短程硝化可以实现曝气量的降低，从而降低污水厂能耗。

4）短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮以无机碳做为碳源，同时厌氧氨氧化 菌代谢过程中无N₂O生成，因此本工艺温室气体排放少。

附图说明

图1为本发明强化能量回收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮装置 的结构示意图。

图中1为城市污水原水箱、2为生物吸附反应器、3为二沉池、4为中间 水箱、5为SBR反应器；1.1为溢流管，1.2为放空管；2.1为生物吸附反 应器进水泵，2.2为生物吸附反应器回流污泥泵，2.3为曝气头，2.4为 二沉池连接管，2.5为气量调节阀，2.6为气体流量计，2.7为空压机； 3.1为生物吸附反应器回流污泥管阀门，3.2为排泥管阀门；4.1为溢流 管，4.2为放空管；5.1为SBR进水泵，5.2为SBR反应器进水管阀门，5 .3为排泥管阀，5.4为曝气头，5.5为搅拌器，5.6为排水阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示强化能量回 收的城市污水短程硝化+厌氧氨氧化脱氮装置设有城市污水原水箱1、 生物吸附反应器2、二沉池3、中间水箱4、SBR反应器5；城市污水原水 箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；城市污水原水箱1通过进水泵2.1与生 物吸附反应器2进水管相连接；生物吸附反应器2为分为数个格室，按 照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，设有空压机2.7、气体 流量计2.6、气量调节阀2.5、与曝气头2.3；生物吸附反应器2通过二 沉池连接管2.4与二沉池3连接；二沉池3通过污泥回流泵2.2与生物吸 附反应器2进水管相连接；二沉池3出水管与中间水箱4连接；中间水箱 4设有溢流管4.1和放空管4.2；中间水箱4通过SBR进水泵5.1与SBR反应 器5进水管相连接；SBR反应器5设有曝气头5.4、搅拌器5.5、排泥阀5 .3和排水阀5.6。

试验采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，具体水质如下：CO D浓度为110-230mg/L；NH+ 4-N浓度为63-94mg/L，NO- 2-N≤0.5mg /L，NO- 3-N ≤0.5mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有 机玻璃制成，生物吸附反应器有效体积为16L，均分为2个格室；SBR反 应器有效容积为12L。

具体运行操作如下：

1）启动系统：接种城市污水厂活性污泥投加至生物吸附反应器2，使 污泥浓度达到2500mg/L；将短程硝化污泥与厌氧氨氧化污泥混合后投 加至SBR反应器5，使好氧氨氧化速率与厌氧氨氧化速率比值为0.8:1- 1.2:1，且使污泥浓度达到5000mg/L；同时向SBR反应器5投加粉末活性 炭500mg/L；

2）运行时调节操作如下：

2.1）生物吸附反应器2污泥回流比控制在50%；好氧区溶解氧浓度控制 在0.5-2.0mg/L；该反应器2的水力停留时间HRT控制在60min；污泥龄 控制在2-3天；

2.2）SBR反应器5运行方式为，首先进水同时搅拌10min，而后为低氧 搅拌15min与缺氧搅拌90min交替，在第一次低氧搅拌时调 整曝气量使溶解氧浓度为为0.15-0.3mg/L，而后低氧搅拌时保持曝气 量不变；当低氧搅拌时溶解氧浓度上升至0.5mg/L时结束曝气；最后再 缺氧搅拌90min，然后静止沉淀30min，最后通过排水阀排水；

2.3）SBR反应器5，若缺氧搅拌结束时亚硝酸氧氮浓度>0.5mg/L，增加 缺氧搅拌时间，直至亚硝酸氧氮浓度<0.5mg/L。

试验结果表明：运行稳定后，生物吸附反应器出水COD浓度为40-60mg /L, NH+ 4-N浓度45-78mg/L，NO- 2-N浓度为0.1-3.0mg/L, NO-  3-N浓度0.1-1.5mg/L；短程硝化厌氧氨氧化反应器出水COD浓度为35- 65mg/L, NH+ 4-N浓度1-11mg/L，NO- 2-N浓度为0-1.5mg/L, NO-  3-N浓度1.0-6.5mg/L，TN低于15mg/L。