一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置与方法

摘要

一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置与方法属于污水处理领域。城市污水与含有NO

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的工艺技术，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

当前，我国污水处理厂主要采用传统的硝化反硝化生物脱氮工艺，然而，由于生物反硝化需要有机物提供电子供体，大部分污水处理厂普遍面临一个难题是原水有机碳源不足、C/N比偏低，导致脱氮效果差，出水中往往含有大量的硝酸盐氮。为解决上述困难，污水处理厂往往将二级出水引入反硝化滤池单元中，通过外加碳源(如甲醇等)的方式，以强化传统污水处理工艺的脱氮效果，从而使出水达到国家一级A排放标准，但这一方面增加了污水处理成本，另一方面会增加污水处理厂剩余污泥的产量。

上世纪90年代由荷兰Delft大学发现的厌氧氨氧化自养脱氮技术在缺氧条件下能将NH₄⁺-N和NO₂^--N转化为N₂，其具有无需好氧曝气和有机碳源、氮素去除负荷高等优点，是迄今为止最高效节能的脱氮技术。然而该技术目前还难以广泛应用，主要瓶颈是稳定的获取厌氧氨氧化的反应底物亚硝酸盐氮。

短程反硝化是指将反硝化过程中NO₃^--N为NO₂^--N。本课题组在前期实验中利用SBR反应器首次实现了高NO₂^--N积累的短程反硝化，并证实了其在长期运行过程中的稳定维持。因此，对于含有过量NO₃^--N的二级出水，可以将其通过短程反硝化转化为NO₂^--N，再与含NH₄⁺-N废水混合(如城市污水)，通过厌氧氨氧化工艺进行去除，从而在实现WWTPs二级出水深度脱氮的同时，对城市污水进行了处理，大大降低污水处理费用。

发明内容

本发明提出了一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置和方法，具体是将含有NO₃^--N的城市污水处理厂二级出水与城市污水同步进入短程反硝化反应器，利用城市污水中有机物和一定量的外碳源将NO₃^--N转化为NO₂^--N，含有NH₄⁺-N和NO₂^--N的出水与少量的城市污水同步进入厌氧氨氧化反应器进行去除，并且利用城市污水中有机物将厌氧氨氧化过程产生的NO₃^--N原位去除，从而实现同步深度处理城市污水处理厂二级出水和城市污水的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1.一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置，其特征在于，包括二级出水储备箱1、外碳源储备箱2、短程反硝化USB反应器3、城市污水储备箱4、中间水箱5和厌氧氨氧化UASB反应器6；短程反硝化USB反应器3设有第一放空管3.1、第一进水口3.2、第二进水口3.3、第一取样口3.4、三相分离器3.5和第一出水口3.6；厌氧氨氧化UASB反应器6设有第二放空管6.1、第三进水口6.2、第二取样口6.3、三相分离器6.4、排气口6.5、集齐袋6.6和第二出水口6.7；

短程反硝化USB反应器3第一进水口3.2通过第一进水泵1.1与二级出水储备箱1相连，通过碳源投加泵2.1与外碳源储备箱2相连；短程反硝化USB反应器3第二进水口3.3通过第二进水泵4.1与城市污水储备箱4相连；中间水箱5与短程反硝化USB反应器3第一出水口3.6相连，通过第三进水泵5.2与厌氧氨氧化UASB反应器6第三进水口6.2相连；城市污水储备箱4通过第四进水泵4.3与厌氧氨氧化UASB反应器相连。

2.一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的方法，其特征在于，包括以下过程：

1)短程反硝化USB反应器中接种短程反硝化颗粒污泥，使接种后混合液污泥浓度MLSS为4～15g/L；厌氧氨氧化UASB反应器中接种厌氧氨氧化颗粒污泥，控制混合液污泥浓度MLSS为8～30g/L；

2)将含有NO₃^--N的城市污水处理厂二级出水、外碳源和城市污水同时泵入短程反硝化USB反应器，控制水力停留时间HRT为3～20min，污泥龄SRT为3～15天；

3)将中间水箱中短程反硝化USB反应器出水与城市污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器，出水直接排出。

步骤1)接种的短程反硝化颗粒污泥在NO₃^--N反硝化过程中亚硝酸盐氮的积累率大于70％，污泥体积指数SVI小于100mL/gMLSS；

步骤2)短程反硝化USB反应器进水后COD与NO₃^--N的质量浓度比为1.0～3.5，进水中NO₃^--N与NH₄⁺-N的质量浓度比1.5～3.0；

步骤2)中短程反硝化USB反应器出水NO₃^--N浓度大于5mgN/L时，提高水力停留时间HRT或提高碳源投加泵流量以增加碳源投加量；

步骤3)厌氧氨氧化UASB反应器进水中NO_X^--N(NO₂^--N+NO₃^--N)与NH₄⁺-N的质量浓度比控制在1.3～1.8；

步骤3)厌氧氨氧化UASB反应器中反硝化去除总氮的质量百分比大于40％时，减少第四进水泵流速以降低城市污水进入厌氧氨氧化UASB反应器的流量，同时提高第一进水泵流速以增加城市污水进入短程反硝化USB反应器的流量，直至反硝化去除总氮的质量百分比小于40％。

本发明提供的一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置与方法，具有以下优势和特点：

1)相比传统的完全反硝化对含NO₃^--N的二级出水处理，大大减少外碳源的耗量，同时大大降低污泥的产量；

2)同步实现了对城市污水的处理，无需好氧曝气，减少了污水处理厂的曝气能耗及后续处理费用；

3)升级改造简单，只需在主流反应器旁增加短程反硝化USB反应器和厌氧氨氧化UASB反应器，其占地面积小；

4)工艺氮素去除率高，出水总氮能控制在5mg/L以下，并且短程反硝化和厌氧氨氧化反应速率大，从而氮负荷高，处理水量大；

5)风险程度低，即使短程反硝化效果差，甚至转化为完全反硝化，通过降低城市污水的进水量，也能实现较好的脱氮效率。

附图说明

图1是一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种城市污水处理厂侧流同步深度处理二级出水与城市污水的装置，包括二级出水储备箱1、外碳源储备箱2、短程反硝化USB反应器3、城市污水储备箱4、中间水箱5和厌氧氨氧化UASB反应器6；短程反硝化USB反应器3设有第一放空管3.1、第一进水口3.2、第二进水口3.3、第一取样口3.4、三相分离器3.5和第一出水口3.6；厌氧氨氧化UASB反应器6设有第二放空管6.1、第三进水口6.2、第二取样口6.3、三相分离器6.4、排气口6.5、集齐袋6.6和第二出水口6.7；

短程反硝化USB反应器3第一进水口3.2通过第一进水泵1.1与二级出水储备箱1相连，通过碳源投加泵2.1与外碳源储备箱2相连；短程反硝化USB反应器3第二进水口3.3通过第二进水泵4.1与城市污水储备箱4相连；中间水箱5与短程反硝化USB反应器3第一出水口3.6相连，通过第三进水泵5.2与厌氧氨氧化UASB反应器6第三进水口6.2相连；城市污水储备箱4通过第四进水泵4.3与厌氧氨氧化UASB反应器相连。

本实施例中具体试验用水为：模拟城市污水处理厂二级出水(NO₃^--N＝20mg/L)和实际城市污水(COD＝140～220mg/L,NH₄⁺-N＝50～70mg/L)。试验外碳源储备箱中有机物为乙酸钠，试验短程反硝化USB反应器有效容积为2.0L,厌氧氨氧化UASB反应器有效容积为4.0L。

具体操作过程如下：

1)接种短程反硝化颗粒污泥于USB反应器，该污泥在NO₃^--N反硝化过程中NO₂^--N的平均积累率为90％，污泥体积指数SVI为62mL/gMLSS的，接种后USB反应器混合液污泥浓度MLSS为5.8g/L，接种厌氧氨氧化颗粒污泥于UASB反应器，接种后混合液污泥浓度MLSS为12.0g/L；

2)将城市污水处理厂二级出水、外碳源和城市污水同时泵入短程反硝化USB反应器，其流量分别为20L/h，1.0g/h和4L/h，控制短程反硝化USB反应器污泥龄SRT为8天；

3)将中间水箱中短程反硝化USB反应器出水与城市污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器，其流量分别为24L/h和0.5L/h，出水直接排出。

连续试验结果表明：

在城市污水处理厂二级出水NO₃^--N浓度为20mg/L、实际生活污水NH₄⁺-N浓度为50～70mg/L时，稳定运行3个月的结果表明：短程反硝化US(2L)联合厌氧氨氧化UASB(4L)工艺每天可以处理480L污水处理厂二级出水和108L实际城市污水，出水NH₄⁺-N平均浓度小于3.0mg/L，NO₃^--N平均浓度小于1.0mg/L，总氮(TN)平均浓度小于5.0mg/L，达到深度脱氮的目的。