專利名稱：強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮方法
技術領域：
本發明涉及一種強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮方法，屬于污水生物處理技術領域。
背景技術：
城市污水中有機物不僅僅是污染物，還可以被看做能量的載體，因為可以通過厭氧發酵產甲烷，將水中的有機物轉變為能源物質甲烷。現在城市污水廠應用的傳統硝化反硝化生物脫氮工藝，需要利用污水中有機物作為反硝化碳源進行生物脫氮，因此就使得污水中用于產甲烷的有機物量降低。厭氧氨氧化菌的發現使得污水生物脫氮無需有機物，使得污水中有機物盡可能多的用于厭氧發酵產甲烷，從而可以提高城市污水中能量回收率。目前厭氧氨氧化技術的研究與應用主要集中在高氨氮廢水處理，而將其應用于城市污水處理的比較少。普通推流式城市污水脫氮系統中，水質水溫波動引起反應速率或反應器時間變化，而系統的水力停留時間一定，因此可能會出現反應已經結束仍繼續曝氣的情況而導致能量的浪費，或反應不充分而導致出水水質惡化。SBR反應器在系統容積一定時，可通過調整運行時間來控制反應進程，因此可以有效避免過曝氣，同時可以穩定出水水質。
發明內容
本發明的目的就是針對現有城市污水處理能耗高、出水穩定性差的問題，提出了一種強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮方法和裝置，該方法和裝置首先將污水中的有機物通過生物吸附作用富集至污泥，再將該污泥厭氧發酵產甲烷提高污水中能量回收率；而后污水通過短程硝化厭氧氨氧化進行自養脫氮。本發明的目的是通過以下解決方案來解決的強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮裝置，其特征在于設有城市污水原水箱1、生物吸附反應器2、二沉池3、中間水箱4、SBR反應器5 ;城市污水原水箱I設有溢流管1.1和放空管1. 2 ;城市污水原水箱I通過進水泵2.1與生物吸附反應器2進水管相連接；生物吸附反應器2為分為數個格室，按照水流方向上下交錯設置過流孔連接各個格室，設有空壓機2. 7、氣體流量計2. 6、氣量調節閥2. 5、與曝氣頭2. 3 ;生物吸附反應器2通過二沉池連接管2. 4與二沉池3連接；二沉池3通過污泥回流泵2. 2與生物吸附反應器2進水管相連接；二沉池3出水管與中間水箱4連接；中間水箱4設有溢流管4.1和放空管4. 2 ;中間水箱4通過SBR進水泵5.1與SBR反應器5進水管相連接；SBR反應器5設有曝氣頭5. 4、攪拌器5. 5、排泥閥5. 3和排水閥 5. 6。城市污水在此裝置中的處理流程為 城市污水與二沉池回流污泥一起進入生物吸附反應器，通過活性污泥吸附作用將水中的有機物吸附至活性污泥，從而達到將水中有機物富集至污泥中的目的；生物吸附反應器出水進入中間水箱進行水質水量調節；中間水箱的污水通過SBR反應器進水泵向SBR反應器進水，在進水期間利用污泥污水中殘余的有機物作為碳源，發生反硝化作用將SBR反應器中的硝態氮還原為氮氣；而后SBR反應器低氧運行，將部分氨氮轉化為N0_2-N，再以缺氧攪拌運行，通過厭氧氨氧化作用將氨氮和NCL2-N轉化為氮氣；隨后再次低氧/缺氧交替運行，重復以上作用；最終達到將氮從污水中脫除的目的。強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮方法的具體啟動與調控步驟如下I)啟動系統接種城市污水廠活性污泥投加至生物吸附反應器2，使污泥濃度達到1500-4000mg/L ;將短程硝化污泥與厭氧氨氧化污泥混合后投加至SBR反應器5，使好氧氨氧化速率與厭氧氨氧化速率比值為O. 8:1-1. 2:1,且使污泥濃度達到3000-6000mg/L ;同時向SBR反應器5投加粉末活性炭500-2000mg/L ；2)運行時調節操作如下2.1)生物吸附反應器2污泥回流比控制在50-100% ;好氧區溶解氧濃度控制在
O.5-2. Omg/L ;該反應器2的水力停留時間HRT控制在20_60min ;污泥齡控制在1_3天；2. 2) SBR反應器5運行方式為，首先進水同時攪拌10_30min，而后為低氧攪拌15-30min與缺氧攪拌10_90min交替，在第一次低氧攪拌時調整曝氣量使溶解氧濃度為為
O.15-0. 3mg/L，而后低氧攪拌時保持曝氣量不變；當低氧攪拌時溶解氧濃度上升至O. 5mg/L時結束曝氣；最后再缺氧攪拌10-90min,然后靜止沉淀5_60min,最后通過排水閥排水；2. 3)SBR反應器5，若缺氧攪拌結束時亞硝酸氧氮濃度>0. 5mg/L，增加缺氧攪拌時間，直至亞硝酸氧氮濃度〈O. 5mg/Lo
本發明強化污水中能量回收的城市污水自養脫氮方法，與現有傳統生物脫氮工藝相比具有以下優勢I)通過污泥吸附作用將污水中有機物富集，盡可能低利用污水中的有機物產生能源物質甲烷，從而提高污水中能量的回收率。2)低氧短程硝化與厭氧氨氧化多次交替運行，降低反應器中亞硝酸鹽濃度，從而避免了厭氧氨氧化菌活性受到抑制。3)低氧短程硝化可以實現曝氣量的降低，從而降低污水廠能耗。4)短程硝化厭氧氨氧化自養脫氮以無機碳做為碳源，同時厭氧氨氧化菌代謝過程中無N2O生成，因此本工藝溫室氣體排放少。
圖1為本發明強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮裝置的結構示意圖。圖中I為城市污水原水箱、2為生物吸附反應器、3為二沉池、4為中間水箱、5為SBR反應器；1.1為溢流管，1. 2為放空管；2.1為生物吸附反應器進水泵，2. 2為生物吸附反應器回流污泥泵，2. 3為曝氣頭，2. 4為二沉池連接管，2. 5為氣量調節閥，2. 6為氣體流量計，2. 7為空壓機；3.1為生物吸附反應器回流污泥管閥門，3. 2為排泥管閥門；4.1為溢流管，4. 2為放空管；5.1為SBR進水泵，5. 2為SBR反應器進水管閥門，5. 3為排泥管閥，5. 4為曝氣頭，5. 5為攪拌器,5. 6為排水閥。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明如圖1所示強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮裝置設有城市污水原水箱1、生物吸附反應器2、二沉池3、中間水箱4、SBR反應器5 ;城市污水原水箱I設有溢流管1.1和放空管1. 2 ;城市污水原水箱I通過進水泵2.1與生物吸附反應器2進水管相連接；生物吸附反應器2為分為數個格室，按照水流方向上下交錯設置過流孔連接各個格室，設有空壓機2. 7、氣體流量計2. 6、氣量調節閥2. 5、與曝氣頭2. 3 ;生物吸附反應器2通過二沉池連接管2. 4與二沉池3連接；二沉池3通過污泥回流泵2. 2與生物吸附反應器2進水管相連接；二沉池3出水管與中間水箱4連接；中間水箱4設有溢流管4.1和放空管4. 2 ;中間水箱4通過SBR進水泵5.1與SBR反應器5進水管相連接；SBR反應器5設有曝氣頭5. 4、攪拌器5. 5、排泥閥5. 3和排水閥 5. 6。試驗采用北京工業大學家屬區生活污水作為原水，具體水質如下C0D濃度為110-230mg/L ；NH+ 4-N 濃度為 63_94mg/L，NO- 2-N 彡 O. 5mg/L, NO- 3_N < 0. 5mg/L。試驗系統如圖1所示，各反應器均采用有機玻璃制成，生物吸附反應器有效體積為16L，均分為2個格室；SBR反應器有效容積為12L。具體運行操作如下I)啟動系統接種城市污水廠活性污泥投加至生物吸附反應器2，使污泥濃度達到2500mg/L ;將短程硝化污泥與厭氧氨氧化污泥混合后投加至SBR反應器5，使好氧氨氧化速率與厭氧氨氧化速率比值為O. 8:1-1. 2:1，且使污泥濃度達到5000mg/L ;同時向SBR反應器5投加粉末活性炭500mg/L ；2)運行時調節操作如下2.1)生物吸附反應器2污泥回流比控制在50%;好氧區溶解氧濃度控制在
O.5-2. Om g/L ;該反應器2的水力停留時間HRT控制在60min ;污泥齡控制在2_3天；2. 2) SBR反應器5運行方式為，首先進水同時攪拌lOmin，而后為低氧攪拌15min與缺氧攪拌90min交替，在第一次低氧攪拌時調整曝氣量使溶解氧濃度為為O. 15-0. 3mg/L,而后低氧攪拌時保持曝氣量不變；當低氧攪拌時溶解氧濃度上升至O. 5mg/L時結束曝氣；最后再缺氧攪拌90min,然后靜止沉淀30min,最后通過排水閥排水；2. 3)SBR反應器5，若缺氧攪拌結束時亞硝酸氧氮濃度>0. 5mg/L,增加缺氧攪拌時間，直至亞硝酸氧氮濃度〈O. 5mg/Lo試驗結果表明運行穩定后，生物吸附反應器出水COD濃度為40_60mg/L，NH+4-N 濃度 45-78mg/L，NO- 2-N 濃度為 O. 1-3. Omg/L, NO- 3-N 濃度 O. 1-1. 5mg/L ;短程硝化厭氧氨氧化反應器出水COD濃度為35-65mg/L, NH+ 4_N濃度l-llmg/L，NO- 2_N濃度為0-1. 5mg/L, NO- 3-N 濃度1. 0-6. 5mg/L, TN 低于 15mg/L。
權利要求
1.一種強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮方法，其特征在于，應用如下裝置設有城市污水原水箱(I)、生物吸附反應器(2)、二沉池(3)、中間水箱(4)、SBR反應器(5);城市污水原水箱(I)設有溢流管(1.1)和放空管(1. 2);城市污水原水箱(I)通過進水泵(2.1)與生物吸附反應器(2)進水管相連接；生物吸附反應器(2)為分為數個格室，按照水流方向上下交錯設置過流孔連接各個格室，設有空壓機(2. 7)、氣體流量計(2. 6)、氣量調節閥(2. 5)、與曝氣頭(2. 3);生物吸附反應器(2)通過二沉池連接管(2. 4)與二沉池(3)連接；二沉池(3)通過污泥回流泵(2. 2)與生物吸附反應器(2)進水管相連接；二沉池(3)出水管與中間水箱(4)連接；中間水箱(4)設有溢流管(4.1)和放空管(4. 2)；中間水箱(4)通過SBR進水泵(5.1)與SBR反應器(5)進水管相連接；SBR反應器(5)設有曝氣頭(5. 4)、攪拌器(5. 5)、排泥閥(5. 3)和排水閥(5. 6)； 方法的步驟為 O啟動系統接種城市污水廠活性污泥投加至生物吸附反應器(2)，使污泥濃度達到1500-4000mg/L ;將短程硝化污泥與厭氧氨氧化污泥混合后投加至SBR反應器(5)，使好氧氨氧化速率與厭氧氨氧化速率比值為O. 8:1-1. 2:1,且使污泥濃度達到3000-6000mg/L ;同時向SBR反應器(5)投加粉末活性炭500-2000mg/L ； 2)運行時調節操作如下 · 2.1)生物吸附反應器(2)污泥回流比控制在50-100% ;好氧區溶解氧濃度控制在·O.5-2. Omg/L ;該反應器(2)的水力停留時間HRT控制在20_60min ;污泥齡控制在1_3天； ·2.2)SBR反應器(5)運行方式為，首先進水同時攪拌10-30min，而后為低氧攪拌15-30min與缺氧攪拌10_90min交替，在第一次低氧攪拌時調整曝氣量使溶解氧濃度為為O.15-0. 3mg/L，而后低氧攪拌時保持曝氣量不變；當低氧攪拌時溶解氧濃度上升至O. 5mg/L時結束曝氣；最后再缺氧攪拌10-90min,然后靜止沉淀5_60min,最后通過排水閥排水；· 2.3) SBR反應器(5)，若缺氧攪拌結束時亞硝酸氧氮濃度>0. 5mg/L，增加缺氧攪拌時間，直至亞硝酸氧氮濃度〈O. 5mg/Lo
全文摘要
強化能量回收的城市污水短程硝化+厭氧氨氧化脫氮方法屬于污水處理領域。城市污水首先進入生物吸附反應器，通過活性污泥吸附作用將水中的有機物吸附至活性污泥，而后經中間水箱調節水量后進入SBR反應器，通過低氧曝氣與缺氧攪拌交替運行，實現短程硝化厭氧氨氧化自養脫氮；從而提高污水處理能量回收率，降低污水處理運行能耗。
文檔編號C02F9/14GK103058461SQ20131000065
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月2日 優先權日2013年1月2日
發明者王淑瑩, 馬斌, 彭永臻, 李夕耀, 包鵬 申請人:北京工業大學