半短程硝化?厭氧氨氧化多級A/O自養脫氮裝置與方法與流程

本發明涉及缺氧前置的方法，實現半短程硝化-厭氧氨氧化多級A/O自養脫氮裝置的穩定運行，屬于污水生物處理技術領域。

背景技術：

隨著城市化進程的不斷加快和環境保護要求的逐漸提高,城市污水處理廠數量越來越多,污水處理總量也越來越多。傳統的城市污水脫氮工藝主要為是硝化-反硝化脫氮，該工藝在好氧曝氣環節消耗了大量的能量，屬于高能耗的污水處理工藝，污水處理費用較高。由于城市污水一般碳氮比較低，難以滿足反硝化過程碳源需求，需投加甲醇等外碳源提高系統總氮(TN)去除率，而外碳源的投加則進一步提高了脫氮系統的運行費用。這樣不但增加了額外設施和處理成本，還可能會造成出水的COD升高，難以保證低碳源廢水脫氮效率。因此，如何降低成本和提高總氮去除率成為處理低碳源污水所面臨的主要問題。

近年來，厭氧氨氧化細菌的發現給污水處理工藝的發展帶來了新的契機，使低能耗、可持續的污水處理技術成為可能，在實踐應用方面也取得了相當的進展。但該工藝主要應用于高溫高氨氮廢水的處理，對于都低氨氮廢水的應用還處于實驗研究階段。主要是因為低氨氮廢水處理工藝中難以維持穩定的短程硝化，且城市污水水質波動較大難以實現穩定的厭氧氨氧化工藝。因此，本專利提出一種基于半短程硝化-厭氧氨氧化的多級A/O自養脫氮工藝。半短程硝化-厭氧氨氧化城市污水自養脫氮技術集亞硝酸化與厭氧氨氧化于一體，即氨氧化菌(AOB)先將一部分氨氮氧化為亞硝態氮，這部分亞硝態氮再與剩余的氨氮進行后續的厭氧氨氧化反應。由于半短程硝化只需將部分氨氮氧化為亞硝態氮，出水氨氮較短程硝化高，保證了AOB的活性優勢，利于淘洗和抑制NOB活性。且由于AOB和Anammox菌都是自養菌，且該工藝只需將約50％的氨氮氧化成亞硝酸鹽，與傳統的硝化-反硝化工藝相比，半短程硝化-厭氧氨氧化城市污水一體化自養脫氮技術具有節省50％的氧耗和100％的外加碳源，且污泥產量少的優點。另外，由于厭氧氨氧化反應無需有機物，可使污水中有機物盡可能多的用于厭氧發酵產甲烷，從而大大提高了城市污水的能量回收率。

技術實現要素：

本發明的目的是通過采用半短程硝化-厭氧氨氧化多級A/O自養脫氮的裝置，解決傳統硝化反硝化碳源不足，出水狀況差，能耗高等問題。

半短程硝化-厭氧氨氧化多級A/O自養脫氮的裝置，包括順序連接的生活污水原水箱(1)、多級A/O反應器(2)和沉淀池(3)；所述城市污水原水箱(1)設有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通過進水泵(1.3)進入多級A/O反應器(2)；多級A/O反應器(2)由缺氧區、好氧區、厭氧氨氧化反應區組成，沿水流方向上下交替設置過流孔連接各個區室，缺氧區采用缺氧攪拌，好氧區采用持續連續曝氣，厭氧氨氧化反應區投放固定于支架上的附著厭氧氨氧化菌的海綿填料；缺氧區和好氧區均設有攪拌器(5)、空壓機(2.12)、氣量調節閥(2.13)和曝氣頭(2.14)；多級A/O反應器(2)通過沉池連接管(3.1)與沉淀池(3)連接；沉淀池(3)通過污泥回流泵(3.2)與多級A/O反應器(3)的缺氧區相連；其中填料為邊長1.5-2.5cm的立方體海綿塊均勻分掛在支架上；其中缺氧區、好氧區和厭氧氨氧化反應區均設溶氧儀在線監測溶解氧濃度。

應用所述裝置處理生活污水的方法，包括如下步驟：

1)接種污泥和啟動階段：多級A/O反應器中缺氧區和好氧區接種短程硝化污泥，污泥濃度在3-4g/L；缺氧區投放掛有附著厭氧氨氧化菌的海綿填料的支架，填料的填充比為15％-20％；設置污泥回流，回流比100％，將二沉池污泥回流至缺氧區，利用原水中碳源降解回流污泥中所含的由Anammox產生的硝態氮，同時完成內碳源儲存，進行后續內源反硝化；在1-5天反應器進水為稀釋50％的實際生活污水，隨后每隔5天呈梯度升高15％的實際生活污水，最后直至進水全部為實際生活污水；

2)穩定運行階段：生活污水進入缺氧區利用反硝化作用去除回流污泥中硝態氮，同時儲存內碳源，隨后進入好氧區進行半短程硝化作用，在后續厭氧氨氧化過程中，生成的亞硝酸鹽與剩余氨氮進行厭氧氨氧化反應生成氮氣，出水進入沉淀池，污泥回流至缺氧區；調整好曝氣閥，控制好氧區的溶解氧濃度在0.4-0.6mg/L之間保證出水NH₄⁺-N∶NO₂^--N＝1∶1～1∶1.3，水力停留時間為9.6h。

3)負荷沖擊階段：若進水COD高于220mg/L，增加缺氧區體積；相反，若進水COD低于130mg/L，增加好氧區體積。若反應出水氨氮濃度高于5mg/L，增加好氧區體積；相反，若氨氮濃度低于1mg/L，增加缺氧區體積；保證出水NH₄⁺-N∶NO₂^--N＝1∶1～1∶1.3。

本發明所提供的利用前置反硝化的方式運行城市污水半短程-厭氧氨氧化多級A/O自養脫氮裝置，通過監測進水氨氮濃度及COD濃度，靈活調節缺氧/好氧水力停留時間，使半短程硝化-厭氧氨氧化多級A/O自養脫氮的裝置實現了自養脫氮的效果。

本發明專利具有以下優勢：

1)該反應主要為自養脫氮反應，不需要外加碳源，且只需將部分氨氮氧化為亞硝，具有節能降耗的優點。

2)相比于短程硝化，半短程硝化只需將部分氨氮氧化為亞硝，出水氨氮較高，保證了AOB的活性優勢，利于淘洗和抑制NOB活性。

3)前置反硝化降低了出水中硝態氮濃度，改善了出水水質。且前置缺氧區利于異養菌將原水中的碳源儲存為內碳源，在后續厭氧氨氧化過程中進行內源反硝化，將厭氧氨氧化菌產生的硝態氮還原為氮氣，進一步降低出水TN濃度。

4)內源反硝化中亞硝反硝化速度較外源反硝化慢，利于出現反硝化過程中亞硝積累，為厭氧氨氧化菌進一步提供基質，利于厭氧氨氧化菌的富集。

5)本裝置和方法可根據進水水質靈活調節缺氧/好氧水力停留時間，抗沖擊負荷能力強，穩定性好。

綜上所述，本發明具有操作簡單，運行穩定，出水效果好的優點。

附圖說明

圖1是本發明所用實驗裝置改為反硝化前置運行方式示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。

實施例1

實驗采用北京工業大學家屬區生活除碳污水作為原水，具體水質如下：COD濃度為130-260mg/L；NH₄⁺-N濃度55-90mg/L，NO₂^--N≤0.5mg/L，NO₃^--N≤0.5mg/L。

具體運行操作如下：

取城市污水一體化自養脫氮反應器中污泥做半短程硝化-厭氧氨氧化的實驗。多級A/O除氮反應器中第1、2、3格為缺氧區，溶解氧濃度小于0.05mg/L，缺氧攪拌的攪拌速度為40r/min，以達到既保證污泥混合均勻，又不至影響反應器中污泥聚集形態的目的；第4、5、6格為好氧區，溶解氧為0.9-1.2mg/L；第7、8、9、10格為厭氧氨氧化反應區，放入填料。

1)接種污泥和啟動階段：多級A/O反應器中前置缺氧區和好氧區接種短程硝化污泥，污泥濃度在3-4g/L；缺氧區投放掛有附著厭氧氨氧化菌的海綿填料的支架，填料的填充比為15％-20％；設置污泥回流，回流比100％，將二沉池污泥回流至前置缺氧區，利用原水中碳源降解回流污泥中所含的由Anammox產生的硝態氮，同時完成內碳源儲存，進行后續內源反硝化。在1-5天反應器進水為稀釋50％的實際生活污水，以防止接種污泥中AOB活性較低影響半短程硝化出水中亞硝態氮與氨氮的比值，隨后在AOB活性恢復后，每隔5天呈梯度升高15％的實際生活污水，直至進水全部為實際生活污水。

2)穩定運行階段：生活污水進入缺氧區利用反硝化作用去除回流污泥中硝態氮，同時儲存內碳源，隨后進入好氧區進行半短程硝化作用，NH₄⁺-N∶NO₂^--N＝1∶1～1∶1.3，在后續厭氧氨氧化過程中，生成的亞硝酸鹽與剩余氨氮進行厭氧氨氧化反應生成氮氣，出水進入沉淀池，污泥回流至缺氧區。調整好曝氣閥，控制好氧區的溶解氧濃度在0.4-0.6mg/L之間，水力停留時間為9.6h。

3)進出水波動階段：當反應器運行穩定后，若進水COD高于220mg/L，則可以增加缺氧區體積；相反，若進水COD低于130mg/L，則可以增加好氧區體積。若反應出水氨氮濃度高于5mg/L，則可以增加好氧區體積；相反，若氨氮濃度低于1mg/L，則可以適當增加缺氧區體積。

實驗結果表明：進水為平均碳氮比為3.3的生活污水，反應器穩定運行后，出水的TN<15mg/L、COD<45mg/L。多級A/O反應器的出水中氨氮為在1.0mg/L到5.0mg/L之間，亞硝態氮為在0.20mg/L到3.45mg/L之間，硝態氮為在0.50mg/L到5.60mg/L之間，COD為在35mg/L到45mg/L之間，平均總氮去除率高達75.5％。多級A/O系統污泥濃度MLSS穩定維持在3000mg/L～3500mg/L之間，SVI穩定在90-105之間。