基于短程反硝化-厌氧氨氧化的两段式组合工艺处理城市生活污水的装置与方法

技术领域

本发明所涉及基于短程反硝化-厌氧氨氧化的两段式组合工艺处理城市生活污水的装置与方法，属污水生物处理领域，适用于低C/N比城市生活污水深度脱氮。

背景技术

在城市生活污水处理的过程中，硝化-反硝化技术是现如今污水处理厂中常用的技术，但由于城市生活污水中的碳氮比较低，硝化-反硝化需要的碳源较多，导致脱氮效率不高，因此往往需要额外投加碳源，不符合可持续发展的要求。

近年来厌氧氨氧化工艺因其节能特性受到广泛关注，该反应是以亚硝酸盐作为电子受体将氨氮氧化为氮气进行脱氮，同时产生11％硝态氮的反应。该反应在厌氧条件下进行，无需碳源，符合可持续发展的要求。但厌氧氨氧化反应应用于城市生活污水脱氮仍存在难点，比如厌氧氨氧化菌生长缓慢、世代周期长，对环境较敏感；亚硝酸盐提供不稳定；同时厌氧氨氧化反应会产生少量硝态氮，难以实现污水深度脱氮等。

短程硝化或短程反硝化均可以作为产生亚硝酸盐的途径，因此二者通常用于与厌氧氨氧化反应结合。如果将厌氧氨氧化与短程硝化相结合，虽然可以节省碳源投加和曝气量，但仍会产生约11％的硝态氮且需要在工艺前增加碳捕获预处理来帮助除去有机物；控制复杂，难以稳定淘洗/抑制NOB。而如果将厌氧氨氧化与短程反硝化相结合，在节省碳源投加的同时，可进一步通过反硝化去除厌氧氨氧化产生的硝态氮，理论上可实现100％脱氮；使亚硝态氮供给更加稳定。

因此本发明开发了基于短程反硝化-厌氧氨氧化反应的两段式脱氮工艺，能够实现生活污水中有机物的高效利用的同时提高了系统的脱氮性能；此外具有能耗小，处理成本低的优势。

发明内容

本发明提供的是一种基于短程反硝化-厌氧氨氧化的两段式组合工艺处理城市生活污水的装置与方法，目的是解决传统污水处理工艺中碳源不足的问题，同时提高脱氮率。

基于短程反硝化-厌氧氨氧化的两段式组合工艺处理城市生活污水的装置，其特征在于：

设有原水箱(1)、SBBR(2)、中间水箱(3)和UASB(4)、出水箱(5)；原水箱(1)设有进水泵Ⅰ(1.1)和进水泵Ⅱ(1.2)；SBBR(2)设有搅拌装置(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气泵(2.3)、曝气盘(2.4)、pH探头(2.5)、DO探头(2.6)、填料架(2.7)、填料(2.8)、排水阀(2.9)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅲ(3.1)；UASB反应器(4)设有pH探头(4.1)、DO探头(4.2)、进水口(4.3)、集气口(4.4)和出水口(4.5)；

所述原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与SBBR(2)进水口相连，通过进水泵Ⅱ(1.2)与UASB(4)进水口(4.4)相连；SBBR(2)通过排水阀(2.9)与中间水箱(3)相连；UASB(4)进水口(4.3)通过进水泵Ⅲ(3.1)与中间水箱(3)相连；UASB(4)通过出水口(4.5)与出水桶(5)相连。

应用所述装置进行基于短程反硝化-厌氧氨氧化的两段式组合工艺处理城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)SBBR启动：

1.1)短程反硝化-硝化反应启动：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入SBBR(2)，污泥浓度为2500-4000mg/L；以人工废水作为进水，人工废水中NH

1.2)厌氧氨氧化反应启动：在SBBR(2)内接种附着在填料(2.7)上的厌氧氨氧化细菌；填料(2.7)填充比为SBBR的20％-30％；同时延长搅拌时间，使SBBR反应器(2)按照进水5-10min，搅拌140-220min，曝气60-80min，沉淀20-30min，出水5-10min，闲置10min的方式运行，每天运行4-6个周期，曝气时DO保持在0.3-0.5mg/L，pH值维持在6.5-8.5；当SBBR中搅拌结束后氨氮浓度相较于搅拌开始时氨氮浓度下降5-10mg/L，同时硝态氮浓度降低至1mg/L以下，且剩余氨氮在曝气阶段结束后的氨氧化率达90％以上即硝态氮浓度10-20mg/L时，认为启动成功；

2)UASB启动:在启动SBBR的同时，启动UASB(4)；在UASB(4)中接种污泥为长期运行的短程反硝化-厌氧氨氧化反应器中的污泥，接种后的污泥浓度2000-3000mg/L；UASB(4)进水分为两部分，一部分为SBBR(2)含硝态氮出水，另一部分为人工废水NH

3)SBBR-UASB运行：SBBR反应器(2)保持进水5-10min，搅拌140-220min，曝气60-80min，沉淀20-30min，出水5-10min，闲置10min的方式运行，每天运行4-6个周期；曝气时DO保持在0.3-0.5mg/L；UASB按照人工废水和SBBR含硝氮出水2:1-3:1的体积比连续进水运行，当出水中总氮降到5mg/L以下认为脱氮成功。

综上所述，基于短程反硝化-厌氧氨氧化的两段式组合工艺处理城市生活污水的装置和方法，其流程如下：人工废水由进水装置进入SBBR，在搅拌阶段发生反硝化和短程反硝化，消耗有机物，将上周期剩余硝态氮转化为大部分氮气和一部分亚硝态氮，然后产生的亚硝态氮和部分氨氮发生厌氧氨氧化反应；接着曝气阶段剩余氨氮在硝化细菌的作用下转化为硝态氮，并排到中间水箱作为UASB的部分进水；人工废水和SBBR含硝氮出水按比例进入UASB，发生短程反硝化消耗掉部分有机物并将硝氮转化为亚硝态氮，然后通过厌氧氨氧化反应除掉亚硝态氮和氨氮，其中产生的硝氮可以再通过短程反硝化来转化为亚硝，继而为厌氧氨氧化提供底物。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)充分利用水中的有机物作为碳源，将硝氮转化为亚硝为厌氧氨氧化提供底物；

(2)通过短程反硝化将厌氧氨氧化的副产物有效利用，提高脱氮效率；

(3)全程硝化加短程反硝化的方式提供亚硝态氮底物，使系统更加稳定。

附图说明

图1为本发明的装置结构图：

图中设有原水箱(1)、SBBR(2)、中间水箱(3)和UASB(4)、出水箱(5)；原水箱(1)设有进水泵Ⅰ(1.1)和进水泵Ⅱ(1.2)；SBBR(2)设有搅拌装置(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气泵(2.3)、曝气盘(2.4)、pH探头(2.5)、DO探头(2.6)、填料架(2.7)、填料(2.8)、排水阀(2.9)；中间水箱(3)设有进水泵Ⅲ(3.1)；UASB反应器(4)设有pH探头(4.1)、DO探头(4.2)、进水口(4.3)、集气口(4.4)和出水口(4.5)；

所述原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与SBBR(2)进水口相连，通过进水泵Ⅱ(1.2)与UASB(4)进水口(4.4)相连；SBBR(2)通过排水阀(2.9)与中间水箱(3)相连；UASB(4)进水口(4.3)通过进水泵Ⅲ(3.1)与中间水箱(3)相连；UASB(4)通过出水口(4.5)与出水桶(5)相连。

具体实施方式：

参照图1所示的试验装置，按照如下步骤实施：

1)SBBR启动：1.1)短程反硝化-硝化反应启动：以实际城市污水处理厂的全程硝化污泥作为接种污泥注入SBBR(2)，污泥浓度为3000mg/L；以人工废水作为进水，人工废水中NH

1.2)厌氧氨氧化反应启动：在SBBR(2)内接种附着在填料(2.7)上的厌氧氨氧化细菌；填料(2.7)填充比为SBBR的20％；同时延长搅拌和曝气的时间，使SBBR反应器(2)按照进水5min，搅拌220min，曝气80min，沉淀30min，出水5min，闲置40min的方式运行，每天运行4个周期；曝气时DO保持在0.3mg/L，pH值维持在6.5-8.5；当SBBR中搅拌结束后出现相较于搅拌开始时氨氮浓度下降5-10mg/L，硝态氮全部去除的现象，且曝气阶段结束后剩余氨氮氨氧化率达90％以上即硝态氮浓度达到20-25mg/L；

2)UASB启动:在启动SBBR的同时，启动UASB(4)；在UASB(4)中接种污泥为长期运行的短程反硝化-厌氧氨氧化反应器中的污泥，接种后的污泥浓度2000mg/L；UASB(4)进水分为两部分，一部分为SBBR(2)含硝态氮的出水，另一部分为人工废水，人工废水中NH

3)SBBR-UASB运行：SBBR反应器(2)保持进水5min，搅拌220min，曝气80min，曝气时DO保持在0.3mg/L，沉淀30min，出水5min，闲置10min的方式运行，每天运行4个周期；UASB按照人工废水和SBBR含硝氮出水3:1的体积比连续进水运行，当出水中总氮由40mg/L-50mg/L降到5mg/L以下，实现了城市生活废水成功脱氮。