连续流AOA短程硝化与厌氧氨氧化耦合污泥发酵反硝化处理低碳氮比废水的装置与方法

技术领域

本发明涉及的连续流AOA短程硝化与厌氧氨氧化耦合污泥发酵反硝化处理低碳氮比废水的装置与方法，属于污水生物处理领域，适用于城市生活污水深度脱氮及污泥减量。

背景技术

随着社会进步以及人民生活水平的提高，人类活动产生的城市污水、工业废水等含氮磷废水越来越多，加剧了水体富营养化，严重危害了生态环境。传统的硝化反硝化工艺虽能有效去除污水中部分氮磷污染物，然而存在碳源不足、能耗高、脱氮效率低等问题，因此开发更高效节能的脱氮工艺是当今研究的方向。目前采用的新型工艺主要为短程硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化等，具有显著的优势和广泛的发展前景。此外，污水处理过程中会产生大量污泥，不经处理会对城市环境产生二次污染，目前采用的污泥处置方式多种多样，如污泥发酵、污泥堆肥、污泥消化等，由于城市生活污水碳源不足，因此利用污泥发酵后的产物作为原水碳源的方式具有很大的研究潜力。

传统硝化反硝化过程是指污水中的氨氮在好氧条件下被硝化菌转化为硝态氮，随后在缺氧条件下被反硝化菌转化为氮气从而去除的过程。短程硝化是指好氧环境中氨氮在亚硝化细菌(AOB)作用下被转化为亚硝氮而不进一步转化为硝氮的过程，此过程的优点是节约曝气量、产泥量少、节省能源，难点是亚硝氮的积累，通常采用间歇曝气或是投加羟胺抑制剂实现；厌氧氨氧化是指在缺氧条件下氨氮和亚硝态氮以一定比例被厌氧氨氧化菌转化为氮气同时产生少量的硝态氮的过程，此过程的优点是节省碳源、节约成本、产泥量少等，难点是厌氧氨氧化菌的持留问题和底物亚硝的来源问题，通常采用投加填料持留厌氧氨氧化菌，利用短程硝化或短程反硝化作用获取底物亚硝。

厌氧氨氧化过程产生的硝态氮有可能使出水硝氮含量不达标，可以通过投加一定量的有机物作为碳源耦合反硝化反应将生成的硝态氮进一步去除，提高出水水质。厌氧氨氧化与反硝化耦合具有诸多优势。首先反硝化过程消耗有机物产生CO

本发明通过将城市污水一部分泵入连续流AOA反应器的厌氧段，另一部分泵入连续流AOA反应器的缺氧段，并将污泥发酵产生的有机物回流至缺氧段，在好氧段发生短程硝化反应，缺氧段发生厌氧氨氧化耦合反硝化反应，在实现自身污泥减量的同时加强了低碳氮比城市污水深度脱氮，具有能耗低、资源利用率高、成本低的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续流AOA短程硝化与厌氧氨氧化耦合污泥发酵反硝化处理低碳氮比废水的装置与方法，具体是城市生活污水一部分进入连续流AOA反应器，厌氧段通过搅拌充分利用原水有机物储存内碳源，好氧段低氧曝气进行短程硝化使原水氨氮转化为亚硝态氮；另一部分的城市生活污水直接进入缺氧段与好氧段出水混合，在固定厌氧氨氧化生物膜的作用下生成氮气和部分硝氮，同时反应器产生的剩余污泥经发酵后回流至缺氧段为反硝化去除硝氮过程提供碳源，去除厌氧氨氧化反应产生的硝氮，实现污水深度脱氮。本发明的主要目的是解决污水处理工艺中碳源不足、效率低、能耗高的问题，同时进行深度脱氮。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

连续流AOA短程硝化与厌氧氨氧化耦合污泥发酵反硝化处理低碳氮比废水的装置与方法，其特征在于：包括顺序相连的城市生活污水原水箱(1)、连续流AOA反应器(3)、沉淀池(4)、污泥发酵罐(5)、储泥罐(6)，其曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统完成；

城市生活污水原水箱(1)设有原水水箱溢流管(1-1)和原水水箱放空阀(1-2)；一部分城市生活污水通过进水泵(2-1)进入连续流AOA反应器厌氧段(3-1)，另一部分城市生活污水通过超越进水泵(2-2)进入连续流AOA反应器缺氧段(3-3)；连续流AOA反应器(3)包括厌氧段(3-1)、好氧段(3-2)、缺氧段(3-3)；厌氧段(3-1)设有厌氧搅拌装置(3-4)；好氧段(3-2)设有曝气装置，包括气泵(3-6)、曝气管(3-7)、曝气头(3-8)、pH/DO测定仪(3-9)；缺氧段(3-3)设有缺氧搅拌装置(3-5)、固定厌氧氨氧化填料(3-10)；缺氧段(3-3)出水进入沉淀池(4)；沉淀池(4)池底污泥一部分通过污泥回流泵(4-1)回流至好氧段(3-1)，另一部分通过排泥泵(4-2)进入污泥发酵罐(5)，处理出水经出水管(4-3)排出；污泥发酵罐(5)内设有污泥搅拌装置(5-1)进行污泥厌氧发酵，外部设有保温层(5-3)，污泥发酵物经阀门(5-2)进入储泥罐(6)；储泥罐(6)设有储泥罐溢流管(6-2)和储泥罐放空阀(6-3)，存储的污泥发酵物经污泥泵(6-1)回流至连续流AOA反应器缺氧段(3-3)。

按照权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)工艺启动：

1.1)连续流AOA反应器：接种短程硝化絮体污泥于连续流AOA反应器(3)中，保持连续流AOA反应器(3)内的污泥浓度在2500-5000mg/L；进水为城市生活污水，COD：150-200mg/L，NH

1.2)污泥发酵：污泥发酵罐(5)污泥来源于连续流AOA反应器(3)产生的沉淀池(4)污泥，间歇运行，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，排泥比50％，其余时间为厌氧搅拌，污泥龄控制在30d；连续流AOA反应器(3)启动初期投加污水厂发酵污泥于储泥罐(6)，直接进入缺氧段(3-3)，发酵物回流比为50％-100％；每天定期测定连续流AOA反应器(3)内污泥浓度，当污泥浓度＞5000mg/L，停止向储泥罐(6)内外加污水厂发酵污泥，污泥间歇发酵连续投加装置启动成功；

2)启动后的工艺运行：

2.1)连续流AOA反应器：缺氧段(3-3)固定厌氧氨氧化填料(3-10)填充比为30％-80％，系统水力停留时间为8-15h，污泥回流比150％，好氧段(3-2)溶解氧浓度控制在1.0-2.0mg/L，污泥龄20d，污泥浓度在2500-5000mg/L，沉淀池(4)进入污泥发酵罐的排泥比为50-100％；进水水质：pH为7.1-7.9，COD浓度为150-200mg/L，NH

污泥发酵：污泥发酵罐(5)采用间歇运行方式，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，排泥比50％，其余时间为厌氧搅拌，污泥龄为30d；发酵物进入储泥罐(6)后经污泥泵(6-1)连续打入缺氧段(3-3)，运行过程中定期测定连续流AOA反应器(3)内污泥浓度，若污泥浓度≤5000mg/L，反应器不排泥，同时向储泥罐(6)投加污水厂发酵污泥补充污泥发酵物；若污泥浓度＞5000mg/L，则利用沉淀池剩余污泥发酵，发酵物回流比为50％-100％。

本发明提供的连续流AOA短程硝化与厌氧氨氧化耦合污泥发酵反硝化处理低碳氮比废水的装置与方法与传统硝化反硝化工艺相比，具有以下优点：

1)充分利用原水有机物以及自身剩余污泥发酵物作为碳源，通过反硝化作用去除了厌氧氨氧化反应的副产物，提高了系统的脱氮效率，改善了出水水质；

2)通过低氧曝气不仅有利于短程硝化的稳定维持，还能够节约曝气能耗，降低处理成本；

3)污泥发酵物通过设置中间储泥箱完成连续投加过程，反应器内碳源补充不间断，有利于反硝化反应以及微生物合成对碳源的利用。

附图说明

图1是连续流短程硝化-厌氧氨氧化耦合反硝化同时污泥发酵回流实现城市生活污水深度脱氮的方法的装置结构示意图：

图中：1—城市生活污水原水箱；1-1—原水水箱溢流管；1-2—原水水箱放空阀；2-1—进水泵；2-2—超越进水泵；3—连续流AOA反应器；3-1—厌氧段；3-2—好氧段；3-3—缺氧段；3-4—厌氧搅拌装置；3-5—缺氧搅拌装置；3-6—气泵；3-7—曝气管；3-8—曝气头；3-9—pH/DO测定仪；3-10—固定厌氧氨氧化填料；4—沉淀池；4-1—污泥回流泵；4-2—排泥泵；4-3—出水管；5—污泥发酵罐；5-1—污泥搅拌装置；5-2—阀门；5-3—保温层；6—储泥罐；6-1—污泥泵；6-2—储泥罐溢流管；6-3—储泥罐放空阀。

具体实施方式

结合附图及实施实例详细说明本发明方案。

连续流AOA短程硝化与厌氧氨氧化耦合污泥发酵反硝化处理低碳氮比废水的装置与方法，其特征在于：包括顺序相连的城市生活污水原水箱(1)、连续流AOA反应器(3)、沉淀池(4)、污泥发酵罐(5)、储泥罐(6)，其曝气、搅拌过程均由在线监测系统和反馈控制系统完成；

城市生活污水原水箱(1)设有原水水箱溢流管(1-1)和原水水箱放空阀(1-2)；一部分城市生活污水通过进水泵(2-1)进入连续流AOA反应器厌氧段(3-1)，另一部分城市生活污水通过超越进水泵(2-2)进入连续流AOA反应器缺氧段(3-3)；连续流AOA反应器(3)包括厌氧段(3-1)、好氧段(3-2)、缺氧段(3-3)；厌氧段(3-1)设有厌氧搅拌装置(3-4)；好氧段(3-2)设有曝气装置，包括气泵(3-6)、曝气管(3-7)、曝气头(3-8)、pH/DO测定仪(3-9)；缺氧段(3-3)设有缺氧搅拌装置(3-5)、固定厌氧氨氧化填料(3-10)；缺氧段(3-3)出水进入沉淀池(4)；沉淀池(4)池底污泥一部分通过污泥回流泵(4-1)回流至好氧段(3-1)，另一部分通过排泥泵(4-2)进入污泥发酵罐(5)，处理出水经出水管(4-3)排出；污泥发酵罐(5)内设有污泥搅拌装置(5-1)进行污泥厌氧发酵，外部设有保温层(5-3)，污泥发酵物经阀门(5-2)进入储泥罐(6)；储泥罐(6)设有储泥罐溢流管(6-2)和储泥罐放空阀(6-3)，存储的污泥发酵物经污泥泵(6-1)回流至连续流AOA反应器缺氧段(3-3)。

按照权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)工艺启动：

1.1)连续流AOA反应器：接种短程硝化絮体污泥于连续流AOA反应器(3)中，保持连续流AOA反应器(3)内的污泥浓度在2500-5000mg/L；进水为城市生活污水，COD：150-200mg/L，NH

1.2)污泥发酵：污泥发酵罐(5)污泥来源于连续流AOA反应器(3)产生的沉淀池(4)污泥，间歇运行，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，排泥比50％，其余时间为厌氧搅拌，污泥龄控制在30d；连续流AOA反应器(3)启动初期投加污水厂发酵污泥于储泥罐(6)，直接进入缺氧段(3-3)，发酵物回流比为50％-100％；每天定期测定连续流AOA反应器(3)内污泥浓度，当污泥浓度＞5000mg/L，停止向储泥罐(6)内外加污水厂发酵污泥，污泥间歇发酵连续投加装置启动成功；

2)启动后的工艺运行：

2.1)连续流AOA反应器：缺氧段(3-3)固定厌氧氨氧化填料(3-10)填充比为30％-80％，系统水力停留时间为8-15h，污泥回流比150％，好氧段(3-2)溶解氧浓度控制在1.0-2.0mg/L，污泥龄20d，污泥浓度在2500-5000mg/L，沉淀池(4)进入污泥发酵罐的排泥比为50-100％；进水水质：pH为7.1-7.9，COD浓度为150-200mg/L，NH

2.2)污泥发酵：污泥发酵罐(5)采用间歇运行方式，每天包括两个周期，每个周期12h，包括进泥20min，排泥20min，排泥比50％，其余时间为厌氧搅拌，污泥龄为30d；发酵物进入储泥罐(6)后经污泥泵(6-1)连续打入缺氧段(3-3)，运行过程中定期测定连续流AOA反应器(3)内污泥浓度，若污泥浓度≤5000mg/L，反应器不排泥，同时向储泥罐(6)投加污水厂发酵污泥补充污泥发酵物；若污泥浓度＞5000mg/L，则利用沉淀池剩余污泥发酵，发酵物回流比为50％-100％。