專利名稱：低碳城市污水實現部分亞硝化的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的污水生物脫氮技術，即以A/0 (厭氧/好氧)除磷工藝二級出水為原水，通過部分亞硝化工藝，控制污水中約一半的氨氮氧化為亞氮，且盡可能降低硝態氮的產生，為低碳城市污水的厭氧氨氧化(ANAMM0X)工藝提供適宜的進水以實現自養脫氮，適用于低碳城市污水的處理及回用。
背景技術：
低C/N是目前我國城市生活污水的典型水質特征。而現在大多污水廠依靠傳統硝化反硝化脫氮時面臨著碳源不足以及脫氮和除磷爭奪碳源的問題，導致出水N、P不達標。
·
最新科學研究表明ANAMM0X技術是目前污水脫氮最經濟的生物脫氮途徑，是自然界氮循環途徑中最重要的反應之一，有研究表明ANAMM0X工藝在海洋環境中氮循環的貢獻至少占到50%。它是微生物在厭氧或缺氧條件下以氨氮為電子供體，亞硝酸鹽氮為電子受體，將其轉化為氮氣的過程，與傳統硝化反硝化脫氮相比，厭氧氨氧化具有耗氧量低、無需外加碳源、運行費用少以及容積負荷高等優點。目前，有關ANAMM0X工藝的研究和應用，主要是針對垃圾滲濾液、污泥消化上清液、電子工業廢水等高氨氮的廢水，而若能將ANAMM0X工藝應用于城市污水生物脫氮處理中，不但可以解決脫氮除磷中的碳源不足問題，還可以最大限度地利用污水中的有機物實現產能。而作為ANAMM0X工藝預處理的部分亞硝化工藝是實現常溫城市污水自養脫氮的關鍵。在常溫城市污水條件下，如何將污水中約50%的nh4+-n氧化成no2_-n，并避免向no3_-n轉化，是實現城市污水高效低耗生物脫氮的重中之重。
發明內容
本發明的目的在于實現低碳城市污水部分亞硝化，為ANAMM0X工藝提供適宜的進水，解決現有城市污水廠脫氮碳源不足的問題，使出水氮素滿足一級A標準，為城市污水脫氣提供一種新思路。本發明所提供的低碳生活污水部分亞硝化的裝置，設有原水水箱、推流式部分亞硝化反應器、豎流式二沉池；推流式部分亞硝化反應器在長度方向上平均分為4個格室，第3格室為缺氧區，設有攪拌器，其余格室為好氧區，按照水流方向上下交錯分別設置導流孔；每個格室底部中心位置安裝曝氣盤，氣泵通過氣體流量計、氣量調節閥與曝氣盤相連；推流式部分亞硝化反應器通過出水管與二沉池中心管連接，二沉池通過污泥回流泵與部分亞硝化反應器的第I格室相連；二沉池通過出水管進行出水排放；而進水來自原水水箱，由進水泵經液體流量計進入部分亞硝化反應器第I格室。應用所述的低碳城市污水實現部分亞硝化的裝置的方法，其特征包括以下步驟步驟一，污泥消化液的馴化階段接種后反應器的MLSS為300(T4000mg/L，采用污泥消化液以SBR運行方式進行馴化，運行溫度2(T30°C，通過控制好氧曝氣時間，使得氨氧化率在50% 60% ；步驟二，低氨氮適應階段以低碳城市污水為原水，仍采用SBR方式運行，控制氨氧化率在90%以上；反應器中安裝在線pH、ORP、DO儀器，在線監測反應器中的pH、ORP和DO參數，采取實時控制好氧曝氣時間策略，當PH隨時間變化曲線出現“拐點”后，停止曝氣和攬祥，沉淀后排水；步驟三，部分亞硝化的實現及穩定運行階段以連續流方式運行，通過控制水力停留時間、反應器各個格室的曝氣量、DO濃度，將氨氧化率控制在50%飛0%，出水N0_2-N/NH4+-N為I. 00 1. 40，沿程亞硝化率95%以上。更為具體的本發明還提供了一種利用上述裝置實現低碳城市污水部分亞硝化的方法，其特征·包括以下步驟I)污泥消化液的馴化階段將取自城市污水廠曝氣池的活性污泥投入反應器裝置中，MLSS在300(T4000mg/Lo采用污泥的消化上清液進行馴化,氨氮濃度大約為300mg/L。采用SBR運行方式對硝化污泥進行馴化，反應器每個格室曝氣量在5 8L/min，DO在0. 1(T0. 60mg/L，包括進水0. 5h、曝氣攪拌8、(h)、沉淀lh、排水lh、閑置五個階段，每天運行兩個周期。控制氨氧化率在50%飛0%，以更好地富集A0B，而不為NOB的生長提供更多的基質及溶解氧。此階段大概需要2(T30d (SBR運行參數不限于此，在低DO下實現氨氧化率在50% 60%即可)。2)低氨氮SBR適應階段以低碳城市污水為進水，仍以SBR方式運行，控制氨氧化率在90%以上，在低氨氮濃度下保持高的氨氧化率，AOB增殖更快，使短程硝化污泥逐步適應較低的氨氮濃度。反應器中安裝在線pH、0RP、D0儀器，可以實時監測反應器內的參數。轉變為直接以低碳城市污水為原水，仍采用SBR方式，使得高氨氮馴化的短程硝化污泥適應低氨氮濃度。在線監測反應器中的pH、ORP和DO等參數，采取實時控制好氧曝氣時間策略，當pH隨時間變化曲線出現“拐點”后，停止曝氣和攪拌，沉淀后排水。此階段需要2(T30d。3)部分亞硝化的調控及穩定運行階段轉變為連續流運行。調整反應器四個格室的曝氣量分別為4 8、3 4、0、3 517min,沿程形成好氧、好氧、缺氧、好氧的環境，DO濃度分別控制在0. 40、. 60,0. 25、. 45、
0.05^0. 10,0. 4(T0. 60mg/L，水力停留時間(HRT)為7、h，將氨氧化率控制在50%飛0%，出水N0_2-N/NH4+-N為I. 0(Tl. 40,部分亞硝化效果穩定，沿程亞硝化率超過95%。技術原理硝化過程分為兩步分別由兩類細菌完成，第一步NH4+-N轉化為N02_-N是由氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria簡稱A0B)完成；第二步N<V_N轉化為NCT3-N是由亞硝酸鹽氧化菌(nitrite oxidizing bacteria簡稱NOB)細菌完成。根據這兩類細菌的生長特性的差異以及對反應條件變化敏感程度的不同，通過控制反應條件來篩選A0B，淘汰N0B，將NH/-N的氧化控制在N02_-N階段。本發明與現有城市污水脫氮處理方法相比較，具有以下優勢I)本發明方法將部分亞硝化工藝應用于城市污水中，工藝流程短且效率高，連續推流式運行，更貼近工程實際，一旦成功，便于實際水廠曝氣池、氧化溝等構筑物的改造。2)本發明方法的反應器啟動周期短，采用污泥消化液馴化，通過SBR運行方式實現短程硝化的啟動。啟動成功后，轉變為連續流運行，主要通過控制DO濃度和水力停留時間(HRT)實現部分亞硝化，使得反應器的操作簡單，能更經濟地實現常溫城市污水部分亞硝化的穩定運行。3)本發明方法中交替好氧缺氧的運行方式及不同格室的DO濃度梯度差異，更有利于氨氧化菌(AOB)的富集生長，淘汰硝酸鹽氧化菌(N0B)，從而更能維持部分亞硝化的運行穩定。4)本發明方法的建設費用比傳統硝化/反硝化脫氮系統省20%以上，運行費用省30 %之上，再生水成本減少20 %之上，且幾乎不產生剩余污泥，節省占地50%，具有顯著的可持續性與經濟效益特點，這就大大降低了城市污水再生處理的成本費用，加快污水資源化的進程，為緩解和解決水危機提供技術支撐。
·
圖I是部分亞硝化反應器裝置示意2是采用污泥消化液SBR馴化階段部分亞硝化效果3是直接以低碳城市污水為原水SBR部分亞硝化效果4是連續流運行階段進出水氨氮、亞氮、出水N(T2-N/NH4+-N及亞硝化率變化5是連續流穩定運行階段反應器沿程氮素變化效果圖
具體實施例方式該裝置設有原水水箱I、推流式部分亞硝化反應器2、豎流式二沉池3 ;推流式部分亞硝化反應器在長度方向上平均分為4個格室，第3格室為缺氧區，設有攪拌器，其余格室為好氧區，按照水流方向上下交錯分別設置導流孔2. 2 ;每個格室底部中心位置安裝曝氣盤，氣泵通過氣體流量計、氣量調節閥與曝氣盤相連；推流式部分亞硝化反應器通過出水管2. 7與二沉池中心管2. 8連接，二沉池通過污泥回流泵2. 9與部分亞硝化反應器的第I格室相連；二沉池通過出水管2. 10進行出水排放；而進水來自原水水箱1，由進水泵2. 11經液體流量計2. 12進入部分亞硝化反應器第I格室。以下結合具體實施方式
對本發明作進一步描述，但本發明的保護范圍并不局限于此。
具體實施方式
如下以北京市某小區生活污水經A/0除磷二級處理出水為試驗用水，但并不限于處理此類低碳城市污水，具體水質如下C0D=50 80mg/L，BOD5 ( 15mg/L, SS ( 30mg/L, NH4+_N=55 85mg/L, NOf-N ( 0. 25mg/L, N03_-N ( I. 5mg/L, TP ( lmg/L, pH=7. 0 8. 0。結合實施例與附圖對本發明做進一步的說明實施例I :參見附圖，連接反應器按步驟一進行調試運行，由附圖2得出，初始運行時，氨氧化率為35. 8%，出水亞氮僅有10mg/L，而出水硝氮高達85mg/L，亞硝化率只有12%。適當延長曝氣時間后，第4周期氨氧化率提高至52. 6%，雖然出水硝態氮進一步提升至113. 6mg/L，但出水亞氮升至33. 9mg/L，亞硝化率為24. 1%。隨后幾個周期，亞氮積累率穩步提升，在第8周期時，氨氧化率和亞硝化率都已超過50%，出水硝氮降低到66mg/L，短程硝化初步啟動成功。在第(T30周期，亞硝化率處于持續上升階段，系統的亞硝化效果穩步提高，分析認為，高氨氮濃度為AOB生長提供了豐富的基質，且較高的FA對NOB起到了一定的抑制作用，故反應器內AOB不斷富集、NOB逐步被淘汰。而之后亞硝化率一直保持90%以上。在運行60周期后，按照步驟二，轉換為低氨氮SBR的運行。控制氨氧化率在90%以上，在低氨氮濃度下保持高的氨氧化率，AOB增殖更快。而低氨氮SBR運行階段，亞硝化率也一直保持在90%以上，為向低氨氮連續流的轉變提供了條件。由附圖3，可以看出在低氨氮運行階段，連續的幾個周期內氨氧化率達到100%，發生了過度曝氣的情況，但硝態氮并未增多。且接下來運行中，亞硝化率一直在95%以上。說明經過高氨氮馴化后，NOB已淘汰出反應器，延時曝氣狀況的不斷出現反應器內并沒有硝態氮的產生。參照步驟三，在進水氨氮濃度比較穩定的條件下，調控水力停留時間(HRT)在7、h、污泥回流比為40%飛0%，且調整反應器第1、2、4個格室的曝氣量分別為4 8、3 4、3 5L/min，第3格室只進行缺氧攪拌，沿程形成交替好氧、缺氧的環境，實現了出水NCT2-N/NH/-N的比值達到I. 20。在此運行條件下，出水no_2-n/nh4+-n的比值穩定。而控制氨氧化率在50% 60%，在進水氨氮濃度為6(T90mg/L，出水中仍有2(T50mg/L的氨氮存在，這使得在·反應器內NOB難以與AOB爭奪有限的溶解氧，故長時間的連續流運行中AOB逐步富集、NOB逐步被淘洗掉。整個連續流運行階段，出水N0_2-N/NH4+-N為I. 00 I. 40，成功地為后續ANAMM0X反應器提供了適宜的進水。可以得出，在進水氨氮濃度比較穩定時，調控HRT在小的范圍(Olh)內波動，實時監測反應器內沿程氮素、堿度等參數的變化，根據氨氮的氧化情況，及時調整曝氣量及曝氣方式，能夠實現穩定的部分亞硝化。推流式部分亞硝化反應器長2. 0m，穩定運行階段，取進水、每個格室中心部位及二沉池出水六個水樣進行測定，沿程總長看作2. 5m (見圖1，沿程共六個取樣點)。由附5，當進水氨氮濃度為74. 7mg/L，進入反應器第一格室后，由回流污泥的稀釋及硝化作用，氨氮濃度降低到49. Omg/L (只考慮回流稀釋為64. 5mg/L),亞氮濃度升至26. 2mg/L。進入第2格室時，氨氮濃度降至41. 5mg/L,亞氮濃度升至30. 5mg/L。由于第3格室只進行缺氧攪拌,氮素在此格室并沒有明顯的變化，到第4格室及二沉池出水時，氨氮和亞氮濃度幾乎相等，而硝態氮始終小于3mg/L，符合ANAMM0X的進水要求。經部分亞硝化反應器處理后的出水水質如下C0D〈30mg/L ；B0D5<10mg/L ；SS〈10mg/L ;NH4+-N=25 45mg/L，N02_-N=25"45mg/LNH4+-N/N02_-N= 1. 00 1. 40 ；TN ( 50 85mg/L ；TP ( 0. 5mg/L ；pH=7. 0 7. 5。以上僅是本專利的I個具體實施方式
，應當指出，對于本技術領域的技專業人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和拓展，這些改進和拓展也應視為本專利的保護范圍。
權利要求
1.低碳城市污水實現部分亞硝化的裝置，其特征在于設有原水水箱(I)、推流式部分亞硝化反應器(2)、豎流式二沉池(3);推流式部分亞硝化反應器在長度方向上平均分為4個格室，第3格室為缺氧區，設有攪拌器，其余格室為好氧區，按照水流方向上下交錯分別設置導流孔(2. 2);每個格室底部中心位置安裝曝氣盤，氣泵通過氣體流量計、氣量調節閥與曝氣盤相連；推流式部分亞硝化反應器通過出水管(2. 7)與二沉池中心管(2. 8)連接，二沉池通過污泥回流泵(2. 9)與部分亞硝化反應器的第I格室相連；二沉池通過出水管(2. 10)進行出水排放；而進水來自原水水箱(1)，由進水泵(2. 11)經液體流量計(2. 12)進入部分亞硝化反應器第I格室。
2.應用權利要求I所述的低碳城市污水實現部分亞硝化的裝置的方法，其特征包括以下步驟 步驟一，污泥消化液的馴化階段接種后反應器的MLSS為300(T4000mg/L，采用污泥消化液以SBR運行方式進行馴化，運行溫度2(T30°C，通過控制好氧曝氣時間，使得氨氧化率在 50% 60% ； 步驟二，低氨氮適應階段以低碳城市污水為原水，仍采用SBR方式運行，控制氨氧化率在90%以上；反應器中安裝在線pH、ORP、DO儀器，在線監測反應器中的pH、ORP和DO參數，采取實時控制好氧曝氣時間策略，當PH隨時間變化曲線出現“拐點”后，停止曝氣和攪祥，沉淀后排水； 步驟三，部分亞硝化的實現及穩定運行階段以連續流方式運行，通過控制水力停留時間、反應器各個格室的曝氣量、DO濃度，將氨氧化率控制在50%飛0%，出水N0_2-N/NH4+-N為I.00 1. 40，沿程亞硝化率95%以上。
全文摘要
低碳城市污水實現部分亞硝化的裝置和方法屬于污水處理領域。該裝置設有原水水箱、推流式部分亞硝化反應器、豎流式二沉池，其中推流式部分亞硝化反應器分為四個格室，第1、2、4格室為好氧區、第3格室為缺氧區。利用該裝置的方法1)將從污水廠取得的硝化污泥投入到部分亞硝化反應器中；2)采用SBR方式，以污泥消化液對硝化污泥進行馴化；3)采用SBR方式，以低碳城市污水對其進一步馴化；4)轉變為連續流方式運行，實現低碳城市污水的部分亞硝化。本發明提供了一種常溫條件下低碳城市生活污水實現部分亞硝化的方法，控制簡單，穩定性強。
文檔編號C02F3/30GK102786142SQ20121025894
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者張昭, 張 杰, 曾輝平, 李冬 申請人:北京工業大學