申请日2018.05.14
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号C02F3/30; C02F3/12
摘要
序批式反应器中实现部分短程硝化、污泥发酵耦合反硝化与厌氧氨氧化处理生活污水的工艺属于污水污泥生物处理领域。该发明包括：进水水箱、部分短程硝化反应器(PN‑SBR)、中间水箱、厌氧氨氧化耦合污泥发酵与反硝化反应器(ASFD‑SBR)、出水水箱。部分短程硝化反应器(PN‑SBR)中进行部分短程硝化，将原水中一部分氨氮转化为亚硝态氮。厌氧氨氧化耦合污泥发酵与反硝化反应器(ASFD‑SBR)中厌氧氨氧化菌将进水氨氮和亚硝态氮转化为氮气和少量硝态氮，产生的硝态氮由污泥发酵产生的碳源还原为氮气，其中固定床填料用于持留厌氧氨氧化菌，反硝化与污泥发酵过程在絮体污泥中发生。本发明不仅节约了能耗，而且同时实现低碳氮比(C/N)城市生活污水的深度脱氮和污泥的再利用。
翻译权利要求书
1.序批式反应器中实现部分短程硝化、污泥发酵耦合反硝化与厌氧氨氧化处理生活污水的装置，其特征在于：包括进水水箱(1)、部分短程硝化反应器PN-SBR(2)、中间水箱(3)、厌氧氨氧化耦合污泥发酵与反硝化反应器ASFD-SBR(4)、出水水箱(5);原水水箱(1)包括第一进水管(1.1)、第一出水管(1.2);第一出水管(1.2)通过第一蠕动泵(1.3)与部分短程硝化反应器PN-SBR(2)相连;部分短程硝化反应器PN-SBR(2)包括第一水质分析仪WTW(2.5)与DO探头(2.3)、第一pH探头(2.4)以及由可拆卸曝气盘(6.3)、风机(6)、曝气管(6.2)组成的曝气系统和由搅拌机(2.2)与搅拌轴(2.1)组成的搅拌系统，部分短程硝化反应器PN-SBR出水由第二出水管(2.6)进入中间水箱(3);中间水箱(3)出水由第二进水泵(3.2)和进水管(3.1)进入部分短程硝化反应器PN-SBR(4)，它搅拌系统、填料架(4.3)、第二水质分析仪WTW(4.6)与第二pH探头(4.2)，其出水由第三出水管(4.5)进入出水水箱(5)。
2.应用权利要求1所述装置进行序批式反应器中实现部分短程硝化、污泥发酵耦合反硝化与厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)各个单元的启动
1.1)部分短程硝化反应器PN-SBR的启动：接种实验室短程硝化反硝化SBR中试的剩余污泥，其污泥浓度为6000-8000mg/L，挥发性悬浮固体浓度为污泥浓度的80-85%;PN-SBR以A/O方式运行，每天4个周期，每周期6.0h，包括进水、搅拌、曝气、沉淀、排水、闲置六个阶段：其中进水15min;曝气搅拌180min;沉淀60min;排水5min;闲置100min;将污泥浓度调整为3000-4000mg/L，加入PN-SBR反应器，排水比设置为50%，控制溶解氧为1.0-1.5mg/L,不控制pH;每天通过检测进水氨氮值，将反应进水氨氮稀释为50mg/L;启动阶段每天排出系统500mL泥水混合物以淘洗NOB，污泥龄为20-30d;当出水氨氮与亚硝态氮质量之比为1.0且维持15d以上，即认为PN-SBR启动成功;
1.2)污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化反应器ASFD-SBR的启动：
a.自养脱氮的启动：接种实验室短程硝化厌氧氨氧化一体化反应器中挂好膜的海绵填料，污泥浓度2500mg/L,与空白填料混合后固定加入反应器，填充比40%;进水为配水，氨氮与亚硝态氮质量比为1：1.3，总氮负荷从20mg/L逐步增加到50mg/L，每阶段以10mg/L增加，每次增加的时间为自养脱氮率达到90%以上且稳定维持15d以上;反应器温度控制在25-28℃;启动期间不排泥，整个过程不控制pH;
b：厌氧氨氧化耦合反硝化的启动:在自养脱氮启动完成后增加碳源，采用乙酸钠作为碳源，用量100-150mg/L，当总氮去除率在90%以上且稳定维持15d以上即认为厌氧氨氧化耦合反硝化启动成功;
c:污泥发酵耦合厌氧氨氧化反硝化整体的启动：为保证ASFD反应器中污泥浓度，启动期间在已有污泥情况下再接种城市污水处理厂二沉池回流污泥，加入ASFD-SBR反应器，加入ASFD-SBR反应器的污泥浓度6000mg/L,;以污泥发酵产生的碳源代替乙酸钠作为反硝化碳源，当TN去除率高于90%且持续维持15天以上时，认为自养脱氮同步污泥发酵耦合反硝化启动;
1.3)部分短程硝化反应器和污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化反应器的连接：在两个反应器分别启动完成后将其串联，部分短程硝化反应器出水进入中间水箱，中间水箱出水连接污泥发酵耦合厌氧氨氧化反硝化反应器;
2)各个单元的运行：
2.1)PN-SBR的运行：以A/O方式运行，每天4个周期，每周期6.0h，包括进水、搅拌、曝气、沉淀、排水、闲置六个阶段，其中进水15min;曝气搅拌180min;沉淀60min;排水5min;闲置100min;每日检测生活污水氨氮，根据当日进水值将PN-SBR进水氨氮稀释至50mg/L;污泥浓度控制在3000-4000mg/L，排水比设置为50%，控制溶解氧为1.0-1.5mg/L,不控制pH，运行阶段每天排出系统500mL泥水混合物以淘洗NOB，污泥龄为20-30d，污泥龄20-30d;
2.2)ASFD-SBR的运行：ASFD-SBR反应器每天运行2个周期，每个周期12h，包括进水15min、厌氧搅拌690min、排水15min;填料采用固定生物填料，填充比40%，填料上厌氧氨氧化生物膜污泥浓度为2500-3500mg/L;反应器内絮体反硝化污泥与发酵污泥的污泥浓度为8000-9000mg/L排水比设置为50%;不主动排泥，污泥龄300-400d;温度保持在25-28℃，整个过程不控制pH。
说明书
序批式反应器中实现部分短程硝化、污泥发酵耦合反硝化与厌氧氨氧化处理生活污水的工艺
技术领域
本发明公开了序批式反应器中实现部分短程硝化、污泥发酵耦合反硝化与 厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的技术，适用于我国城市污水C/N比较低的 现状，同时减少剩余污泥排放量，具有节能降耗的特点。
背景技术
生物脱氮的一般过程为将氨氮氧化为硝态氮或亚硝态氮，产生的硝态氮可 以通过反硝化去除，产生的亚硝态氮可以通过厌氧氨氧化与反硝化过程去除，无 论用哪种方式都需要异养反硝化菌的参与，这也同时突出了我国市政污水的一大 特点——碳源严重不足。因此为了解决以上问题，我国的市政污水处理厂一般采 用投加外碳源，如甲醇等方式来强化脱氮除磷效果，而这些方式会大大增加污水 处理成本，并且产生大量剩余污泥，增加了污泥处理费用。目前已有研究证明在 升流式反应器中利用剩余污泥原位发酵可以产生碳源来提供反硝化所需的电子 供体，但是一般污水厂建设升流式反应器成本高难度大，并且污水厂改造较为困 难，本发明提供了一种新的解决办法，即利用序批式反应器代替升流式反应器， 实现低碳氮比城市污水高效节能脱氮。
另外，我国污水处理中污泥的处置也是一大难题，传统污泥处理过程包括 消化、脱水、干化和焚烧等，其费用占整个污水厂建设和运营费用的40%-50%。 本身剩余污泥中富含有机物和氨氮，但是目前国内污水厂对污泥和污水的处理大 多采用分开处理，造成的能源的极大浪费，而且处理不当容易对环境造成污染。
发明内容
本发明的原理一方面是通过序批式反应器来实现污泥发酵耦合厌氧氨氧 化与反硝化，反应器的型式更加贴合实际污水厂的现状，另一方面是利用污泥发 酵提供反硝化的碳源来去除厌氧氨氧化反应产物硝态氮，以达到对城市污水节能 且高效的深度脱氮。
为了实现上述目的，本发明提供了序批式反应器中实现部分短程硝化、污 泥发酵耦合反硝化与厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的技术，其装置包括：包 括进水水箱(1)、部分短程硝化反应器PN-SBR(2)、中间水箱(3)、厌氧 氨氧化耦合污泥发酵与反硝化反应器ASFD-SBR(4)、出水水箱(5)。原水 水箱(1)包括进水管(1.1)、出水管(1.2);出水管(1.2)通过蠕动泵(1.3) 与部分短程硝化反应器PN-SBR(2)相连;部分短程硝化反应器PN-SBR(2)包括水质分析仪WTW(2.5)与DO探头(2.3)、pH探头(2.4)以及由可拆 卸曝气盘(6.3)、风机(6)、曝气管(6.2)组成的曝气系统和由搅拌机(2.2) 与搅拌轴(2.1)组成的搅拌系统，部分短程硝化反应器PN-SBR出水由出水管 (2.6)进入中间水箱(3);中间水箱(3)出水由进水泵(3.2)和进水管(3.1) 进入部分短程硝化反应器PN-SBR(4)，它包括由搅拌机(4.4)和搅拌桨(4.1) 组成的搅拌系统、填料架(4.3)、水质分析仪WTW(4.6)与pH探头(4.2)， 其出水由出水管(4.5)进入出水水箱(5)。
应用权利要求1所述装置进行序批式反应器中实现部分短程硝化、污泥发 酵耦合反硝化与厌氧氨氧化处理低碳氮比城市污水的技术，其特征在于，包括以 下步骤：
各个单元的启动
部分短程硝化反应器PN-SBR的启动：接种实验室短程硝化反硝化SBR 中试的剩余污泥，其污泥浓度为6000-8000mg/L，挥发性悬浮固体浓度为污泥 浓度的80-85%;PN-SBR以A/O方式运行，每天4个周期，每周期6.0h，包 括进水、搅拌、曝气、沉淀、排水、闲置六个阶段：其中进水15min;曝气搅拌 180min;沉淀60min;排水5min;闲置100min。将污泥浓度调整为 3000-4000mg/L，加入6L的PN-SBR反应器，排水比设置为50%，控制溶解氧 为1.0-1.5mg/L,不控制pH;每天通过检测进水氨氮值，将反应进水氨氮稀释 为50mg/L，以此来达到稳定的进水氨氮，实现稳定的半短程硝化。启动阶段每 天排出系统500mL泥水混合物以淘洗NOB，污泥龄为20-30d;当出水氨氮与亚 硝态氮质量之比为1.0且维持15d以上，即认为PN-SBR启动成功。
污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化反应器ASFD-SBR的启动：a.自养脱氮 的启动：接种实验室短程硝化厌氧氨氧化一体化反应器中挂好膜的海绵填料，折 合污泥浓度2500mg/L,与空白填料混合后固定加入反应器，填充比40%。进水为 配水，氨氮与亚硝态氮质量比为1：1.3，总氮负荷从20mg/L逐步增加到50mg/L， 每阶段以10mg/L增加，每次增加的时间为自养脱氮率达到90%以上且稳定维持 15d以上。反应器温度控制在25-28℃，采用加热带加热，并在ASFD-SBR外部 包裹海绵隔热层。启动期间不排泥，整个过程不控制pH。b：厌氧氨氧化耦合反 硝化的启动:在自养脱氮启动完成后增加碳源，采用乙酸钠作为碳源，用量 100-150mg/L，当总氮去除率在90%以上且稳定维持15d以上即认为厌氧氨氧化 耦合反硝化启动成功。c:污泥发酵耦合厌氧氨氧化反硝化整体的启动：为保证 ASFD反应器中污泥浓度，启动期间在已有污泥情况下再接种城市污水处理厂二 沉池回流污泥，污泥浓度6000mg/L,加入ASFD-SBR反应器。以污泥发酵产生 的碳源代替乙酸钠作为反硝化碳源，当TN去除率高于90%且持续维持15天以 上时，认为自养脱氮同步污泥发酵耦合反硝化启动。
部分短程硝化反应器和污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化反应器的连接： 在两个反应器分别启动完成后将其串联，部分短程硝化反应器出水进入中间水 箱，中间水箱出水连接污泥发酵耦合厌氧氨氧化反硝化反应器。
各个单元的运行：
PN-SBR的运行：以A/O方式运行，每天4个周期，每周期6.0h，包括 进水、搅拌、曝气、沉淀、排水、闲置六个阶段，其中进水15min;曝气搅拌180min; 沉淀60min;排水5min;闲置100min。每日检测生活污水氨氮，根据当日进水 值将PN-SBR进水氨氮稀释至50mg/L。污泥浓度控制在3000-4000mg/L，排水 比设置为50%，控制溶解氧为1.0-1.5mg/L(曝气搅拌末端最高不超过2.0mg/L), 不控制pH，运行阶段每天排出系统500mL泥水混合物以淘洗NOB，污泥龄为 20-30d，污泥龄20-30d。另外每日监测pH和搅拌曝气后的氨氮剩余量以监测部 分短程硝化是否稳定。
ASFD-SBR的运行：ASFD-SBR反应器每天运行2个周期，每个周期12h， 包括进水15min、厌氧搅拌690min、排水15min;填料采用固定生物填料，填充 比40%，填料上厌氧氨氧化生物膜折合污泥浓度为2500-3500mg/L;反应器内絮 体反硝化污泥与发酵污泥的污泥浓度为8000-9000mg/L排水比设置为50%;不 主动排泥，不计出水污泥流失，污泥龄300-400d;温度保持在25-28℃，采用加 热带加热，并在ASFD-SBR外部包裹海绵隔热层。整个过程不控制pH。
本发明技术原理如下：
本发明分为两部分，即部分短程硝化、污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化。 对于部分短程硝化，是通过控制曝气和控制进水氨氮稳定来维持，进水氨氮的一 半转化为亚硝态氮，出水进入污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化序批式反应器， 厌氧氨氧化利用部分短程进水进行自养脱氮，反硝化利用污泥发酵产生的碳源将 厌氧氨氧化产生的硝态氮还原为氮气，实现低碳氮比城市污水深度脱氮，在节约 能耗同时减少了剩余污泥产量。
与现有发明相比，本装置具有以下优点：
实现了低碳氮比城市污水深度脱氮，同时无需投加外碳源。
在序批式反应器中实现污泥发酵耦合厌氧氨氧化与反硝化，对于现有污水 厂的提标改造更加方便。
该发明通过利用自身的污泥进行发酵，实现了对污泥的减量，大大降低了 污泥处理成本，同时起到了保护环境的作用。