公布日：2023.11.14
申请日：2023.07.13
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F103/20(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法及其装置和应用，其方法包括：(1)原水沼液分三个位置独立进水至一级预缺氧池、厌氧池及一体式厌氧氨氧化反应池；一级预缺氧池还通入回流污泥；(2)厌氧池出水至一级沉淀池，一级沉淀池上清液出水至一体式厌氧氨氧化反应池，底部污泥通过污泥泵超越进入二级缺氧池；(3)向一体式厌氧氨氧化反应池投加钙盐用于形成羟基磷酸钙晶核加速厌氧氨氧化颗粒污泥形成，投加碱液控制反应池内pH值为7.5～8.3；(4)一体式厌氧氨氧化反应池出水至二级缺氧池，二级缺氧池底部与好氧池连通；好氧池出水至二级沉淀池，二级沉淀池上清液达标排放，底部污泥回流至一级预缺氧池。
权利要求书
1.一种厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，其特征在于，工艺流程为：(1)原水沼液分三个位置独立进水至一级预缺氧池、厌氧池及一体式厌氧氨氧化反应池；所述一级预缺氧池还通入回流污泥；(2)所述厌氧池出水至一级沉淀池，所述一级沉淀池上层清液出水至所述一体式厌氧氨氧化反应池，底部污泥通过污泥泵超越进入二级缺氧池；(3)向所述一体式厌氧氨氧化反应池投加钙盐用于形成羟基磷酸钙晶核加速厌氧氨氧化颗粒污泥形成，投加碱液控制反应池内pH值为7.5～8.3；(4)所述一体式厌氧氨氧化反应池出水至所述二级缺氧池，所述二级缺氧池底部与好氧池连通；所述好氧池出水至二级沉淀池，所述二级沉淀池上层清液达标排放，底部污泥回流至所述一级预缺氧池；其中，在所述一级预缺氧池、所述厌氧池及所述二级缺氧池进行搅拌，在所述一体式厌氧氨氧化反应池与所述好氧池进行曝气。
2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，其特征在于，步骤(1)中，原水沼液向一级预缺氧池、厌氧池及一体式厌氧氨氧化反应池进水的比例分别为5-30％、30-55％及40-65％。
3.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，其特征在于，向所述一体式厌氧氨氧化反应池投加钙盐，控制钙与所述一体式厌氧氨氧化反应池进水的总磷质量比为(3-5)：1。
4.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，其特征在于，使用回流泵将一体式厌氧氨氧化反应池内上升流速调节至1.5-6m/h。
5.一种脱氮除磷装置，用于执行权利要求1-4任一项所述的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，其特征在于，包括：一级预缺氧池(3)、厌氧池(5)，所述一级预缺氧池(3)底部与所述厌氧池(5)连通；一级沉淀池(7)、一体式厌氧氨氧化反应池(9)，所述厌氧池(5)顶部出水自流至所述一级沉淀池(7)；所述一级沉淀池(7)上部设有出水管，所述出水管与所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)底部连通；所述一级沉淀池(7)顶部出水自流至所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)；二级缺氧池(12)、好氧池(14)，所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)顶部出水自流至所述二级缺氧池(12)；所述二级缺氧池(12)底部与所述好氧池(14)连通；二级沉淀池(18)，所述好氧池(14)顶部出水自流至所述二级沉淀池(18)。
6.根据权利要求5所述的脱氮除磷装置，其特征在于，所述一级预缺氧池(3)内部设有第一搅拌装置(4)；所述厌氧池(5)内部设有第二搅拌装置(6)；所述二级缺氧池(12)内部设有第三搅拌装置(13)；所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)内部设有第一曝气盘(10)，所述好氧池(14)内部设有第二曝气盘(15)，所述第一曝气盘(10)与所述第二曝气盘(15)的曝气通过曝气风机(17)实现。
7.根据权利要求5所述的脱氮除磷装置，其特征在于，还包括：原水水箱(1)、第一水泵(2)，所述原水水箱(1)中存放有沼液，所述第一水泵(2)将所述沼液分点泵至所述第一缺氧池(3)、所述厌氧池(5)和所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)；第二水泵(8)，所述第二水泵(8)将所述一级沉淀池(7)底部污泥泵至所述二级缺氧池(12)；第三水泵(11)，所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)的出水端通过所述第三水泵(11)将出水回流至所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)的入口端；第四水泵(16)，所述第四水泵(16)将所述好氧池(15)中的溶液泵至所述二级缺氧池(12)；第五水泵(19)，所述第五水泵(19)将所述二级沉淀池(18)底部污泥泵至所述一级预缺氧池(3)；第一储罐(20)、第六水泵(21)，所述第一储罐(20)中存放有钙盐溶液，所述钙盐溶液通过所述第六水泵(21)混入所述一级沉淀池(7)的出水管；第二储罐(22)、第七水泵(23)，所述第二储罐(22)中存放有碱液，所述碱液通过所述第七水泵(23)泵入所述一体式厌氧氨氧化反应池(9)；第三储罐(24)、第八水泵(25)，所述第三储罐(24)中存放有碳源溶液，所述碳源溶液通过所述第八水泵(25)泵入所述二级缺氧池(12)。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法及其应用，充分利用了厌氧氨氧化菌、硝化反硝化菌、聚磷菌的协同作用，实现容积负荷高、脱氮除磷效果优越、处理费用低的目标，具有较强的工程应用推广潜力。
根据本发明的第一方面，提出了一种厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，工艺流程为：
(1)原水沼液分三个位置独立进水至一级预缺氧池、厌氧池及一体式厌氧氨氧化反应池；所述一级预缺氧池还通入回流污泥；
(2)所述厌氧池出水至一级沉淀池，所述一级沉淀池上层清液出水至所述一体式厌氧氨氧化反应池，底部污泥通过污泥泵超越进入二级缺氧池；
(3)向所述一体式厌氧氨氧化反应池投加钙盐用于形成羟基磷酸钙晶核加速厌氧氨氧化颗粒污泥形成，投加碱液控制反应池内pH值为7.5～8.3。
(4)所述一体式厌氧氨氧化反应池出水至所述二级缺氧池，所述二级缺氧池底部与好氧池连通；所述好氧池出水至二级沉淀池，所述二级沉淀池上层清液达标排放，底部污泥回流至所述一级预缺氧池；
其中，在所述一级预缺氧池、所述厌氧池与所述二级缺氧池进行搅拌，在所述一体式厌氧氨氧化反应池与所述好氧池进行曝气。
在本发明的一些实施方式中，所述原水沼液的工艺参数为：氨氮浓度为500-2000mg/L；和/或，COD为1000-4000mg/L；和/或，BOD为500-3000mg/L；和/或，TP为3-25mg/L。
在本发明的一些实施方式中，步骤(1)中，原水沼液向一级预缺氧池、厌氧池及一体式厌氧氨氧化反应池进水的比例分别为5-30％、30-55％及40-65％。
在本发明的一些实施方式中，所述一级预缺氧池通过接种反硝化污泥启动。
在本发明的一些实施方式中，步骤(1)中，所述回流污泥为来自二级沉淀池的回流污泥。
部分沼液与回流污泥在一级预缺氧池在混合，一级预缺氧池通过接种反硝化污泥启动，发生反硝化反应去除回流污泥中的硝氮，避免回流污泥中含有的硝氮影响后续厌氧池中聚磷菌的释磷效果。
在本发明的一些实施方式中，在一级预缺氧池进行搅拌，控制搅拌频率使溶解氧不高于0.6mg/L。
在本发明的一些实施方式中，一级预缺氧池的水力停留时间为2.8-16.8h。
一级预缺氧池出水进入厌氧池，混入部分沼液，开启搅拌，开始释磷反应。混入的沼液补充释磷反应所需的BOD5，聚磷菌利用沼液中的有机物合成胞内碳源的储存物——聚-β-羟基丁酸盐(PHB)，从而完成磷酸盐释放，并消耗了进水沼液中的有机物。当出水TP逐渐升高，BOD逐渐降低至低于50mg/L，则认为厌氧池启动成功。
在本发明的一些实施方式中，所述厌氧池通过接种反硝化污泥启动。
在本发明的一些实施方式中，在所述厌氧池进行搅拌，控制搅拌频率使溶解氧不高于0.2mg/L。
在本发明的一些实施方式中，厌氧池的水力停留时间为1.0-3.5h。
厌氧池处理后出水进入一级沉淀池进行泥水分离，避免悬浮污泥后续进入一体式厌氧氨氧化反应池对厌氧氨氧化活性造成影响。一级沉淀池底部通过排泥泵将部分污泥排到后端的二级缺氧池，以保证好氧吸磷效果；另一部分污泥定期排出以控制整套系统的污泥龄。
一级沉淀池出水与部分沼液混合进入一体式厌氧氨氧化反应池，投加钙盐，在一体式厌氧氨氧化反应池中与磷酸盐反应生成羟基磷酸钙，将大约一半的总磷去除。羟基磷酸钙可作为厌氧氨氧化颗粒污泥晶核，新的厌氧氨氧化菌细胞会附着在其上生长，形成更大的聚集体，同时，厌氧氨氧化微生物会分泌内源性有机物质，如细胞外聚合物质(EPS)，具有粘附功能，促进生物与生物，生物与矿物之间的结合，逐渐形成更大的厌氧氨氧化成熟颗粒污泥。
在本发明的一些实施方式中，步骤(3)中，所述钙盐为氯化钙，所述碱液为碳酸氢钠溶液或碳酸钠溶液中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，步骤(3)中，向所述一体式厌氧氨氧化反应池投加钙盐，控制钙与所述一体式厌氧氨氧化反应池进水的总磷质量比为(3-5)：1。
在本发明的一些实施方式中，所述一体式厌氧氨氧化反应池通过接种成熟厌氧氨氧化污泥启动。
在本发明的一些实施方式中，步骤(3)中，投加碱液调节pH为7.5-8.3。投入碱液的目的维持反应池内碱度充足以补充一体式亚硝化-厌氧氨氧化耦合反应所消耗的碱与无机碳。
在本发明的一些实施方式中，投加钙盐后，还使用回流泵将一体式厌氧氨氧化反应池内上升流速调节至1.5-6m/h。控制反应池内回流泵的回流流量，有利于颗粒污泥的形成。
在本发明的一些实施方式中，一体式厌氧氨氧化反应池的水力停留时间为2-7h。
废水中的氨氮接触厌氧氨氧化颗粒污泥表面，通过控制一定曝气量，首先在氨氧化细菌(AOB)作用下被氧化成亚硝态氮，随后在颗粒污泥内部的厌氧环境下，厌氧氨氧化菌(AnAOB)分别以氨氮和亚硝态氮作为电子供体和电子受体，二者发生反应生成N2，从而脱除进水中的大部分氨氮和总氮污染物。由于进水中含有一定的有机物，通过分点进水的可将进水中约60％有机物通过缺氧池与厌氧池去除，使进入一体式厌氧氨氧化反应池进水的COD/氨氮浓度比值＜0.3。在此条件下，一体式厌氧氨氧化反应池内会出现反硝化耦合脱氮现象，通过厌氧氨氧化反应生成的硝氮会被反硝化去除。经过一体式厌氧氨氧化反应池处理后，出水氨氮约50mg/L，出水总氮约60mg/L，再进入到后段A/O进行进一步脱氮处理。
一体式厌氧氨氧化反应池出水进入二级缺氧池-好氧池，控制内回流比在200％～400％之间，接种反硝化污泥启动二级缺氧池。二级缺氧池设有搅拌装置，控制缺氧池内溶解氧浓度，并通过碳源加药泵投加适量碳源，脱除好氧池硝化液内回流过来的硝态氮；好氧池通过控制曝气调控溶解氧浓度，在聚磷菌作用下将液相中的磷酸盐吸收后出水，硝化液进入二级沉淀池达标排放，二级沉淀池污泥通过污泥回流泵回流至一级预缺氧池。
在本发明的一些实施方式中，在所述一体式厌氧氨氧化反应池开启曝气，控制出水溶解氧为0.5-5mg/L。
在本发明的一些实施方式中，所述二级缺氧池通过接种反硝化污泥启动。
在本发明的一些实施方式中，在所述二级缺氧池进行搅拌，控制搅拌频率使溶解氧不高于0.6mg/L。
在本发明的一些实施方式中，步骤(4)中，还包括向所述二级缺氧池投加碳源，所述碳源为有机碳源。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述碳源为乙酸钠。
在本发明的一些实施方式中，二级缺氧池的水力停留时间为0.5-3h。
在本发明的一些实施方式中，所述好氧池通过接种反硝化污泥启动。
在本发明的一些实施方式中，在所述好氧池进行曝气，调节曝气量使溶解氧控制在2-4mg/L。
在本发明的一些实施方式中，好氧池的水力停留时间为4-6h。
在本发明的一些实施方式中，步骤(4)中，所述底部污泥的回流比为200％-400％。
根据本发明的第二方面，提出了一种脱氮除磷装置，用于执行如本发明第一方面所述的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法，包括：
一级预缺氧池、厌氧池，所述一级预缺氧池底部与所述厌氧池连通；
一级沉淀池、一体式厌氧氨氧化反应池，所述厌氧池顶部出水自流至所述一级沉淀池；所述一级沉淀池上部设有出水管，所述出水管与所述一体式厌氧氨氧化反应池底部连通；所述一级沉淀池顶部出水自流至所述一体式厌氧氨氧化反应池；
二级缺氧池、好氧池，所述一体式厌氧氨氧化反应池顶部出水自流至所述二级缺氧池；所述二级缺氧池底部与所述好氧池连通；
二级沉淀池，所述好氧池顶部出水自流至所述二级沉淀池。
在本发明的一些实施方式中，所述一级预缺氧池内部设有第一搅拌装置；所述厌氧池内部设有第二搅拌装置；所述二级缺氧池内部设有第三搅拌装置；所述一体式厌氧氨氧化反应池内部设有第一曝气盘，所述好氧池内部设有第二曝气盘，所述第一曝气盘与所述第二曝气盘的曝气通过曝气风机实现。
在本发明的一些实施方式中，还包括：
原水水箱、第一水泵，所述原水水箱中存放有沼液，所述第一水泵将所述沼液分点泵至所述第一缺氧池、所述厌氧池和所述一体式厌氧氨氧化反应池；
第二水泵，所述第二水泵将所述一级沉淀池底部污泥泵至所述二级缺氧池；
第三水泵，所述一体式厌氧氨氧化反应池的出水端通过所述第三水泵将出水回流至所述一体式厌氧氨氧化反应池的入口端；
第四水泵，所述第四水泵将所述好氧池中的溶液泵至所述二级缺氧池；
第五水泵，所述第五水泵将所述二级沉淀池底部污泥泵至所述一级预缺氧池；
第一储罐、第六水泵，所述第一储罐中存放有钙盐溶液，所述钙盐溶液通过所述第六水泵混入所述一级沉淀池的出水管；
第二储罐、第七水泵，所述第二储罐中存放有碱液，所述碱液通过所述第七水泵泵入所述一体式厌氧氨氧化反应池；
第三储罐、第八水泵，所述第三储罐中存放有碳源溶液，所述碳源溶液通过所述第八水泵泵入所述二级缺氧池。
原水水箱1通过进水泵2将养殖厌氧沼液分点泵至一级预缺氧池3、厌氧池5、一体式厌氧氨氧化反应池9，进水比例分别为5-30％，30-55％，40-65％。一级预缺氧池3设有第一搅拌装置4，底部与厌氧池5连通，厌氧池5设有第二搅拌装置6，出水自流至一级沉淀池7，一级沉淀池7的底部沉淀污泥通过第二水泵8进入二级缺氧池12，第一储罐20(包含搅拌装置)配置10％氯化钙溶液，通过第六水泵21与一级沉淀池7出水管混合，从底部进入一体式厌氧氨氧化反应池9。第二储罐22(包含搅拌装置)配置一定浓度碳酸氢钠/碳酸钠溶液，通过第七水泵23泵入一体式厌氧氨氧化反应池9入口端以补充碱度，一体式厌氧氨氧化反应池9内部设有第一曝气盘10为其提供曝气，此外，一体式厌氧氨氧化反应池9出水口通过第三水泵11将出水回流至一体式厌氧氨氧化反应池9入口端。一体式厌氧氨氧化反应池9顶部出水自流至二级缺氧池12，第三储罐24(包含搅拌装置)配置30％乙酸钠溶液，通过第八水泵25为二级缺氧池12反硝化提供有机碳源，二级缺氧池12底部与好氧池14连通，内部设有第三搅拌装置13。好氧池内设有第二曝气盘15，与一体式厌氧氨氧化反应池9的曝气均通过曝气风机17实现，好氧池14的硝化液通过第四水泵16回流至二级缺氧池12。好氧池14顶部出水自流至二级沉淀池18，上清液达标排放，沉淀污泥通过第五水泵19回流至一级预缺氧池3。
根据本发明的第三方面，提出了如本发明第一方面所述的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮除磷方法在污水处理中的应用。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
1、沼液采用分点进水的方式，分别在预缺氧池、厌氧池将进水中的大部分有机物去除，防止过量的有机物进入到一体式厌氧氨氧化反应池，有利于后续厌氧氨氧化反应池中出现反硝化耦合脱氮现象，通过厌氧氨氧化反应生成的硝氮会被反硝化去除。
2、通过投加钙基化合物实现废水磷资源的有效脱除与回收利用，所生成的羟基磷酸钙促进了厌氧氨氧化污泥的颗粒化，系统抗冲击能力更强，处理负荷更高。
3、与传统的脱氮除磷工艺相比，通过生物除磷工艺去除了部分沼液中含有的有机物，使进水满足厌氧氨氧化耦合反硝化的要求，提高了厌氧氨氧化单元的总氮去除率。
4、利用厌氧氨氧化与硝化反硝化耦合实现同步脱氮除磷，厌氧氨氧化实现大部分氨氮脱除，可节省碳源、降低曝气能耗，使废水处理成本大幅度降低。
（发明人：周松伟;汪晓军;郑旭文;陈振国）