本發(fā)明涉及一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮裝置與方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)今年來(lái)城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，城市居民不斷增加，使得城市污水量不斷增加。為了控制污染物排放對(duì)水體產(chǎn)生的污染，我國(guó)今年來(lái)大規(guī)模興建了城市污水處理廠，主要用于控制污水中的有機(jī)污染物、氮和磷等的排放。目前的城市污水處理廠大都采用傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)，該技術(shù)具有能耗高、污泥產(chǎn)量大等缺點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)高效低能耗脫氮技術(shù)具有重要的意義。
厭氧氨氧化技術(shù)是一種新型污水生物脫氮技術(shù)，該技術(shù)具有能耗低、產(chǎn)泥量少等特點(diǎn)，但該技術(shù)目前主要應(yīng)用于高氨氮廢水處理。限制厭氧氨氧化脫氮技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理廠的主要瓶頸是控制污泥中亞硝酸鹽氧化菌(nob)的生長(zhǎng)繁殖，從而可以產(chǎn)生亞硝酸鹽為厭氧氨氧化提供底物。已有研究發(fā)現(xiàn)顆粒污泥和絮體污泥共存的污水厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)中，硝化菌包括氨氧化菌(aob)和nob主要存在于絮體污泥，另外一部分aob和nob存在于顆粒污泥外層；厭氧氨氧化菌則主要存在于顆粒污泥中。因此通過(guò)形成顆粒污泥，避免絮體污泥的存在可大幅減少nob的數(shù)量；另外通過(guò)后置缺氧實(shí)現(xiàn)內(nèi)源短程反硝化厭氧氨氧化脫氮，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了推動(dòng)厭氧氨氧化技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用，基于上述分析，提出一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮裝置與方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮裝置，其特征在于，設(shè)有城市污水原水箱1、脫氮反應(yīng)器2和在線控制裝置3；城市污水原水箱1通過(guò)進(jìn)水泵1.1與脫氮反應(yīng)器2相連，脫氮反應(yīng)器2高徑比為15-30；脫氮反應(yīng)器設(shè)有回流泵2.1、曝氣泵2.2、溶解氧在線傳感器2.3、排水閥2.4、三相分離器2.5和回流管2.6；溶解氧在線傳感器2.3的數(shù)據(jù)傳輸至在線控制裝置3，該裝置由plc可編程控制器和電機(jī)控制柜構(gòu)成，可根據(jù)溶解氧濃度和設(shè)定的運(yùn)行程度控制曝氣泵2.2、進(jìn)水泵1.1、回流泵2.1和排水閥2.4。
基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮方法，其特征在于包含以下步驟：
1)接種城市污水廠活性污泥投加至脫氮反應(yīng)器(2)，使污泥濃度mlss達(dá)到3000-4000mg/l；
2)啟動(dòng)進(jìn)水泵將城市污水從原水箱輸送到脫氮反應(yīng)器(2)，進(jìn)水3-10min后停止進(jìn)水泵；而后啟動(dòng)回流泵，進(jìn)入?yún)捬醵?；厭氧運(yùn)行1-3h后，啟動(dòng)曝氣泵；控制恒定曝氣量，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度為0.2-0.5mg/l；當(dāng)溶解氧濃度升至1.0mg/l，并保持溶解氧濃度大于1.0mg/l的時(shí)間超過(guò)2min時(shí)，停止曝氣泵，進(jìn)入缺氧段；缺氧運(yùn)行1-3h，停止回流泵，進(jìn)入沉淀段；沉淀時(shí)間為1-5min，從而培養(yǎng)出顆粒污泥；沉淀結(jié)束后開(kāi)啟排水閥(2.4)，通過(guò)控制排水時(shí)間，使反應(yīng)器排水比為30％-80％；而后設(shè)置一定的閑置時(shí)間，完成一個(gè)運(yùn)行周期；整個(gè)周期的時(shí)間為6-12h；通過(guò)調(diào)控回流比，使反應(yīng)器內(nèi)水的上升流速維持在2-15m/h，保證反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥良好的流化狀態(tài)。
技術(shù)原理：
一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮裝置結(jié)合上向流厭氧污泥床反應(yīng)器(uasb)和序批式活性污泥反應(yīng)器(sbr)的特點(diǎn)，采用uasb反應(yīng)器形式，以sbr的運(yùn)行模式運(yùn)行，同時(shí)增加水回流提供上升流速，增大剪切力；同時(shí)通過(guò)縮短沉淀時(shí)間形成水利選擇壓；此外通過(guò)設(shè)置內(nèi)源反硝化使細(xì)菌處于饑餓狀態(tài)，增加微生物表面疏水性；綜合以上三種措施強(qiáng)化顆粒污泥的形成和維持。本發(fā)明的脫氮技術(shù)原理為：城市污水進(jìn)入脫氮反應(yīng)器后，首先是厭氧運(yùn)行，將污水中的有機(jī)物以內(nèi)源的形式貯存到微生物體內(nèi)；而后進(jìn)入低氧反應(yīng)階段，發(fā)生短程硝化厭氧氨氧化脫氮；然后再進(jìn)入缺氧反應(yīng)階段，發(fā)生內(nèi)源短程反硝化厭氧氨氧化脫氮；隨后進(jìn)行沉淀排水，達(dá)到污水高效深度脫氮的目的。
本發(fā)明一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮的裝置與方法，與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比具有以下優(yōu)勢(shì)：
1)顆粒污泥的形成使得反應(yīng)器內(nèi)生物量增大，沉淀時(shí)間縮短，脫氮效率得以提高；
2)該技術(shù)需氧量低，同時(shí)以低氧運(yùn)行，降低了系統(tǒng)曝氣能耗；
3)內(nèi)源短程反硝化厭氧氨氧化脫氮的實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)總氮去除率增加。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮的裝置與方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1為城市污水原水箱、2為脫氮反應(yīng)器、3為在線控制裝置；1.1為進(jìn)水泵、2.1為回流泵、2.2為曝氣泵、2.3為溶解氧在線傳感器、2.4為排水閥、2.5為三相分離器，2.6為回流管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：一種基于顆粒污泥的城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮裝置，設(shè)有城市污水原水箱(1)、脫氮反應(yīng)器(2)和在線控制裝置(3)；城市污水原水箱(1)通過(guò)進(jìn)水泵(1.1)與脫氮反應(yīng)器(2)相連，脫氮反應(yīng)器(2)高徑比為15-30；脫氮反應(yīng)器設(shè)有回流泵(2.1)、曝氣泵(2.2)、溶解氧在線傳感器(2.3)、排水閥(2.4)、三相分離器(2.5)和回流管(2.6)；溶解氧在線傳感器(2.3)的數(shù)據(jù)傳輸至在線控制裝置(3)，該裝置根據(jù)溶解氧濃度和設(shè)定的運(yùn)行程度控制曝氣泵(2.2)、進(jìn)水泵(1.1)、回流泵(2.1)和排水閥(2.4)。
方法的步驟為：
1)接種城市污水廠活性污泥投加至脫氮反應(yīng)器(2)，使污泥濃度mlss達(dá)到3000-4000mg/l；
2)啟動(dòng)進(jìn)水泵將城市污水從原水箱輸送到脫氮反應(yīng)器(2)，進(jìn)水3-10min后停止進(jìn)水泵；而后啟動(dòng)回流泵，進(jìn)入?yún)捬醵危粎捬踹\(yùn)行1-3h后，啟動(dòng)曝氣泵；控制恒定曝氣量，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度為0.2-0.5mg/l；當(dāng)溶解氧濃度升至1.0mg/l，并保持溶解氧濃度大于1.0mg/l的時(shí)間超過(guò)2min時(shí)，停止曝氣泵，進(jìn)入缺氧段；缺氧運(yùn)行1-3h，停止回流泵，進(jìn)入沉淀段；沉淀時(shí)間為1-5min，從而培養(yǎng)出顆粒污泥；沉淀結(jié)束后開(kāi)啟排水閥(2.4)，通過(guò)控制排水時(shí)間，使反應(yīng)器排水比為30％-80％；而后設(shè)置一定的閑置時(shí)間，完成一個(gè)運(yùn)行周期；整個(gè)周期的時(shí)間為6-12h；通過(guò)調(diào)控回流比，使反應(yīng)器內(nèi)水的上升流速維持在2-15m/h，保證反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥良好的流化狀態(tài)。
試驗(yàn)采用北京某家屬區(qū)生活污水作為原水，具體水質(zhì)如下：cod濃度為260-420mg/l；
具體操作如下：
1)接種城市污水廠活性污泥投加至脫氮反應(yīng)器(2)，使污泥濃度mlss達(dá)到3500mg/l；
2)啟動(dòng)進(jìn)水泵將城市污水從原水箱輸送到脫氮反應(yīng)器(2)，進(jìn)水3min后停止進(jìn)水泵；而后啟動(dòng)回流泵，進(jìn)入?yún)捬醵?；厭氧運(yùn)行2h后，啟動(dòng)曝氣泵；控制恒定曝氣量，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度為0.2-0.5mg/l；當(dāng)溶解氧濃度升至1.0mg/l，并保持溶解氧濃度大于1.0mg/l的時(shí)間超過(guò)2min時(shí)，停止曝氣泵，進(jìn)入缺氧段；缺氧運(yùn)行2h，停止回流泵，進(jìn)入沉淀段；沉淀時(shí)間為5min，從而培養(yǎng)出顆粒污泥；沉淀結(jié)束后開(kāi)啟排水閥(2.4)，通過(guò)控制排水時(shí)間，使反應(yīng)器排水比為50％；而后設(shè)置一定的閑置時(shí)間，完成一個(gè)運(yùn)行周期；整個(gè)周期的時(shí)間為12h；通過(guò)調(diào)控回流比，使反應(yīng)器內(nèi)水的上升流速維持在6m/h，保證反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥良好的流化狀態(tài)。
試驗(yàn)結(jié)果表明：運(yùn)行穩(wěn)定后，脫氮反應(yīng)器出水cod濃度為30-50mg/l,