短程硝化-anammox-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種短程硝化?ANAMMOX?短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法，污泥消化液進入短程硝化反應器將部分的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，泵入ANAMMOX反應器進行去除，其含有硝酸鹽氮的出水與生活污水進入短程反硝化反應器，在生活污水中有機碳源下，將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再回流到ANAMMOX反應器與生活污水中氨氮同步去除，從而實現(xiàn)同步深度處理污泥厭氧消化液和城市污水。本發(fā)明氮素去除率高，出水無需后續(xù)處理即可排放，解決了高氨氮低碳氮比污泥消化液ANAMMOX處理出水含有過量硝酸鹽的難題，同時實現(xiàn)了對城市污水的同步處理，大大降低污水處理廠的運行費用。
【專利說明】
短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種同步低碳氮(C/N)比污泥消化液和城市生活污水脫氮技術(shù)，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]城市污水處理廠污泥厭氧消化過程中，微生物通過脫氨基作用將污泥中的有機氮釋放到上清液中，導致消化液中氨氮濃度高達600mg/L以上；另外，由于產(chǎn)甲烷菌將消化過程中有機物消耗，使得消化液中有機物濃度大大降低，因此，污泥消化液成為典型的高氨氮低碳氮比廢水。雖然其水量只占整個污水處理廠的2%左右，但是氨氮負荷占整個污水處理廠的15%?25%。傳統(tǒng)方法將消化污泥脫水液直接回流到污水處理廠前端與原水一并處理，大大增加了反應區(qū)的氮素負荷，導致脫氮除磷效果難以提高，合理、高效的污泥厭氧消化液旁側(cè)處理技術(shù)對提高污水處理廠出水水質(zhì)有重要意義。
[0003]厭氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌以亞硝酸氮為電子受體，氨氮為電子供體，將亞硝酸氮和氨氮同時轉(zhuǎn)化為氮氣的過程。該技術(shù)具有無需有機碳源、曝氣能耗低和污泥產(chǎn)量小等優(yōu)點。污泥厭氧消化液在硝化過程由于較高的游離氨濃度，容易形成穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累。因此，短程硝化+厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮技術(shù)常常用于高氨氮的污泥厭氧消化液的旁側(cè)處理。然而，厭氧氨氧化菌在將氨氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣的過程中會產(chǎn)生一定量的硝酸鹽氮(約占進水總氮的10%-12%)，因此在利用該技術(shù)處理高氮素的污泥厭氧消化液時，其出水中仍含有大量的硝酸鹽氮，影響脫氮效率，需要進一步的處理才能排放。
[0004]而短程反硝化工藝可以將硝酸鹽高效轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。本課題組在長期試驗過程中證明了短程反硝化可以穩(wěn)定維持，因此，如果將厭氧氨氧化出水中含有的過量硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再通過厭氧氨氧化作用與氨氮同步去除，可以實現(xiàn)污泥厭氧消化液的深度脫氮。
[0005]另外，由于短程反硝化過程需要電子供體，一般需要投加外碳源，這一定程度上增加了運行費用。城市生活污水中含有大量可被微生物利用的易降解有機物，其可以作為短程反硝化過程的電子供體。因此，利用城市污水作為短程反硝化過程所需有機物來源，可以無需外碳源的投加，還可實現(xiàn)對城市污水中氨氮的同步去除，是一種節(jié)省運行費用和能耗、提高脫氮效率的新型污水處理技術(shù)，為高氨氮廢水和城市污水脫氮提供了經(jīng)濟高效的新途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種新型的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法，具體是將污泥消化液進入短程硝化反應器將一半的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，其出水進入ANAMMOX反應器進行氮素去除，其含有硝酸鹽氮的出水進入短程反硝化反應器，利用城市污水中易降解有機碳源，將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，出水再回流到ANAMMOX反應器與城市污水中氨氮得到同步去除，從而實現(xiàn)深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的目的。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0008]短程硝化-ANA匪OX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法，應用如下裝置，該裝置包括原水箱(1)、短程硝化反應器⑵、第一中間水箱(3)、ANAMM0X反應器(4)、第二中間水箱(5)、短程反硝化反應器(6)、城市污水儲備箱(7)和第三中間水箱
[8];短程硝化反應器(2)設有氣栗(2.1)、曝氣頭(2.2)、第一取樣口(2.3)、第一排水口
(2.4)、第一排水閥(2.5)、短程硝化進水口( 2.6)、堿度投加口( 2.7)、堿度儲備箱(2.8)、第一蠕動栗(2.9)、pH監(jiān)測裝置(2.10)和第一攪拌器(2.11);厭氧氨氧化反應器(4)設有第一放空管(4.1)、第一進水口(4.2)、第二進水口(4.3)、第二取樣口(4.4)、第一回流口(4.5)、第一回流栗(4.6)、第二回流口(4.7)、第二回流栗(4.8)、三相分離器(4.9)、排氣口(4.10)、氣袋(4.11)和第二排水口(4.12);短程反硝化反應器(6)設有第二放空管(6.1)、第三取樣口(6.2)、第三排水口(6.3)、第二排水閥(6.4)、第二進水栗(6.5)、第三蠕動栗(6.6)和第二攪拌器(6.7);
[0009]原水箱(I)通過第一進水栗(1.1)與短程硝化進水口(2.6)相連;堿度儲備箱(2.8)通過第一蠕動栗(2.9)與短程硝化反應器(2)堿度投加口( 2.7)相連;第一中間水箱(3)通過第二蠕動栗(3.1)與厭氧氨氧化反應器(4)第一進水口(4.2)相連;厭氧氨氧化反應器(4)第一回流口(4.5)通過第一回流栗(4.6)與第二進水口(4.3)相連，第二回流口(4.7)通過第二回流栗(4.8)與第二中間水箱(5)相連;第二中間水箱(5)通過第二蠕動栗(6.5)與短程反硝化反應器(6)相連;城市污水儲備箱(7)通過第三蠕動栗(6.6)與短程反硝化反應器(6)相連;第三中間水箱(8)通過第三回流栗(8.1)與厭氧氨氧化反應器(4)第二進水口(4.3)相連。
[0010]其特征在于，包括以下過程:
[0011]I)系統(tǒng)啟動:
[0012]接種短程硝化污泥至短程硝化反應器，以厭氧消化液為進水，啟動短程硝化反應器;接種厭氧氨氧化顆粒污泥至內(nèi)ANAMMOX反應器，以人工合成氨氮和亞硝酸鹽氮廢水為進水，亞硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比為1.0?1.2啟動厭氧氨氧化反應器;接種短程反硝化污泥至短程反硝化反應器，以人工合成硝酸鹽廢水和城市污水為進水，人工合成硝酸鹽廢水中硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為30?150mg/L，硝酸鹽廢水與城市污水進水量之比為0.2?2.0，啟動短程反硝化反應器;控制短程硝化過程50 %?60 %的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，當亞硝酸鹽氮積累率大于90%，穩(wěn)定運行7天以上，將短程硝化出水作為厭氧氨氧化反應器的進水；當厭氧氨氧化反應器內(nèi)亞硝酸鹽氮去除率達到90%以上時，并穩(wěn)定運行7天以上，將厭氧氨氧化反應器出水和城市污水作為短程反硝化反應器的進水;當短程反硝化反應器中硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化率達到80%以上，出水硝酸鹽氮濃度小于5mg/L時，系統(tǒng)啟動成功；
[0013]2)優(yōu)化運行:
[0014]步驟一，將污泥厭氧消化液栗入短程硝化反應器，打開攪拌器和氣栗，當混合液中亞硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比在1.3?1.5時，關(guān)閉攪拌器和氣栗，沉淀30?60min，將上清液排至第一中間水箱；
[0015]步驟二，將第一中間水箱內(nèi)廢水栗入ANAMMOX反應器，打開第一回流栗，控制回流栗流速與進水流速比為3?6，打開第二回流栗，將ANAMMOX出水回流至第二中間水箱，控制其流速與進水流速比為I?5;
[0016]步驟三，將第二中間水箱內(nèi)廢水和城市污水栗入短程反硝化反應器，控制進水硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比為1.0?1.5，缺氧攪拌5?30min后關(guān)閉攪拌器，沉淀20?60min，將上清液排至第三中間水箱；
[0017]步驟四，將第三中間水箱內(nèi)廢水回流至ANAMMOX反應器，控制其流速與ANAMMOX反應器第二回流栗流速比為1.1?1.5;
[0018]短程硝化反應器混合液污泥濃度MLSS維持在2.5?5.0g/L，污泥齡控制在15?30天，溫度為25?35°C;
[0019]短程硝化反應器在好氧曝氣過程溶解氧濃度為0.5?2.0mg/L，當反應過程中pH小于7.2時，投加堿度至pH增加至7.5?8.0 ；
[0020]厭氧氨氧化反應器混合液污泥濃度MLSS維持在15?30g/L;
[0021 ] 短程反硝化反應器混合液污泥濃度MLSS維持在1.0?3.0g/L，污泥齡控制在30?60天；
[0022]城市污水中COD與氨氮質(zhì)量濃度比為3.0?7.0。
[0023]本發(fā)明提供的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法，具有以下優(yōu)勢和特點:
[0024]I)解決了高氨氮低碳氮比污泥厭氧消化液厭氧氨氧化工藝出水硝酸鹽氮過量的難題，出水總氮濃度低，無需后續(xù)處理即可排放；
[0025]2)通過引入城市污水到短程反硝化反應器，利用城市污水中有機物還原硝酸鹽氮為亞硝酸鹽氮，解決了短程反硝化過程需要外加碳源的問題；
[0026]3)生活污水中有機物在短程反硝化反應器中去除，氨氮與短程反硝化過程產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮在厭氧氨氧化反應器得到去除，實現(xiàn)了生活污水的同步處理，無需傳統(tǒng)硝化反硝化工藝中曝氣能耗；
[0027]4)工藝結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，易于優(yōu)化調(diào)控。
【附圖說明】
[0028]圖1是短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0030]如圖1所示，一種短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的裝置，包括原水箱(I)、短程硝化反應器(2)、第一中間水箱(3)、ANAMM0X反應器
(4)、第二中間水箱(5)、短程反硝化反應器(6)、城市污水儲備箱(7)和第三中間水箱(8);短程硝化反應器(2)設有氣栗(2.1)、曝氣頭(2.2)、第一取樣口(2.3)、第一排水口(2.4)、第一排水閥(2.5)、短程硝化進水口( 2.6)、堿度投加口( 2.7)、堿度儲備箱(2.8)、第一蠕動栗(2.9)、pH監(jiān)測裝置(2.10)和第一攪拌器(2.11);厭氧氨氧化反應器(4)設有第一放空管
(4.1)、第一進水口(4.2)、第二進水口(4.3)、第二取樣口(4.4)、第一回流口(4.5)、第一回流栗(4.6)、第二回流口(4.7)、第二回流栗(4.8)、三相分離器(4.9)、排氣口(4.10)、氣袋(4.11)和第二排水口(4.12);短程反硝化反應器(6)設有第二放空管(6.1)、第三取樣口
(6.2)、第三排水口(6.3)、第二排水閥(6.4)、第二進水栗(6.5)、第三蠕動栗(6.6)和第二攪拌器(6.7)；
[0031 ]原水箱I通過第一進水栗1.1與短程硝化反應器2進水口 2.6相連;堿度儲備箱2.8通過第一蠕動栗2.9與短程硝化反應器2堿度投加口 2.7相連;第一中間水箱3通過第二蠕動栗3.1與厭氧氨氧化反應器4第一進水口 4.2相連;厭氧氨氧化反應器4第一回流口 4.5通過第一回流栗4.6與第二進水口 4.3相連，第二回流口 4.7通過第二回流栗4.8與第二中間水箱5相連;第二中間水箱5通過第二蠕動栗6.5與短程反硝化反應器6相連;生活污水儲備箱7通過第三蠕動栗6.6與短程反硝化反應器6相連;第三中間水箱8通過第三回流栗8.1與厭氧氨氧化反應器4第二進水口 4.3相連。
[0032]本實施例中具體試驗用水為模擬污泥消化液，其氨氮平均濃度為620mg/L，COD平均濃度為295mg/L，堿度為3000mg/L(以CaCO3計)。試驗用生活污水氨氮濃度52.3?71.4mg/L，C0D濃度252.4?321.41^/匕試驗短程硝化381?反應器有效容積為1(^，每天4周期，每周期排水6.0L ；厭氧氨氧化UASB反應器有效容積為4L ；短程反硝化SBR反應器有效容積為1L，每天12周期，每周期排水7L。
[0033]具體操作過程如下:
[0034]I)系統(tǒng)啟動:接種短程硝化污泥至短程硝化反應器，以實際污泥消化液為進水，啟動短程硝化反應器;接種厭氧氨氧化顆粒污泥至內(nèi)ANAMMOX反應器，以人工合成氨氮和亞硝酸鹽氮廢水(NH/-N = 300mg/L，N02—-N= 360mg/L)為進水，啟動厭氧氨氧化反應器;接種短程反硝化污泥至短程反硝化反應器，以人工合成硝酸鹽廢水(N03—-N = 60mg/L)和城市污水為進水，人工合成硝酸鹽廢水與城市污水進水量之比為1.0，啟動短程反硝化反應器;控制短程硝化過程50%的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，當亞硝酸鹽氮積累率大于90%，穩(wěn)定運行8天，將短程硝化出水作為厭氧氨氧化反應器的進水；當厭氧氨氧化反應器內(nèi)亞硝酸鹽氮去除率達到90 %，并穩(wěn)定運行10天，將厭氧氨氧化反應器出水和城市污水作為短程反硝化反應器的進水；當短程反硝化反應器中硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化率達到80%以上，出水硝酸鹽氮濃度小于5mg/L時，系統(tǒng)啟動成功；
[0035]2)優(yōu)化運行:
[0036]步驟一，將污泥消化液栗入短程硝化反應器，打開攪拌器和氣栗，好氧曝氣280min，亞硝酸鹽氮與氨氮平均質(zhì)量濃度分別為324mg/L和232mg/L，關(guān)閉攪拌器和氣栗，沉淀40min，將上清液排至第一中間水箱；
[0037]步驟二，將第一中間水箱內(nèi)廢水以lL/h的流速栗入ANAMMOX反應器，打開第一回流栗，以5L/h的流速內(nèi)循環(huán)，打開第二回流栗，將ANAMMOX出水以3L/h的流速回流至第二中間水箱；
[0038]步驟三，將第二中間水箱內(nèi)廢水和城市污水栗入短程反硝化反應器，每周期進水量分別為6L和IL，缺氧攪拌6min后關(guān)閉攪拌器，沉淀20min，將上清液排至第三中間水箱；
[0039]步驟四，將第三中間水箱內(nèi)廢水以3.5L的流速回流至ANAMMOX反應器；
[0040]連續(xù)試驗結(jié)果表明:
[0041 ] 在短程硝化反應器污泥濃度MLSS為3.5?4g/L，污泥齡為20天，溫度為30°C，溶解氧濃度為1.0?1.5mg/L時，ANAMMOX反應器混合液污泥濃度MLSS為25g/L，反應溫度為30°C時，短程反硝化反應器混合液污泥濃度MLSS為2g/L，污泥齡為50天，反應溫度為22?28°C時，穩(wěn)定運行3個月的結(jié)果表明:系統(tǒng)出水總氮濃度小于15mg/L，硝酸鹽氮濃度小于12mg/L，總氮去除率大于97.5%，出水水質(zhì)達到國家一級A標準，解決了高氨氮低碳氮比污泥消化液厭氧氨氧化處理出水含過量硝酸鹽氮的問題，并同步實現(xiàn)了城市生活污水的處理。
[0042]以上對本發(fā)明所提供的短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法進行了詳細介紹，并且應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】上均會有改變之處，因此，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1.短程硝化-ANAMMOX-短程反硝化工藝深度處理污泥厭氧消化液和城市污水的方法，應用如下裝置，該裝置包括原水箱(I)、短程硝化反應器(2)、第一中間水箱(3)、ΑΝΑΜΜ0Χ反應器(4)、第二中間水箱(5)、短程反硝化反應器(6)、城市污水儲備箱(7)和第三中間水箱(8);短程硝化反應器(2)設有氣栗(2.1)、曝氣頭(2.2)、第一取樣口(2.3)、第一排水口(2.4)、第一排水閥(2.5)、短程硝化進水口( 2.6)、堿度投加口( 2.7)、堿度儲備箱(2.8)、第一蠕動栗(2.9)、pH監(jiān)測裝置(2.10)和第一攪拌器(2.11);厭氧氨氧化反應器(4)設有第一放空管(4.1)、第一進水口(4.2)、第二進水口(4.3)、第二取樣口(4.4)、第一回流口(4.5)、第一回流栗(4.6)、第二回流口(4.7)、第二回流栗(4.8)、三相分離器(4.9)、排氣口(4.10)、氣袋(4.11)和第二排水口(4.12);短程反硝化反應器(6)設有第二放空管(6.1)、第三取樣口(6.2)、第三排水口(6.3)、第二排水閥(6.4)、第二進水栗(6.5)、第三蠕動栗(6.6)和第二攪拌器(6.7); 原水箱(I)通過第一進水栗(1.1)與短程硝化進水口(2.6)相連;堿度儲備箱(2.8)通過第一蠕動栗(2.9)與短程硝化反應器(2)堿度投加口(2.7)相連;第一中間水箱(3)通過第二蠕動栗(3.1)與厭氧氨氧化反應器(4)第一進水口(4.2)相連;厭氧氨氧化反應器(4)第一回流口(4.5)通過第一回流栗(4.6)與第二進水口(4.3)相連，第二回流口(4.7)通過第二回流栗(4.8)與第二中間水箱(5)相連;第二中間水箱(5)通過第二蠕動栗(6.5)與短程反硝化反應器(6)相連;城市污水儲備箱(7)通過第三蠕動栗(6.6)與短程反硝化反應器(6)相連;第三中間水箱(8)通過第三回流栗(8.1)與厭氧氨氧化反應器(4)第二進水口(4.3)相連； 其特征在于，包括以下過程: .1)系統(tǒng)啟動: 接種短程硝化污泥至短程硝化反應器，以厭氧消化液為進水，啟動短程硝化反應器;接種厭氧氨氧化顆粒污泥至內(nèi)ΑΝΑΜΜ0Χ反應器，以人工合成氨氮和亞硝酸鹽氮廢水為進水，亞硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比為1.0?1.2啟動厭氧氨氧化反應器;接種短程反硝化污泥至短程反硝化反應器，以人工合成硝酸鹽廢水和城市污水為進水，人工合成硝酸鹽廢水中硝酸鹽氮質(zhì)量濃度為30?150mg/L，硝酸鹽廢水與城市污水進水量之比為0.2?2.0，啟動短程反硝化反應器;控制短程硝化過程50 %?60 %的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，當亞硝酸鹽氮積累率大于90%，穩(wěn)定運行7天以上，將短程硝化出水作為厭氧氨氧化反應器的進水；當厭氧氨氧化反應器內(nèi)亞硝酸鹽氮去除率達到90%以上時，并穩(wěn)定運行7天以上，將厭氧氨氧化反應器出水和城市污水作為短程反硝化反應器的進水;當短程反硝化反應器中硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化率達到80%以上，出水硝酸鹽氮濃度小于5mg/L時，系統(tǒng)啟動成功； .2)優(yōu)化運行: 步驟一，將污泥厭氧消化液栗入短程硝化反應器，打開攪拌器和氣栗，當混合液中亞硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比在1.3?1.5時，關(guān)閉攪拌器和氣栗，沉淀30?60min，將上清液排至第一中間水箱； 步驟二，將第一中間水箱內(nèi)廢水栗入ΑΝΑΜΜ0Χ反應器，打開第一回流栗，控制回流栗流速與進水流速比為3?6，打開第二回流栗，將ΑΝΑΜΜ0Χ出水回流至第二中間水箱，控制其流速與進水流速比為I?5; 步驟三，將第二中間水箱內(nèi)廢水和城市污水栗入短程反硝化反應器，控制進水硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比為1.0?1.5，缺氧攪拌5?30min后關(guān)閉攪拌器，沉淀20?60min，將上清液排至第三中間水箱； 步驟四，將第三中間水箱內(nèi)廢水回流至ANAMMOX反應器，控制其流速與 ΑΝΑΜΜ0Χ反應器第二回流栗流速比為1.1?1.5; 短程硝化反應器混合液污泥濃度MLSS維持在2.5?5.0g/L，污泥齡控制在15?30天，溫度為25?35°C; 短程硝化反應器在好氧曝氣過程溶解氧濃度為0.5?2.0mg/L，當反應過程中pH小于.7.2時，投加堿度至pH增加至7.5?8.0 ； 厭氧氨氧化反應器混合液污泥濃度MLSS維持在15?30g/L; 短程反硝化反應器混合液污泥濃度MLSS維持在1.0?3.0g/L，污泥齡控制在30?60天； 城市污水中COD與氨氮質(zhì)量濃度比為3.0?7.0。
【文檔編號】C02F3/30GK106006967SQ201610539187
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月10日
【發(fā)明人】彭永臻, 杜睿, 操沈彬, 牛萌, 王淑瑩
【申請人】北京工業(yè)大學