本發(fā)明涉及一種氧化溝分段進水工藝實現(xiàn)短程硝化反硝化的方法，屬于污水生物處理技術領域。
背景技術：
城市污水中氮污染物的去除對于水體富營養(yǎng)化的控制具有重要作用。目前污水處理大都采用傳統(tǒng)的硝化反硝化生物脫氮工藝，該工藝的原理為通過在好氧條件下氨氧化菌作用將氨氮轉化為硝態(tài)氮，而后在缺氧區(qū)通過有機物將將硝態(tài)氮還原為氮氣，從而達到將污水中的氮脫除的目的。
短程生物脫氮是一種新型的污水處理技術，其基本原理就是在好氧區(qū)將硝化過程氨氮氧化控制在亞硝化的階段，然后通過有機物進行缺氧反硝化將亞硝態(tài)氮經(jīng)由NO、N2O逐步還原為氮氣，該方法不僅可以節(jié)省好氧區(qū)的充氧量，同時可減少反硝化過程的有機碳源需求量，最終可降低污水處理能耗。
實現(xiàn)短程生物脫氮的瓶頸在于城市污水處理系統(tǒng)中的亞硝酸鹽氧化菌的穩(wěn)定控制。最新研究表明在缺氧條件下，氨氮對氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌有選擇性抑制效應，即對亞硝酸鹽氧化菌的抑制效果要強于對氨氧化菌的滅活效果。若能基于氨氮的這種選擇性抑制效應實現(xiàn)亞硝酸鹽氧化菌的穩(wěn)定控制，則有望推進短程硝化反硝化脫氮技術在城市污水處理廠的應用。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有城市污水處理難以控制亞硝酸鹽氧化菌增長的問題，基于對亞硝酸氧化菌的選擇性抑制作用，提出了一種氧化溝分段進水工藝實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮的方法，該方法首先是城市生活污水分為四等份進入氧化溝反應器的缺氧區(qū)，反硝化菌利用污水中原有的有機物作為碳源，將上一好氧段產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮還原為氮氣，而后進入好氧區(qū)，氨氧化菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮；再依次經(jīng)過缺氧區(qū)和好氧區(qū)；二沉池部分沉淀污泥進入污泥處理區(qū)，采用游離氨處理后回流至氧化溝缺氧區(qū)；通過游離氨對污泥中亞硝酸鹽氧化菌進行選擇性抑制，控制污泥中亞硝酸鹽氧化菌的增長，維持氧化溝反應器中短程硝化；最終實現(xiàn)城市污水短程硝化反硝化脫氮，提高脫氮效果，降低處理能耗。
本發(fā)明的目的是通過以下解決方案來解決的：一種氧化溝分段進水工藝實現(xiàn)城市污水短程硝化反硝化脫氮的方法，其特征在于：設有城市污水原水箱(1)、氧化溝反應器(2)、二沉池(3)；城市污水原水箱(1)設有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通過進水泵(1.3)與氧化溝反應器(2)的第一進水管(1.5)及第二進水管(1.7)相連接；氧化溝反應器(2)分為反應區(qū)和污泥處理區(qū)(2.11)，反應區(qū)分為4個缺氧—好氧格交替運行，按照水流方向在氧化溝反應器(2)內(nèi)循環(huán)流動；其中好氧區(qū)通過設有空壓機(2.14)、氣體流量計(2.15)、氣量調(diào)節(jié)閥(2.16)及第一曝氣管(2.2)、第二曝氣管(2.5)、第三曝氣管(2.7)和第四曝氣管(2.8)的曝氣系統(tǒng)進行充氧，其余為缺氧區(qū)；氧化溝反應器(2)設有液下推進器(2.1)和溢流堰(2.3)，氧化溝反應器二沉池連接管(2.4)將氧化溝反應器(2)與二沉池(3)相連接；二沉池(3)通過污泥回流泵(2.13)和污泥回流管(2.17)與氧化溝反應器(2)相連接；污泥處理區(qū)(2.11)為長方形池體，設有污泥投加泵(3.2)和污泥區(qū)液下推進器(2.12)；污泥處理區(qū)(2.11)通過污泥投加泵(3.2)與氧化溝反應器二沉池(3)相連接；消化污泥脫水液通過消化污泥脫水液進水泵(3.4)進入污泥處理區(qū)(2.11)；污泥處理區(qū)(2.11)通過pH調(diào)節(jié)泵(3.5)調(diào)節(jié)處理過程中的pH值。
城市污水在此裝置中的處理流程為：城市生活污水分為四等份進入氧化溝反應器的缺氧區(qū)，反硝化菌利用污水中原有的有機物作為碳源，將上一好氧段產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮還原為氮氣，之后進入好氧區(qū)，氨氧化菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮；再依次經(jīng)過缺氧區(qū)和好氧區(qū)；二沉池部分沉淀污泥進入污泥處理區(qū)，采用游離氨處理后回流至氧化溝缺氧區(qū)；通過游離氨對污泥中亞硝酸鹽氧化菌進行選擇性抑制，控制污泥中亞硝酸鹽氧化菌的增長，以維持氧化溝反應器中的短程硝化；最終實現(xiàn)城市污水短程硝化反硝化脫氮，提高脫氮效果，降低處理能耗。基于氧化溝分段進水氧化溝工藝實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮的方法，其具體啟動與調(diào)控步驟如下：
1)啟動系統(tǒng)：接種傳統(tǒng)城市污水廠具有硝化活性的絮體污泥投加至氧化溝反應器(2)，使污泥濃度達到3000-5000mg/L；
2)運行時調(diào)節(jié)操作如下：
2.1)氧化溝反應器(2)中缺氧區(qū)與好氧區(qū)交替設置，在好氧區(qū)通過曝氣裝置充氧，好氧區(qū)溶解氧濃度通過調(diào)整曝氣量控制溶解氧濃度在1.0-1.5mg/L，缺氧區(qū)通過液下推進器攪拌，好氧區(qū)與缺氧區(qū)的容積比為1:1；
2.2)氧化溝反應器(2)的污泥回流比控制為50-150％；該反應器(2)的水力停留時間HRT控制在12-20h；污泥齡控制在20-35天；
2.3)進入污泥處理區(qū)的沉淀污泥流量為氧化溝進水流量3-10％，污泥在該區(qū)內(nèi)的停留時間為10-24h；
2.4)向污泥處理區(qū)引入消化污泥脫水液，使處理區(qū)的氨氮濃度為300-1000mg/L，并通過酸堿調(diào)節(jié)泵投加酸或堿以控制污泥處理區(qū)pH為8.0-8.5。
本發(fā)明基于氧化溝分段進水工藝實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮的方法，與現(xiàn)有傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比具有以下優(yōu)勢：
1)好氧區(qū)需氧量低，短程硝化較傳統(tǒng)硝化可節(jié)約25％左右的需氧量，從而降低了系統(tǒng)處理能耗；
2)短程硝化在反硝化過程的對有機碳源需求量低，減少了外碳源量投加量，降低了運行費用；
3)短程硝化污泥產(chǎn)量低，使得系統(tǒng)污泥排放量低，降低了污泥處置費用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于氧化溝分段進水工藝實現(xiàn)城市污水短程硝化反硝化脫氮裝置的結構示意圖。
圖中(1)為城市污水原水箱、(2)為氧化溝反應器、(3)為二沉池；(1.1)為溢流管、(1.2)為放空管、(1.3)為進水泵、(1.5)為氧化溝反應器第一進水管、(1.7)為氧化溝反應器第二進水管；(1.4)和(1.6)為原水進水管調(diào)節(jié)閥；(2.1)為液下推進器、(2.2)為第一曝氣管、(2.5)為第二曝氣管、(2.7)為第三曝氣管、(2.8)為第四曝氣管、(2.15)為氣體流量計、(2.14)為空壓機、(2.16)為氣量調(diào)節(jié)閥、(2.3)為氧化溝反應器溢流堰、(2.4)為氧化溝反應器二沉池連接管、(2.13)為污泥回流泵；(2.11)氧化溝反應器污泥處理區(qū)、(3.1)為二沉池排泥管、(3.2)為污泥投加泵、(3.3)為污泥調(diào)節(jié)閥；(2.12)為污泥處理區(qū)液下推進器、(3.4)為消化污泥脫水液進水泵、(3.5)為污泥處理區(qū)pH調(diào)節(jié)泵。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明：如圖1所示，氧化溝分段進水工藝實現(xiàn)城市污水短程硝化反硝化的脫氮裝置其特征設有城市污水原水箱(1)、氧化溝反應器(2)、二沉池(3)；城市污水原水箱(1)設有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通過進水泵(1.3)與氧化溝反應器(2)的第一進水管(1.5)和第二進水管(1.7)相連接；氧化溝反應器(2)分為反應區(qū)和污泥處理區(qū)(2.11)，反應區(qū)分為4個缺氧—好氧格交替運行，按照水流方向在氧化溝反應器(2)內(nèi)循環(huán)流動；其中好氧區(qū)通過設有空壓機(2.14)、氣體流量計(2.15)、氣量調(diào)節(jié)閥(2.16)及反應器第一曝氣管(2.2)、第二曝氣管(2.5)、第三曝氣管(2.7)和第四曝氣管(2.8)的曝氣系統(tǒng)進行充氧，其余為缺氧區(qū)；氧化溝反應器(2)設有液下推進器(2.1)和溢流堰(2.3)，氧化溝反應器二沉池連接管(2.4)將氧化溝反應器(2)與二沉池(3)相連接；二沉池(3)通過污泥回流泵(2.13)和污泥回流管(2.17)與氧化溝反應器(2)相連接；污泥處理區(qū)(2.11)為長方形池體，設有污泥投加泵(3.2)和污泥區(qū)液下推進器(2.12)；污泥處理區(qū)(2.11)通過污泥投加泵(3.2)與氧化溝反應器二沉池(3)相連接；消化污泥脫水液通過消化污泥脫水液進水泵(3.4)進入污泥處理區(qū)(2.11)；污泥處理區(qū)(2.11)通過pH調(diào)節(jié)泵(3.5)調(diào)節(jié)處理過程中的pH值。
試驗采用某城市污水作為原水，具體水質(zhì)如下：COD濃度為150-250mg/L；濃度為58-72mg/L，試驗系統(tǒng)如圖1所示，各反應器均采用有機玻璃制成，生物反應器有效體積為120L。
2.4)向污泥處理區(qū)引入消化污泥脫水液，使處理區(qū)的氨氮濃度為300-1000mg/L，并通過酸堿調(diào)節(jié)泵投加酸或堿以控制污泥處理區(qū)pH為8.0-8.5。
具體運行時操作如下：
1)啟動系統(tǒng)：接種普通城市污水廠具有硝化活性的絮體污泥投加至氧化溝反應器(2)，使污泥濃度達到3000-3500mg/L；
2)運行時調(diào)節(jié)操作如下：
2.1)氧化溝反應器(2)中缺氧區(qū)與好氧區(qū)交替設置，在好氧區(qū)通過曝氣裝置充氧，好氧區(qū)的溶解氧濃度通過調(diào)整曝氣量控制溶解氧濃度在1.5mg/L，缺氧區(qū)通過液下推進器攪拌，好氧區(qū)與缺氧區(qū)的容積比為1:1；
2.2)氧化溝反應器(2)的污泥回流比控制為150％；該反應器(2)的水力停留時間HRT控制在18h；污泥齡控制在30天；
2.3)進入污泥處理區(qū)的沉淀污泥的流量為氧化溝進水流量的10％，污泥在該反應器內(nèi)的停留時間為20h；
2.4)通過向污泥處理區(qū)(4)內(nèi)引入消化污泥脫水液，使得該反應區(qū)的氨氮濃度為1000mg/L，并通過酸堿調(diào)節(jié)泵投加酸或堿以控制以污泥處理區(qū)的pH為8.5。
試驗結果表明：運行穩(wěn)定后，生物反應器出水COD濃度為35-50mg/L,濃度0-5mg/L，濃度為8.5-13.8mg/L,濃度0.5-3.2mg/L，TN低于15mg/L。