本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化硝化-deamox生物膜工藝處理城市生活污水的裝置和方法屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前城市生活污水多采用傳統(tǒng)的生物硝化/反硝化工藝處理(a2/o、a/o工藝)，且反硝化過(guò)程需要有機(jī)碳源為電子供體，將nox^--n氧化為n2，而我國(guó)城市生活污水普遍存在c/n較低的問(wèn)題，生活污水中碳源不足，導(dǎo)致反硝化效率低下，出水總氮過(guò)高，不能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb18918-2002)一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)，因此為達(dá)標(biāo)排放需要投加外加碳源，這無(wú)疑增加了污水處理的費(fèi)用。

與傳統(tǒng)的生物硝化/反硝化工藝，厭氧氨氧化技術(shù)屬于自養(yǎng)脫氮過(guò)程，無(wú)需有機(jī)碳源，污泥產(chǎn)率低和無(wú)需曝氣，適用于低c/n比生活污水的處理。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的短程硝化-厭氧氨氧化工藝已成功應(yīng)用于高氨氮廢水的處理，但目前還未應(yīng)用于城市生活污水的處理，限制其應(yīng)用的主要瓶頸在于低c/n比城市生活污水難以維持穩(wěn)定的短程硝化，從而不能夠給厭氧氨氧化系統(tǒng)提供穩(wěn)定的亞硝基質(zhì)，導(dǎo)致該工藝脫氮效果不穩(wěn)定。

deamox工藝則可以有效解決厭氧氨氧化過(guò)程亞硝酸鹽氮難以獲取的問(wèn)題，其在單一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著厭氧氨氧化作用和短程反硝化作用，厭氧氨氧化所需的亞硝酸鹽氮基質(zhì)來(lái)源于短程反硝化過(guò)程硝酸鹽氮的還原，同時(shí)該工藝能夠?qū)捬醢毖趸a(chǎn)生的硝酸鹽氮原位去除，因此相比于傳統(tǒng)厭氧氨氧化工藝出水tn濃度可以有效降低。

然而anammox細(xì)菌生長(zhǎng)速率緩慢(最高生長(zhǎng)速率為0.0027h^-1)，世代周期長(zhǎng)(10～14d)，活性易受到環(huán)境條件的變化而受到影響，且deamox工藝在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的大量氮?dú)馐刮勰鄳腋∮诜磻?yīng)器內(nèi)，沉降性能差，導(dǎo)致菌體易流失，導(dǎo)致deamox系統(tǒng)脫氮效果不穩(wěn)定，若采用投加填料掛生物膜的方式，其能夠截留厭氧氨氧化細(xì)菌，有效提高生物量，解決了厭氧氨氧化污泥易流失的問(wèn)題，從而提高系統(tǒng)的氮素去除負(fù)荷和穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化硝化-deamox生物膜工藝處理城市生活污水的裝置和方法，具體是城市生活污水首先進(jìn)入強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器，通過(guò)缺氧攪拌充分利用城市生活污水中的有機(jī)物將上周期殘留的硝酸鹽去除，隨后曝氣進(jìn)行全程硝化；含有硝酸鹽的出水與另一部分城市生活污水一起進(jìn)入deamox生物膜sbr反應(yīng)器進(jìn)行脫氮，同時(shí)厭氧氨氧化產(chǎn)生的硝酸鹽能夠被短程反硝化菌還原為亞硝酸鹽，再通過(guò)原位厭氧氨氧化作用去除，通過(guò)優(yōu)化廢水中硝酸鹽氮和氨氮的質(zhì)量濃度比和進(jìn)水有機(jī)碳源的濃度，實(shí)現(xiàn)氮素高效去除，同時(shí)投加的生物填料能夠有效提高生物量，截留厭氧氨氧化菌，從而提高系統(tǒng)的總氮去除負(fù)荷。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

1.強(qiáng)化硝化-deamox生物膜工藝處理城市生活污水的裝置，其特征在于，包括原水箱(1)、強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)、中間水箱(3)、plc控制器(4)、deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)、出水箱(6)；

所述強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)設(shè)有第一放空管(2.1)、第一排水閥(2.2)、第一取樣口(2.3)、第一進(jìn)水口(2.4)、第一攪拌器(2.5)、氣泵(2.6)、曝氣頭(2.7)、do在線監(jiān)控探頭(2.10)、懸浮填料(2.11)采用直徑為20～50mm聚丙烯空心環(huán)，其密度為0.96～1.00g/cm³，比表面積為200～800m²/m³，孔隙率為94％～96％，填充率為20％～45％；所述deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)設(shè)有第二放空管(5.1)、第二排水閥(5.2)、第二取樣口(5.3)、ph在線監(jiān)測(cè)探頭(5.4)、orp在線監(jiān)測(cè)探頭(5.8)、第二攪拌器(5.6)、第二進(jìn)水口(5.9)、第三進(jìn)水口(5.10)、第四進(jìn)水口(5.12)、有機(jī)碳源儲(chǔ)備箱(5.14)、填料固定架(5.7)、固定填料(5.5)采用體積為1～8cm³的聚氨酯海綿填料，其密度為0.22～0.25g/cm³，20～30m²/g，孔隙率為92％～94％，填充率為20％～45％；

原水箱(1)通過(guò)第一蠕動(dòng)泵(2.8)與強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)第一進(jìn)水口(2.4)相連；中間水箱(3)通過(guò)第二蠕動(dòng)泵(5.11)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)第二進(jìn)水口(5.9)相連；原水箱(1)通過(guò)第三蠕動(dòng)泵(2.9)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)第三進(jìn)水口(5.10)相連；有機(jī)碳源儲(chǔ)備箱(5.14)通過(guò)第四蠕動(dòng)泵(5.13)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)第四進(jìn)水口(5.12)相連；出水箱(6)通過(guò)第二排水閥(5.2)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)相連。

2.強(qiáng)化硝化-deamox生物膜工藝處理城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下過(guò)程：

1)工藝啟動(dòng)：在強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)中接種已掛好硝化生物膜的填料(2.11)，其體積占整個(gè)反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)體積的20％～45％；在deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)中首先接種具有厭氧氨氧化活性的活性污泥，接種污泥濃度為2000～3000mg/l，填料填充比為20％～50％，將含氨氮和亞硝酸鹽氮模擬廢水泵入到該反應(yīng)器內(nèi)，控制進(jìn)水no2^--n和nh4⁺-n質(zhì)量濃度比為1～2，運(yùn)行溫度控制30～35℃，待厭氧氨氧化速率高于0.2gn/(gvss·h)，同時(shí)系統(tǒng)出水的nh4⁺-n和no2^--n去除率高于80％，且系統(tǒng)總氮去除負(fù)荷達(dá)到0.5～1.8kg/(m³·d)時(shí)，則厭氧氨氧化生物膜系統(tǒng)啟動(dòng)成功；然后再將亞硝積累率為70％以上的短程反硝化的活性污泥投加至啟動(dòng)成功的anammox生物膜反應(yīng)器內(nèi)，接種后的污泥濃度為2000mg/l～5000mg/l，接種成功后，將含氨氮和硝酸鹽氮模擬廢水泵入到該反應(yīng)器內(nèi)，硝酸鹽氮和氨氮質(zhì)量濃度比為1.3～2.0，外加有機(jī)碳源與進(jìn)水中硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比為2.5～3.5，進(jìn)水后缺氧攪拌2～4h，沉淀30～60min，排水比為40％～60％，當(dāng)出水中氨氮與硝酸鹽氮的去除率達(dá)到70％以上deamox生物膜系統(tǒng)啟動(dòng)成功；

2)將城市生活污水泵入強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)中，打開第一攪拌器(2.5)，缺氧攪拌30～60min后，打開氣泵(2.6)通過(guò)plc控制器(4)的do在線監(jiān)控探頭(2.10)控制反應(yīng)器do為2～4mg/l，曝氣攪拌90～180min后，關(guān)閉第一攪拌器(2.5)和氣泵(2.6)，沉淀30～90min后將出水排入中間水箱(3)；

3)將中間水箱(3)和原水箱(1)中廢水泵入deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)調(diào)節(jié)第二蠕動(dòng)泵(5.11)和第三蠕動(dòng)泵(2.9)流速，控制硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比為1.3～2.0，同時(shí)打開第四蠕動(dòng)泵(5.13)，將有機(jī)碳源泵入反應(yīng)器內(nèi)，控制反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)碳源與硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度比2.5～3.5；打開第二攪拌器(5.6)，缺氧攪拌60～180min后，關(guān)閉第二攪拌器(5.6)，沉淀10～40min后將上清液排入出水箱(6)；

所述步驟2)強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)中，出水氨氮濃度低于1mg/l，硝化效率控制在2.5～6.5mg/(l·h)；

所述步驟3)deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)中，硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化率高于75％，厭氧氨氧化反應(yīng)去除的氮占總氮去除的比例大于80％。

本發(fā)明提供的一種硝化-deamox生物膜系統(tǒng)處理低c/n比城市生活污水的裝置和方法，具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

1)deamox系統(tǒng)采用填料掛膜的方式能夠最大程度持留厭氧氨氧化細(xì)菌，提高其微生物量，穩(wěn)定厭氧氨氧化菌的活性，且不易流失；

2)硝化生物膜系統(tǒng)硝化活性高、負(fù)荷高、產(chǎn)泥量低；此外，deamox系統(tǒng)中短程反硝化由于只進(jìn)行硝酸鹽氮到亞硝酸鹽氮的還原，碳源耗量少，污泥產(chǎn)量相比與與完全反硝化也較低，因此該工藝能大大減少剩余污泥產(chǎn)量，降低污泥后續(xù)處理費(fèi)用和能耗；

3)與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，本裝置與方法能夠充分利用城市生活污水中的碳源實(shí)現(xiàn)深度脫氮，無(wú)需外加碳源；deamox系統(tǒng)能將厭氧氨氧化產(chǎn)生的no3^--n進(jìn)行原位去除，通過(guò)優(yōu)化控制進(jìn)水硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比能夠獲得較低的出水總氮濃度，提高總氮去除率，且短程反硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)速率快，工藝氮素去除負(fù)荷高。

附圖說(shuō)明

圖1為強(qiáng)化硝化-deamox生物膜工藝處理城市生活污水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，強(qiáng)化硝化-deamox生物膜工藝處理城市生活污水的裝置和方法，其特征在于，包括原水箱(1)、強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)、中間水箱(3)、plc控制器(4)、deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)、出水箱(6)；

所述強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)設(shè)有第一放空管(2.1)、第一排水閥(2.2)、第一取樣口(2.3)、第一進(jìn)水口(2.4)、第一攪拌器(2.5)、氣泵(2.6)、曝氣頭(2.7)、do在線監(jiān)控探頭(2.10)、懸浮填料(2.11)采用直徑為25mm聚丙烯空心環(huán)，其密度為1.00g/cm³，比表面積為400m²/m³，孔隙率為94％，填充率為20％；所述deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)設(shè)有第二放空管(5.1)、第二排水閥(5.2)、第二取樣口(5.3)、ph在線監(jiān)測(cè)探頭(5.4)、orp在線監(jiān)測(cè)探頭(5.8)、第二攪拌器(5.6)、第二進(jìn)水口(5.9)、第三進(jìn)水口(5.10)、第四進(jìn)水口(5.12)、有機(jī)碳源儲(chǔ)備箱(5.14)、填料固定架(5.7)、固定填料(5.5)采用體積為8cm³的聚氨酯海綿填料，其密度為0.25g/cm³，20m²/g，孔隙率為92％，填充率為20％；

原水箱(1)通過(guò)第一蠕動(dòng)泵(2.8)與強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)第一進(jìn)水口(2.4)相連；中間水箱(3)通過(guò)第二蠕動(dòng)泵(5.11)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)第二進(jìn)水口(5.9)相連；原水箱(1)通過(guò)第三蠕動(dòng)泵(2.9)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)第三進(jìn)水口(5.10)相連；有機(jī)碳源儲(chǔ)備箱(5.14)通過(guò)第四蠕動(dòng)泵(5.13)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)第四進(jìn)水口(5.12)相連；出水箱(6)通過(guò)第二排水閥(5.2)與deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)相連。

本實(shí)施例中具體試驗(yàn)用水為實(shí)際生活污水，其氨氮濃度為55～85mg/l，cod濃度為150～350mg/l，亞硝酸鹽氮濃度低于0.5mg/l，硝酸鹽氮濃度低于0.5mg/l，各反應(yīng)器有效體積均為10l。

具體運(yùn)行操作如下：

1)工藝啟動(dòng)：在強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)中接種已掛好硝化生物膜的填料(2.11)，其體積占整個(gè)反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)體積的40％；在deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)中首先接種具有厭氧氨氧化活性的活性污泥，接種污泥濃度為2500mg/l，填料填充比為25％，將含氨氮和亞硝酸鹽氮模擬廢水泵入到該反應(yīng)器內(nèi)，控制進(jìn)水no2^--n和nh4⁺-n質(zhì)量濃度比為1.5，運(yùn)行溫度控制30℃，待厭氧氨氧化速率為0.3gn/(gvss·h)，同時(shí)系統(tǒng)出水的nh4⁺-n和no2^--n質(zhì)量濃度低于1mg/l，且系統(tǒng)總氮去除負(fù)荷達(dá)到0.8kg/(m³·d)時(shí)，則厭氧氨氧化生物膜系統(tǒng)啟動(dòng)成功；然后再將亞硝積累率為80％的短程反硝化的活性污泥投加至啟動(dòng)成功的anammox生物膜反應(yīng)器內(nèi)，接種后的污泥濃度為2500mg/l，接種成功后，將含氨氮和硝酸鹽氮模擬廢水泵入到該反應(yīng)器內(nèi)，硝酸鹽氮和氨氮質(zhì)量濃度比為1.5，外加有機(jī)碳源與進(jìn)水中硝酸鹽氮質(zhì)量濃度比為2.5，進(jìn)水后缺氧攪拌4h，沉淀30min，排水比為40％，當(dāng)出水中氨氮與硝酸鹽氮的去除率達(dá)到70％以上，deamox生物膜系統(tǒng)啟動(dòng)成功；

2)將城市生活污水泵入強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)中，打開第一攪拌器(2.5)，缺氧攪拌30min后，打開氣泵(2.6)通過(guò)plc控制器(4)的do在線監(jiān)控探頭(2.10)控制反應(yīng)器do為2mg/l，曝氣攪拌90min后，關(guān)閉打開第一攪拌器(2.5)和氣泵(2.6)，沉淀30min后將出水排入中間水箱(3)；

3)將中間水箱(3)和原水箱(1)中廢水泵入deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)調(diào)節(jié)第二蠕動(dòng)泵(5.11)和第三蠕動(dòng)泵(2.9)流速，控制硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度比為1.0，同時(shí)打開第四蠕動(dòng)泵(5.13)，將有機(jī)碳源泵入反應(yīng)器內(nèi)，控制反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)碳源與硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度比2.5；打開第二攪拌器(5.6)，缺氧攪拌90min后，關(guān)閉第二攪拌器(5.6)，沉淀30min后將上清液排入出水箱(6)；

所述步驟2)強(qiáng)化硝化生物膜sbr反應(yīng)器(2)中，出水氨氮濃度應(yīng)低于1mg/l，硝化效率控制在3mgn/(l·h)；

所述步驟3)deamox生物膜sbr反應(yīng)器(5)中，厭氧氨氧化活性為0.3gn/(gvss·h)，其進(jìn)行短程反硝化時(shí)將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％，厭氧氨氧化反應(yīng)去除的氮占總氮去除的比例為90％。

試驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，出水cod濃度為50～5mg/l，nh4⁺-n濃度0.5～4mg/l，no2^--n濃度0～0.5mg/l，no3^--n濃度0～0.5mg/l，出水tn濃度1～10mg/l，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。