一種處理城市生活污水的雙顆粒污泥一體化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明介紹了一種基于厭氧氨氧化和顆粒污泥技術(shù)的用于城市生活污水處理的 工藝裝置和運(yùn)行方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 研究發(fā)現(xiàn)，采用高負(fù)荷好氧除碳+厭氧氨氧化工藝處理城市生活污水是城市生活 污水處理廠實(shí)現(xiàn)能量平衡的有效途徑。其技術(shù)關(guān)鍵在于前段采用高負(fù)荷的好氧活性污泥將 原水中的有機(jī)物儲(chǔ)存于微生物體內(nèi)在厭氧消化階段用于發(fā)酵產(chǎn)甲烷實(shí)現(xiàn)能源回收;后段采 用一體化厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮技術(shù)實(shí)現(xiàn)氮素污染物的去除。其中一體化厭氧氨氧化工藝是 指在同一個(gè)反應(yīng)器中，氨氧化菌將原水中的部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，同時(shí)厭氧氨氧化菌 以生成的亞硝酸鹽為電子受體將剩余的氨氮氧化為氮?dú)?，從而達(dá)到自養(yǎng)脫氮的目的。與傳 統(tǒng)的硝化-反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝具有節(jié)省能耗、脫氮效率高、剩余污泥產(chǎn)量少、 溫室氣體排放少等優(yōu)勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)城市生活污水中碳和磷的高效回收利用，提高污泥脫氮 效率，開發(fā)了雙顆粒污泥一體化厭氧氨氧化工藝，該工藝可成功實(shí)現(xiàn)污染物去除過(guò)程中的 碳氮分離，提高污水處理廠甲烷產(chǎn)量和磷的回收率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)脫氮，降低污水處理能 耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明以城市生活污水為研究對(duì)象，開發(fā)了一種雙顆粒污泥一體化厭氧氨氧化工 藝。前段采用好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器，通過(guò)聚磷菌將污水中的有機(jī)物和磷儲(chǔ)存在微生 物體內(nèi)被排出系統(tǒng)外達(dá)到污水除磷除碳的目的。產(chǎn)生的剩余污泥用于厭氧消化產(chǎn)甲烷，消 化污泥則經(jīng)過(guò)固化處理可以作為有機(jī)肥料實(shí)現(xiàn)磷的高效回收。由于好氧顆粒污泥比重大、 沉速快、污泥濃度可以維持在l〇g/L以上，大大提高了反應(yīng)負(fù)荷，因此反應(yīng)時(shí)間從3~5h縮短 到1.5~2h，沉淀時(shí)間縮短80 %，反應(yīng)器的占地面積縮小50 %以上。
[0004] 前段好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器出水中氨氮濃度未發(fā)生變化且剩余的難降解有 機(jī)物不能作為反硝化碳源，此類低C/N比污水適宜采用短程硝化-厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工 藝。本發(fā)明后段采用一體化厭氧氨氧化顆粒污泥工藝，通過(guò)好氧曝氣由氨氧化菌將氨氮氧 化為亞硝態(tài)氮，同時(shí)厭氧氨氧化菌則將產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮和剩余的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦?，達(dá) 到污水自養(yǎng)脫氮的目的。由于顆粒污泥粒徑大、沉速快不易隨出水流失，解決了厭氧氨氧化 菌生長(zhǎng)緩慢，難于有效持留的問(wèn)題。同時(shí)在好氧曝氣時(shí)顆粒污泥外圍的好氧細(xì)菌迅速消耗 氧氣，避免了顆粒內(nèi)部的厭氧氨氧化菌受到抑制，解決了一體化反應(yīng)器總氮去除負(fù)荷低、系 統(tǒng)難于穩(wěn)定的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 雙顆粒污泥一體化厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝的裝置包括兩級(jí)序批式反應(yīng)器裝置 如圖1所示：
[0007] 設(shè)置有好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1。進(jìn)水采用污水處理廠初沉池出水，其主要污 染物質(zhì)為有機(jī)物和氨氮。該反應(yīng)器設(shè)置有進(jìn)水水箱1-1用于儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)進(jìn)水水量和水質(zhì)，進(jìn) 水水箱1-1通過(guò)管道與進(jìn)水栗1-2和好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1相連通，通過(guò)進(jìn)水栗1-1將 原水輸送進(jìn)反應(yīng)器殼體1-6內(nèi)。好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1內(nèi)部設(shè)置有曝氣頭1-5和攪拌 設(shè)備1-8,曝氣頭1-5通過(guò)管路與曝氣栗1-3和流量計(jì)1-4相連接。反應(yīng)器出口通過(guò)第一排水 電磁閥1-9控制出水，在反應(yīng)器底部設(shè)置有排泥管1-7和放空管。由于序批式反應(yīng)器分為不 同的時(shí)序進(jìn)行反應(yīng)，設(shè)置時(shí)控開關(guān)組1-10用于從時(shí)間順序上分別控制反應(yīng)器的進(jìn)水、曝氣、 攪拌、排水等工序。該好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1通過(guò)厭/好氧反應(yīng)去除進(jìn)水中的COD和 ΤΡ〇
[0008] 雙顆粒污泥一體化厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝設(shè)置有一體化厭氧氨氧化顆粒污泥 序批式反應(yīng)器2。進(jìn)水采用好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1的出水，其主要污染物為氨氮。通過(guò) 進(jìn)水栗2-2將污水從中間水箱2-1栗入反應(yīng)器殼體2-6內(nèi)。一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批 式反應(yīng)器2內(nèi)部設(shè)置有曝氣頭2-5和攪拌設(shè)備2-11，曝氣頭2-5通過(guò)管路與曝氣栗2-3和流量 計(jì)2-4相連接。反應(yīng)器出水口 2-7通過(guò)電磁閥2-8控制出水。設(shè)置時(shí)控開關(guān)組2-10分別控制進(jìn) 水栗2-2、曝氣栗2-3、攪拌機(jī)2-11和第二排水電磁閥2-8。一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批 式反應(yīng)器2設(shè)置pH、D0、溫度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備2-12和NH4+-N、N(V-N在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。一體化厭氧 氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2通過(guò)曝氣發(fā)生短程硝化-厭氧氨氧化反應(yīng)去除原水中的NH 4 +-N，實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)脫氮。
[0009] 雙顆粒污泥一體化工藝的啟動(dòng)和具體控制條件如下：
[0010] (1)好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1的啟動(dòng):好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1接種城市 生活污水處理廠新鮮回流污泥，接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度4~5g/L，進(jìn)水采用污水處理廠初 沉池出水。接種后好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1運(yùn)行方式為:進(jìn)水lOmin，攪拌30min，曝氣 150min，沉淀20min，排水lOmin，閑置20min每天運(yùn)行6個(gè)周期。反應(yīng)器運(yùn)行7~10天之后改變 運(yùn)行方式為：進(jìn)水l〇min、攪拌30min，每天曝氣和沉淀時(shí)間比前一天分別縮短5min和 1.5min，最后排水2min，每天運(yùn)行6個(gè)周期，閑置時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)。從改變運(yùn)行方式起，12~15 天后好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1形成顆粒污泥，好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1啟動(dòng)成功。 由于污泥隨出水流失，啟動(dòng)過(guò)程中不需排泥。
[0011] (2)好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1的穩(wěn)定運(yùn)行:其運(yùn)行方式為:反應(yīng)周期144min，其 中進(jìn)水l〇min、攪拌30min、曝氣90min、沉淀2min、排水2min、閑置10min，排水比3/4,每天運(yùn) 行10個(gè)周期?？刂迫芙庋踉?~8mg/L。好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1的污泥濃度達(dá)到8g/L以 上時(shí)開始排泥，污泥齡控制為3~4d，污泥濃度控制在8~10g/L。
[0012] (3)-體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2運(yùn)行方式:接種一體化厭氧氨氧化 顆粒污泥，進(jìn)水采用好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器1的出水。一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批 式反應(yīng)器2的溶解氧控制在0.1~0.3mg/L，污泥濃度3~4g/L，水力停留時(shí)間10h，污泥齡控 制在60d以上。一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2每個(gè)周期運(yùn)行8h，其中進(jìn)水 10min、攪拌30min;曝氣270min，然后采用間歇曝氣，其中間歇曝氣方式為:攪拌15min接著 曝氣9min為一次循環(huán)，循環(huán)共重復(fù)5次;最后沉淀2min，排水5min，閑置43min。排水比3/4，每 天運(yùn)行3個(gè)周期。
[0013] (4)-體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2的調(diào)控:反應(yīng)過(guò)程中在線監(jiān)測(cè)一體 化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2的pH、D0、溫度，當(dāng)進(jìn)水溫度低于15°C時(shí)，需要采用加 熱設(shè)備控制反應(yīng)器溫度在20°C~25 °C之間，進(jìn)水pH低于7以下或反應(yīng)末出水pH低于6.5時(shí)， 需要通過(guò)投加 NaHC03保證反應(yīng)器內(nèi)pH維持在7~8之間。
[0014] (5)在線監(jiān)測(cè)一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2的進(jìn)出水NH4+-N濃度(質(zhì) 量濃度，下同）變化。當(dāng)進(jìn)水NH/-N濃度發(fā)生波動(dòng)時(shí)其控制策略應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整:進(jìn)水NH/-N濃 度低于30mg/L時(shí)，需要降低曝氣量將溶解氧控制在0.2mg/L以下；當(dāng)進(jìn)水NH/-N濃度高于 60mg/L時(shí)一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2控制策略調(diào)整為：進(jìn)水lOmin、攪拌 30min、曝氣390min，最后沉淀2min，排水5min，閑置43min。
[0015] (6)-體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2破壞恢復(fù)策略:在線監(jiān)測(cè)一體化厭 氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2的出水NOf-N濃度變化，當(dāng)每周期出水NOf-N濃度相對(duì)進(jìn) 出水NH/-N濃度差的比例高于0.25時(shí)，一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2破壞，需 要通過(guò)降低曝氣量控制溶解氧在0.2m g//L以下，同時(shí)從破壞周期起每三個(gè)周期向一體化厭 氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2內(nèi)投加 NaN02作為恢復(fù)策略，其投加量為混合后反應(yīng)器內(nèi) N(V-N濃度為20~25mg/L，通過(guò)體積比20 %的稀鹽酸調(diào)節(jié)一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批 式反應(yīng)器2內(nèi)的pH=6.5~7.0，攪拌360min之后沉淀排水，最后加入自來(lái)水淘洗污泥2次，用 于抑制硝化細(xì)菌的增長(zhǎng)?；謴?fù)策略進(jìn)行3~5次之后，當(dāng)每周期出水MV-Ν濃度相對(duì)進(jìn)出水 NH4+-N濃度差的比例低于0.11以下時(shí)一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器運(yùn)行方式恢 復(fù)為:進(jìn)水lOmin、攪拌30min;曝氣270min然后間歇曝氣，其中間歇曝氣方式為:攪拌15min 接著曝氣9min為一次循環(huán)，共循環(huán)5次;最后沉淀2min，排水5min，閑置43min。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有城市生活污水一體化厭氧氨氧化工藝相比具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0017] (1)采用雙顆粒污泥，系統(tǒng)容積負(fù)荷高、沉降性能好，縮短反應(yīng)時(shí)間，減小反應(yīng)器占 地面積；
[0018] (2)前段有機(jī)物主要用于除磷，將碳氮分離，原水中的碳源儲(chǔ)存于好氧顆粒污泥中 用于發(fā)酵產(chǎn)甲烷，提高城市污水的能量回收率，減少溫室氣體排放；
[0019] (3)后段采用純顆粒污泥一體化厭氧氨氧化工藝，顆粒污泥沉降性能好，有效避免 了厭氧氨氧化菌隨出水流失，同時(shí)避免厭氧氨氧化菌受到溶解氧抑制，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的 穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明雙顆粒污泥一體化工藝的裝置及自動(dòng)控制示意圖，圖中：
[0021 ] 1好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器;2-體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器；
[0022] 1-1進(jìn)水水箱；1-2進(jìn)水栗；1-3曝氣栗；1-4流量計(jì)；1-5曝氣盤;1-6好氧顆粒污泥反 應(yīng)器殼體；1-7排泥管；1-8攪拌機(jī);1-9第一排水電磁閥；1-10時(shí)控開關(guān)組;2-1中間水箱;2-2 進(jìn)水栗;2-3曝氣栗;2-4流量計(jì);2-5曝氣盤;2-6-體化厭氧氨氧化顆粒污泥反應(yīng)器殼體;2-7排水口； 2-8第二排水電磁閥；2-10時(shí)控開關(guān)組；2-11攪拌機(jī)；2-12pH、D0儀；2-13NH4+-N/ N〇3--N在線監(jiān)測(cè)
【具體實(shí)施方式】
[0023]結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本申請(qǐng)專利進(jìn)一步的說(shuō)明：如圖1所示，本發(fā)明雙顆粒污泥一體 化厭氧氨氧化工藝裝置，反應(yīng)器前段由進(jìn)水水箱1-1、進(jìn)水栗1-2和好氧顆粒污泥序批式反 應(yīng)器1以及攪拌、曝氣、排水設(shè)備組成;反應(yīng)器后段由中間水箱2-1、進(jìn)水栗2-2和一體化厭氧 氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)器2組成。進(jìn)水水箱1-1體積為75L，好氧顆粒污泥序批式反應(yīng)器 1的有效容積為10L。中間水箱2-1體積為20L，一體化厭氧氨氧化顆粒污泥序批式反應(yīng)