半短程硝化‑厌氧氨氧化多级A/O自养脱氮装置与方法与流程

本发明涉及缺氧前置的方法，实现半短程硝化-厌氧氨氧化多级A/O自养脱氮装置的稳定运行，属于污水生物处理技术领域。

背景技术：

随着城市化进程的不断加快和环境保护要求的逐渐提高,城市污水处理厂数量越来越多,污水处理总量也越来越多。传统的城市污水脱氮工艺主要为是硝化-反硝化脱氮，该工艺在好氧曝气环节消耗了大量的能量，属于高能耗的污水处理工艺，污水处理费用较高。由于城市污水一般碳氮比较低，难以满足反硝化过程碳源需求，需投加甲醇等外碳源提高系统总氮(TN)去除率，而外碳源的投加则进一步提高了脱氮系统的运行费用。这样不但增加了额外设施和处理成本，还可能会造成出水的COD升高，难以保证低碳源废水脱氮效率。因此，如何降低成本和提高总氮去除率成为处理低碳源污水所面临的主要问题。

近年来，厌氧氨氧化细菌的发现给污水处理工艺的发展带来了新的契机，使低能耗、可持续的污水处理技术成为可能，在实践应用方面也取得了相当的进展。但该工艺主要应用于高温高氨氮废水的处理，对于都低氨氮废水的应用还处于实验研究阶段。主要是因为低氨氮废水处理工艺中难以维持稳定的短程硝化，且城市污水水质波动较大难以实现稳定的厌氧氨氧化工艺。因此，本专利提出一种基于半短程硝化-厌氧氨氧化的多级A/O自养脱氮工艺。半短程硝化-厌氧氨氧化城市污水自养脱氮技术集亚硝酸化与厌氧氨氧化于一体，即氨氧化菌(AOB)先将一部分氨氮氧化为亚硝态氮，这部分亚硝态氮再与剩余的氨氮进行后续的厌氧氨氧化反应。由于半短程硝化只需将部分氨氮氧化为亚硝态氮，出水氨氮较短程硝化高，保证了AOB的活性优势，利于淘洗和抑制NOB活性。且由于AOB和Anammox菌都是自养菌，且该工艺只需将约50％的氨氮氧化成亚硝酸盐，与传统的硝化-反硝化工艺相比，半短程硝化-厌氧氨氧化城市污水一体化自养脱氮技术具有节省50％的氧耗和100％的外加碳源，且污泥产量少的优点。另外，由于厌氧氨氧化反应无需有机物，可使污水中有机物尽可能多的用于厌氧发酵产甲烷，从而大大提高了城市污水的能量回收率。

技术实现要素：

本发明的目的是通过采用半短程硝化-厌氧氨氧化多级A/O自养脱氮的装置，解决传统硝化反硝化碳源不足，出水状况差，能耗高等问题。

半短程硝化-厌氧氨氧化多级A/O自养脱氮的装置，包括顺序连接的生活污水原水箱(1)、多级A/O反应器(2)和沉淀池(3)；所述城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通过进水泵(1.3)进入多级A/O反应器(2)；多级A/O反应器(2)由缺氧区、好氧区、厌氧氨氧化反应区组成，沿水流方向上下交替设置过流孔连接各个区室，缺氧区采用缺氧搅拌，好氧区采用持续连续曝气，厌氧氨氧化反应区投放固定于支架上的附着厌氧氨氧化菌的海绵填料；缺氧区和好氧区均设有搅拌器(5)、空压机(2.12)、气量调节阀(2.13)和曝气头(2.14)；多级A/O反应器(2)通过沉池连接管(3.1)与沉淀池(3)连接；沉淀池(3)通过污泥回流泵(3.2)与多级A/O反应器(3)的缺氧区相连；其中填料为边长1.5-2.5cm的立方体海绵块均匀分挂在支架上；其中缺氧区、好氧区和厌氧氨氧化反应区均设溶氧仪在线监测溶解氧浓度。

应用所述装置处理生活污水的方法，包括如下步骤：

1)接种污泥和启动阶段：多级A/O反应器中缺氧区和好氧区接种短程硝化污泥，污泥浓度在3-4g/L；缺氧区投放挂有附着厌氧氨氧化菌的海绵填料的支架，填料的填充比为15％-20％；设置污泥回流，回流比100％，将二沉池污泥回流至缺氧区，利用原水中碳源降解回流污泥中所含的由Anammox产生的硝态氮，同时完成内碳源储存，进行后续内源反硝化；在1-5天反应器进水为稀释50％的实际生活污水，随后每隔5天呈梯度升高15％的实际生活污水，最后直至进水全部为实际生活污水；

2)稳定运行阶段：生活污水进入缺氧区利用反硝化作用去除回流污泥中硝态氮，同时储存内碳源，随后进入好氧区进行半短程硝化作用，在后续厌氧氨氧化过程中，生成的亚硝酸盐与剩余氨氮进行厌氧氨氧化反应生成氮气，出水进入沉淀池，污泥回流至缺氧区；调整好曝气阀，控制好氧区的溶解氧浓度在0.4-0.6mg/L之间保证出水NH₄⁺-N∶NO₂^--N＝1∶1～1∶1.3，水力停留时间为9.6h。

3)负荷冲击阶段：若进水COD高于220mg/L，增加缺氧区体积；相反，若进水COD低于130mg/L，增加好氧区体积。若反应出水氨氮浓度高于5mg/L，增加好氧区体积；相反，若氨氮浓度低于1mg/L，增加缺氧区体积；保证出水NH₄⁺-N∶NO₂^--N＝1∶1～1∶1.3。

本发明所提供的利用前置反硝化的方式运行城市污水半短程-厌氧氨氧化多级A/O自养脱氮装置，通过监测进水氨氮浓度及COD浓度，灵活调节缺氧/好氧水力停留时间，使半短程硝化-厌氧氨氧化多级A/O自养脱氮的装置实现了自养脱氮的效果。

本发明专利具有以下优势：

1)该反应主要为自养脱氮反应，不需要外加碳源，且只需将部分氨氮氧化为亚硝，具有节能降耗的优点。

2)相比于短程硝化，半短程硝化只需将部分氨氮氧化为亚硝，出水氨氮较高，保证了AOB的活性优势，利于淘洗和抑制NOB活性。

3)前置反硝化降低了出水中硝态氮浓度，改善了出水水质。且前置缺氧区利于异养菌将原水中的碳源储存为内碳源，在后续厌氧氨氧化过程中进行内源反硝化，将厌氧氨氧化菌产生的硝态氮还原为氮气，进一步降低出水TN浓度。

4)内源反硝化中亚硝反硝化速度较外源反硝化慢，利于出现反硝化过程中亚硝积累，为厌氧氨氧化菌进一步提供基质，利于厌氧氨氧化菌的富集。

5)本装置和方法可根据进水水质灵活调节缺氧/好氧水力停留时间，抗冲击负荷能力强，稳定性好。

综上所述，本发明具有操作简单，运行稳定，出水效果好的优点。

附图说明

图1是本发明所用实验装置改为反硝化前置运行方式示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

实验采用北京工业大学家属区生活除碳污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为130-260mg/L；NH₄⁺-N浓度55-90mg/L，NO₂^--N≤0.5mg/L，NO₃^--N≤0.5mg/L。

具体运行操作如下：

取城市污水一体化自养脱氮反应器中污泥做半短程硝化-厌氧氨氧化的实验。多级A/O除氮反应器中第1、2、3格为缺氧区，溶解氧浓度小于0.05mg/L，缺氧搅拌的搅拌速度为40r/min，以达到既保证污泥混合均匀，又不至影响反应器中污泥聚集形态的目的；第4、5、6格为好氧区，溶解氧为0.9-1.2mg/L；第7、8、9、10格为厌氧氨氧化反应区，放入填料。

1)接种污泥和启动阶段：多级A/O反应器中前置缺氧区和好氧区接种短程硝化污泥，污泥浓度在3-4g/L；缺氧区投放挂有附着厌氧氨氧化菌的海绵填料的支架，填料的填充比为15％-20％；设置污泥回流，回流比100％，将二沉池污泥回流至前置缺氧区，利用原水中碳源降解回流污泥中所含的由Anammox产生的硝态氮，同时完成内碳源储存，进行后续内源反硝化。在1-5天反应器进水为稀释50％的实际生活污水，以防止接种污泥中AOB活性较低影响半短程硝化出水中亚硝态氮与氨氮的比值，随后在AOB活性恢复后，每隔5天呈梯度升高15％的实际生活污水，直至进水全部为实际生活污水。

2)稳定运行阶段：生活污水进入缺氧区利用反硝化作用去除回流污泥中硝态氮，同时储存内碳源，随后进入好氧区进行半短程硝化作用，NH₄⁺-N∶NO₂^--N＝1∶1～1∶1.3，在后续厌氧氨氧化过程中，生成的亚硝酸盐与剩余氨氮进行厌氧氨氧化反应生成氮气，出水进入沉淀池，污泥回流至缺氧区。调整好曝气阀，控制好氧区的溶解氧浓度在0.4-0.6mg/L之间，水力停留时间为9.6h。

3)进出水波动阶段：当反应器运行稳定后，若进水COD高于220mg/L，则可以增加缺氧区体积；相反，若进水COD低于130mg/L，则可以增加好氧区体积。若反应出水氨氮浓度高于5mg/L，则可以增加好氧区体积；相反，若氨氮浓度低于1mg/L，则可以适当增加缺氧区体积。

实验结果表明：进水为平均碳氮比为3.3的生活污水，反应器稳定运行后，出水的TN<15mg/L、COD<45mg/L。多级A/O反应器的出水中氨氮为在1.0mg/L到5.0mg/L之间，亚硝态氮为在0.20mg/L到3.45mg/L之间，硝态氮为在0.50mg/L到5.60mg/L之间，COD为在35mg/L到45mg/L之间，平均总氮去除率高达75.5％。多级A/O系统污泥浓度MLSS稳定维持在3000mg/L～3500mg/L之间，SVI稳定在90-105之间。