污水厂尾水深度脱氮装置的制作方法

1.本实用新型涉及生物脱氮与污泥发酵减量技术领域，具体为一种利用污泥发酵液为碳源短程反硝化厌氧氨氧化耦合缺氧mbbr工艺实现污水厂尾水深度脱氮方法。


背景技术：

2.国内外在解决城市缺水问题时，会将污水厂尾水作为二次水源回用于城市内河和作为地下水源的补充水。城市内河多为城市的纳污河，多数执行《地表水环境质量标准》(gb3838—2002)iv类(tn1.5mg/l)和v类(tn2.0mg/l)标准。但污水厂排水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918—2002)一级a标准，tn排放限值为15mg/l，远远不能满足城市内河iv类和v类标准及地下水源补充水的要求。然而，由于我国城市污水中的有机碳源不足，采用传统的生物脱氮工艺难以满足上述排放标准，为了满足脱氮要求而投加外碳源不仅会增加处理成本，而且还加大了剩余污泥的产量。此外，污水处理厂的剩余污泥处理耗资巨大，对污泥处置的要求也不断提高。因此，如何在节能降耗与可持续发展理念的指导下提高污水处理效果，有效处置剩余污泥已成为污水处理厂亟待解决的问题。
3.近年来，厌氧氨氧化技术以其经济高效的特点成为新型脱氮工艺中的研究热点。厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐氮为电子受体，氨氮为电子供体，将亚硝酸盐氮和氨氮同时转化为氮气的过程。该技术属于自养脱氮，无需碳源，无需供氧，产泥量少，容积氮去除效率高。但厌氧氨氧化菌生长缓慢，倍增时间长，对环境条件较为敏感，不易富集培养以及底物获得条件苛刻限制了厌氧氨氧化技术的发展应用。
4.短程反硝化技术是将全程反硝化即硝态氮还原到氮气的过程控制在还原为亚硝态氮，使亚硝态氮持续积累，为厌氧氨氧化反应提供充足的底物。由于短程反硝化既不需要曝气，又减少了60％碳源的需要成为近年来研究的热点。实现短程反硝化往往需要碱性环境，c/n比为3，乙酸钠为碳源等条件，但在实际工程中处理生活污水难度较大，且运行成本增高。因此找到一种经济适用的方法实现短程反硝化成为了重中之重。
5.城市污水处理厂产生的大量剩余污泥，其处理日益成为一大难题，不但处理费用高，而且处置不当容易引起二次污染，而污泥中含有丰富的有机物质，经过水解酸化，可以产生短链脂肪酸并用作异养反硝化的碳源。研究表明：在提供短链脂肪酸作为碳源的条件下，短程反硝化容易稳定实现较高的no
2-积累。以污泥发酵液为碳源进行短程反硝化，积累no
2-‑
n不仅能够实现污泥减量化和资源化，还可以降低污水处理的外加碳源消耗量，减少污水厂投加外碳源的费用，达到节能降耗的效果。
6.生长缓慢的厌氧氨氧化菌偏向于在聚集体中生长(如生物膜)，投加填料(载体)是富集厌氧氨氧化菌的有效手段之一。因此，向污水处理反应器中投加填料构成悬浮载体双污泥系统或具有富集厌氧氨氧化菌的潜能。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本实用新型提出一种利用污泥发酵液为碳源短程反硝化厌氧
氨氧化耦合缺氧mbbr工艺实现污水厂尾水深度脱氮装置。将污泥发酵、短程反硝化与厌氧氨氧化工艺耦合应用到生物膜工艺中，充分结合各自工艺优势，在节能降耗的同时，可以实现深度脱氮。利用污泥发酵产生的短链脂肪酸作为碳源将污水厂尾水产生的硝态氮还原为亚硝态氮，以污泥发酵释放的氨氮和亚硝态氮作为底物完成厌氧氨氧化反应，最终实现出水达标排放。
8.为达到上述目的，本实用新型的污水厂尾水深度脱氮装置，包括二沉池出水存水箱；
9.二沉池出水存水箱通过第一进水泵与pda-mbbr的第一进水口相连；
10.污泥发酵液存水箱通过第二进水泵与pda-mbbr的第二进水口相连；
11.pda-mbbr通过出水口与清水池进水口相连；
12.在所述pda-mbbr内设有缺氧搅拌器(3.7)、ph探头(3.8)、溶解氧(do)探头(3.9)、氨氮和硝态氮在线监测装置(3.10)、mbbr填料(3.11)；
13.一控制装置通过信号线与第一进水泵、第二进水泵ⅱ、缺氧搅拌器、ph探头、溶解氧(do)探头、氮和硝态氮在线监测装置相连接。
14.本实用新型以污泥厌氧发酵产生的发酵液为碳源进行短程反硝化，发酵液中的氨氮与短程反硝化产生的亚硝酸盐氮可以作为厌氧氨氧化菌的底物，同时利用厌氧氨氧化菌喜欢聚群生长、易形成颗粒和粘附器壁的特性，通过投加填料载体生物膜，实现厌氧氨氧化菌的原位富集。新型自养脱氮工艺厌氧氨氧化反应过程简单，不需要有机碳源，节省运行成本，其与短程反硝化结合，可以同时实现污水厂尾水深度脱氮。本实用新型具有以下优势：
15.1)pda-mbbr中厌氧氨氧化菌利用氨氮替代部分有机物还原亚硝态氮，从而降低了有机物投加量；
16.2)污泥发酵液回用促进剩余污泥的资源化利用，提高污泥污水同步处理效率，节省处理成本；
17.3)短程反硝化菌利用污泥发酵产生的有机酸将硝态氮还原为亚硝态氮，为厌氧氨氧化菌提供基质，可以有效解决短程硝化过程难以稳定获得亚硝态氮的难题。同时，厌氧氨氧化过程产生的硝态氮可以被原位去除，以满足深度脱氮的要求；
18.4)通过投加的多孔性、比表面积大的悬浮状的mbbr填料为厌氧氨氧化菌提供着床的载体，可有效促进其增长及富集，防止其随出水流失。
附图说明
19.图1为本实用新型装置结构图:
20.1-二沉池出水存水箱、1.1-进水泵ⅰ、2-污泥发酵液存水箱、2.1-进水泵ⅱ；
21.3-pda-mbbr、3.1-进水口ⅰ、3.2-进水口ⅱ、3.3-出水口、3.4-阀门ⅰ、3.5-阀门ⅱ、3.6-阀门ⅲ、3.7-缺氧搅拌器、3.8-ph探头、3.9-溶解氧(do)探头、3.10-氨氮和硝态氮在线监测装置、3.11-mbbr填料、3.12-溢流阀；
22.4-清水池、4.1-清水池进水口、4.2-清水池出水管、5-可编程控制系统、6-计算机。
具体实施方式
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.本实用新型的一实施例，包括二沉池出水存水箱(1)、污泥发酵液存水箱(2)、pda-mbbr(3)、清水池(4)、可编程控制系统(5)、计算机(6)；所述pda-mbbr(3)设有进水口ⅰ(3.1)、进水口ⅱ(3.2)、出水口(3.3)、阀门ⅰ(3.4)、阀门ⅱ(3.5)、阀门ⅲ(3.6)、缺氧搅拌器(3.7)、ph探头(3.8)、溶解氧(do)探头(3.9)、氨氮和硝态氮在线监测装置(3.10)、mbbr填料(3.11)；
27.二沉池出水存水箱(1)通过进水泵ⅰ(1.1)与pda-mbbr(3)进水口ⅰ(3.1)相连；污泥发酵液存水箱(2)通过进水泵ⅱ(2.1)与pda-mbbr(3)进水口ⅱ(3.2)相连；pda-mbbr(3)通过出水口(3.3)与清水池(4)进水口(4.1)相连，最终出水通过清水池出水管(4.2)排放；
28.可编程控制系统(5)内置接口分别与进水泵ⅰ(1.1)、进水泵ⅱ(2.1)、缺氧搅拌器(3.7)、ph探头(3.8)、溶解氧(do)探头(3.9)、氮和硝态氮在线监测装置(3.10)相连接，一端与计算机(6)相连接。
29.试验采用某生活污水厂a2o工艺二沉池出水作为存水箱(1)原水，具体水质如下：cod浓度为50.0mg/l，tn浓度为15.1mg/l，nh
4+-n浓度为2.8mg/l，no
2-‑
n浓度为0.8mg/l，no
3-‑
n浓度为11.2mg/l；
30.试验采用某实验室利用剩余污泥经厌氧发酵-上清液基质淘洗后的发酵液作为存水箱(2)原水，本实用新型不涉及剩余污泥厌氧发酵-上清液基质淘洗过程，淘洗后主要水质如下：cod浓度为300mg/l，nh
4+-n浓度为80mg/l。污泥发酵淘洗后的发酵液中短链脂肪酸为pda-mbbr过程短程反硝化提供外加碳源，发酵液中nh
4+-n为厌氧氨氧化反应发酵液中底物基质。
31.试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，pda-mbbr内径120mm，高500mm，反应器总体积6.00l，有效体积5.60l。
32.具体运行操作过程如下：
33.系统启动：接种附有厌氧氨氧化菌活性的生物膜填料球，厌氧氨氧化菌污泥浓度控制在200-300mgmlss/l，添加到pda-mbbr系统内，进水采用no
2-‑
n和nh
4+-n质量浓度比为1.3:1的人工配水，tn浓度为20mg/l，氮素去除率超过90％且稳定维持20日，最后完成厌氧氨氧化的驯化；接种活性污泥，浓度为3000mg/l，进水采用no
3-‑
n和nh
4+-n和质量浓度比为1.5:1且总氮(tn)浓度为25mg/l的人工配水，投加乙酸钠作为短程反硝化碳源，当tn去除率
超过90％且稳定维持20日时，完成短程反硝化厌氧氨氧化与缺氧mbbr的耦合；
34.系统运行调节操作如下：二沉池储水箱中的生活污水厂尾水进入pda-mbbr系统，生活污水厂尾水硝酸盐氮质量浓度12mg/l，控制进入pda-mbbr的生活污水厂尾水与发酵液体积比为15:1，使进水后化学需氧量与硝酸盐氮质量浓度之比为2.5～3.5，进行污泥发酵耦合短程反硝化/厌氧氨氧化反应。开启搅拌装置，记录ph和do的变化，ph值维持在7.0-9.0，do保持在0.3-0.8mg/l，控制pda-mbbr内污泥浓度为2000-4000mg/l，pda-mbbr水力停留时间为6-10h，污泥停留时间20-30d；处理后的出水通过出水管排出。
35.试验结果表明：运行稳定后，系统出水cod浓度为30-100mg/l，平均为65.5mg/l；nh
4+-n浓度为0-3mg/l，平均为1.5mg/l；no
2-‑
n浓度为0-lmg/l，平均为0.2mg/l；no
3-‑
n浓度为0-6mg/l，平均为3mg/l。下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
36.上面结合附图对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。对不脱离本实用新型的构思和范围做出许多其他改变和改型，应当视为本实用新型保护范围。
37.在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
38.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。