專利名稱：一種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮污水的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厭氧污水生物脫氮的方法，尤其是一種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮污水的裝置和方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的污水生物脫氮工藝，大多基于好氧硝化和異養(yǎng)反硝化開發(fā)的工藝(典型的代表如A/0工藝)。而好氧硝化需要充足的曝氣來維持好氧氨氧化菌(Α0Β, Ammoniaoxidation bacteria)和亞硝化氧化菌(NOB, Nitrite oxidation bacteria)的代謝而實(shí)現(xiàn)氨氮(NH4+)向亞硝化態(tài)氮(N02_)和硝態(tài)氮(N03_)的轉(zhuǎn)化；在處理C/N比較低的城市污水時(shí)，需要提供充足的外碳源來維持反硝化菌的異養(yǎng)反硝化作用，從而實(shí)現(xiàn)N03_和N02_向氮?dú)?N2)的轉(zhuǎn)化?？梢姡趥鹘y(tǒng)生物脫氮過程中，需要耗費(fèi)大量的能源和碳源。厭氧氨氧化菌Anammox和反硝化型厭氧甲烷氧化菌N-DAMO的發(fā)現(xiàn),使低能耗、可持續(xù)污水處理技術(shù)成為可能。Anammox菌利用N02_替代O2作為電子受體將NH4+轉(zhuǎn)化為N2,無需有機(jī)碳源，因此與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，Anammox工藝可節(jié)省100%有機(jī)碳源消耗，可節(jié)省60%的曝氣量，從而降低工藝的直接能耗和運(yùn)行費(fèi)用。此外，基于對Anammox的生化代謝途徑研究發(fā)現(xiàn)，在正常條件下Anammox菌幾乎不會釋放N20。N-DAMO菌可以利用污水或污泥厭氧處理產(chǎn)生的CH4作為電子供體，來實(shí)現(xiàn)厭氧甲烷氧化和反硝化，在將Ν0χ_-Ν轉(zhuǎn)化為N2的同時(shí)，強(qiáng)溫室氣體CH4將被轉(zhuǎn)化為CO2。城市污水生物處理脫氮過程和除磷過程均需要有機(jī)物作為碳源，一般要求BOD/TKNM，但我國城市污水C/N比普遍偏低，無法滿足脫氮除磷的需求。本發(fā)明提出在污水處理中采用步厭氧氨氧化和厭氧甲燒氧化，能利用Anammox的自養(yǎng)特性和N-DAMO菌利用溫室氣體CH4作為反硝化碳源的特性，是一種全新的污水生物脫氮新技術(shù)，它的實(shí)現(xiàn)能解決污水脫氮處理中有機(jī)碳源不足、C/N比偏低的`矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理污泥消化上清液的裝置和方法，提出了一種新型的借助厭氧氨氧化菌和反硝化厭氧甲烷氧化菌的污水處理工藝，解決了解決污水脫氮處理中有機(jī)碳源不足、C/N比偏低的矛盾。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮比污水的裝置，其特征在于:主要包括污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)、污泥厭氧消化罐(2)、同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)、短程硝化反應(yīng)器(4)、進(jìn)水池(5)、出水池(6)；污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)為一圓柱體生化反應(yīng)器，進(jìn)水池(5)通過進(jìn)水泵(1.1)與污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)底部設(shè)置的的旋流布水器(1.2)連接，能使原污水從進(jìn)水池
(5)經(jīng)底部設(shè)有的旋流布水器(1.2)進(jìn)入污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(1)，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)上部設(shè)有氣液固三相分離器(1.3),氣液固三相分離器的集氣室(1.4)通過排氣管進(jìn)入與集氣瓶(1.5)連接，氣液固三相分離器上部設(shè)有出水槽(1.6)，該出水槽中經(jīng)出水泵(1.7)與同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3 )連接，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)底部還設(shè)有污泥泵(1.8)可以將底部的污泥和顆粒型底物引入污泥厭氧消化罐(2)，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)在不同高度還設(shè)有取樣口( 1.9);污泥厭氧消化罐(2)為一圓柱體生化反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器(2.1)，污泥厭氧消化罐(2)還設(shè)有污泥消化液回流泵(2.2)，通過污泥消化液回流泵(2.2)可以將污泥消化上清液回流至污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(1)，污泥厭氧消化罐(2)外部設(shè)有加熱外套(2.3)，底部設(shè)有排泥口(2.4)；同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)設(shè)有甲烷進(jìn)氣系統(tǒng)，使得集氣瓶(1.5)中的甲烷通過甲烷氣泵(3.1)和甲烷氣體流量計(jì)(3.2)調(diào)節(jié)流量后，再通過同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)底部的甲烷曝氣頭(3.3)將甲烷分散后引入到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)內(nèi)，多余的甲烷通過同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)上部的甲烷回收管(3.4)進(jìn)入到甲烷回收瓶(3.5)，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)為一圓柱體反應(yīng)器，內(nèi)設(shè)有機(jī)械攪拌器(3.6)和膜組件(3.7)，通過出水泵(3.8)可以將膜組件(3.7)分離出來的出水引入到中間水箱(3.9)中，厭氧甲烷氧化反應(yīng)器
(3)在不同高度還設(shè)有取樣口(3.10)，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)底部設(shè)有排泥口(3.11)；短程硝化反應(yīng)器(4)通過蠕動(dòng)泵(4.1)與中間水箱(3.9)連接，可以將中間水箱(3.9)中的水引入短程硝化反應(yīng)器(4)中，空氣鼓風(fēng)機(jī)(4.2)通過空氣流量計(jì)(4.3)和短程硝化反應(yīng)器(4)內(nèi)的空氣曝氣頭(4 .4)連接，使得空氣鼓風(fēng)機(jī)(4.2)將空氣吸入并通過空氣流量計(jì)(4.3)調(diào)節(jié)流量后送入空氣曝氣頭(4.4)，空氣經(jīng)空氣曝氣頭(4.4)分散后通入短程硝化反應(yīng)器(4)內(nèi)，短程硝化反應(yīng)器(4)通過硝化液回流泵(4.6)與同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)連接，使得短程硝化反應(yīng)器(4)部分出水通過硝化液回流泵(4.6)引入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3 )內(nèi)，同時(shí)短程硝化反應(yīng)器(4 )還與沉淀池(4.7)連接，使得另一部分出水通過沉淀池(4.7)泥水分離后引入出水池(6)中，沉池池(4.7)底部通過污泥回流泵(4.8)與短程硝化反應(yīng)器(4)，使得沉池池(4.7)底部的污泥經(jīng)污泥回流泵(4.8 )回流至短程硝化反應(yīng)器(4 )，短程硝化反應(yīng)器(4 )內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器(4.5 )，上部設(shè)有排氣管(4.9)，底部設(shè)有排泥口(4.10)。一種利用上述裝置同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮比污水的方法，其特征在于包括以下步驟:I)將從城市污水廠污泥消化池取得的厭氧消化污泥分別接種到污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)和污泥厭氧消化罐(2)，投加后的污泥濃度MLSS分別為5000-6000mg/L和10000-15000mg/L ;將培養(yǎng)馴化好的厭氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲燒厭氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群污泥接種到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)中，投加后的污泥濃度MLSS為3000-4000mg/L ;將培養(yǎng)馴化好的短程硝化污泥接種到短程硝化反應(yīng)器(4)中，投加后的污泥濃度MLSS為3000-4000mg/L ；2)低碳氮比污水和污泥厭氧消化罐(2)中的消化上清液同時(shí)入污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I )，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)運(yùn)行溫度控制在25-30°C，運(yùn)行pH值為6.5-8.5，水力停留時(shí)間HRT為6-12小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水有機(jī)物COD濃度增高而延長，當(dāng)處理C0D〈400mg/L的城市污水時(shí)，HRT為6-8小時(shí)；3)污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)底部的污泥和顆粒型底物引入污泥厭氧消化罐
(2)，污泥厭氧消化罐的運(yùn)行溫度為35°C，污泥停留時(shí)間為6-12天，機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速設(shè)置為 250_300rpm ；4)將污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)出水槽(1.6)中的出水和短程硝化反應(yīng)器(4)中的短程硝化液分別通過出水泵和硝化液回流泵引入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)，并將污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器集氣瓶中收集的甲烷氣體通過甲烷氣泵和甲烷流量計(jì)調(diào)節(jié)流量后通入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器的運(yùn)行溫度為25-30°C，運(yùn)行pH為7.0-8.3，水力停留時(shí)間HRT為6_24h，HRT隨著進(jìn)水氨氮NH4+-N濃度增高而延長，當(dāng)處理NH4+-N〈50mg/L的城市污水時(shí)，HRT為6_8小時(shí)，當(dāng)處理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水時(shí)，HRT為8-16小時(shí)，當(dāng)處理NH4+-N>100mg/L的高氨氮廢水時(shí)，HRT為16-24小時(shí)，污泥齡SRT維持在40-60天；5)同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器出水通過中間水箱后用蠕動(dòng)泵引入短程硝化反應(yīng)器，短程硝化反應(yīng)器水力停留時(shí)間為4-12小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水氨氮NH4+-N濃度增高而延長，當(dāng)處理NH4+-N〈50mg/L的城市污水時(shí)，HRT為4_6小時(shí)，當(dāng)處理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水時(shí)，HRT為6-8小時(shí)，當(dāng)處理NH4+-N>100mg/L的高氨氮廢水時(shí)，HRT為8-12小時(shí)，運(yùn)行溫度為25-30°C，運(yùn)行pH為7.0-8.0，溶解氧DO通過調(diào)節(jié)空氣鼓風(fēng)機(jī)的曝氣量維持在0.4-1.0mg/L,污泥齡SRT維持在15-20天；6)短程硝化反應(yīng)器出水通過沉淀池泥水分離后流入出水池，沉淀池底部的污泥經(jīng)污泥回流泵回流至短程硝化反應(yīng)器，污泥回流比維持在25%-75% ；

7)重復(fù)第2) —6)步驟。只要培養(yǎng)馴化后的氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲燒厭氧氧化菌(N-DAM0)共生菌群均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案。其中氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烷厭氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群的培養(yǎng)馴化也可采用如下的技術(shù)方案:方案1:采用先分別單獨(dú)培養(yǎng)再協(xié)同培養(yǎng)的方法，培養(yǎng)和馴化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，實(shí)現(xiàn)同步厭氧氨氧化和反硝化厭氧甲烷氧化過程，該方法包括如下三個(gè)階段:階段一，首先接種含有Anammox菌種的污泥到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，通過進(jìn)水泵(3)從進(jìn)水箱(2)抽取含有NH4+-N和Ν02_-Ν的污水，投加到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，進(jìn)水結(jié)束后，只開啟氬氣氣體流量計(jì)(17)而不開啟甲烷氣體流量計(jì)(14)，保證厭氧條件以便Anammox菌代謝NH4+_N和Ν02__Ν進(jìn)行生長繁殖；厭氧氨氧化反應(yīng)結(jié)束后，開啟出水泵(5)排放膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)經(jīng)中空纖維膜組件(4)過濾后的上清液，并排放部分污泥控制污泥齡在40-50天之間；重復(fù)上述培養(yǎng)過程，直至厭氧氨氧化過程馴化完成；階段二，采用另一套上述裝置，將厭氧污泥消化池中的污泥和濕地底泥混合物接種到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，通過進(jìn)水泵(3)從進(jìn)水箱(2)抽取只含有Ν02_-Ν的污水，投加到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，進(jìn)水結(jié)束后，在開啟氬氣氣體流量計(jì)(17)的同時(shí)，并開啟甲烷氣體流量計(jì)(14)，保證厭氧條件以便N-DAMO菌代謝Ν02_-Ν和CH4進(jìn)行生長繁殖；厭氧反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉甲烷氣體流量計(jì)，開啟出水泵(5)排放膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)經(jīng)中空纖維膜組件
(4)過濾后的上清液，并排放部分污泥控制污泥齡在50-60天之間；重復(fù)上述培養(yǎng)過程，直至同反硝化厭氧甲烷氧化過程馴化完成；階段三，待Anammox菌和N-DAMO菌活性且數(shù)量穩(wěn)定后，將階段一培養(yǎng)的Anammox菌富集微生物全部接種到階段二中的膜生物膜反應(yīng)器內(nèi)，然后通過進(jìn)水泵(3)從進(jìn)水箱(2 )抽取含有NH/-N和Ν02_-Ν的污水，投加到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，進(jìn)水結(jié)束后，在開啟氬氣氣體流量計(jì)(17)的同時(shí)，也開啟甲烷氣體流量計(jì)(14)，培養(yǎng)和馴化Anammox菌和N-DAMO菌的共生菌群，保證二者在厭氧條件下，同時(shí)分別代謝各自的底物進(jìn)行生長繁殖；厭氧反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉甲烷氣體流量計(jì)，開啟出水泵(5)排放膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)經(jīng)中空纖維膜組件(4)過濾后的上清液，并排放部分污泥控制污泥齡在50-60天之間；重復(fù)上述培養(yǎng)過程，直至同步厭氧氨氧化和反硝化厭氧甲烷氧化過程馴化完成，階段一的進(jìn)水中NH4+-N與NO2--N濃度比例控制在1:1一1: 1.5之間，所述階段三中控制NH/-N與Ν02__Ν濃度比例控制在1:2.5—1:4之間，進(jìn)水中不含有可生物降解的C0D。方案二:采用先單獨(dú)培養(yǎng)N-DAMO菌，再培養(yǎng)和馴化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，實(shí)現(xiàn)同步厭氧氨氧化和反硝化厭氧甲烷氧化過程，該方法包括如下兩個(gè)階段:階段一，將厭氧污泥消化池中的污泥和濕地底泥的混合物接種到膜生物膜反應(yīng)器(O內(nèi)，并采用逐次增大氮負(fù)荷的方法完成對反硝化厭氧甲烷氧化馴化過程；在馴化過程，采用間歇運(yùn)行的方式，每 周期通過進(jìn)水泵(3)從進(jìn)水箱(2)抽取只含有NO2--N的污水，投加到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，進(jìn)水結(jié)束后，再開啟氬氣氣體流量計(jì)(17)的同時(shí)，并開啟甲烷氣體流量計(jì)(14)，保證厭氧條件以便N-DAMO菌代謝Ν02_-Ν和CH4進(jìn)行生長繁殖，反硝化厭氧甲烷氧化反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉甲烷氣體流量計(jì)，開啟出水泵(5)排放膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)經(jīng)中空纖維膜組件(4)過濾后的上清液，并排放少量污泥控制污泥齡在50-60天之間；重復(fù)上述培養(yǎng)過程，直至反硝化厭氧甲烷氧化過程馴化完成；階段二，通過進(jìn)水泵(3)從進(jìn)水箱(2)抽取含有NH4+-N和NO2--N的污水，投加到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，進(jìn)水結(jié)束后，在開啟氬氣氣體流量計(jì)(17)的同時(shí)，并開啟甲烷氣體流量計(jì)(14)，培養(yǎng)和馴化階段一得到的微生物，即包括Anammox菌和N-DAMO菌的共生菌群，保證二者在厭氧條件下，同時(shí)分別代謝各自的底物進(jìn)行生長繁殖，厭氧反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉甲烷氣體流量計(jì)，開啟出水泵(5)排放膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)經(jīng)中空纖維膜組件(4)過濾后的上清液，并排放部分污泥控制污泥齡在50-60天之間；重復(fù)上述培養(yǎng)過程，直至同步厭氧氨氧化和反硝化厭氧甲烷氧化過程馴化完成。階段二的進(jìn)水NH/-N與NO2--N濃度比例控制在1:2.5—1:4 之間。上述兩個(gè)方案的甲烷流量隨反應(yīng)器大小和厭氧甲烷速率大小改變，每升反應(yīng)器甲烷流量控制在0.5-lmL/min。膜生物膜反應(yīng)器內(nèi)均采用間歇運(yùn)行的方式，每個(gè)周期包括進(jìn)水、厭氧反應(yīng)、沉淀、排水、排泥5個(gè)步驟。實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)方案的裝置，見圖2，主要包括膜生物膜反應(yīng)器(I)、進(jìn)水箱(2)、自動(dòng)控制系統(tǒng)(25)和出水箱(6)，其特征在于: 所述進(jìn)水箱(2 )經(jīng)進(jìn)水泵(3 )連通膜生物膜反應(yīng)器(I)，膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)部設(shè)有膜組件(4)，膜組件上端的出水端經(jīng)管道連通出水泵(5)，并與出水箱(6)連接，使出水最終進(jìn)入出水箱(6)；
酸性緩沖液瓶(9)和堿性緩沖液瓶(10)分別經(jīng)蠕動(dòng)泵(11)與膜生物膜反應(yīng)器(I)連通，使得酸性緩沖液瓶(9)和堿性緩沖液瓶(10)中酸堿溶液分別經(jīng)酸堿投加蠕動(dòng)泵(11)投加至膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，調(diào)節(jié)膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)的PH水平；甲烷貯氣罐(12)經(jīng)減壓閥(13)和甲烷氣體流量計(jì)(14)與膜生物膜反應(yīng)器(I)底部的氣體噴灑頭(18 )連接，膜生物膜反應(yīng)器(I)經(jīng)由回收氣體流量計(jì)(19 )和回收瓶(20 )連接，使得甲烷調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入到膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)，多余的甲烷經(jīng)膜生物膜反應(yīng)器(I)上部的回收氣體流量計(jì)(19)進(jìn)入到氣體回收瓶(20)中；氬氣貯氣罐(15)經(jīng)氬氣減壓閥(16)和氬氣氣體流量計(jì)(17)與膜生物膜反應(yīng)器(I)底部的氣體噴灑頭連接，氬氣貯氣罐(15)中的氬氣經(jīng)氬氣減壓閥(16)和氬氣氣體流量計(jì)(17)調(diào)節(jié)流量后從氣體噴灑頭(18)進(jìn)入到膜生物膜反應(yīng)器(I);膜生物膜反應(yīng)器(I)外部設(shè)有水浴外套(26)，底部連接污泥泵(7)，使得剩余的污泥經(jīng)污泥泵(7)排入剩余污泥貯存器(8)；膜生物膜反應(yīng)器(I)內(nèi)設(shè)有pH探頭(21)、0RP探頭(22)、溫度探頭(23)和水位計(jì)(20 )，pH探頭(21)、ORP探頭(22 )、溫度探頭(23 )和水位計(jì)(20 )通過數(shù)據(jù)線與自動(dòng)控制系統(tǒng)(25)連接，將采集的pH、0RP、溫度和水位數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳送至自動(dòng)控制系統(tǒng)(25)的信號輸入端，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)(25)的信號輸出端與進(jìn)水泵(3)、出水泵(5)、酸堿投加蠕動(dòng)泵(9)、污泥泵(10)、甲烷氣體流量計(jì)(14)和氬氣氣體流量計(jì)(17)的控制開關(guān)連接，并控制和調(diào)節(jié)這些設(shè)備的開關(guān)和開啟大小。與現(xiàn)有技術(shù) 相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果:I)提出在污水處理中采用厭氧甲烷氧化，能利用溫室氣體CH4作為反硝化碳源，是一種全新的污水生物脫氮新技術(shù)，它的實(shí)現(xiàn)使處理低碳氮比(一般指進(jìn)水中COD與氨氮濃度比值低于4)污水時(shí)不需要投加外碳源，能解決污水脫氮處理中有機(jī)碳源不足、C/N比偏低的矛盾。2)本發(fā)明主要利用Anammox和N-DAMO菌，二者生長緩慢，故污泥產(chǎn)率低，降低污泥處理的成本。3)本發(fā)明主要借助厭氧條件下Anammox和N-DAMO菌來實(shí)現(xiàn)污水的生物脫氮，短程硝化反應(yīng)器亦采用低溶解氧運(yùn)行，曝氣能耗將大大節(jié)省。4)本發(fā)明提出的技術(shù)能防止溫室氣體氧化亞氮的釋放，并充分利用了溫室氣體甲烷，是一種全新的污水生物脫氮新技術(shù)。


圖1是本發(fā)明所述裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記:1-污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器、2-污泥厭氧消化罐、3-同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器、4-短程硝化反應(yīng)器、5-進(jìn)水池、6-出水池、1.1-進(jìn)水泵、1.2-旋流布水器、1.3-固液氣三相分離器、1.4-集氣室、1.5-集氣瓶、1.6-出水槽、1.7-出水泵、
1.8-污泥泵、1.9-取樣口、2.1-機(jī)械攪拌器、2.2-污泥消化液回流泵、2.3-加熱外套、
2.4-排泥口、3.1-甲烷氣泵、3.2-甲烷氣體流量計(jì)、3.3-甲烷曝氣頭、3.4-甲烷回收管、
3.5-甲烷回收瓶、3.6-機(jī)械攪拌器、3.7-膜組件、3.8-出水泵、3.9-中間水箱、3.10-取樣口、3.11-排泥口、4.1-蠕動(dòng)泵、4.2-空氣鼓風(fēng)機(jī)、4.3-空氣流量計(jì)、4.4-空氣曝氣頭、4.5-機(jī)械攪拌器、4.6-硝化液回流泵、4.7-沉淀池、4.8-污泥回流泵、4.9-排氣管、4.10-排泥口。圖2富集Anammox和N-DAMO菌共生菌群的裝置1-膜生物膜反應(yīng)器、2-進(jìn)水箱、3-進(jìn)水泵、4-膜組件、5-出水泵、6_出水箱、7_污泥泵、8-剩余污泥貯存器、9-酸性緩沖液瓶、10-堿性緩沖液瓶、11-酸堿投加蠕動(dòng)泵、12-甲烷貯氣罐、13-甲烷減壓閥、14-甲烷氣體流量計(jì)、15-氬氣貯氣罐、16-氬氣減壓閥、17-氬氣氣體流量計(jì)、18-氣體噴灑頭、19-回收氣體流量計(jì)、20-氣體回收瓶、21-pH探頭、22-0RP探頭、23-溫度探頭、24-水位計(jì)、25-自動(dòng)控制系統(tǒng)、26-加熱外套。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:實(shí)施例1參見圖1所示，一種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮比污水的裝置，其特征在于:設(shè)有污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器1、污泥厭氧消化罐2、同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3、短程硝化反應(yīng)器4、進(jìn)水池5、出水池6 ；

污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器I為一圓柱體生化反應(yīng)器，進(jìn)水泵1.1將原污水從進(jìn)水池5抽取，污水經(jīng)底部設(shè)有的旋流布水器1.2后進(jìn)入污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器1，上部設(shè)有氣液固三相分離器1.3，氣液固三相分離器的集氣室1.4通過排氣管進(jìn)入到集氣瓶1.5中，氣液固三相分離器上部設(shè)有出水槽1.6，該出水槽中出水經(jīng)出水泵1.7進(jìn)入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3中，底部還設(shè)有污泥泵1.8將底部的污泥和顆粒型底物引入污泥厭氧消化罐2，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器I在不同高度還設(shè)有取樣口 1.9 ；污泥厭氧消化罐2為一圓柱體生化反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器2.1，通過消化上清液回流泵2.2將污泥消化上清液回流至污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器1，外部設(shè)有加熱裝置
2.3，底部設(shè)有排泥口 2.4 ;同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3設(shè)有甲烷進(jìn)氣系統(tǒng)，集氣瓶1.5中的甲烷通過甲烷氣泵3.1和甲烷氣體流量計(jì)3.2調(diào)節(jié)流量后，再通過甲烷曝氣頭3.3將甲烷分散后引入到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3內(nèi)，多余的甲烷通過甲烷回收管3.4進(jìn)入到甲烷回收瓶3.5，厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3為一圓柱體生化反應(yīng)器，內(nèi)設(shè)有機(jī)械攪拌器
3.6和膜組件3.7，通過出水泵3.8將膜組件3.7分離出來的出水引入到中間水箱3.9中，厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3在不同高度還設(shè)有取樣口 3.10，底部設(shè)有排泥口 3.11 ；短程硝化反應(yīng)器4通過蠕動(dòng)泵4.1將中間水箱3.9中的水引入其中，空氣鼓風(fēng)機(jī)
4.2將空氣吸入并通過空氣流量計(jì)4.3調(diào)節(jié)流量后送入空氣曝氣頭4.4，空氣經(jīng)空氣曝氣頭
4.4分散后通入短程硝化反應(yīng)器4內(nèi)，短程硝化反應(yīng)器4部分出水通過硝化液回流泵4.6引入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器3內(nèi)，部分出水通過沉淀池4.7泥水分離后引入出水池6中，沉池池底部的污泥經(jīng)污泥回流泵4.8回流至短程硝化反應(yīng)器4，短程硝化反應(yīng)器4內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器4.5，上部設(shè)有排氣管4.9，底部設(shè)有排泥口 4.10。實(shí)施例2利用上述裝置進(jìn)行同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮比污水的方法，進(jìn)水 C0D、氨氮、總氮(C0D = 160 280mg/L，NH4+-N = 45 75mg/L，TN = 50 85mg/L)，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，由污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器、污泥厭氧消化罐、同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器、短程硝化反應(yīng)器、進(jìn)水池和出水池組成。具體的操作步驟如下:I)將從城市污水廠污泥消化池取得的厭氧消化污泥分別接種到污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器和污泥厭氧消化罐，投加后的污泥濃度MLSS分別為5000mg/L和12000mg/L ;將培養(yǎng)馴化好的厭氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲烷厭氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群污泥接種到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器中，投加后的污泥濃度MLSS為3000mg/L ;將培養(yǎng)馴化好的短程硝化污泥接種到短程硝化反應(yīng)器中，投加后的污泥濃度MLSS為3500mg/L ；2)低碳氮比污水和污泥厭氧消化罐種的消化上清液同時(shí)入污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器運(yùn)行溫度控制在25-30°C，運(yùn)行pH值為6.5-8.5，水力停留時(shí)間HRT為8小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水有機(jī)物COD濃度增高而延長；3)污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器底部的污泥和顆粒型底物引入污泥厭氧消化罐，污泥厭氧消化罐的運(yùn)行溫度為35°C，污泥停留時(shí)間為8天，機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速設(shè)置為250rpm ；4)將污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器出水槽中的出水和短程硝化反應(yīng)器中的短程硝化液分別通過出水泵和硝化液回流泵引入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器，并將污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器集氣瓶中收集的甲烷氣體通過甲烷氣泵和甲烷流量計(jì)調(diào)節(jié)流量后通入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器的運(yùn)行溫度為25-30°C，運(yùn)行pH為7.0-8.3，水力停留時(shí)間為8小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水氨氮NH4+_N濃度增高而延長，通過調(diào)節(jié)甲烷流量計(jì)和硝化液回流比維持甲烷濃度與Ν02_-Ν濃度比為3:8，NH4+-N濃度與NO2--N濃度比為1:1.3，污泥齡SRT維持在40-60天；5)同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器出水通過中間水箱后用蠕動(dòng)泵引入短程硝化反應(yīng)器，短程硝化反 應(yīng)器水力停留時(shí)間為5小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水氨氮NH4+-N濃度增高而延長，運(yùn)行溫度為25-30°C，運(yùn)行pH為7.0-8.0，溶解氧DO通過調(diào)節(jié)空氣鼓風(fēng)機(jī)的曝氣量維持在0.4-0.8mg/L,污泥齡SRT維持在15-20天；6)短程硝化反應(yīng)器出水通過沉淀池泥水分離后流入出水池，沉淀池底部的污泥經(jīng)污泥回流泵回流至短程硝化反應(yīng)器，污泥回流比維持在50% ；重復(fù)第2) —6)步驟。未投加任何碳源，實(shí)現(xiàn)平均碳氮比為2.8的城市污水達(dá)標(biāo)處理，系統(tǒng)出水水質(zhì)滿足城市污水國家排放標(biāo)準(zhǔn)。啟動(dòng)和馴化的接種污泥來自厭氧污泥消化池中的污泥和一個(gè)自然濕地的底泥，采用先單獨(dú)培養(yǎng)N-DAMO菌再逐步馴化Anammox菌的培養(yǎng)策略，培養(yǎng)和馴化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群，實(shí)現(xiàn)同步厭氧氨氧化和反硝化厭氧甲烷氧化過程，實(shí)現(xiàn)過程分為以下2個(gè)階段。第一階段采用逐次提高進(jìn)水Ν02_-Ν負(fù)荷培養(yǎng)反硝化厭氧甲烷氧化菌:投加Ν02_-Ν濃度為50-300mg/L的人工配水到IOL的膜生物膜反應(yīng)器，進(jìn)水結(jié)束后，向SMBR反應(yīng)器通入10mL/min的甲烷氣體，并通入氬氣保證整個(gè)反應(yīng)器處于厭氧環(huán)境，當(dāng)厭氧反應(yīng)持續(xù)12小時(shí)后，每隔2小時(shí)取樣分析SMBR反應(yīng)器內(nèi)Ν02_-Ν濃度，當(dāng)檢測結(jié)果顯示Ν02_-Ν濃度低于IOmg/L時(shí)，關(guān)閉甲烷氣體流量計(jì)，使曝氣頭及時(shí)停止曝甲烷。厭氧反應(yīng)結(jié)束后，開啟出水泵，通過中空纖維膜過濾后排放出水5L，并排放污泥控制污泥齡在60天。重復(fù)上述操作共180天，1-40天，進(jìn)水NO2--N濃度為50mg/L，41-80天，進(jìn)水NOf-N濃度為100mg/L，81-120天，進(jìn)水NO2--N濃度為120-200mg/L，結(jié)束第一階段的培養(yǎng)。第二階段改變進(jìn)水水質(zhì)，培養(yǎng)和馴化Anammox和N-DAMO菌的共生菌群:投加NO2--N濃度為120-200mg/L，NH4+_N濃度為30_60mg/L，的人工配水到IOL的SMBR反應(yīng)器，進(jìn)水結(jié)束后，向SMBR反應(yīng)器通入lOmL/min的甲烷氣體，并通入氬氣保證整個(gè)反應(yīng)器處于厭氧環(huán)境，當(dāng)厭氧反應(yīng)持續(xù)12小時(shí)后，每隔2小時(shí)取樣分析SMBR反應(yīng)器內(nèi)Ν02_-Ν濃度，當(dāng)檢測結(jié)果顯示Ν02_-Ν濃度低于10mg/L時(shí)，關(guān)閉甲烷氣體流量計(jì)，使曝氣頭及時(shí)停止曝甲烷。厭氧反應(yīng)結(jié)束后，開啟出水泵，通過中空纖維膜過濾后排放出水5L，并排放污泥控制污泥齡在50-60天。重復(fù)上述操作共計(jì)120天，結(jié)束第二階段的培養(yǎng)。采用本發(fā)明的處理裝置和方法，經(jīng)歷上述2個(gè)階段的培養(yǎng)和富集Anammox菌和N-DAMO菌后，8個(gè)月內(nèi)可使SMBR反應(yīng)器內(nèi)Anammox菌和N-DAMO菌分別占全菌的相對比例從起初的不足0.5%提高至20%以上。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，對可做出若干改變和改進(jìn)·，這些改變和改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮比污水的裝置，其特征在于:主要包括污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)、污泥厭氧消化罐(2)、同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3 )、短程硝化反應(yīng)器(4 )、進(jìn)水池(5 )、出水池(6 ); 污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)為一圓柱體生化反應(yīng)器，進(jìn)水池(5)通過進(jìn)水泵(1.1)與污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)底部設(shè)置的的旋流布水器(1.2)連接，能使原污水從進(jìn)水池(5)經(jīng)底部設(shè)有的旋流布水器(1.2)進(jìn)入污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I )，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)上部設(shè)有氣液固三相分離器(1.3)，氣液固三相分離器的集氣室(1.4)通過排氣管進(jìn)入與集氣瓶(1.5)連接，氣液固三相分離器上部設(shè)有出水槽(1.6)，該出水槽中經(jīng)出水泵(1.7)與同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3 )連接，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)底部還設(shè)有污泥泵(1.8)可以將底部的污泥和顆粒型底物引入污泥厭氧消化罐(2)，污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)在不同高度還設(shè)有取樣口( 1.9 ); 污泥厭氧消化罐(2)為一圓柱體生化反應(yīng)器，內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器(2.1)，污泥厭氧消化罐(2)還設(shè)有污泥消化液回流泵(2.2)，通過污泥消化液回流泵(2.2)可以將污泥消化上清液回流至污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(1)，污泥厭氧消化罐(2)外部設(shè)有加熱外套(2.3)，底部設(shè)有排泥口(2.4)； 同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)設(shè)有甲烷進(jìn)氣系統(tǒng)，使得集氣瓶(1.5)中的甲烷通過甲烷氣泵(3.1)和甲烷氣體流量計(jì)(3.2)調(diào)節(jié)流量后，再通過同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)底部的甲烷曝氣頭(3.3)將甲烷分散后引入到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)內(nèi)，多余的甲烷通過同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)上部的甲烷回收管(3.4)進(jìn)入到甲烷回收瓶(3.5)，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)為一圓柱體反應(yīng)器，內(nèi)設(shè)有機(jī)械攪拌器(3.6)和膜組件(3.7)，通過出水泵(3.8)可以將膜組件(3.7)分離出來的出水引入到中間水箱(3.9)中，厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)在不同高度還設(shè)有取樣口(3.10) ，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)底部設(shè)有排泥口(3.11)； 短程硝化反應(yīng)器(4)通過蠕動(dòng)泵(4.1)與中間水箱(3.9)連接，可以將中間水箱(3.9)中的水引入短程硝化反應(yīng)器(4)中，空氣鼓風(fēng)機(jī)(4.2)通過空氣流量計(jì)(4.3)和短程硝化反應(yīng)器(4)內(nèi)的空氣曝氣頭(4.4)連接，使得空氣鼓風(fēng)機(jī)(4.2)將空氣吸入并通過空氣流量計(jì)(4.3)調(diào)節(jié)流量后送入空氣曝氣頭(4.4)，空氣經(jīng)空氣曝氣頭(4.4)分散后通入短程硝化反應(yīng)器(4 )內(nèi)，短程硝化反應(yīng)器(4 )通過硝化液回流泵(4.6 )與同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)連接，使得短程硝化反應(yīng)器(4)部分出水通過硝化液回流泵(4.6)引入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)內(nèi)，同時(shí)短程硝化反應(yīng)器(4)還與沉淀池(4.7)連接，使得另一部分出水通過沉淀池(4.7)泥水分離后引入出水池(6)中，沉池池(4.7)底部通過污泥回流泵(4.8)與短程硝化反應(yīng)器(4)，使得沉池池(4.7)底部的污泥經(jīng)污泥回流泵(4.8)回流至短程硝化反應(yīng)器(4)，短程硝化反應(yīng)器(4)內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器(4.5)，上部設(shè)有排氣管(4.9)，底部設(shè)有排泥口(4.10)。
2.一種利用權(quán)利要求1的裝置實(shí)現(xiàn)同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮比污水的方法，其特征在于包括以下步驟: I)將從城市污水廠污泥消化池取得的厭氧消化污泥分別接種到污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)和污泥厭氧消化罐(2)，投加后的污泥濃度MLSS分別為5000-6000mg/L和10000-15000mg/L ;將培養(yǎng)馴化好的厭氧氨氧化(Anammox)和反硝化型甲燒厭氧氧化菌(N-DAMO)共生菌群污泥接種到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)中，投加后的污泥濃度MLSS為3000-4000mg/L ;將培養(yǎng)馴化好的短程硝化污泥接種到短程硝化反應(yīng)器(4)中，投加后的污泥濃度MLSS為3000-4000mg/L ； 2)低碳氮比污水和污泥厭氧消化罐(2)中的消化上清液同時(shí)入污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(O,污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)運(yùn)行溫度控制在25-30°C，運(yùn)行pH值為6.5-8.5，水力停留時(shí)間HRT為6-12小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水有機(jī)物COD濃度增高而延長，當(dāng)處理C0D〈400mg/L的城市污水時(shí)，HRT為6-8小時(shí)； 3)污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)底部的污泥和顆粒型底物引入污泥厭氧消化罐(2)，污泥厭氧消化罐的運(yùn)行溫度為35°C，污泥停留時(shí)間為6-12天，機(jī)械攪拌器的轉(zhuǎn)速設(shè)置為250-300rpm ； 4)將污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(I)出水槽(1.6)中的出水和短程硝化反應(yīng)器(4)中的短程硝化液分別通過出水泵和硝化液回流泵引入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)，并將污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器集氣瓶中收集的甲烷氣體通過甲烷氣泵和甲烷流量計(jì)調(diào)節(jié)流量后通入同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器(3)，同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器的運(yùn)行溫度為25-30°C，運(yùn)行pH為7.0-8.3，水力停留時(shí)間HRT為6_24h，HRT隨著進(jìn)水氨氮NH4+-N濃度增高而延長，當(dāng)處理NH4+-N〈50mg/L的城市污水時(shí)，HRT為6_8小時(shí)，當(dāng)處理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水時(shí)，HRT為8-16小時(shí)，當(dāng)處理NH4+-N>100mg/L的高氨氮廢水時(shí)，HRT為16-24小時(shí)，污泥齡SRT維持在40-60天； 5)同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器出水通過中間水箱后用蠕動(dòng)泵引入短程硝化反應(yīng)器，短程硝化反應(yīng)器水力停留時(shí)間為4-12小時(shí)，HRT隨著進(jìn)水氨氮NH4+-N濃度增高而延長，當(dāng)處理NH4+-N〈50mg/L的城市污水時(shí)，HRT為4-6小時(shí)，當(dāng)處理50mg/L〈NH4+-N〈100mg/L的城市污水時(shí)，HRT為6-8小時(shí)，當(dāng)處理NH4+-N>100mg/L的高氨氮廢水時(shí)，HRT為8_12小時(shí)，運(yùn)行溫度為25-30°C，運(yùn)行pH為7.0-8.0，溶解氧DO通過調(diào)節(jié)空氣鼓風(fēng)機(jī)的曝氣量維持在0.4-1.0mg/L,污泥齡SRT維持在15-20天； 6)短程硝化反應(yīng)器出水通過沉淀池泥水分離后流入出水池，沉淀池底部的污泥經(jīng)污泥回流泵回流至短程硝化反應(yīng)器，污泥回流比維持在25%-75% ； 7)重復(fù)第2) — 6)步驟。
全文摘要
一種同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化處理低碳氮污水的裝置和方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。主要包括污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器、污泥厭氧消化罐、同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器、短程硝化反應(yīng)器、進(jìn)水池、出水池；厭氧消化污泥分別接種到污水厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器和污泥厭氧消化罐；將培養(yǎng)馴化好的厭氧氨氧化和反硝化型甲烷厭氧氧化菌共生菌群污泥接種到同步厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化反應(yīng)器中，將培養(yǎng)馴化好的短程硝化污泥接種到短程硝化反應(yīng)器中，進(jìn)行污水處理。本發(fā)明解決污水脫氮處理中有機(jī)碳源不足、C/N比偏低的矛盾。
文檔編號C02F9/14GK103241903SQ20131019296
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月22日
發(fā)明者彭永臻, 郭建華, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)