部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置與方法。所述裝置包括硝酸鹽廢水、城市污水水箱、部分反硝化反應(yīng)器、外加碳源儲備箱、第一中間水箱、厭氧氨氧化反應(yīng)器、第二中間水箱；所述方法包括：硝酸鹽廢水和城市污水按比例進入部分反硝化反應(yīng)器，將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽后的出水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器進行厭氧氨氧化反應(yīng)，其出水中含有厭氧氨氧化產(chǎn)生的硝酸鹽，再回流到部分反硝化反應(yīng)器進行部分反硝化產(chǎn)生亞硝酸鹽，出水再泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器與反應(yīng)器中剩余氨氮通過厭氧氨氧化反應(yīng)去除，該裝置與方法可以提高系統(tǒng)脫氮效率，提高出水水質(zhì)，出水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)深度脫氮。
【專利說明】部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置與方法，屬于污水生物處理的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是硝酸鹽廢水和城市污水按比例進入部分反硝化反應(yīng)器，將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，出水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器進行厭氧氨氧化反應(yīng)，其出水中含有厭氧氨氧化產(chǎn)生的硝酸鹽，再進入部分反硝化反應(yīng)器利用外加碳源進行部分反硝化，出水再回流到厭氧氨氧化反應(yīng)器與剩余氨氮通過厭氧氨氧化反應(yīng)去除，實現(xiàn)深度脫氮。

【背景技術(shù)】
[0002]近20年來，我國湖泊富營養(yǎng)化程度日趨嚴重，不僅影響飲用水水質(zhì)，也成為多種疾病發(fā)生的重要誘因，對動植物和人類健康、水域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重影響。為了防止水體環(huán)境的進一步惡化，我國實施了日趨嚴格城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)。同時，如何實現(xiàn)污水處理過程中節(jié)能降耗已經(jīng)成為最受關(guān)注的問題。為了滿足嚴格的排放標(biāo)準(zhǔn)的同時降低污水處理能耗，開發(fā)經(jīng)濟、高效的新工藝是目前最有效的解決方法。污水生物脫氮是目前應(yīng)用最廣泛的污水處理技術(shù)，污水生物脫氮的基本原理即在于通過硝化反應(yīng)先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過反硝化反應(yīng)將硝酸鹽還原成氣態(tài)氮而從水中逸出。反硝化主要由反硝化細菌完成，它們利用硝酸鹽中的氧進行呼吸，氧化分解有機物，將硝態(tài)氮還原為N2。當(dāng)進水C/N比較低時，需投加外碳源來保證生物脫氮效果。而化工廢水、養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液及部分城市的生活污水的C/N比都較低，實際工程中通常是投加甲醇或乙醇，這樣既消耗了有限的有機資源，又增加了污水廠的運行費用。
[0003]1990年,荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實驗室開發(fā)出厭氧氨氧化工藝，即在厭氧條件下，以NO2--N為電子受體，將NH/-N轉(zhuǎn)化為N2。厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)菌，因此不需要添加有機物，無需氧氣的供應(yīng)，厭氧氨氧化菌生長慢、產(chǎn)率低，工藝剩余污泥產(chǎn)量少。這一發(fā)現(xiàn)為污水生物脫氮提供了新的理論和思路。但是，此工藝應(yīng)用存在一定的局限性:厭氧氨氧化以亞硝酸鹽為基質(zhì)，需要首先實現(xiàn)短程硝化。而短程硝化在高溫和高氨氮的條件下較容積實現(xiàn)，對于碳氮比較低的城市污水則不易實現(xiàn)且亞硝酸鹽積累率難以維持穩(wěn)定，這也限制了其應(yīng)用范圍。另一方面，厭氧氨氧化過程會產(chǎn)生硝酸鹽氮，即其出水中必定會含有部分硝酸鹽，尤其是高氨氮廢水的出水，需要補充后處理保證出水總氮達標(biāo)；如果短程硝化過程亞硝酸鹽積累率較低，也會將硝酸鹽帶入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，影響總氮去除效果。而進水過程會攜帶部分溶解氧，導(dǎo)致厭氧氨氧化反應(yīng)器中會發(fā)生一定程度的硝化反應(yīng)生成硝酸鹽，最終導(dǎo)致出水中含有過量硝酸鹽，需要進一步處理后才能排放。
[0004]反硝化過程中在適宜條件下，可以形成亞硝酸鹽的積累。一般情況下不希望出水中含有亞硝酸鹽，然而，如果能有效利用反硝化過程產(chǎn)生的亞硝酸鹽，可以為厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用提供另一種途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提出一種通過部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置與方法，具體是將硝酸鹽廢水和城市污水按比例進入部分反硝化反應(yīng)器，異養(yǎng)反硝化菌利用城市污水中的有機物將進水中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，出水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，產(chǎn)生的亞硝酸鹽與城市污水中的氨氮進行厭氧氨氧化反應(yīng)被去除；出水中含有厭氧氨氧化產(chǎn)生的硝酸鹽，這部分出水再進入到部分反硝化反應(yīng)器利用外加碳源進行部分反硝化產(chǎn)生亞硝酸鹽，出水再回流到厭氧氨氧化反應(yīng)器與剩余氨氮通過厭氧氨氧化反應(yīng)去除，實現(xiàn)深度脫氮。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置，其特征在于，包括硝酸鹽廢水水箱1、城市污水水箱2、部分反硝化反應(yīng)器3、外加碳源儲備箱4、第一中間水箱5、厭氧氨氧化反應(yīng)器6、第二中間水箱7 ；
[0008]硝酸鹽廢水水箱I通過第一蠕動泵3.1與部分反硝化反應(yīng)器3相連；該反應(yīng)器設(shè)有第一攪拌裝置3.3和第一出水口 3.4 ;城市污水水箱2通過第二蠕動泵3.2與部分反硝化反應(yīng)器相連；外加碳源儲備箱4通過第三蠕動泵4.1與部分反硝化反應(yīng)器相連；部分反硝化反應(yīng)器與第一中間水箱5相連；第一中間水箱通過第四蠕動泵6.1與厭氧氨氧化反應(yīng)器6相連；該反應(yīng)器設(shè)有第二攪拌裝置6.2、溫度控制裝置6.3和第二出水口 6.4 ;厭氧氨氧化反應(yīng)器與第二中間水箱7相連；第二中間水箱通過第五蠕動泵3.5與部分反硝化反應(yīng)器3相連。
[0009]部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的方法，其特征在于，包括以下過程:
[0010](I)接種亞硝酸鹽積累率高于70%的反硝化污泥于部分反硝化反應(yīng)器，使接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2000?4000mg/L ;接種厭氧氨氧化污泥于厭氧氨氧化反應(yīng)器,使接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為1000?2500mg/ ；
[0011](2)硝酸鹽廢水收集到硝酸鹽廢水水箱中，其硝酸鹽氮濃度范圍為20?80mg/L ；城市污水水箱的城市污水與硝酸鹽廢水按體積比1:1?1:3泵入部分反硝化反應(yīng)器；進水后缺氧攪拌40?90min，攪拌結(jié)束后沉淀30?60min，上清液排入第一中間水箱，排水比為30%?70% ；
[0012](3)第一中間水箱中廢水泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，進水后缺氧攪拌3?8h，溫度控制為28?35°C;攪拌結(jié)束后沉淀30?60min ;上清液排入第二中間水箱，排水比為30%?70% ；
[0013](4)第二中間水箱中廢水泵入部分反硝化反應(yīng)器，外加碳源儲備箱中有機碳源通過第三蠕動泵投加至部分反硝化反應(yīng)器，使反應(yīng)器內(nèi)COD與硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度之比為2.5?3.5 ;進水后缺氧攪拌40?90min，攪拌結(jié)束后沉淀30?60min，上清液排入第一中間水箱，排水比為30 %?70 % ;
[0014](5)第一中間水箱中廢水泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，進水后缺氧攪拌2?5h，溫度控制為28?35°C ;攪拌結(jié)束后沉淀30?60min ;排出上清液，排水比為30%?70%。
[0015]技術(shù)原理:
[0016]部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的方法是指硝酸鹽廢水與城市污水按體積比1:1?1:3進入部分反硝化反應(yīng)器，目的是利用城市污水中可生物降解有機物將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。部分反硝化反應(yīng)器中接種一類具有部分反硝化特性的反硝化污泥，該污泥中包含一類不完全反硝化菌，這類菌在較低的初始碳氮比和合適的反應(yīng)時間內(nèi)只能將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，而不能將亞硝酸鹽進一步還原為氮氣。因此部分反硝化的出水中同時含有亞硝酸鹽和氨氮，且控制進水后硝酸鹽與氨氮濃度之比為1:1?1.5:1以滿足厭氧氨氧化過程的化學(xué)計量學(xué)關(guān)系。而厭氧氨氧化過程會產(chǎn)生硝酸鹽氮，即其出水中必定會含有部分硝酸鹽。另一方面，進水過程會攜帶部分溶解氧進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，導(dǎo)致反應(yīng)器中存在的好氧硝化細菌會將氨氮或亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，最終導(dǎo)致出水中含有過量硝酸鹽，需要進一步處理后才能排放。因此將厭氧氨氧化的出水回流到部分反硝化反應(yīng)器，投加少量有機物，將厭氧氨氧化過程產(chǎn)生的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。出水再回流到厭氧氨氧化反應(yīng)器，上一周期剩余的氨氮與亞硝酸鹽利用自養(yǎng)脫氮被去除，達到深度脫氮的目的。
[0017]本發(fā)明涉及的部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置與方法具有以下優(yōu)點:
[0018]I)充分利用城市污水中的有機碳源進行部分反硝化，與厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝相結(jié)合，節(jié)省外加碳源，降低運行費用；
[0019]2)接種具有不完全反硝化特性的反硝化污泥，通過部分反硝化將硝酸鹽廢水中的硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽氮，亞硝酸鹽積累能夠維持穩(wěn)定；
[0020]3)上一周期的厭氧氨氧化出水再進入部分反硝化及厭氧氨氧化反應(yīng)器，可以進一步將出水中過量硝酸鹽還原，降低出水總氮，提高脫氮效率，達到深度脫氮的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步說明:
[0023]如圖1所示，部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置包括硝酸鹽廢水水箱1、城市污水水箱2、部分反硝化反應(yīng)器3、外加碳源儲備箱4、第一中間水箱5、厭氧氨氧化反應(yīng)器6、第二中間水箱7 ；
[0024]硝酸鹽廢水水箱I通過第一蠕動泵3.1與部分反硝化反應(yīng)器3相連；該反應(yīng)器設(shè)有第一攪拌裝置3.3和第一出水口 3.4 ;城市污水水箱2通過第二蠕動泵3.2與與部分反硝化反應(yīng)器相連；外加碳源儲備箱4通過第三蠕動泵4.1與部分反硝化反應(yīng)器相連；部分反硝化反應(yīng)器與第一中間水箱5相連；第一中間水箱通過第四蠕動泵6.1與厭氧氨氧化反應(yīng)器6相連；該反應(yīng)器設(shè)有第二攪拌裝置6.2、溫度控制裝置6.3和第二出水口 6.4 ;厭氧氨氧化反應(yīng)器與第二中間水箱7相連；第二中間水箱通過第五蠕動泵3.5與部分反硝化反應(yīng)器3相連。
[0025]具體包括以下過程:
[0026]接種具有不完全反硝化特性的反硝化污泥于部分反硝化SBR反應(yīng)器，使接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2800mg/L ;該反硝化污泥來自運行6個月以上的反硝化反應(yīng)器，出水亞硝酸鹽積累率達到80%?100%;接種厭氧氨氧化污泥于厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器，使接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2000mg/L。
[0027]實驗所用城市污水采用北京工業(yè)大學(xué)家屬院生活污水，主要參數(shù)為:C0D為200?300mg/L,氨氮濃度為60?85mg/L,總氮濃度為60?90mg/L,收集到城市污水水箱中；所用硝酸鹽廢水來自實驗室好氧硝化反應(yīng)器出水，硝酸鹽濃度為30?45mg/L，收集到硝酸鹽廢水水箱中。
[0028]部分反硝化SBR反應(yīng)器有效容積3L，每周期處理總污水量為2.1L，城市污水水箱的城市污水與硝酸鹽廢水水箱中硝酸鹽廢水按體積比1:2進入部分反硝化反應(yīng)器，其中每周期進入硝酸鹽廢水1.4L，城市污水為0.7L，進水后硝酸鹽氮與氨氮質(zhì)量濃度之比為1:1，反應(yīng)器內(nèi)初始COD與硝酸鹽氮質(zhì)量濃度之比為3.0 ;進水后缺氧攪拌40min，攪拌結(jié)束后沉淀30min，上清液排入第一中間水箱，排水體積2.1L，排水比為70%。
[0029]厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器有效容積為4L，每周期進水2.1L ;第一中間水箱中廢水泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，進水后缺氧攪拌6h，溫度控制為30°C ;攪拌結(jié)束后沉淀60min ;上清液排入第二中間水箱，排水體積2.1L，排水比為52%。
[0030]第二中間水箱中廢水2.1L通過蠕動泵回流到部分反硝化SBR反應(yīng)器，外加碳源儲備箱中有機碳源通過蠕動泵投加至部分反硝化反應(yīng)器，采用乙酸鈉溶液為外加碳源，控制反應(yīng)器內(nèi)初始COD與硝酸鹽氮質(zhì)量濃度之比為2.8 ;進水后缺氧攪拌30min，攪拌結(jié)束后沉淀30min，上清液排入第一中間水箱，排水體積2.1L，排水比為70%。
[0031]第一中間水箱中廢水再次通過蠕動泵進入?yún)捬醢毖趸疭BR反應(yīng)器，進水后缺氧攪拌2h，溫度控制為30°C ;攪拌結(jié)束后沉淀60min ;上清液作為最終出水排出，出水氨氮濃度<2mg/L,硝酸鹽濃度<5mg/L,總氮濃度〈10mg/L。
[0032]連續(xù)試驗結(jié)果表明:
[0033]以實際生活污水和硝酸鹽廢水為進水，部分反硝化SBR反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2800mg/L,每周期處理總污水量為2.1L,城市污水水箱的城市污水與硝酸鹽廢水水箱中硝酸鹽廢水按體積比1:2泵入部分反硝化反應(yīng)器，攪拌40min，攪拌結(jié)束后沉淀30min，出水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器，其污泥濃度為2000mg/L，出水回流到部分反硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)器，出水總氮〈10mg/L，達到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水同時深度脫氮。
【權(quán)利要求】
1.部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的裝置，其特征在于，包括硝酸鹽廢水水箱(I)、城市污水水箱(2)、部分反硝化反應(yīng)器(3)、外加碳源儲備箱(4)、第一中間水箱(5)、厭氧氨氧化反應(yīng)器(6)、第二中間水箱(7)； 硝酸鹽廢水水箱(I)通過第一蠕動泵(3.1)與部分反硝化反應(yīng)器(3)相連；該反應(yīng)器設(shè)有第一攪拌裝置(3.3)和第一出水口(3.4);城市污水水箱(2)通過第二蠕動泵(3.2)與部分反硝化反應(yīng)器相連；外加碳源儲備箱(4)通過第三蠕動泵(4.1)與部分反硝化反應(yīng)器相連；部分反硝化反應(yīng)器與第一中間水箱(5)相連；第一中間水箱通過第四蠕動泵(6.1)與厭氧氨氧化反應(yīng)器(6)相連；該反應(yīng)器設(shè)有第二攪拌裝置(6.2)、溫度控制裝置(6.3)和第二出水口(6.4);厭氧氨氧化反應(yīng)器與第二中間水箱(7)相連；第二中間水箱通過第五蠕動泵(3.5)與部分反硝化反應(yīng)器(3)相連。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置進行部分反硝化串聯(lián)自養(yǎng)脫氮實現(xiàn)硝酸鹽廢水與城市污水深度脫氮的方法，其特征在于，包括以下過程: (1)接種亞硝酸鹽積累率高于70%的反硝化污泥于部分反硝化反應(yīng)器，使接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為2000?4000mg/L ;接種厭氧氨氧化污泥于厭氧氨氧化反應(yīng)器,使接種后反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為1000?2500mg/ ； (2)硝酸鹽廢水收集到硝酸鹽廢水水箱中，其硝酸鹽氮濃度范圍為20?80mg/L;城市污水水箱的城市污水與硝酸鹽廢水按體積比1:1?1:3泵入部分反硝化反應(yīng)器；進水后缺氧攪拌40?90min，攪拌結(jié)束后沉淀30?60min，上清液排入第一中間水箱，排水比為30%?70% ； (3)第一中間水箱中廢水泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器,進水后缺氧攪拌3?8h，溫度控制為28?35°C;攪拌結(jié)束后沉淀30?60min ;上清液排入第二中間水箱，排水比為30%?70%; (4)第二中間水箱中廢水泵入部分反硝化反應(yīng)器，外加碳源儲備箱中有機碳源通過第三蠕動泵投加至部分反硝化反應(yīng)器，使反應(yīng)器內(nèi)COD與硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度之比為2.5?.3.5 ;進水后缺氧攪拌40?90min，攪拌結(jié)束后沉淀30?60min，上清液排入第一中間水箱，排水比為30%?70% ; (5)第一中間水箱中廢水泵入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器,進水后缺氧攪拌2?5h;攪拌結(jié)束后沉淀30?60min ;排出上清液，排水比為30%?70%。
【文檔編號】C02F3/28GK104310580SQ201410535671
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月12日
【發(fā)明者】彭永臻, 杜睿, 操沈彬, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)