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CN111807513A - 一种低浓度氨氮污水处理装置及处理方法 - Google Patents

一种低浓度氨氮污水处理装置及处理方法 Download PDF

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CN111807513A CN202010502015.3A CN202010502015A CN111807513A CN 111807513 A CN111807513 A CN 111807513A CN 202010502015 A CN202010502015 A CN 202010502015A CN 111807513 A CN111807513 A CN 111807513A
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Abstract

本发明公开了一种低浓度氨氮污水处理装置及处理方法，所述低浓度氨氮污水处理装置包括：进水箱、反应器和末端沉淀池；所述反应器包括好氧Ⅰ区、中间沉淀池、好氧Ⅱ区、缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区；所述好氧Ⅱ区的容积与缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区的容积之和的比为15∶30～40；所述末端沉淀池设有排水管、污泥回流管和用于排出污泥的第二污泥管，所述污泥回流管的进口端与末端沉淀池连通，出口端与好氧Ⅱ区的污泥进口连通。本发明的低浓度氨氮污水处理装置在强化好氧区TN去除效果及增加自养脱氮贡献率的同时，在缺氧区富集ANAMMOX细菌，从而构建经济、稳定、高效的新型生物脱氮系统。而且，本发明还能节省曝气、节省商业碳源、有效回收能源以及节省污泥处理费用。

Description

一种低浓度氨氮污水处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体地，涉及一种低浓度氨氮污水处理装置及处理方法。
背景技术
相比物理化学方法，生物脱氮技术具有工艺设计简单、运行维护容易、污水处理量大、能耗低及设备更换周期长等优势，是市政污水处理厂多数采用的实用工艺且具有较大发展潜力。根据传统硝化/反硝化理论，现有的工艺中总氮去除主要发生在缺氧区；而好氧区总氮去除率较低。
基于厌氧氨氧化的自养脱氮技术是目前最为经济、高效的生物脱氮技术，通过自养脱氮途径，厌氧氨氧化菌将氨氮(NH4 +-N)和亚硝酸盐氮(NO2 --N)转化为氮气，实现脱氮。然而，厌氧氨氧化技术在污水处理工艺侧流线中研究较早，而主流线生物脱氮仍在进行研究，较低氨氮浓度是实现主流厌氧氨氧化的主要技术瓶颈，低浓度氨氮条件下自养型厌氧氨氧化细菌富集困难。
因此，需要开发出强化好氧区总氮去除的低浓度氨氮污水处理装置及处理方法。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的好氧区总氮去除率低、低浓度氨氮条件下自养型厌氧氨氧化细菌富集困难的缺陷，提供一种低浓度氨氮污水处理装置，提供的低浓度氨氮污水处理装置为主流连续流反应器，强化好氧区TN去除效果及增加自养脱氮贡献率的同时，在缺氧区富集ANAMMOX细菌(厌氧氨氧化细菌)，从而构建经济、稳定、高效的新型生物脱氮系统。
本发明的另一目的在于提供一种处理低浓度氨氮污水的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种低浓度氨氮污水处理装置，包括：进水箱、反应器和末端沉淀池；所述反应器包括好氧Ⅰ区、中间沉淀池、好氧Ⅱ区、缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区；
所述进水箱的出液口与好氧Ⅰ区的进液口连通；
所述好氧Ⅰ区设有第一曝气部件；所述好氧Ⅰ区的出液口与中间沉淀池的进液口连通；
所述中间沉淀池设有用于排出污泥的第一污泥管，所述中间沉淀池的出液口与好氧Ⅱ区的进液口连通；
所述好氧Ⅱ区设有第二曝气部件、溶解氧监测部件和污泥进口，所述好氧Ⅱ区的出液口与缺氧Ⅰ区的进液口连通；
所述缺氧Ⅰ区的出液口与缺氧Ⅱ区的进液口连通；所述缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区均设有搅拌部件；所述好氧Ⅱ区的容积与缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区的容积之和的比为15∶30～40；所述缺氧Ⅱ区的出液口与末端沉淀池的进液口连通；
所述末端沉淀池设有排水管、污泥回流管和用于排出污泥的第二污泥管，所述污泥回流管的进口端与末端沉淀池连通，出口端与好氧Ⅱ区的污泥进口连通。
工作原理：
(1)好氧I区预处理去除COD。COD的存在会影响厌氧氨氧化菌和AOB(氨氧化细菌，即亚硝化细菌)的生长富集，通过好氧I区将COD吸附或降解，脱落的生物膜随水流进入中间沉淀池，通过中间沉淀池排除，降低有机物对后续自养脱氮的抑制影响。
(2)利用“缺氧抑制”淘洗NOB(亚硝酸盐氧化菌，即硝化细菌)，维持亚硝酸盐(NO2 --N)稳定积累。通过调控较小好氧/缺氧体积比(例如，好氧区：缺氧区＝5:12)，含有AOB和NOB的剩余污泥，经过长时间在缺氧区抑制后，进入好氧区恢复活性。由于AOB活性比NOB活性恢复速度快，造成NO2 --N积累，达到抑制NOB活性和减少NOB数量的双重目的。
(3)利用缺氧区挂膜填料增加厌氧氨氧化细菌数量。好氧II区曝气转化产生的NO2 --N与原污水中的NH4 +-N(约1:1)进入后续缺氧区，通过填料投加和缺氧区低溶解氧(DO)环境，促进厌氧氨氧化细菌的挂膜生长，同时悬浮生长的厌氧氨氧化细菌通过污泥回流进入好氧II区，利用好氧II区的NO2 --N和NH4 +-N进行生物脱氮，提高好氧区TN去除率，实现低浓度氨氮污水的有效处理。
经缺氧II区抑制的AOB、NOB细菌回流至好氧Ⅱ区，根据好氧II区活性恢复差异，淘洗掉NOB细菌，可促进该区短程硝化效果。在缺氧区填料上附着的厌氧氨氧化细菌脱落至悬浮活性污泥，通过回流输送至好氧II区，提高了该区经厌氧氨氧化途径去除的总氮量。
综上，本发明的低浓度氨氮污水处理装置在强化好氧区TN去除效果及增加自养脱氮贡献率的同时，在缺氧区富集ANAMMOX细菌(厌氧氨氧化细菌)，从而构建经济、稳定、高效的新型生物脱氮系统。
而且，本发明有节省曝气和商业碳源的优势。短程脱氮将氨氮硝化控制在亚硝酸盐阶段，比全程硝化降低曝气量60％，自养型厌氧氨氧化比异养反硝化节省碳源100％，是一种经济、节能的过程。
还有加强好氧区总氮去除率的优势。通过污泥回流使厌氧氨氧化菌在好氧区将亚硝酸盐和氨氮转化为氮气，从而增加了好氧区总氮去除率，好氧区总氮去除量占整个反应器总氮去除量的60％。
还有回收能源的优势。在整个反应装置前加设好氧I区进行预处理去除COD，既减少了有机物对后续自养脱氮的抑制影响，同时好氧区脱落的生物膜进入中间沉淀池，排放的中间剩余污泥能够进行发酵产甲烷，具有分离有机物和回收能源的优势。
此外，还有节省处理费用的优势。自养脱氮污泥产量低，可减少污水处理厂污泥外排运输和处置费用。
优选地，所述好氧Ⅱ区的容积与缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区的容积之和的比为15∶36。
缺氧Ⅰ区与缺氧Ⅱ区的容积比较小。缺氧Ⅰ区有效削减了好氧Ⅱ区携带进入的溶解氧，保障了缺氧Ⅱ区的厌氧环境，有利于厌氧氨氧化细菌生长。优选地，缺氧Ⅰ区与缺氧Ⅱ区的容积比为1∶2。
优选地，所述进水箱的出水口设有进水泵，所述进水泵的进水口与进水箱连通，所述进水泵的出水口与好氧Ⅰ区的进液口连通。
优选地，所述第一曝气部件设有用于控制曝气时间的时间控制器。
优选地，所述第二曝气部件包括气源部件、设置在所述好氧Ⅱ区内且与气源部件连通的曝气头。
优选地，所述污泥回流管设有用于输送污泥的污泥回流泵。
本发明还保护一种处理低浓度氨氮污水的方法，所述方法包括如下步骤：
S1.挂膜：利用权利要求1～5任一项所述的浓度氨氮污水处理装置，通入配置氨氮污水，控制好氧Ⅱ区的溶解氧浓度，促进厌氧氨氧化细菌生长，积累NO2 --N；
S2.处理污水：挂膜成功后，通入待处理的污水，污水在好氧Ⅰ区中进行预处理，去除COD；然后进入中间沉淀池，中间沉淀池的上清液进入好氧Ⅱ区，同时，末端沉淀池中的污泥回流进入好氧Ⅱ区，控制好氧Ⅱ区的溶解氧浓度为1.5～2.5mg/L；好氧Ⅱ区的污水先后进入缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区，缺氧Ⅱ区的污水进入末端沉淀池；末端沉淀池的上清液排出，污泥回流进入好氧Ⅱ区。
溶解氧浓度会影响好氧II区短程硝化过程亚硝酸盐氮的积累率，并影响好氧II区通过短程硝化/ANAMMOX路径的好氧TN损失率。
优选地，末端沉淀池中污泥的回流比为90％～100％。
更优选地，末端沉淀池中污泥的回流比为100％。
优选地，水力停留时间为9～11h。水力停留时间会影响反应器中微生物对氮素的转化时间，进而影响短程硝化速率和厌氧氨氧化去除效果。
更优选地，水力停留时间为10h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的低浓度氨氮污水处理装置在强化好氧区TN去除效果及增加自养脱氮贡献率的同时，在缺氧区富集ANAMMOX细菌(厌氧氨氧化细菌)，从而构建经济、稳定、高效的新型生物脱氮系统。而且，本发明还能节省曝气、节省商业碳源、有效回收能源以及节省污泥处理费用。
附图说明
图1为本发明实施例1的低浓度氨氮污水处理装置的示意图。
图2为本发明实施例2中氮素浓度沿工艺流程变化图。
图3为本发明实施例2中工艺各区TN去除率。
图4为本发明实施例2中缺氧Ⅱ区的悬浮污泥及生物膜中属水平群落组成百分比图。
图2和图3中的二沉池，为末端沉淀池。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
实施例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种低浓度氨氮污水处理装置，如图1所示，包括：进水箱1、反应器2和末端沉淀池3；反应器2包括好氧Ⅰ区21、中间沉淀池22、好氧Ⅱ区23、缺氧Ⅰ区24、缺氧Ⅱ区25。
进水箱1的出水口设有进水泵11，进水泵11的进水口与进水箱1连通，进水泵11的出水口与好氧Ⅰ区21的进液口连通。
好氧Ⅰ区21设有第一曝气部件26。第一曝气部件26设有用于控制曝气时间的时间控制器261。
中间沉淀池22的进液口与好氧Ⅰ区21的出液口连通，中间沉淀池22设有用于排出污泥的第一污泥管221。
好氧Ⅱ区23的进液口与中间沉淀池22的出液口连通，好氧Ⅱ区23设有第二曝气部件27和溶解氧监测部件(图中未示出)；好氧Ⅱ区23还设有污泥进口。第二曝气部件27包括气源部件271、设置在好氧Ⅱ区23内且与气源部件271连通的曝气头272。气源部件271为空压机。
缺氧Ⅰ区24的进液口与好氧Ⅱ区23的出液口连通，缺氧Ⅰ区24的出液口与缺氧Ⅱ区25的进液口连通。缺氧Ⅰ区24有效削减了好氧Ⅱ区23携带进入的溶解氧，保障了缺氧Ⅱ区25的厌氧环境，有利于厌氧氨氧化细菌生长。
缺氧Ⅰ区24和缺氧Ⅱ区25均设有搅拌部件28。
末端沉淀池3的进液口与缺氧Ⅱ区25的出液口连通，末端沉淀池3设有排水管31、污泥回流管33和用于排出污泥的第二污泥管32，污泥回流管33进口端与末端沉淀池3连通，出口端与好氧Ⅱ区23的污泥进口连通。污泥回流管33设有用于输送污泥的污泥回流泵34。
本实施例中，好氧Ⅱ区、缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区之间设有分隔墙，分隔墙上设有穿墙管，好氧Ⅱ区与缺氧Ⅰ区之间的穿墙管位于分隔墙的上部，缺氧Ⅰ区与缺氧Ⅱ区之间的穿墙管位于分隔墙的下部。
反应器采用透明有机玻璃制作。反应器的容积为72L，其中，中间沉淀池的容积为9L，好氧Ⅰ区、好氧Ⅱ区的容积、缺氧Ⅰ区、缺氧Ⅱ区的容积之比为12∶15∶12∶24。末端沉淀池的容积为60L。
工作原理：
(1)好氧I区预处理去除COD。COD的存在会影响厌氧氨氧化菌和AOB(氨氧化细菌，即亚硝化细菌)的生长富集，通过好氧I区将COD吸附或降解，脱落的生物膜随水流进入中间沉淀池，通过中间沉淀池排除，降低有机物对后续自养脱氮的抑制影响。
(2)利用“缺氧抑制”淘洗NOB(亚硝酸盐氧化菌，即硝化细菌)，维持亚硝酸盐(NO2 --N)稳定积累。通过调控较小好氧/缺氧体积比(例如，本实施例中，好氧区：缺氧区＝5:12)，含有AOB和NOB的剩余污泥，经过长时间在缺氧区抑制后，进入好氧区恢复活性。由于AOB活性比NOB活性恢复速度快，造成NO2 --N积累，达到抑制NOB活性和减少NOB数量的双重目的。
(3)利用缺氧区挂膜填料增加厌氧氨氧化细菌数量。好氧II区曝气转化产生的NO2 --N与原污水中的NH4 +-N(约1:1)进入后续缺氧区，通过填料投加和缺氧区低溶解氧(DO)环境，促进厌氧氨氧化细菌的挂膜生长，同时悬浮生长的厌氧氨氧化细菌通过污泥回流进入好氧II区，利用好氧II区的NO2 --N和NH4 +-N进行生物脱氮，提高好氧区TN去除率，实现低浓度氨氮污水的有效处理。
综上，本实施例的低浓度氨氮污水处理装置在强化好氧区TN去除效果及增加自养脱氮贡献率的同时，在缺氧区富集ANAMMOX细菌(厌氧氨氧化细菌)，从而构建经济、稳定、高效的新型生物脱氮系统。而且，还能节省曝气、节省商业碳源、有效回收能源以及节省污泥处理费用。
实施例2
本实施例提供一种处理低浓度氨氮污水的方法，采用实施例1的低浓度氨氮污水处理装置进行，具体方法如下。
S1.挂膜(启动阶段)：控制好氧Ⅱ区DO至2～3mg/L并在进水中添加50mg/L当量的NH4Cl溶液，以增加进水NH4 +-N浓度，促进ANAMMOX生物膜生长，好氧Ⅱ区出水NO2 --N积累明显，出水NO2 --N/NH4 +-N约等于1。好氧Ⅱ区TN去除量占整个工艺的40％，而总缺氧区占比为30％。
S2.处理污水(运行操作阶段)：
成功挂膜启动后，以实际生活污水(65～75mg/L)作为进水，末端沉淀池中的污泥通过污泥回流泵和污泥回流管进入好氧Ⅱ区，在好氧Ⅱ区，好氧氨氧化菌将氨氮转化为亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮得以累积，硝酸盐氮积累率比启动阶段有所降低，在缺氧区，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将氨氮与亚硝酸盐氮转化为氮气。
本实施例采用低浓度氨氮污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为210.5～255.5mg/L；启动阶段进水氨氮浓度为110～120mg/L，运行阶段进水氨氮值为65～75mg/L；温度维持在23～28℃；好氧II区的DO浓度为1.5～2.5mg/L；HRT维持在10h；污泥回流100％。
实验结果，如图2～4所示，进水NH4 +-N为70mg/L时，好氧Ⅱ区NO2 --N积累率大于75％；该低浓度氨氮污水处理装置的反应器总氮去除率为76％，其中好氧Ⅱ区占总氮去除率的60％，总缺氧区占总氮去除率的25％。好氧区TN损失量远高于传统工艺好氧区TN损失量，强化了好氧区TN去除。因此可知，较小的好氧体积比和较长的缺氧抑制时间，有利于NOB抑制从而保持稳定的短程硝化效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低浓度氨氮污水处理装置，其特征在于，包括：进水箱(1)、反应器(2)和末端沉淀池(3)；所述反应器(2)包括好氧Ⅰ区(21)、中间沉淀池(22)、好氧Ⅱ区(23)、缺氧Ⅰ区(24)和缺氧Ⅱ区(25)；
所述进水箱(1)的出液口与好氧Ⅰ区(21)的进液口连通；
所述好氧Ⅰ区(21)设有第一曝气部件(26)；所述好氧Ⅰ区(21)的出液口与中间沉淀池(22)的进液口连通；
所述中间沉淀池(22)设有用于排出污泥的第一污泥管(221)，所述中间沉淀池(22)的出液口与好氧Ⅱ区(23)的进液口连通；
所述好氧Ⅱ区(23)设有第二曝气部件(27)、溶解氧监测部件和污泥进口，所述好氧Ⅱ区(23)的出液口与缺氧Ⅰ区(24)的进液口连通；
所述缺氧Ⅰ区(24)的出液口与缺氧Ⅱ区(25)的进液口连通；所述缺氧Ⅰ区(24)和缺氧Ⅱ区(25)均设有搅拌部件(28)；所述好氧Ⅱ区(23)的容积与缺氧Ⅰ区(24)和缺氧Ⅱ区(25)的容积之和的比为15∶30～40；所述缺氧Ⅱ区(25)的出液口与末端沉淀池(3)的进液口连通；
所述末端沉淀池(3)设有排水管(31)、污泥回流管(33)和用于排出污泥的第二污泥管(32)，所述污泥回流管(33)的进口端与末端沉淀池(3)连通，出口端与好氧Ⅱ区(23)的污泥进口连通。
2.根据权利要求1所述的低浓度氨氮污水处理装置，其特征在于，所述好氧Ⅱ区的容积与缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区的容积之和的比为15∶36。
3.根据权利要求1所述的低浓度氨氮污水处理装置，其特征在于，所述进水箱的出水口设有进水泵，所述进水泵的进水口与进水箱连通，所述进水泵的出水口与好氧Ⅰ区的进液口连通。
4.根据权利要求1所述的低浓度氨氮污水处理装置，其特征在于，所述第一曝气部件设有用于控制曝气时间的时间控制器。
5.根据权利要求1所述的低浓度氨氮污水处理装置，其特征在于，所述污泥回流管设有用于输送污泥的污泥回流泵。
6.一种处理低浓度氨氮污水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.挂膜：利用权利要求1～5任一项所述的浓度氨氮污水处理装置，通入配置氨氮污水，控制好氧Ⅱ区的溶解氧浓度为2～3mg/L，促进厌氧氨氧化细菌生长，积累NO2 --N；
S2.处理污水：挂膜成功后，通入待处理的污水，污水在好氧Ⅰ区中进行预处理，去除COD；然后进入中间沉淀池，中间沉淀池的上清液进入好氧Ⅱ区，同时，末端沉淀池中的污泥回流进入好氧Ⅱ区，控制好氧Ⅱ区的溶解氧浓度为1.5～2.5mg/L；好氧Ⅱ区的污水先后进入缺氧Ⅰ区和缺氧Ⅱ区，缺氧Ⅱ区的污水进入末端沉淀池；末端沉淀池的上清液排出，污泥回流进入好氧Ⅱ区。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，末端沉淀池中污泥的回流比为90％～100％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，末端沉淀池中污泥的回流比为100％。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，水力停留时间为9～11h。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，水力停留时间为10h。
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