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CN113697953A - 基于逐步降低悬浮污泥浓度实现a2/o部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置与方法 - Google Patents

基于逐步降低悬浮污泥浓度实现a2/o部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置与方法 Download PDF

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CN113697953A CN202110919734.XA CN202110919734A CN113697953A CN 113697953 A CN113697953 A CN 113697953A CN 202110919734 A CN202110919734 A CN 202110919734A CN 113697953 A CN113697953 A CN 113697953A
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Abstract

基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O连续流部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置与方法属于污水处理领域。1)通过在厌/缺氧区投加未挂膜的悬浮填料为厌氧氨氧化菌提供良好的持留与生长的环境；2)厌/缺氧生物膜上逐步富集的反硝化菌具有短程反硝化特性，可为厌氧氨氧化菌提供必要底物亚硝态氮；3)最后则通过降低悬浮污泥浓度使厌/缺氧生物膜上的反硝化菌竞争到更多的底物，进而为厌氧氨氧化菌提供更多的底物亚硝态氮，同时削弱悬浮污泥中的全程反硝化菌对亚硝态氮的竞争力，共同促进厌氧氨氧化菌的生长使其富集。在好氧区投加未挂膜的悬浮填料，使硝化菌在好氧生物膜上富集。本发明实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺的快速原位启动，节能降耗。

Description

基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快 速原位启动的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种污水深度脱氮除磷装置与方法，属于活性污泥法污水处理技术领域，适用于新建污水厂及老污水厂的提标改造、市政污水和工业废水的处理等污水处理技术领域。
背景技术
目前市政污水处理厂广泛采用传统硝化反硝化技术进行生物脱氮。在硝化过程需要进行充分曝气，该过程会消耗大量电能。我国城镇污水C/N比较低，故在反硝化过程需要提供充足碳源才能达到较好的脱氮效果。此外，传统活性污泥法脱氮除磷工艺中硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在矛盾和竞争,很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除,阻碍着生物除磷脱氮技术的应用。因此，寻求一种新型的脱氮除磷工艺技术对于污水处理厂节能降耗具有重大意义。
厌氧氨氧化作为一种新型脱氮技术，具有节约曝气能耗和有机碳源，污泥产量低等诸多优势。目前厌氧氨氧化技术主要应用于如污泥消化液等高氨氮、高温的废水处理中，若将厌氧氨氧化技术应用于城市主流生活污水处理中，将有望实现污水处理厂能量中和或输出。厌氧氨氧化技术在主流污水处理中应用的主要瓶颈便是厌氧氨氧化菌的富集与持留，然而实际污水处理厂通过接种厌氧氨氧化成熟污泥实现厌氧氨氧化是不切实际的，因此在主流城市污水中寻求一种快速原位富集厌氧氨氧化菌的策略具有重大意义。
研究表明在厌/缺氧区的生物膜可以有效持留厌氧氨氧化菌，生物膜上的反硝化菌可进行短程反硝化将硝态氮还原为亚硝态氮为厌氧氨氧化提供底物亚硝。因此，通过在厌/氧缺氧投加悬浮填料，并采取一定策略快速原位富集厌氧氨氧化菌，将有望推动厌氧氨氧化技术在城市主流污水处理中的实际应用。
发明内容
本发明的目的针对厌氧氨氧化菌在实际污水处理厂中难以富集和持留，导致厌氧氨氧化技术在实际主流污水中应用受限的问题，提出一种基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置与方法。该方法在厌/缺氧区投加悬浮填料，为厌氧氨氧化菌提供良好的持留与生长的环境。厌/缺氧生物膜上的反硝化菌具有短程反硝化特性，可将硝态氮还原为亚硝态氮，为厌氧氨氧化菌提供底物亚硝，促进厌氧氨氧化菌在厌/缺氧生物膜上的生长。在降低悬浮污泥过程中，厌/缺氧生物膜上的反硝化菌可以竞争到更多的底物，进而为厌氧氨氧化菌提供更多的底物亚硝态氮，同时削弱悬浮污泥中的全程反硝化菌对亚硝态氮的竞争力，共同促进厌氧氨氧化菌的生长使其富集。同时，在好氧区投加悬浮填料，促进硝化细菌在好氧生物膜填料上的富集，保证在降低悬浮污泥浓度过程中好氧区的硝化性能保持稳定。最终在保证生物反应器系统出水相对稳定的情况下，实现连续流城市主流污水部分厌氧氨氧化工艺的快速原位启动。
基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置主要由原水水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(11)顺序连接组成，A2/O反应装置(3)依次包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；原水水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；好氧区(6)经A2/O溢流管(10)与二沉池(11)连接；二沉池(11)底部经过污泥回流泵(17)与厌氧区(4)连接；硝化液回流泵(16)将好氧区(6)最后一格室与缺氧区(5)第一格室连接；厌氧区(4)与缺氧区(5)内安装搅拌器(7)，用于混合液混合与悬浮载体(8)的流化；好氧区(6)设有空气压缩机(13)、气体流量计(14)和曝气头(15)的曝气系统进行曝气和好氧区悬浮载体(9)的流化；缺氧区(5)内放置直径25毫米比表面积500m2/m3聚乙烯填料(8)，其填充比为10％～30％，为厌氧氨氧化菌和反硝化菌提供生长载体，富集厌氧氨氧化菌和反硝化菌；好氧区(6)中放置直径25毫米比表面积500m2/m3聚乙烯填料(9)，其填充比为20％～40％，为硝化菌提供生长载体，富集硝化菌。
基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置和方法，其特征包括以下步骤：
阶段一：在悬浮污泥浓度为3000～4000mg/L下按照以下运行时调节操控策略中所述方法运行20～30d，使填料上初步附着和截留一部分活性污泥微生物；
阶段二：在原有剩余污泥排放基础上，每日额外增加5％～10％的剩余污泥排放量，使A2/O反应装置(3)的悬浮污泥浓度逐步降低至2000～3000mg/L，历时30d～45d；增加剩余污泥排放的同时加大好氧区(6)各个格室的曝气量，控制好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为2～4mg/L，使好氧末端出水氨氮浓度低于2mg/L以下；之后维持系统的悬浮污泥浓度为2000～3000mg/L，按照以下运行时调节操控策略运行30d～60d；
阶段三：在阶段二的基础上，每日额外增加5％～10％的剩余污泥排放量，使A2/O反应装置(3)的悬浮污泥浓度逐步降低至1000～2000mg/L，历时30d～45d；增加剩余污泥排放的同时加大好氧区(6)各个格室的曝气量，控制好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为2～4mg/L，使好氧末端出水氨氮浓度低于2mg/L以下；之后维持系统的悬浮污泥浓度为1000～2000mg/L，按照以下运行时调节操控策略运行30d～60d；
运行时调节操控策略如下:
A2/O反应装置(3)的硝化液控制在回流比为100％～200％，当缺氧区(5)出水硝态氮或亚硝态氮浓度高于3mg/L时，降低硝化液回流比；当好氧区(6)出水硝态氮浓度高于10mg/L时,提高硝化液回流比；
污泥回流比为50％～100％，通过调整剩余污泥的排放量，控制A2/O反应装置(3)中絮体污泥污泥龄为15～20d；好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为1～2mg/L；
A2/O反应装置(3)的水力停留时间为10～16h，其中厌氧水力停留时间为1.5～3h,使厌氧区(4)释磷量达到10mg/L以上；缺氧水力停留时间为3～8h；
当单个厌/缺氧生物膜的平均生物量在0.01g以上，其中厌氧氨氧化菌的相对丰度在1％以上；A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动成功。
基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置和方法，其特征在于，在厌/缺氧区投加悬浮填料，可以为厌氧氨氧化菌提供生长载体，可以有效持留与富集厌氧氨氧化菌；通过对悬浮污泥浓度的调控，进而调控生物膜和悬浮污泥上功能微生物对于反应底物的相互供给和竞争关系；逐步降低悬浮污泥浓度过程中，更多硝态氮和有机物被厌/缺氧生物膜上具有短程反硝化特性的反硝化菌所利用，进而为厌氧氨氧化菌提供更多的底物亚硝态氮，同时削弱悬浮污泥中的全程反硝化菌对亚硝态氮的竞争力，共同促进厌氧氨氧化菌的生长使其富集。好氧区投加的悬浮填料，可以不断富集硝化菌，保证在降低悬浮污泥浓度过程中好氧区的硝化性能保持稳定。
基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置和方法相对现有技术具有以下优势：
1)解决主流城市污水厌氧氨氧化技术应用中厌氧氨氧化菌原位富集与持留的关键问题，首次提出通过逐步降低悬浮污泥浓度实现连续流主流城市污水部分厌氧氨氧化工艺的快速原位启动；
2)在实施过程中，原生物反应器的出水水质保持相对稳定，实现不停产实施，可广泛应用于新建污水厂及老污水厂的提标改造；
3)基于短程反硝化耦合厌氧氨氧化实现部分自养脱氮，理论上最大可节省50％曝气量和60％碳源投加量，并且污泥产量低，降低污泥处理处置费用；
附图说明
图1基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置。
图1中：1-原水水箱；2-进水泵；3-A2/O反应装置；4-厌氧区；5-缺氧区；6-好氧区；7-搅拌器；8-直径25毫米比表面积500m2/m3的厌/缺氧区聚乙烯填料；9-直径25毫米比表面积500m2/m3的好氧区聚乙烯填料；10-A2/O溢流管；11-二沉池；12-出水口；13-鼓风机；14-转子流量计；15-微孔曝气头；16-硝化液回流泵；17-污泥回流泵；18-污泥回流闸阀；29-剩余污泥闸阀。
具体实施方式
为使本发明的实施方法更为清晰，结合具体实施例，参照附图，对发明进行进一步详细说明。需要注意的是，下述的实施例仅为举例说明，以帮助理解本发明的核心思想与技术方案。本发明的保护范围并不限于此。
1、接种污泥
A2/O反应装置(3)接种传统污水处理厂二沉池剩余活性污泥，该活性污泥应具有基本的硝化、反硝化、除碳和除磷性能，MLSS>8000mg/L、MLVSS/MLSS>0.65、SV<45％，保持使反应器初始污泥浓度为3000～4000mg/L；在厌氧区(4)和缺氧区(5)投加未挂膜的高密度聚乙烯悬浮填料(8)，用于富集厌氧氨氧化菌和反硝化菌，填充比为10％～30％；好氧区(6)投加未挂膜的高密度聚乙烯悬浮填料(9)，用于富集硝化菌，填充比为20％～40％；
2、逐步降低污泥浓度在厌/缺氧生物膜上富集厌氧氨氧化菌
1)阶段一：在悬浮污泥浓度为3000～4000mg/L下按照以下运行时调节操控策略运行20～30d，使填料上初步附着和截留一部分活性污泥微生物；在厌/缺氧区由于溶解氧浓度低，厌/缺氧区填料上主要附着和截留的功能微生物为反硝化菌和厌氧氨氧化菌；在好氧区由于较高的溶解氧环境，悬浮填料主要附着和截留的功能微生物为硝化细菌；厌氧氨氧化细菌由于生长速率低，难以在系统有效持留，厌/缺氧生物膜可以为生长速率较低的厌氧氨氧化菌提供良好的生长条件，且生物膜与絮体污泥二者污泥龄分离，可以避免厌氧氨氧化菌被系统淘洗，达到可以有效持留和富集厌氧氨氧化菌的目的；
2)阶段二：在原有剩余污泥排放基础上，每日额外增加5％～10％的剩余污泥排放量，使A2/O反应装置(3)的悬浮污泥浓度逐步降低至2000～3000mg/L，历时30d～45d；增加剩余污泥排放的同时加大好氧区(6)各个格室的曝气量，控制好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为2～4mg/L，使好氧末端出水氨氮浓度低于2mg/L以下；之后维持系统的悬浮污泥浓度为2000～3000mg/L，按照以下运行时调节操控策略运行30d～60d；由于悬浮污泥浓度降低后，缺氧区(5)中的缺氧生物膜上的反硝化菌竞争到更多的底物，从而将更多的硝态氮还原为亚硝态氮，为厌氧氨氧化菌提供更多的底物亚硝态氮，促进厌氧氨氧化菌的生长使其富集，好氧区(6)中的悬浮填料上的硝化菌也由于可获得更多的底物而被富集，保证在降低悬浮污泥浓度过程中好氧区(6)的硝化性能；
3)阶段三：在阶段二的基础上，每日额外增加5％～10％的剩余污泥排放量，使A2/O反应装置(3)的悬浮污泥浓度逐步降低至1000～2000mg/L，历时30d～45d；增加剩余污泥排放的同时加大好氧区(6)各个格室的曝气量，控制好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为2～4mg/L，使好氧末端出水氨氮浓度低于2mg/L以下；之后维持系统的悬浮污泥浓度为1000～2000mg/L，按照以下运行时调节操控策略运行30d～60d；由于悬浮污泥浓度进一步降低，缺氧区(4)中生物膜可获得更多底物，缺氧区(5)中的生物膜上的反硝化菌和厌氧氨氧化菌被进一步富集，好氧区(6)中的生物膜上的硝化菌也被进一步富集。
运行时调节操控策略如下:
A2/O反应装置(3)的硝化液控制在回流比为100％～200％，当缺氧区(5)出水硝态氮或亚硝态氮浓度高于3mg/L时，降低硝化液回流比；当好氧区(6)出水硝态氮浓度高于10mg/L时,提高硝化液回流比；
污泥回流比为50％～100％，通过调整剩余污泥的排放量，控制A2/O反应装置(3)中絮体污泥污泥龄为15～20d；好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为1～2mg/L；
A2/O反应装置(3)的水力停留时间为10～16h，其中厌氧水力停留时间为1.5～3h,使厌氧区(4)释磷量达到10mg/L以上；缺氧水力停留时间为3～8h；
当单个厌/缺氧生物膜的平均生物量在0.01g以上，其中厌氧氨氧化菌的相对丰度在1％以上；A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动成功。
试验采用某小区生活污水作为原水，具体水质如下：NH4 +-N为45～60mg/L，COD浓度为140～250mg/L，NO2 --N浓度为0～0.5mg/L，NO3 --N浓度0～1mg/L；
试验结果表明：在运行200d后，单个缺氧生物膜上的平均生物量为0.023g，其中厌氧氨氧化菌的相对丰度为1.8％；实验出水水质如下：NH4 +-N为0～2mg/L，COD浓度为20～35mg/L，NO2 --N浓度0～0.5mg/L，NO3 --N浓度8～12mg/L,TN浓度为9～12mg/L。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘制或描述的实现方法，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方法，不可进行简单的更改或替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，均应该包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于逐步降低悬浮污泥浓度实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的装置，其特征在于：由原水水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(11)顺序连接组成；其中A2/O反应装置(3)依次包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；原水水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；好氧区(6)经A2/O溢流管(10)与二沉池(11)连接；二沉池(11)底部经过污泥回流泵(17)与厌氧区(4)连接；硝化液回流泵(16)将好氧区(6)最后一格室与缺氧区(5)第一格室连接；
厌氧区(4)与缺氧区(5)内安装搅拌器(7)，用于混合液混合与悬浮填料(8)的流化；好氧区(6)设有空气压缩机(13)、气体流量计(14)和曝气头(15)的曝气系统进行曝气和好氧区悬浮填料(9)的流化。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，厌氧区(4)和缺氧区(5)内投加聚乙烯填料(8)，其填充比为10％～30％，为厌氧氨氧化菌和反硝化菌提供生长载体，以富集厌氧氨氧化菌和反硝化菌；好氧区(6)中放置其填充比为20％～40％，为硝化菌提供生长载体，以富集硝化菌。
3.应用权利要求1所述装置实现A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接种污泥：A2/O反应装置(3)接种传统污水处理厂二沉池剩余活性污泥，污泥浓度为3000～4000mg/L；
(2)逐步降低悬浮污泥浓度的操作步骤：
阶段一：在悬浮污泥浓度为3000～4000mg/L下按照以下运行时调节操控策略中所述方法运行20～30d，使填料上初步附着和截留一部分活性污泥微生物；
阶段二：在原有剩余污泥排放基础上，每日额外增加5％～10％的剩余污泥排放量，使A2/O反应装置(3)的悬浮污泥浓度逐步降低至2000～3000mg/L，历时30d～45d；增加剩余污泥排放的同时加大好氧区(6)各个格室的曝气量，控制好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为2～4mg/L，使好氧末端出水氨氮浓度低于2mg/L以下；之后维持系统的悬浮污泥浓度为2000～3000mg/L，按照以下运行时调节操控策略运行30d～60d；
阶段三：在阶段二的基础上，每日额外增加5％～10％的剩余污泥排放量，使A2/O反应装置(3)的悬浮污泥浓度逐步降低至1000～2000mg/L，历时30d～45d；增加剩余污泥排放的同时加大好氧区(6)各个格室的曝气量，控制好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为2～4mg/L，使好氧末端出水氨氮浓度低于2mg/L以下；之后维持系统的悬浮污泥浓度为1000～2000mg/L，按照以下运行时调节操控策略运行30d～60d；
运行时调节操控策略如下:
A2/O反应装置(3)的硝化液控制在回流比为100％～200％，当缺氧区(5)出水硝态氮或亚硝态氮浓度高于3/L时，降低硝化液回流比；当好氧区(6)出水硝态氮浓度高于10mg/L时,提高硝化液回流比；
污泥回流比为50％～100％，通过调整剩余污泥的排放量，控制A2/O反应装置(3)中絮体污泥污泥龄为15～20d；好氧区(6)最后一格室中溶解氧浓度为1～2mg/L；
A2/O反应装置(3)的水力停留时间为10～16h，其中厌氧水力停留时间为1.5～3h,使厌氧区(4)释磷量达到10mg/L以上；缺氧水力停留时间为3～8h；
当单个厌/缺氧生物膜的平均生物量在0.01g以上，其中厌氧氨氧化菌的相对丰度在1％以上；A2/O部分厌氧氨氧化工艺快速原位启动成功。
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