三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法

摘要

本发明提供的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法，属于污水生物处理技术领域，所述工艺包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、短程硝化SBR反应器(配有在线监测及反馈控制系统)、第二调节水箱和自养脱氮UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket)反应器；将污泥按污泥龄分开，解决了脱氮与除磷的污泥龄矛盾。将短程硝化SBR实时控制技术应用于自养脱氮技术中，解决了连续流实现低氨氮半短程硝化半短程难维持，以及不易控制出水中氨氮与亚硝的浓度比例等问题。将厌氧氨氧化技术成功应用在生活污水的深度脱氮处理中，实现了高效低能耗的城市污水处理。

权利要求

1.三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺，其特征在于，包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、短程硝化SBR反应器、短程硝化在线监测及反馈控制系统、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器；其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR反应器相连；除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连；第一调节水箱通过进水泵与短程硝化SBR反应器相连；短程硝化SBR反应器出水阀与第二调节水箱相连；第一调节水箱底部通过超越管与第二调节水箱相连并配有蠕动泵调节流量；最终第二调节水箱中污水进入自养脱氮UASB反应器。

2.根据权利要求1所述的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺,其特征在于，所述除有机物SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。

3.根据权利要求1所述的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺,其特征在于，所述短程硝化SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。

4.根据权利要求1所述的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺，其特征在于，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

5.根据权利要求1所述的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺，其特征在于，所述第一调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

6.根据权利要求1所述的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺，其特征在于，所述第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

7.根据权利要求1所述的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺，其特征在于，所述自养脱氮UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。

8.三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的方法，其特征在于，包括：

将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS=2500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10~30min，随后曝气搅拌30~60min，曝气量恒定

50~300L/h，沉淀排水，排水比为20~60%，当除有机物SBR反应器处理水COD<80mg/L，且硝化率<5%，出水P<1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动；出水排入第一调节水箱；

将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加至短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS=2500-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从第一调节水箱抽入反应器，曝气搅拌，控制反应器内溶解氧恒定为0.5~2mg/L，在线监测反应器内pH值变化曲线，当pH值变化最低点出现后及时停止曝气，沉淀排水，排水比为20~60%，当短程硝化SBR反应器处理+ -水NH4-N<2mg/L，NO2-N累计率>75%，完成短程硝化SBR反应器的启动，出水排入第二调节水箱；

将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进水中+ - + -

的NH4-N与NO2-N转化为N2排出系统，当UASB反应器处理水NH4-N浓度<1mg/L，或NO2-N浓度<1mg/L，完成自养脱氮UASB反应器的启动调试；三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，生活污水全部进入除有机物SBR反应器，实现有机物的去除，并通过厌氧好氧过程实现磷的释放与吸收，其处理水排入第一调节水箱，短程硝化SBR反应器进水全部来自除有机物SBR反应器出水，通过在线控制实现污水的全部短程硝化，并将其出水排入第二+调节水箱，通过水泵将第一调节水箱中污水抽入第二调节水箱，使第二调节水箱中NH4-N，-

NO2-N的浓度比例为1:1~1:1.3，最终通过厌氧氨氧化去除污水中总氮。

说明书

三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法。

背景技术

[0002] 当前我国正处于经济高速发展时期，随着经济的增长，人民生活水平的提高，用水量不断增长。现有的污水处理厂多采用传统生物脱氮工艺，以有机物作为碳源，通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，然而实际城市污水的C/N比较低，需投加甲醇、乙醇等外碳源以保证较高的总氮TN去除率，同时传统工艺还存在曝气时间长，处理效率不高，运行费用高等问题。因此，寻求高效低能耗的城市污水处理工艺显得越来越迫切。

[0003] 厌氧氨氧化菌的发现给传统脱氮除磷工艺的改善提供了一个契机，与传统脱氮工艺相比优势明显：(1)不需要外加碳源，节省费用并防止二次污染；(2)与传统工艺相比节约60％曝气量；(3)原水中碳源可作为能源进行能量的回收；(4)厌氧氨氧化菌具有较高的比氨氮氧化速率，理论上厌氧氨氧化脱氮反应能达到较高的脱氮效率；(5)自养脱氮工艺中水力停留时间短，可节省工艺占地面积；(6)无氧化亚氮的产生，利用二氧化碳作为碳源，温室气体产量少。

[0004] 目前厌氧氨氧化污水自养脱氮工艺的研究，主要集中在高氨氮废水处理，对低氨氮废水自养脱氮工艺的研究相对较少。一方面是由于连续流低氨氮短程硝化难于控制，影- - -响NO2-N积累的控制因素比较复杂，并且硝化菌能迅速的将NO2-N转化为NO3-N；另一方面是人们对低氨氮自养脱氮技术的关注度不够，此项研究开展时间较短。

[0005] 因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺结合了序批式活性污泥法(SBR)反应器可控性强，易实现短程硝化的特点，将厌氧氨氧化技术应于生活污水的深度脱氮处理中，具有低耗氧量，无需外加碳源，无需中和剂等诸多优点。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法，实现高效低能耗的城市污水处理，同时通过在线监测短程硝化反应器内pH值，对短程硝化进行实时控制，保证系统短程硝化的稳定性。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺，包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、短程硝化SBR反应器、短程硝化在线监测及反馈控制系统、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器；其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR反应器相连；除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连；第一调节水箱通过进水泵与短程硝化SBR反应器相连；短程硝化SBR反应器出水阀与第二调节水箱相连；第一调节水箱底部通过超越管与第二调节水箱相连并配有蠕动泵调节流量；最终第二调节水箱中污水进入自养脱氮UASB反应器。进一步地，所述除有机物SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。

[0007] 进一步地，所短程硝化SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。

[0008] 进一步地，所述短程硝化在线监测系统及反馈控制系统包括溶解氧浓度DO传感器、pH传感器、pH与DO测定仪、数据信号输入接口、计算机、数据信号输出接口、执行机构、进水继电器、出水继电器、曝气继电器、电动搅拌机继电器和信号输出接口。

[0009] 进一步地，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

[0010] 进一步地，所述第一调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。进一步地，所述第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。

[0011] 进一步地，所述自养脱氮反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。

[0012] 本发明还提供了一种三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的方法，包括：

[0013] 将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝2500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，曝气量恒定50～
300L/h，沉淀排水，排水比为20～60％，当除有机物SBR反应器处理水COD＜80mg/L，且硝化率＜5％，出水P＜1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动；出水排入第一调节水箱；

[0014] 将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加至短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS＝2500-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从第一调节水箱抽入反应器，曝气搅拌，控制反应器内溶解氧恒定为0.5～2mg/L，在线监测反应器内pH值变化曲线，当pH值变化最低点出现后及时停止曝气，沉淀排水，排水比为20～60％，当短程硝化SBR+ -反应器处理水NH4-N＜2mg/L，NO2-N累计率＞75％，完成短程硝化SBR反应器的启动，出水排入第二调节水箱；

[0015] 将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进+ - 4水中的NH4-N与NO2-N转化为N2排出系统，当UASB反应器处理水NH+-N浓度＜1mg/L，或-
NO2-N浓度＜1mg/L，完成自养脱氮UASB反应器的启动调试；

[0016] 三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，生活污水全部进入除有机物SBR反应器，实现有机物的去除，并通过厌氧好氧过程实现磷的释放与吸收，其处理水排入第一调节水箱，短程硝化SBR反应器进水全部来自除有机物SBR反应器出水，通过在线控制实现污水的全部短 程硝化，并将其出水排入第二调节水箱，通过水泵将第一调节水箱中污水抽入+ -第二调节水箱，使第二调节水箱中NH4-N，NO2-N的浓度比例为1∶1～1∶1.3，最终通过厌氧氨氧化去除污水中总氮。

[0017] 综上，本发明提供的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法，将厌氧氨氧化技术应于生活污水的深度脱氮处理中，使耗氧量与传统脱氮方式相比降低60％，并无需外加碳源，无需中和剂。

[0018] 将异养菌、氨氧化菌与厌氧氨氧化菌分开于三个独立的系统中，利于各系统的高效运行，保证系统运行的稳定性，将污泥按污泥龄分开，避免了异养菌的快速繁殖对自养脱氮菌群的影响，解决了脱氮与除磷污泥龄矛盾的问题。将好氧菌与厌氧菌分开避免了氧对厌氧氨氧化菌的抑制作用，进而保证厌氧菌的高效性。

[0019] 结合序批式活性污泥法(SBR)反应器可控性强，易实现短程硝化的特点，将短程硝化SBR实时控制技术应用于自养脱氮技术中实现污水的短程硝化，通过向调节水箱添加去除有机物反应器出水实现污水的半短程硝化，解决了连续流实现低氨氮半短程硝化半短程难维持，以及不易控制出水中氨氮与亚硝的浓度比例等问题。硝化系统进水为去除有机物后的原水，易提高该系统中自养硝化细菌的浓度。

[0020] 采用UASB反应器培养厌氧氨氧化菌易于形成颗粒污泥，保证系统具有较强的生物持留能力，提高了系统的抗冲击性。

[0021] 除有机物反应器排放的剩余污泥中富含大量有机物，可用于产甲烷，最大程度的实现能量的回收利用。同时剩余污泥中含磷量较高，可对污泥进一步处理，实现磷资源的回收利用。

附图说明

[0022] 图1是本发明三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水工艺的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0024] 如图1所示结构图，1为生活污水原水箱；2为除有机物SBR反应器；3为第一调节水箱；4为短程硝化SBR反应器；5为短程硝化SBR反应器在线监测及反馈控制系统；6为第二调节水箱；7为第二调节水箱氨氮与亚硝浓度泵；8为自养脱氮UASB反应器；其中1.1为生活污水原水箱溢流管，1.2为放空管(第一调节水箱和第二调节水箱与原水水箱结构相同)；2.1为进水泵，2.2为搅拌器，2.3为搅拌桨，2.4为曝气头，2.5为气体流量计，2.6为气泵，2.7为排泥放空管，2.8为排水阀；4.1为进水泵，4.2为搅拌器，4.3为搅拌桨，4.4为曝气头，4.5为气体流量计，4.6为气泵，4.7为排泥放空管，4.8为排水阀；5.1为pH传感器，5.2为溶解氧浓度DO传感器，5.3为pH与DO测定仪，5.4为数据信号输入接口，5.5为计算机，5.6为数据信号输出接口，5.7执行机构，5.8进水继电器，5.9出水继电器，5.10曝气继电器，5.11电动搅拌机继电器，5.12为信号输出接口；8.1为自养脱氮反应器进水泵，8.2为取样口，8.3为三相分离器，8.4为溢流堰，8.5为排气管，8.6为出水管。

[0025] 所述三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺包括顺序串联的原水水箱、除有机物SBR反应器、第一调节水箱、短程硝化SBR反应器、在线监测及反馈控制系统、第二调节水箱和自养脱氮UASB反应器；除有机物SBR反应器和短程硝化SBR反应器内置有搅拌装置、曝气头、气体流量计、出水管和出水阀门；在线监测及反馈控制系统包括溶解氧浓度DO传感器、pH传感器、pH与DO测定仪、数据信号输入接口、计算机、数据信号输出接口、执行机构、进水继电器、出水继电器、曝气继电器、电动搅拌机继电器和信号输出接口；第一调节水箱与第二调节水箱均为封闭箱体，设有溢流管、放空管；自养脱氮UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。

[0026] 其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR反应器相连；除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连；第一调节水箱通过进水泵与短程硝化SBR反应器相连；短程硝化SBR反应器出水阀与第二调节水箱相连；第一调节水箱底部通过超越管与第二调节水箱相连并配有蠕动泵调节流量；最终第二调节水箱中污水进入自养脱氮UASB反应器。

[0027] 城市污水在此工艺中的处理流程为：城市污水全部进入除有机物SBR反应器完成有机物的去除或吸附，并通过厌氧好氧过程实现磷的释放与吸收；除有机物SBR反应器出水排入第一调节水箱；短程硝化SBR反应器进水全部来自第一调节水箱，通过在线控制实现污水的全短程硝化，将水中氨氮转化为亚硝酸盐氮，出水排入第二调节水箱；通过水泵将+ -第一调节水箱中污水混入第二调节水箱，使第二调节水箱中NH4-N，NO2-N的浓度比例为
1∶1～1∶1.3；第二调节水箱内污水进入UASB反应器实现厌氧氨氧化，达到将氨氮从生活污水中脱除的目的。

[0028] 处理城市污水方法具体包括以下步骤：

[0029] 将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝2500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，曝气量恒定50～
300L/h，沉淀排水，排水比为20～60％，当除有机物SBR反应器处理水COD＜80mg/L，且硝化率＜5％，出水P＜1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动；出水排入第一调节水箱；

[0030] 将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加至短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS＝2500-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从第一调节水箱抽入反应器，曝气搅拌，控制反应器内溶解氧恒定为0.5～2mg/L，在线监测反应器内pH值变化曲线，当pH值变化最低点出现后及时停止曝气，沉淀排水，排水比为20～60％，当短程硝化SBR+ -反应器处理水NH4-N＜2mg/L，NO2-N累计率＞75％，完成短程硝化SBR反应器的启动，出水排入第二调节水箱；

[0031] 将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进+ - +水中的NH4-N与NO2-N转化为N2排出系统，当UASB反应器处理水NH4-N浓度＜1mg/L，或-
NO2-N浓度＜1mg/L，完成自养脱氮UASB反应器的启动调试；

[0032] 三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，生活污水全部进入除有机物SBR反应器，实现有机物的去除，并通过厌氧好氧过程实现磷的释放与吸收，其处理水排入第一调节水箱，短程硝化SBR反应器进水全部来自除有机物SBR反应器出水，通过在线控制实现污水的全部短程硝化，并将其出水排入第二调节水箱，通过水泵将第一调节水箱中污水抽入+ -第二调节水箱，使第二调节水箱中NH4-N，NO2-N的浓度比例为1∶1～1∶1.3，最终通过厌氧氨氧化去除污水中总氮。

[0033] 具体试验用水取自北京工业大学家属区生活污水，其水质如下：COD190mg/L～+ - -289mg/L；NH4-N 50mg/L～89mg/L；NO2-N＜1mg/L；NO3-N 0.12mg/L～1.0mg/L；P4mg/L～
7mg/L。试验系统如图1所示，自养脱氮UASB反应器采用有机玻璃制成，反应区内径为6cm，有效容积为1.5L；除有机物SBR反应器有效容积为10L，短程硝化SBR反应器有效容积为
10L。

[0034] 具体运行操作如下：

[0035] 系统启动：

[0036] 1)将城市污水厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS＝3500-5000mg/L；每周期厌氧搅拌20min，随后曝气搅拌20min，曝气量恒定300L/h，沉淀排水，排水比为40％。每天运行8个周期，并按污泥浓度排泥。驯化3周后，除有机物SBR反应器处理水达到COD＜90mg/L，且硝化率＜3％，出水P＜1mg/L，完成SBR除有机物反应器的启动；将出水排入调节水箱1#。

[0037] 2)将短程硝化污泥投加至短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS＝3000-4500mg/L，每周期曝气搅拌，控制反应器内溶解氧恒定为0.5～2mg/L，在线监测反应器内pH值变化曲线，当pH值变化最低点出现后及时停止曝气，沉淀排水，排水比为40％，系统SRT为18d。通过不断的排泥将NOB淘洗出反应器，经过25天的驯化，短程硝化SBR反应- +
器处理水NO2-N累计率＞90％，NH4-N＜2mg/L，完成短程硝化SBR反应器的启动；出水排入调节水箱2#。

[0038] 3)将厌氧氨氧化颗粒污泥及絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将+ - +进水中的NH4-N与NO2-N转化为N2排出系统。当UASB反应器处理水NH4-N浓度＜1mg/-
L，或NO2-N浓度＜1mg/L，完成UASB反应器的启动调试。

[0039] 三段反应器分别启动成功后，系统正式运行，除有机物SBR反应器处理水排入调节水箱1#，半短程硝化SBR反应器处理水排入调节水箱2#，通过水泵调节厌氧氨氧化进水+ -水箱中NH4-N，NO2-N的浓度比例为1∶1～1∶1.3，最终污水进入UASB反应器实现厌氧氨氧化，去除污水中总氮。

[0040] 试验结果表明：运行稳定后，自养脱氮UASB反应器最大氮去除速率约为1.0kgN/3 + -
m·d，处理水COD为35-50mg/L，NH4-N＜3mg/L，NO2-N＜1mg/L，P＜1mg/L。

[0041] 本发明的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法可广泛用于城市污水及其他低氨氮有机工业废水处理。

[0042] 以上对本发明所提供的三段式短程硝化/厌氧氨氧化处理城市污水的工艺和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。