缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比城市污水的装置及方法

摘要

本发明提供了一种缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比城市污水。一部分城市污水首先进入缺氧/好氧SBR反应器，经过前置反硝化和硝化反应，产生的硝化液与另一部分原污水混合后再进入到部分反硝化耦合厌氧氨氧化（DEAMOX）反应器进行脱氮。其方法包括以下步骤：65%～85%原水进入缺氧/好氧SBR反应器，利用原水中碳源进行前置反硝化将上一周期系统剩余NO3--N还原，之后曝气将NH4+-N氧化为NO3--N；硝化液与15%～35%的原水共同进入DEAMOX反应器，原水中的NH4+-N以部分反硝化产生的NO2--N为电子受体，通过厌氧氨氧化反应生成N2，实现低C/N比城市污水深度脱氮。本工艺充分利用了原水中碳源，无需外加碳源，节省曝气能耗，是解决低C/N比城市污水脱氮问题一种经济高效的新途径。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低能耗处理低碳氮（C/N）比城市污水的方法，属于污水 生物处理的技术领域，具体是将原水分为两部分，一部分进入缺氧/好氧SBR 反应器，通过前置反硝化充分利用原水中有机物，随后曝气进行硝化，硝化液 与另一部分原水再进入部分反硝化耦合厌氧氨氧化（DEAMOX）反应器，利用 原水中的少量有机物通过部分反硝化生成亚硝态氮，再同步与原水中的氨氮通 过厌氧氨氧化反应实现污中水氮的去除。本发明充分利用原水中碳源，无需投 加外碳源，减少曝气过程耗氧量，降低了污水处理过程中的运行费用。

背景技术

近年来，水体中氮、磷过量导致的富营养化现象日趋严重，水域生态环境 和人类健康受到了严重影响，为此我国对城市污水处理厂的出水水质,尤其是对 出水的氮、磷指标要求更加严格。生物脱氮技术是目前应用最广泛的污水脱氮 技术，原理为通过硝化菌和反硝化菌作用实现氮的去除，其达到高效脱氮的关 键是充足的碳源。进水C/N比较低时则需要投加外碳源来提高处理效果，但是 这既消耗了有限的有机资源又增加了污水厂的运行费用。

对于低C/N比的城市污水，采用传统好氧/缺氧工艺处理时，原水中有机物 在曝气阶段被消耗，而后续缺氧反硝化过程又会由于碳源不足而导致反硝化不 彻底，不仅浪费了原水中的有限碳源和曝气能耗，而且处理效果不理想，不能 满足严格的排放要求，研究低能耗、处理效果好的城市污水脱氮工艺已成为污 水处理中的一项重要工作。

厌氧氨氧化工艺是一种新型生物脱氮技术，原理为在缺氧条件下，厌氧氨 氧化细菌以NO₂^--N为电子受体,直接将NH₄⁺-N氧化为N₂。与传统工艺相比， 厌氧氨氧化工艺无需供氧和有机碳源，剩余污泥产量低，厌氧氨氧化菌代谢活 性高，工艺容积转化率高，是目前公认的经济高效的污水生物脱氮途径。但是 厌氧氨氧化反应以亚硝酸盐为基质，通常需要以短程硝化作为前处理工艺。短 程硝化的实现主要通过限制溶解氧、游离氨抑制及高温运行等方法使硝化反应 只进行到NO₂^--N这一步，但是在处理低C/N比城市污水的实际应用中受到限 制，主要由于亚硝酸盐积累难以维持稳定以及使污水升温操作较为困难和经济 上的不适宜等原因。

如果能够在处理污水C/N比较低的情况下实现较好的脱氮效果，同时降低 处理过程的运行费用，可以达到城市污水处理低能耗、高效率的目标。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种通过缺氧/好氧SBR- DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比（C/N＜4）城市污水的方法，具体是将原水 分为两部分，一部分进入缺氧/好氧SBR反应器，利用原水中碳源去除该反应 器上一周期排水后剩余NO₃^--N，再通过曝气将原水中NH₄⁺-N氧化为NO₃^--N， 排出的硝化液与另一部分原水再进入DEAMOX（部分反硝化耦合厌氧氨氧 化）反应器，利用原水中的少量碳源将硝化液中NO₃^--N还原为NO₂^--N，NO₂^-- N与NH₄⁺-N通过厌氧氨氧化反应生成N₂，从而达到低C/N比城市污水深度脱 氮的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺的装置，其特征在于，包括原 水箱1、缺氧/好氧SBR反应器2、中间水箱3、DEAMOX反应器4。

原水箱1通过第一蠕动泵2.1与缺氧/好氧SBR反应器3相连；该反应器设 有搅拌装置2.2和温度控制装置2.3，反应器底部设有曝气头2.4，空气泵2.5通 过气体流量计2.6与曝气头相连；缺氧/好氧SBR反应器一侧设剩余污泥排放口 2.8，缺氧/好氧SBR反应器与中间水箱3相连；原水箱通过第二蠕动泵3.1与中 间水箱相连；中间水箱通过第三蠕动泵4.1与DEAMOX反应器4相连； DEAMOX反应器设有搅拌装置4.2和温度控制装置4.3。

缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比城市污水的方法，其特征 在于，包括以下过程：

DEAMOX反应器接种厌氧氨氧化污泥和污泥水解酸化耦合反硝化污泥按体 积比为2.5～3.8:1混合后的污泥，接种后DEAMOX反应器污泥浓度 MLSS=1500～2500mg/L。其中，污泥水解酸化耦合反硝化污泥来自运行6个月 以上的污泥水解酸化耦合反硝化反应器，该反应器进水NO₃^--N=30～60mg/L， NO₃^--N去除率为90%～100%，该污泥具有不完全反硝化特性，在有机碳源浓度 较低情况下，只能将NO₃^--N还原为NO₂^--N；厌氧氨氧化污泥来自运行10个月 以上的厌氧氨氧化反应器，其进水NH₄⁺-N=20～30mg/L，NO₂^--N=28～40mg/L， NH₄⁺-N和NO₂^--N的去除率分别为85%～94%和90%～99%。

原水箱中每周期处理总污水量的65%～85%污水泵入缺氧/好氧SBR反应 器，控制其污泥浓度MLSS为1500～3000mg/L；缺氧/好氧SBR反应器进水后 缺氧搅拌1～2h；随后曝气搅拌2～4h，曝气过程中溶解氧浓度控制在 2.0～4.0mg/L；曝气结束后沉淀30～60min，然后将硝化液排出至中间水箱，排水 比为40%～60%。

原水箱中每周期处理总污水量的15%～35%污水泵入中间水箱，与硝化液混 合；中间水箱中的混合液泵入DEAMOX反应器，进水结束后缺氧搅拌2～5h， 然后沉淀30～60min，排出上清液，排水比为40%～60%。

技术原理：

缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比城市污水是指通过将每周 期处理总污水量分为两部分，首先65%～85%污水进入缺氧/好氧SBR反应器， 上一周期结束后系统中剩余的NO₃^--N利用这部分进水中有机碳源进行反硝化， 再经过好氧阶段将原水中的NH₄⁺-N转化为NO₃^--N，排出的硝化液与另一部分 原水混合，进入DEAMOX反应器中；DEAMOX反应器接种的污泥水解酸化耦 合反硝化污泥中包含一类具有不完全反硝化属性的菌群，其在有机物浓度较低 的条件下只能将NO₃^--N还原为NO₂^--N；DEAMOX反应器中反硝化过程产生的 NO₂^--N再同步与原水中的NH₄⁺-N通过接种污泥中厌氧氨氧化菌的作用实现氮 的去除。

本发明涉及的缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比城市污水具 有以下优点：

1）针对低C/N比的城市污水脱氮，与传统硝化反硝化工艺相比，无需外 加碳源，反硝化过程只需充分利用原水中碳源即可满足出水要求；

2）处理过程中一部分污水中的有机物因前置反硝化被消耗，在随后的曝气 过程中所需氧气量减少，另外，部分原水中的NH₄⁺-N无需氧化，通过厌氧氨 氧化反应而去除，因此节省了整个反应过程的所需曝气量，从而大大降低了污 水处理过程中的运行费用。

3）整个工艺操作简单，只需设定反应过程中各阶段的时间和进水流量，且 无需复杂的控制过程，出水TN即可满足排放标准。

附图说明

图1是缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺处理低C/N比城市污水的流程 图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明：

如图1所示，缺氧/好氧SBR-DEAMOX脱氮工艺的装置，包括原水箱1、 缺氧/好氧SBR反应器2、中间水箱3、DEAMOX反应器4。

原水箱1中一部分污水通过第一蠕动泵2.1与缺氧/好氧SBR反应器2相 连；该反应器设有搅拌装置2.2和温度控制装置2.3，反应器底部设有曝气头 2.4，空气泵2.5通过气体流量计2.6与曝气头相连；缺氧/好氧SBR反应器一侧 设取水口2.7和剩余污泥排放口2.8，缺氧/好氧SBR反应器与中间水箱3相 连；原水箱通过第二蠕动泵3.1与中间水箱相连；第三蠕动泵4.1将中间水箱与 DEAMOX反应器4相连；DEAMOX反应器设有搅拌装置4.2、温度控制装置 4.3和取水口4.4。

具体包括以下过程：

DEAMOX反应器接种厌氧氨氧化污泥和污泥水解酸化耦合反硝化污泥按体 积比为3:1混合后的污泥，接种后DEAMOX反应器污泥浓度 MLSS=1500～2500mg/L。其中，污泥水解酸化耦合反硝化污泥来自运行6个月 以上的污泥水解酸化耦合反硝化反应器，该反应器进水NO₃^--N=30～60mg/L， NO₃^--N去除率为90%～100%，该污泥具有不完全反硝化特性，在有机碳源浓度 较低情况下，只能将NO₃^--N还原为NO₂^--N；厌氧氨氧化污泥来自运行10个月 以上的厌氧氨氧化反应器，其进水NH₄⁺-N=20～30mg/L，NO₂^--N=28～40mg/L， NH₄⁺-N和NO₂^--N的去除率分别为85%～94%和90%～99%。

实验所用原水采用北京工业大学家属院生活污水，主要参数为： COD=200～300mg/L，NH₄⁺-N=60～85mg/L，TN=60～90mg/L；其C/N比在 2.2～3.5之间，属于典型的低C/N比城市污水；原水收集到原水箱中；缺氧/好 氧SBR-DEAMOX脱氮工艺每周期处理总污水量为7.5L。

缺氧/好氧SBR反应器有效容积为12L，温度控制在25～28℃，污泥龄SRT 控制为5天。首先总污水量80%的污水泵入缺氧/好氧SBR反应器，进水体积 为6L；进水后缺氧搅拌1h；随后曝气搅拌3h，控制系统中溶解氧浓度 2.0～4.0mg/L；曝气结束后沉淀30min，然后将硝化液排出至中间水箱，排水比 为50%，硝化液中NH₄⁺-N=5～10mg/L，NO₃^--N=30～40mg/L；

原水箱中每周期处理总污水量20%的污水通过蠕动泵进入中间水箱，进水 体积2L，与硝化液混合，混合液COD=60～80mg/L，NH₄⁺-N=18～26mg/L，NO₃^--N=24～32mg/L；

将7.5L中间水箱中的混合液泵入DEAMOX反应器，DEAMOX反应器有 效容积15L，温度控制在28～30℃，SRT为30天，进水后缺氧搅拌3h；沉淀 40min；之后将上清液排出，排水比为50%，每周期排水体积为7.5L，出水 NH₄⁺-N＜2mg/L，TN＜5mg/L，TN去除率达到88%～90%。

连续试验结果表明：

以实际生活污水为进水，缺氧/好氧SBR反应器污泥浓度MLSS控制为 2000～2500mg/L，SRT为5天，缺氧搅拌1h，曝气搅拌3h，排水比为50%；同 时DEAMOX反应器污泥浓度MLSS控制为1500～2500mg/L，SRT为30天，排 水比为50%；整个系统每周期处理污水7.5L时，出水NH₄⁺-N＜2mg/L，TN＜ 5mg/L，TN去除率达到91%～95%，能够实现城市污水深度脱氮。