[发明专利]一种节能高效的城市污水自养脱氮生物处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能高效的城市污水自养脱氮生物处理方法及装置，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

随着城市化进程的不断加快和环境保护要求的逐渐提高,城市污水处理厂数量越来越多,污水处理率也越来越高。但是污水处理属能耗密集型行业,高能耗一方面导致污水处理成本升高,在一定程度上加剧了我国当前的能源危机,另一方面高能耗造成的高处理成本,致使一些中小型污水处理厂难以正常运行,污水处理厂的减排效益得不到正常发挥。因此，经济高效的脱氮技术也随即成为环境工程界追逐的目标。

传统的脱氮工艺主要为是硝化－反硝化脱氮，且需要外加碳源(如甲醇)，这样不但增加了额外设施和处理成本，还会造成出水的COD升高，难以保证低碳源废水脱氮效率。因此，如何降低成本和提高总氮去除率成为处理低碳源污水所面临的主要问题。近年来，随着新的生物脱氮途径的发现，厌氧氨氧化技术作为高效低耗的生物脱氮工艺之一渐渐进入人们的视线，在实践应用方面也取得了相当的进展。与传统的硝化－反硝化工艺相比，半短程硝化－厌氧氨氧化城市污水一体化自养脱氮技术具有节省50%的氧耗和100%的外加碳源，且污泥产量少的优点。另外，由于厌氧氨氧化反应无需有机物，可使污水中有机物尽可能多的用于厌氧发酵产甲烷，从而大大提高了城市污水的能量回收率。

但由于厌氧氨氧化菌属于自养菌，细胞产率低，不容易在短时间内富集，且在反应器运行初期污泥容易流失，导致厌氧氨氧化菌的顺利富集和稳定运行较为困难。试验表明，新型生物膜技术可强化污泥持留和富集的能力，在系统内投加填料可一定程度上缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间。

发明内容

本发明的目的就是针对现有城市污水处理能耗高、出水稳定性差的问题，提出了一种节能高效的城市污水自养脱氮生物处理方法及装置，该方法和装置首先将污水中的有机物通过生物吸附作用富集至污泥，再将该污泥进行厌氧发酵产甲烷以提高污水中能量回收率；而后，污水进入一体化自养脱氮反应器进行自养 脱氮。该一体化自养脱氮反应器在悬浮污泥和生物膜上分别富集短程硝化菌和厌氧氨氧化菌，从而增强了厌氧氨氧化菌的持留富集能力，显著提高了系统的处理能力和运行稳定性。同时，合理的反应器结构和水力流态为反应器中主要富集的两种菌提供了适宜的生长环境，实现了城市污水一体化自养脱氮工艺的快速启动，并提高了系统的脱氮效率及工艺稳定性。

本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：一种节能高效的城市污水自养脱氮生物处理装置,其特征在于，由城市污水原水水箱（1）、生物除碳反应器（2）、中间水箱（3）和一体化自养脱氮反应器（4）串联而成；

城市污水原水水箱（1）设有原水水箱溢流管（1.1）和原水水箱放空阀（1.2）；城市污水原水水箱（1）通过生物除碳反应器进水泵（1.3）与生物除碳反应器（2）相连；生物除碳反应器（2）设有生物除碳反应器空压机（2.1）、生物除碳反应器气体转子流量计（2.2）、生物除碳反应器黏砂块曝气头（2.3）、搅拌器（2.4）、生物除碳反应器pH和DO测定仪（2.5）、生物除碳反应器放空阀（2.6）和生物除碳反应器出水阀（2.7）；生物除碳反应器出水阀（2.7）通过出水管与中间水箱（3）相连；中间水箱（3）设有中间水箱溢流管（3.1）、中间水箱放空阀（3.2）；中间水箱（3）通过一体化反应器进水泵（3.3）与一体化自养脱氮反应器（4）进水阀相连；一体化自养脱氮反应器（4）设有一体化自养脱氮反应器空压机（4.1）、一体化自养脱氮反应器气体转子流量计（4.2）、一体化自养脱氮反应器黏砂块曝气头（4.3）、一体化自养脱氮反应器放空阀（4.4）、海绵填料（4.5）、一体化自养脱氮反应器pH和DO测定仪（4.6）及一体化自养脱氮反应器出水阀（4.7）；其中，海绵填料（4.5）为边长约为1.5cm的立方体物质，并固定在一体化自养脱氮反应器（4）中，其填充比为5%-10%。

城市污水在此装置中的处理流程为：城市污水进入城市污水原水水箱，通过进水泵将原水泵入生物除碳反应器，在此之前，该反应器进行好氧曝气10min以恢复活性污泥的吸附功能，污水进入生物除碳反应器后在好氧条件下利用活性污泥吸附作用将水中的有机物吸附至活性污泥，从而达到在污泥中富集有机物的目的；生物除碳反应器出水进入中间水箱，该中间水箱起到调节水质和水量的作用；除碳后污水经一体化反应器进水泵进入一体化自养脱氮反应器，控制溶解氧 浓度在0.5mg/L以下，反应器中氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐的同时厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝酸盐反应生成氮气。通过上述过程最终达到将有机物和氮污染物从污水中高效去除的目的。