一种利用氨氧化过程中电子受体促进污泥消化液中慢速生物降解COD降解的方法

技术领域

本发明涉及一种利用氨氧化过程中电子受体促进污泥消化液中慢速生物降解COD降 解的方法，属于低C/N比城市污水处理及剩余污泥生化处理减量技术领域。在硝化反应 器SBR_N中完成污水中氨氮的氧化，在污泥消化-反硝化反应器SBR_A中完成剩余污泥消 化、反硝化、厌氧氨氧化反应，实现污泥减量的同时节省外加碳源费用、降低污泥消化 过程氨氮释放。该方法适用于低C/N比城市生活污水深度脱氮及污泥减量。

背景技术

随着全球人口的增长及城市化程度的不断提高，氮等营养元素引起的水体富营养化问 题日益严重。为此，各国的污水排放标准中对氮等排放要求进行严格的规定。我国最新 颁布的污水排放标准(GB18918-2002)要求所有排污单位最后出水氮含量为氨氮小于 5mg/L，总氮小于15mg/L(一级A)。因此，活性污泥法生物脱氮工艺被广泛应用，随之也 产生了大量的剩余污泥。

剩余污泥一方面是污染物，含有重金属离子，病原体微生物，在分解过程中会产生臭 味并释放出大量的氮磷元素，污染空气以及水体。另一方面，剩余污泥是一种有用的资 源，它含有大量的蛋白质.多糖，脂类等有机物，在厌氧环境中消化能使这些有机物产生 短链挥发性脂肪酸(SCFA)，达到污泥减量的同时产生可利用有机碳源。

目前，我国城市生活污水中普遍存在着碳源不足，碳氮比(C/N)低的问题，这成为制 约生物脱氮效率的重要因素。投加外碳源，如甲醇，乙醇，乙酸钠等可以增强微生物的 脱氮能力，但其成本过高。乙酸和丙酸是实现脱氮的有利基质，剩余污泥厌氧消化产物 中含有SCFA，可被反硝化细菌快速利用，成本低廉，可以有效的解决城市生活污水碳源 不足问题。

污泥消化液氨氮含量高，回流至污水处理厂主流程首端会增加10％～25％的氨氮负荷， 降低进水的碳氮比，更不利于总氮去除。而且为了充分氧化进水中增加的氨氮，会延长 曝气时间，增加能耗。因此，污泥消化液单独处理一定程度上可以降低能耗。厌氧氨氧 化菌可利用亚硝酸盐电子受体直接将氨氮转化为氮气，而且无需碳源，节省曝气能耗， 污泥产量低，减少温室气体排放。而且，厌氧氨氧化和反硝化的耦合可以进一步的提高 系统的总氮去除率，尤其是在进水碳氮比较低的污水处理，比如慢速降解有机物含量丰 富的污泥消化液。

因此，将城市生活污水硝化反应器剩余污泥用来厌氧消化，同时利用消化产物进行反 硝化，将污泥厌氧消化、反硝化与厌氧氨氧化耦合于一个系统中，不仅达到污泥减量， 而且节省外碳源，节省能耗，降低污泥消化液出水氨氮。

发明内容

本发明的目的在于解决低C/N比城市生活污水生物脱氮过程中剩余污泥减量及反硝 化碳源不足问题，提出了一种利用氨氧化过程中电子受体促进污泥消化液中慢速生物降 解COD降解的方法。该方法主要在硝化反应器SBR_N内将原污水中的NH₄⁺-N氧化为 NO_x^--N，然后在污泥消化-反硝化反应器SBR_A内完成剩余污泥消化的同时利用污泥消化 产生的有机物反硝化，完成总氮去除。

一种利用氨氧化过程中电子受体促进污泥消化液中慢速生物降解COD降解的方法所 涉及的装置，其特征在于是处理低C/N比城市生活污水的成套装置，包括城市生活污水 原水水箱(1)，进水泵(2)，硝化反应器SBR_N(3)，空压机(4)，排水泵(5)，排泥泵 (6)，污泥消化反硝化反应器SBR_A(7)。

原水水箱(1)为开口箱体，其中的污水通过进水泵(2)进入到硝化反应器SBR_N(3)， 硝化反应器SBR_N(3)曝气结束的出水和剩余污泥分别通过排水泵(5)和排泥泵(6) 进水到污泥消化-反硝化反应器SBR_A(7)。硝化反应器SBR_N(3)中部设有搅拌器I(3.1) 连接搅拌桨，反应器器壁分别设有溢流阀I(3.3)、取样口I(3.4)、排水阀I(3.5)和排 泥阀(3.6)，反应器中安装WTW3420水质分析多参数测定仪I(3.2)连接pH及DO探 头。此外，硝化反应器SBR_N(3)与空压机(4)相连，通过气体流量计(4.1)连接曝气 盘(4.2)。污泥消化-反硝化反应器SBR_A(7)中部设有搅拌器II(7.1)，反应器器壁一侧 设有进水口(7.2)和进泥口(7.4)，另一侧分别设有溢流阀II(7.5)、取样口II(7.6)及 排水阀II(7.7)。另外，反应器中安装WTW3420水质分析多参数测定仪II(7.3)连接 pH及ORP探头。

所述的一种利用氨氧化过程中电子受体促进污泥消化液中慢速生物降解COD降解的 方法，其特征在于包括以下步骤：

1)系统启动：取污水处理厂曝气池出水总氮小于15mg/L的污泥，加入到硝化反应 器SBR_N中，投加后活性污泥浓度MLSS为2000～3000mg/L；同时取污水处理厂厌氧消化 和厌氧氨氧化污泥，并取一定量的除碳污泥和微量水解酸化纯菌一起加入到污泥消化-反 硝化反应器SBR_A中，其中各污泥投加体积比为厌氧消化污泥：厌氧氨氧化污泥：除碳污 泥＝5:3:2～7:2:1，各污泥的污泥浓度MLSS分别为厌氧消化污泥5000～8000mg/L，厌氧氨 氧化污泥和除碳污泥2000～3000mg/L，投加的水解酸化纯菌浓度为2～6g/L，投加后反应 器内MLSS在4000～5000mg/L。

2)运行时调节操作如下：

硝化反应器SBR_N处理低C/N比城市生活污水，每周期运行时序依次为进水、缺氧 搅拌、曝气、沉淀、排泥、闲置、排水：

I进水设定进水量为反应器有效容积的30％～40％；

II缺氧搅拌进水结束后，启动搅拌器I进入缺氧搅拌阶段，反应器中上一周期排水 后剩余的氮氧化物NO_x^--N利用原污水中的有机物进行反硝化，提高脱氮效率，设定缺氧 搅拌时间为1～2h；

III曝气启动空压机进入曝气阶段，将原污水中的氨氮氧化为NO_x^--N，设定曝气时 间为4～6h，维持溶解氧为2～3mg/L；

IV沉淀设定沉淀时间为30～45min；

V排泥设定排泥量为每升有效容积排泥5～10ml/d；

VI闲置设定闲置时间为5～8h；

VII排水设定排水量为反应器有效容积的30％～40％。

污泥消化-反硝化反应器SBR_A以硝化反应器SBR_N的剩余污泥为消化底物，富集培养 污泥消化细菌、反硝化细菌、厌氧氨氧化菌，可以同时进行污泥消化、反硝化、厌氧氨 氧化过程；每周期运行时序依次为：进泥厌氧消化、进水、搅拌、沉淀、排水：

I进泥厌氧消化硝化反应器SBR_N的剩余污泥通过排泥泵进入到反应器后，启动搅 拌器II开始厌氧消化，消化时间为5～8h；

II进水进水为硝化反应器SBR_N曝气结束的出水，设定进水量为反应器有效容积的 50％～70％；

III搅拌反硝化菌利用剩余污泥水解酸化产生的有机物反硝化，厌氧氨氧化菌利用 污泥消化产生的氨氮和反硝化产生的亚硝态氮反应，同时污泥消化反应继续进行。设定 搅拌时间为4.5～6.5h；

IV沉淀设定沉淀时间为1～2h；

V排水设定排水比为反应器有效容积的50％～70％。

技术原理：

一种利用氨氧化过程中电子受体促进污泥消化液中慢速生物降解COD降解的方法的 技术原理是在硝化反应器SBR_N内将原污水中的NH₄⁺-N氧化为NO_x^--N，然后将其剩余污 泥及曝气结束出水通过泵输送到污泥消化-反硝化反应器SBR_A中，污泥消化的同时反硝 化细菌利用污泥消化产生的有机物进行反硝化，水解酸化菌使污泥消化慢速生物降解 COD进一步分解强化反硝化效率，厌氧氨氧化菌利用污泥消化产生的NH₄⁺-N及反硝化 产生的NO₂^--N进行厌氧氨氧化反应降低出水NH₄⁺-N含量。

本发明与传统的污泥消化碳源利用相比有如下优点：

1.系统利用自身排放的剩余污泥作为反硝化碳源，达到剩余污泥减量的同时节省了因 外加碳源而产生的费用。

2.将污泥厌氧消化体系与反硝化体系及厌氧氨氧化体系耦合于一个系统中，利用污泥 消化产物反硝化的同时解决了污泥消化过程中释放的氨氮，使系统出水总氮达到国家标 准。

3.水解酸化菌及除碳污泥的加入使污泥消化产生的部分慢速生物降解COD进一步分 解，强化反硝化效率。

4.系统采用SBR反应器，工艺各阶段可以根据实际情况调整，操作简单，运行灵活。

附图说明：

图1为本方法的试验装置结构示意图。

图2为硝化反应器SBR_N和污泥消化-反硝化反应器SBR_A的运行时序图。

1.原水水箱；2.进水泵；3.硝化反应器SBR_N；4.空压机；5.排水泵；6.排泥泵； 7.污泥消化-反硝化反应器SBR_A；3.1.搅拌器I；3.2.WTW3420水质分析多参数测定仪 I；3.3.溢流阀I；3.4.取样口I；3.5.排水阀I；3.6.排泥阀；4.1.气体流量计；4.2. 曝气盘；7.1.搅拌器II；7.2.进水口；7.3.WTW3420水质分析多参数测定仪II；7.4. 进泥口；7.5.溢流阀II；7.6.取样口II；7.7.排水阀II.

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，本发明包括原水水箱 (1)、进水泵(2)、硝化反应器SBR_N(3)、空压机(4)、排水泵(5)、排泥泵(6)、污 泥消化-反硝化反应器SBR_A(7)。

原水水箱(1)中的污水通过进水泵(2)进入到硝化反应器SBR_N(3)，硝化反应器 SBR_N(3)曝气结束的出水和剩余污泥分别通过排水泵(5)和排泥泵(6)进水到污泥消 化-反硝化反应器SBR_A(7)。硝化反应器SBR_N(3)中部设有搅拌器I(3.1)连接搅拌桨， 反应器器壁分别设有溢流阀I(3.3)、取样口I(3.4)、排水阀I(3.5)和排泥阀(3.6)， 反应器中安装WTW3420水质分析多参数测定仪I(3.2)连接pH及DO探头。此外，硝 化反应器SBR_N(3)与空压机(4)相连，通过气体流量计(4.1)连接曝气盘(4.2)。污 泥消化-反硝化反应器SBR_A(7)中部设有搅拌器II(7.1)，反应器器壁一侧设有进水口 (7.2)和进泥口(7.4)，另一侧分别设有溢流阀II(7.5)、取样口II(7.6)及排水阀II (7.7)。另外，反应器中安装WTW3420水质分析多参数测定仪II(7.3)连接pH及ORP 探头。

具体实施例使用的城市生活污水取自北京市某家属区生活污水化粪池，其水质指标 如下：COD为120-305mg/L；NH₄⁺-N为50-80mg/L，NO₂^--N<0.5mg/L，NO₃^--N<0.1mg/L， 其C/N<4，是典型的低C/N比城市生活污水。硝化反应器SBR_N和污泥消化-反硝化反应 器SBR_A均为圆柱形有机玻璃柱体，有效体积分别为10L和6L。

具体操作过程如下：

1)系统启动：取北京市高碑店污水处理厂曝气池出水总氮小于15mg/L的污泥，加 入到硝化反应器SBR_N中，投加后活性污泥浓度MLSS为3000mg/L；同时取某实验室厌 氧消化、厌氧氨氧化及除碳污泥加入到污泥消化-反硝化反应器SBR_A，各污泥投加体积 比为厌氧消化污泥：厌氧氨氧化污泥：除碳污泥＝6:2:2，各污泥污泥浓度MLSS分别为厌 氧消化污泥6000mg/L，厌氧氨氧化和除碳污泥2500mg/L，并加入18g水解酸化纯菌，投 加后反应器SBR_A内MLSS约为5000mg/L。

2)连续运行：运行时具体操作如下：

硝化反应器SBR_N处理低C/N比城市生活污水，每周期运行时序依次为进水、缺氧 搅拌、曝气、沉淀、排泥、闲置、排水：

I进水进水时间为5min，进水量为3L；

II缺氧搅拌进水结束后，启动搅拌器I进入缺氧搅拌阶段，缺氧搅拌时间为1h；

III曝气启动空压机进入曝气阶段，将原污水中的氨氮氧化为NO_x^--N，曝气时间为 4h，维持溶解氧为2～3mg/L；

IV沉淀沉淀时间为30min；

V排泥排泥量为75ml/d；

VI闲置闲置时间为5h；

VII排水排水时间为5min，排水量为3L。

污泥消化-反硝化反应器SBR_A每周期运行时序依次为：进泥厌氧消化、进水、搅拌、 沉淀、排水：

I进泥厌氧消化硝化反应器SBR_N的剩余污泥通过排泥泵进入到反应器后，启动搅 拌器II开始厌氧消化，消化时间为5h；

II进水进水为硝化反应器SBR_N的出水，进水时间5min，进水量3L；

III搅拌反硝化菌利用剩余污泥水解酸化产生的有机物反硝化，厌氧氨氧化菌利用 污泥消化产生的氨氮和反硝化产生的亚硝态氮反应，同时污泥消化反应继续进行。搅拌 时间为6.5h；

IV沉淀沉淀时间为1.5h；

V排水排水时间为5min，排水量为3L。

连续试验结果表明：以北京市某家属区化粪池的城市生活污水为处理对象，系统运 行稳定后结果表明：系统出水总氮<10mg/L，硝化反应器SBR_N剩余污泥消化产物补充了 低C/N比城市生活污水反硝化碳源，反硝化效果良好，系统出水NO_x^--N<1mg/L。