一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置和方法

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1.本发明涉及一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置和方法，属于生活污水与工业废水处理领域。


背景技术：
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2.随着人类活动和社会的飞速发展，当今世界的生态环境形势愈发严峻。其中，水环境污染问题日益突出，从而制约了社会的可持续发展，甚至威胁到人类的生存，我国的水环境污染问题尤为突出，氮磷等营养元素造成的水体富营养化近年来不断加剧，而我国的污染物排放标准却日趋严格。因此，开发一种节能高效，运行稳定的脱氮技术迫在眉睫。
3.厌氧氨氧化技术是迄今为止最经济，节能的水体脱氮技术，目前厌氧氨氧化技术在主流城市污水中的应用较少，短程硝化厌氧氨氧化技术在主流生活污水中难以稳定维持，短程反硝化技术为厌氧氨氧化在主流城市生活污水中的应用提供了另外一种思路。短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术理论上可以达到100％的总氮去除率，无需曝气，减少了碳源投加量，降低了处理成本和能耗。但是在悬浮污泥体系中的亚硝生成速度较慢，无法为厌氧氨氧化菌提供高速率的亚硝酸盐供应。
4.与传统的活性污泥相比，颗粒污泥具有更好的沉降性，更高的生物量，对冲击负荷和不利环境条件具有更好的适应能力。颗粒污泥在污水生物处理中具有巨大的应用前景，但是颗粒污泥的形成时间较长，限制了颗粒污泥在实际污水处理中的应用。硅藻土具有较大的比表面积，良好的吸附性，有利于颗粒污泥的形成，以硅藻土作为颗粒污泥形成的晶核将加速颗粒污泥的形成，为厌氧氨氧化菌的持留提供了新的载体，促进颗粒污泥在实际污水处理中的应用。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是颗粒污泥形成需要较长的时间，且颗粒污泥形成后易解体，厌氧氨氧化菌难以有效持留，启动时间长，而实际工程中往往对于启动时间的要求比较严格，因此基于颗粒污泥的短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术在实际工程中应用受限。
6.为了解决上述问题，本发明通过投加硅藻土从而改善污泥的沉降性能，利用硅藻土较大的比表面积，良好的吸附性，加速短程反硝化颗粒污泥的形成。从而为保持系统内的高亚硝积累率，为厌氧氨氧化提供充足的亚硝底物。推动颗粒污泥在实际工程中的应用。包括城市生活污水原水箱(1)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、硝酸盐废水原水箱(3)；所述城市生活污水原水箱(1)为密闭箱体；所述短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)设有颗粒污泥(2.1)、固定床生物膜(2.2)、水质在线检测仪(2.3)、排水阀ⅰ(2.4)、排水阀ⅱ(2.5)、出水阀(2.6)、排水阀ⅲ(2.7)、排水阀ⅳ(2.8)、搅拌器(2.9)；所述硝酸盐废水原水箱(3)为密闭箱体。
7.所述城市生活污水原水箱(1)通过进水泵(1.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反
应器(2)相连接；所述硝酸盐废水原水箱(3)通过进水泵(3.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接。
8.本发明还提供了一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的方法，其具体启动与调控步骤如下：
9.1)材料预处理：硅藻土清洗过后在105℃下进行干燥，将干燥完成后的硅藻土先后在60目和200目的筛网进行筛分，筛分后得到粒径在0.075到0.254mm内的硅藻土颗粒；
10.2)启动系统：将预处理后的硅藻土和城市生活污水处理厂剩余污泥或具有短程反硝化活性的污泥投加至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，使短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)的污泥浓度为2000-5000mg/l，控制短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)内添加的硅藻土质量浓度为1000mg/l；通过水质在线检测仪(2.3)在线实时监测反应器内的溶解氧和ph，根据溶解氧和ph的变化指示反硝化的进度；启动阶段投加乙酸钠作为碳源，控制c/n为3，颗粒污泥形成后停止投加乙酸钠使用生活污水作为碳源；在反应器内投加硅藻土，利用硅藻土的多孔性，大比表面积，良好的吸附性加速颗粒污泥(2.1)的形成。固定床生物膜(2.2)通过自富集作用逐步富集厌氧氨氧化菌，强化厌氧氨氧化菌的脱氮贡献。
11.3)运行时调节操作如下：
12.3.1)城市生活污水原水箱(1)中的污水通过进水泵(1.1)，硝酸盐废水原水箱(3)中的硝酸盐废水通过进水泵(3.1)同时泵入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，进水生活污水与硝酸盐废水体积比为1:1，进水体积为短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)总有效容积的50％，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进水时间设置为20min；
13.3.2)进水阶段结束后进入4～6小时的缺氧搅拌阶段，缺氧搅拌阶段通过水质在线检测仪(2.3)严格控制溶解氧溶度在0.2mg/l以下，运行阶段的缺氧搅拌时间根据总氮去除率确定，当总氮去除率达到80％以上停止缺氧搅拌；
14.3.3)缺氧搅拌阶段结束后进入沉淀排水阶段，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)不主动排泥，沉淀时间一般为10～30min,排水比为50％，沉淀后的上清液通过出水阀(2.6)排出反应器。
15.因此，本发明一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置和方法，具有以下优势：
16.以硅藻土作为颗粒污泥的晶核加速颗粒污泥的形成，推动颗粒污泥在实际污水处理中的应用；
17.硅藻土的高比表面积和吸附能力，可以为微生物提供更多的附着位点，从而为厌氧氨氧化的原位持留与富集提供了新的载体，增加厌氧氨氧化的脱氮贡献；
18.为厌氧氨氧化菌提供高速率的亚硝酸盐供应，在外界环境变化中可保持稳定的脱氮效果。
附图说明：
19.图1是一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置的结构示意图。
20.图中1为城市生活污水原水箱、2为短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器、3为硝酸盐废水原水箱；1.1为进水泵；2.1为颗粒污泥，2.2为固定床生物膜，2.3为水质在线检测仪，
2.4为排水阀ⅰ，2.5为排水阀ⅱ，2.6为出水阀，2.7为排水阀ⅲ，2.8为排水阀ⅳ，2.9为搅拌器；3.1为进水泵。
具体实施方式：
21.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置：包括市生活污水原水箱(1)、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)、硝酸盐废水原水箱(3)；所述城市生活污水原水箱(1)为密闭箱体；所述短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)设有颗粒污泥(2.1)、固定床生物膜(2.2)、水质在线检测仪(2.3)、排水阀ⅰ(2.4)、排水阀ⅱ(2.5)、出水阀(2.6)、排水阀ⅲ(2.7)、排水阀ⅳ(2.8)、搅拌器(2.9)；所述硝酸盐废水原水箱(3)为密闭箱体；城市生活污水原水箱(1)通过进水泵(1.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接；硝酸盐废水原水箱(3)通过进水泵(3.1)与短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)相连接。
22.具体试验用水生活污水取自某小区生活污水，其水质如下：cod浓度为130-280mg/l；浓度为58-84mg/l,浓度为4-7mg/l；硝酸盐废水采用实验室配水进行模拟，硝酸盐废水采用实验室配水进行模拟，浓度为50
±
5mg/l。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器有效体积为10l。
23.具体运行操作如下：
24.1)材料预处理：硅藻土清洗过后在105℃下进行干燥，将干燥完成后的硅藻土先后在60目和200目的筛网进行筛分，筛分后得到粒径在0.075到0.254mm内的硅藻土颗粒；
25.2)启动系统：将预处理后的硅藻土和城市生活污水处理厂剩余污泥或具有短程反硝化活性的污泥投加至短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)中，使短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)的污泥浓度为2000-5000mg/l，控制短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)内添加的硅藻土质量浓度为1000mg/l；通过水质在线检测仪(2.3)在线实时监测反应器内的溶解氧和ph，根据溶解氧和ph的变化指示反硝化的进度；启动阶段投加乙酸钠作为碳源，控制c/n为3，颗粒污泥形成后停止投加乙酸钠使用生活污水作为碳源；在反应器内投加硅藻土，利用硅藻土的多孔性，大比表面积，良好的吸附性加速颗粒污泥(2.1)的形成。固定床生物膜(2.2)通过自富集作用逐步富集厌氧氨氧化菌，强化厌氧氨氧化菌的脱氮贡献。
26.3)运行时调节操作如下：
27.3.1)城市生活污水原水箱(1)中的污水通过进水泵(1.1)，硝酸盐废水原水箱(3)中的硝酸盐废水通过进水泵(3.1)同时泵入短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)，进水生活污水与硝酸盐废水体积比为1:1，进水体积为短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)总有效容积的50％，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)进水时间设置为20min；
28.3.2)进水阶段结束后进入4～6小时的缺氧搅拌阶段，运行阶段的缺氧搅拌时间根据总氮去除率确定，当总氮去除率达到80％以上停止缺氧搅拌；
29.3.3)缺氧搅拌阶段结束后进入沉淀排水阶段，短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器(2)不主动排泥，沉淀时间一般为10～30min,排水比为50％，沉淀后的上清液通过出水阀(2.6)排出反应器。
30.试验结果表明：运行稳定后，该系统最终出水试验结果表明：运行稳定后，该系统最终出水tn≤10mg/l。
31.本发明一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置和方法可加速颗粒污泥的形成，推动颗粒污泥在实际污水处理中的应用；高效富集持留厌氧氨氧化菌，提高厌氧氨氧化活性，可广泛用于城市生活污水与硝酸盐废水脱氮。
32.以上对本发明所提供的一种通过硅藻土的投加快速启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮的装置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,以上实施案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。