一种基于SEMA工艺提高城市污水自养脱氮方法

一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮方法
技术领域
1.本发明属于污水生物处理技术领域，更具体地，一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮方法，属于污水生物脱氮技术领域。


背景技术：

2.近年来,随着大中型城市污水处理厂的大规模建设和提标改造,我国污水处理能力显著提升。然而，我国水体富营养化问题并没有得到有效解决，而且有日益严重的趋势，因此脱氮除磷已成为当前水污染治理的迫切需求。传统的硝化/反硝化是最主要的脱氮技术手段,但在技术层面上仍然存着很大的局限。一方面，我国城市污水普遍呈现低碳氮比特征，因此在反硝化阶段需要投加大量的碳源，这显著增加了污水处理厂运行成本。另一方面，在硝化阶段需要进行曝气，消耗大量的能源。除此之外，大量剩余污泥的处理处置及温室气体排放等带来了严重的二次污染问题。基于这多方面考虑，传统脱氮技术与当前所提倡的低碳、可持续发展理念相悖。而随着我国污水排放标准愈加严格,低碳经济高效的城市污水深度脱氮技术已成为当前阶段的迫切需求。
3.厌氧氨氧化(anammox)工艺,是目前世界公认最经济高效的污水脱氮技术。该类细菌能在缺氧条件下，以no
2-‑
n作为电子受体,将nh
4 -n氧化为n2,并产生少量no
3-‑
n。其无需曝气和有机碳源,大大节省能耗和药剂投加量，有较高脱氮负荷，并且污泥产量大大降低。因此，厌氧氨氧化以其高效、经济的优势成为污水脱氮领域的研究热点。目前基于短程硝化的厌氧氨氧化工艺广泛应用于污泥厌氧消化液的处理，得益于其含有高浓度nh
4 -n，导致反应过程形成的游离氨(fa)与游离亚硝酸(fna)浓度高，能有效抑制亚硝酸盐氧化菌(nob)活性，从而实现短程硝化过程no
2-‑
n的高效积累。
4.然而，在主流城市污水处理过程，由于其较低的nh
4 -n浓度,缺乏fa或fna对nob活性抑制，硝化过程往往会产生大量的no
3-‑
n积累，尤其在低温条件下，这是当前基于短程硝化的厌氧氨氧化工艺未在主流城市污水处理中应用的主要瓶颈问题。
5.基于此，本专利提出侧流短程硝化强化主流厌氧氨氧化工艺(即sema，sidestream enhanced mainstream anammox)，一方面，利用侧流污泥厌氧消化液短程硝化出水高浓度no
2-‑
n为主流anammox系统提供基质；另一方面，利用侧流短程硝化系统氨氧化菌(aob)占主导的污泥强化主流短程硝化系统no
2-‑
n积累效果，从而提高厌氧氨氧化在城市污水处理过程的脱氮效率，为城市污水自养脱氮工艺稳定高效运行提供思路。


技术实现要素：

6.本发明提供一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮方法，设置侧流工艺将污泥消化液进行短程硝化产生的no
2-‑
n补充到主流厌氧氨氧化工艺中，通过侧流短程硝化液补充主流厌氧氨氧化工艺所需no
2-‑
n，减少主流短程硝化过程对nh
4 -n的去除率，使其出水保持较高的残留nh
4 -n来抑制nob；另一方面，通过将侧流短程硝化反应器排泥补充到主流短程硝化反应器中(生物强化)，提高其aob丰度以促进no
2-‑
n产生性能。进行城市污水自养脱
氮，无需投加碳源，节约能源，符合绿色可持续发展理念。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮的装置，包括：城市污水原水箱(1)、有机物捕获反应器(2)、主流短程硝化反应器(3)、厌氧氨氧化反应器(4)、污泥厌氧消化池反应器(5)、侧流短程硝化反应器(6)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管ⅰ(1.1)和放空管ⅰ(1.2)；所述有机物捕获反应器(2)设有搅拌器ⅰ(2.1)、曝气头ⅰ(2.2)、气体流量计ⅰ(2.3)、气泵ⅰ(2.4)、进水泵ⅰ(2.5)；所述主流短程硝化反应器(3)设有搅拌器ⅱ(3.1)、do/ph在线测定仪ⅰ(3.2)、曝气头ⅱ(3.3)、气体流量计ⅱ(3.4)、气泵ⅱ(3.5)、进水泵ⅱ(3.6)；所述厌氧氨氧化反应器(4)设有取样口(4.1)、进水泵ⅲ(4.2)、出水口(4.3)、三相分离器(4.4)、集气瓶(4.5)、进水泵ⅳ(4.6)、进水泵
ⅴ
(4.7)；所述污泥厌氧消化反应器池(5)设有排泥管(5.1)、进水泵ⅵ(5.2)；所述侧流短程硝化反应器(6)设有搅拌器ⅲ(6.1)、do/ph在线测定仪ⅱ(6.2)、曝气头ⅲ(6.3)、气体流量计ⅲ(6.4)、气泵ⅲ(6.5)、进水泵ⅶ(6.6)。
8.待处理的主流城市污水被收纳于城市污水原水箱(1)，然后进入有机物捕获反应器(2)，进行cod的捕获去除；有机物捕获反应器(2)出水流经主流短程硝化反应器(3)好氧氧化nh
4 -n，有机物捕获反应器(2)产生的污泥被输送到厌氧消化反应器(5)，产生的污泥消化液进入侧流短程硝化反应器(6)中，进行短程硝化产no
2-‑
n；侧流短程硝化反应器(6)的出水与主流短程硝化反应器(3)的出水混合城市污水后一同输送到厌氧氨氧化反应器(4)中进行氮素去除。
9.一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮方法，具体包括如下步骤：
10.1)将待处理的城市污水引入有机物捕获反应器，控制污泥浓度mlss为1.5～3.5g/l，溶解氧浓度为0.5～3.5mg/l，水力停留时间为2～6h，污泥停留时间为2～5d，出水cod浓度为40～50mg/l；
11.2)将有机物捕获反应器产生的污泥引入污泥厌氧消化反应器中，控制反应过程污泥停留时间为16～30d，污泥浓度mlss为20.0～35.0g/l；
12.3)将有机物捕获反应器出水引入主流短程硝化反应器中，控制污泥浓度mlss为2.0～4.0g/l，控制溶解氧浓度为0.1～0.5mg/l，污泥停留时间为6～15d；
13.4)将污泥厌氧消化反应器的上清液引入侧流短程硝化反应器中，控制运行过程污泥浓度mlss为2.0～5.0g/l，溶解氧浓度为0.4～1.2mg/l，污泥停留时间为12～20d；
14.5)将主流短程硝化反应器出水与侧流短程硝化反应器出水和城市污水一同进入厌氧氨氧化反应器中，控制污泥浓度mlss为5.0～12.0g/l，污泥停留时间为30～50d。
15.所述步骤2)运行过程厌氧消化上清液cod与nh
4 -n质量浓度比小于0.8，否则在16～30d范围内延长反应器污泥停留时间；
16.所述步骤3)运行过程控制主流短程硝化反应器nh
4 -n去除率为50％～80％，no
2-‑
n积累率大于70％；
17.所述步骤3)运行过程主流短程硝化反应器no
2-‑
n积累率小于70％时，提高反应器污泥排量，增加的排放污泥引入侧流短程硝化反应器，运行时相应的提高侧流短程硝化反应器排泥量；
18.所述步骤4)运行过程控制侧流短程硝化反应器nh
4 -n去除率大于90％，no
2-‑
n积累率大于90％；
19.所述步骤4)运行过程侧流短程硝化反应器no
2-‑
n积累率小于90％时，在0.4～1.2mg/l范围内降低侧流短程硝化反应器运行过程中溶解氧浓度；
20.所述步骤4)运行过程侧流短程硝化反应器排出的污泥全部加入主流短程硝化反应器；
21.所述步骤5)运行过程控制厌氧氨氧化反应器混合进水中no
2-‑
n与nh
4 -n质量浓度比为1.2～1.6，cod与no
3-‑
n质量浓度比为2.0～5.0；
22.所述步骤5)运行过程厌氧氨氧化反应器出水nh
4 -n超过5mg/l时，提高主流短程硝化反应器对nh
4 -n的去除率；
23.所述步骤5)运行过程厌氧氨氧化反应器no
2-‑
n超过5mg/l时，降低主流短程硝化反应器对nh
4 -n的去除率；
24.所述步骤5)运行过程厌氧氨氧化反应器no
3-‑
n超过5mg/l时，提高混合进水中城市污水的比例。
25.综上，提供的一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮方法，其处理城市污水的流程为：待处理的主流城市污水被收纳于城市污水原水箱，然后进入有机物捕获反应器，进行cod的捕获去除；有机物捕获反应器出水流经主流短程硝化反应器好氧氧化nh
4 -n，有机物捕获反应器产生的污泥被输送到厌氧消化反应器，产生的污泥消化液引入侧流短程硝化反应器中，进行短程硝化产no
2-‑
n；侧流短程硝化反应器的出水与主流短程硝化反应器的出水混合城市污水后一同输送到厌氧氨氧化反应器中进行氮素脱氮。
26.因此，本发明一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮装置与方法，与现有传统生物脱氮工艺相比具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
27.1.由于城市污水短程硝化工艺运行条件极为苛刻，在实际工程中很难实现，通侧流短程硝化出水为anammox补充no
2-‑
n，可以使主流短程硝化反应器保持较高浓度的残留nh
4 -n，能有效控制nob的增长，降低出水no
3-‑
n浓度。
28.2.与其他工艺不同，本发明通过将侧流短程硝化反应器排泥补充到主流短程硝化反应器中(生物强化)，提高主流短程硝化反应器中aob丰度，从而强化no
2-‑
n产生性能，有效的保证了厌氧氨氧化的稳定运行；
29.3.本发明利用污泥消化液进行辅助和增强主流城市污水脱氮过程，解决了传统城市污水anammox工艺脱氮效率低，出水水质差的问题，大大提高anammox自养脱氮的比例。
附图说明
30.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
31.图1是本发明基于sema工艺提高城市污水自养脱氮系统示意图。
32.附图标记说明：
33.图中1为城市污水原水箱、2为有机物捕获反应器、3为主流短程硝化反应器、4为厌氧氨氧化反应器、5为污泥厌氧消化池、6为侧流短程硝化反应器；1.1为溢流管ⅰ、1.2为放空管ⅰ；2.1为搅拌器ⅰ、2.2为曝气头ⅰ、2.3为气体流量计ⅰ、2.4为气泵ⅰ、2.5为进水泵ⅰ；3.1为搅拌器ⅱ、3.2为do/ph在线测定仪ⅰ、3.3为曝气头ⅱ、3.4为气体流量计ⅱ、3.5为气泵ⅱ、
3.6为进水泵ⅱ、3.7为取样口ⅰ；4.1为取样口ⅱ、4.2为进水泵ⅲ、4.3为出水口、4.4为三相分离器、4.5为集气瓶、4.6为进水泵ⅳ、4.7为进水泵
ⅴ
；5.1为排泥管、5.2为进水泵ⅵ；6.1为搅拌器ⅲ、6.2为do/ph在线测定仪ⅱ、6.3为曝气头ⅲ、6.4为气体流量计ⅲ、6.5为气泵ⅲ、6.6为进水泵ⅶ、6.7为取样口ⅲ。
具体实施方式
34.以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
35.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，一种基于sema工艺提高城市污水自养脱氮装置，包括：城市污水原水箱(1)、有机物捕获反应器(2)、主流短程硝化反应器(3)、厌氧氨氧化反应器(4)、污泥厌氧消化池反应器(5)、侧流短程硝化反应器(6)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管ⅰ(1.1)和放空管ⅰ(1.2)；所述有机物捕获反应器(2)设有搅拌器ⅰ(2.1)、曝气头ⅰ(2.2)、气体流量计ⅰ(2.3)、气泵ⅰ(2.4)、进水泵ⅰ(2.5)；所述主流短程硝化(pnm)反应器(3)设有搅拌器ⅱ(3.1)、do/ph在线测定仪ⅰ(3.2)、曝气头ⅱ(3.3)、气体流量计ⅱ(3.4)、气泵ⅱ(3.5)、进水泵ⅱ(3.6)；所述厌氧氨氧化反应器(4)设有取样口(4.1)、进水泵ⅲ(4.2)、出水口(4.3)、三相分离器(4.4)、集气瓶(4.5)、进水泵ⅳ(4.6)、进水泵
ⅴ
(4.7)；所述污泥厌氧消化反应器池(5)设有排泥管(5.1)、进水泵ⅵ(5.2)；所述侧流短程硝化反应器(6)设有搅拌器ⅲ(6.1)、do/ph在线测定仪ⅱ(6.2)、曝气头ⅲ(6.3)、气体流量计ⅲ(6.4)、气泵ⅲ(6.5)、进水泵ⅶ(6.6)。
36.待处理的主流城市污水被收纳于城市污水原水箱(1)，然后进入有机物捕获反应器(2)，进行cod的捕获去除；有机物捕获反应器(2)出水流经主流短程硝化反应器(3)好氧氧化nh
4 -n，有机物捕获反应器(2)产生的污泥被输送到厌氧消化反应器(5)，产生的污泥消化液进入侧流短程硝化反应器(6)中，进行短程硝化产no
2-‑
n；侧流短程硝化反应器(6)的出水与主流短程硝化反应器(3)的出水一同输送到厌氧氨氧化反应器(4)中进行氮素去除。
37.具体试验用水取自某小区生活污水，其水质如下：cod浓度为353.6mg/l；nh
4 -n浓度为52.4mg/l，no
2-‑
n≤0.5mg/l，no
3-‑
n≤0.5mg/l。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，有机物捕获反应器有效容积为5l、主流短程硝化反应器有效体积为10l、侧流短程硝化反应器的有效体积为1l、厌氧氨氧化的有效体积为3.75l。
38.具体运行操作如下：
39.1.启动系统：将具有短程硝化活性的污泥分别投加至主流短程硝化反应器和侧流短程硝化反应器中，使反应器内污泥浓度mlss＝3.0g/l；将具有厌氧氨氧化活性的污泥投加至厌氧氨氧化反应器中，使反应器内污泥浓度mlss＝8.0g/l。
40.2.运行时调节操作如下：
41.2.1)将待处理的城市污水(40l/d)引入有机物捕获反应器，控制反应器污泥浓度mlss为3.0g/l，溶解氧浓度维持在1.5mg/l左右，水力停留时间为3h，污泥停留时间为2d，出水nh
4 -n平均浓度为49.6mg/l，cod平均浓度为41.4mg/l；
42.2.2)将有机物捕获反应器产生的污泥引入污泥厌氧消化反应器中，控制反应过程污泥停留时间为21d，污泥浓度mlss为23.3g/l，厌氧消化上清液nh
4 -n浓度平均值为464.3mg/l,cod浓度平均值为329.6mg/l；
43.2.3)将有机物捕获反应器出水(40l/d)引入主流短程硝化反应器中，控制污泥浓度mlss为3.3g/l，溶解氧浓度为0.1～0.3mg/l，污泥停留时间为8d，水力停留时间为6h,排水比为50％时，出水nh
4 -n浓度为20.2mg/l，no
2-‑
n浓度为21.6mg/l，no
3-‑
n浓度为4.6mg/l；
44.2.4)污泥厌氧消化反应器上清液(1.0l/d)引入侧流短程硝化反应器中，控制污泥浓度mlss为5.5g/l，溶解氧浓度维持在0.8mg/l，污泥停留时间为12d，水力停留时间为24h,排水比为50％时，出水no
2-‑
n浓度为394.9mg/l,no
3-‑
n浓度为15.3mg/l，nh
4 -n浓度为28.8mg/l；
45.2.5)将主流短程硝化反应器出水(40l/d)与侧流短程硝化反应器出水(1.0l/d)和城市污水(4.0l/d)一同进入厌氧氨氧化反应器中，控制反应器污泥浓度mlss为8.0g/l，污泥停留时间为40d，水力停留时间为2h时，反应器出水nh
4 -n平均值为1.6mg/l，no
3-‑
n平均值为5.5mg/l，no
2-‑
n浓度几乎为0mg/l。
46.长期运行稳定后，该系统的最终出水cod浓度为38.9mg/l左右，总氮平均浓度为7.2mg/l，城市污水中总氮去除率为86.3％。
47.以上是本发明的具体实施案例，便于该领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，本发明的实施不限于此，因此该领域技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明的范围之内。