一种铁氨氧化强化aao工艺中短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮除磷的装置与方法
阅读说明：本技术 一种铁氨氧化强化aao工艺中短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮除磷的装置与方法 (Device and method for denitrification coupling anaerobic ammonium oxidation biological nitrogen and phosphorus removal in iron ammonium oxidation enhanced AAO process ) 是由 彭永臻 考成坤 高锐涛 张琼 李文宇 于 2021-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铁氨氧化强化AAO工艺中短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮除磷的装置与方法,属于污水处理领域。装置包括生活污水原水箱、药剂投加箱、AAO池、二沉池顺序连接组成。本方法通过在缺氧区投加挂好厌氧氨氧化菌的填料、控制缺氧区的平均水力停留时间来实现缺氧区填料上的厌氧氨氧化菌利用硝化液回流中的硝态氮和进水氨氮进行短程反硝化厌氧氨氧化反应脱氮；并且通过投加FeCl-3和NaHCO-3控制缺氧区实现铁氨氧化反应,为厌氧氨氧化反应提供底物亚硝,进一步强化补充厌氧氨氧化作用,提高其脱氮贡献率。与此同时铁氨氧化所产生的Fe(Ⅱ)又与硝化液回流中的硝态氮发生铁盐反硝化作用,产生氮气和Fe(Ⅲ),不仅达到了较高脱氮效率,而且实现了Fe(Ⅲ)的循环,且铁盐还可以作为一种化学沉淀剂强化该工艺的除磷效果,实现市政污水的脱氮除磷。(The invention discloses a device and a method for denitrification and dephosphorization by coupling of anaerobic ammonium oxidation organisms in a short-cut denitrification enhanced AAO process, belonging to the field of sewage treatment. The device comprises a domestic sewage raw water tank, a medicament feeding box, an AAO tank and a secondary sedimentation tank which are connected in sequence. The method comprises the steps of adding a filler with suspended anaerobic ammonium oxidation bacteria into an anoxic zone, and controlling the average hydraulic retention time of the anoxic zone to realize the denitrification of the anaerobic ammonium oxidation bacteria on the filler in the anoxic zone by using nitrate nitrogen and inlet ammonia nitrogen in the reflux of nitrified liquid in a short-cut denitrification anaerobic ammonium oxidation reaction; and by adding FeCl 3 And NaHCO 3 Controlling the anoxic zone to realize iron ammoxidation, providing substrate nitrite for the anaerobic ammoxidation, further strengthening and supplementing the anaerobic ammoxidation, and extractingHigh denitrification contribution rate. Meanwhile, Fe (II) generated by iron ammoxidation and nitrate nitrogen in the return flow of the nitrified liquid generate iron salt denitrification to generate nitrogen and Fe (III), so that high denitrification efficiency is achieved, Fe (III) circulation is realized, and the iron salt can be used as a chemical precipitator to enhance the dephosphorization effect of the process and realize the denitrification and dephosphorization of municipal sewage.)
技术领域
本发明涉及一种铁氨氧化强化AAO工艺中短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮除磷的工艺技术，属于污水生物处理领域。
背景技术
传统的生物脱氮工艺，以硝化和反硝化作用为核心。硝化作用(nitrification)，即好氧条件下，氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)将氨氮氧化为亚硝酸盐，继而亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)将亚硝酸盐氧化为硝酸盐；反硝化作用(denitrification)，即缺氧条件下反硝化菌(denitrifying bacteria)将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气。基于硝化反硝化作用原理，传统的生物脱氮工艺主要有：序批式活性污泥法(SBR)、缺氧/好氧(A/O)工艺、厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)工艺、氧化沟工艺、UCT工艺、Bardenpho工艺、脱碳/硝化/反硝化(Barth)工艺等。
传统污水处理技术消耗大量的能源和资源，如何改良传统污水处理方法，实现节能降耗是污水处理研究的重中之重。近年来，厌氧氨氧化工艺的不断发展为我们提供了新的思路。厌氧氨氧化工艺具有节省曝气能耗和有机碳源、污泥产量低和脱氮负荷高等诸多优势，在可持续型污水处理中具有重要应用前景。然而，目前其反应基质亚硝酸盐(NO2 --N)的稳定获取仍是厌氧氨氧化技术推广应用的瓶颈问题。短程反硝化工艺可以在缺氧条件下将硝态氮转变成亚硝态氮从而为厌氧氨氧化稳定提供底物并减少碳源投加量，此过程不需要曝气从而可以节省部分曝气能耗，为实现主流城市污水部分厌氧氨氧化提供了新的思路。
近年来，一种新型的厌氧氨氧化耦合三价铁还原反应—铁氨氧化(anaerobicammonium oxidation coupled to Fe(Ⅲ)reduction,Feammox)已经在多种生态系统被发现，包括热带森林地区、河流沿岸、施肥稻田和湿地生态系统。铁氨氧化是指微生物利用Fe(Ⅲ)将NH4 +-N氧化为NO2 --N、NO3 --N或N2，而Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)的过程。除此之外，Feammox产生的Fe(Ⅱ)及NO3 --N又为铁盐反硝化(nitrate-dependent Fe(Ⅱ)oxidizing,NDFO)提供了基质底物。NDFO是指Fe(Ⅱ)可以将氮氧化物(NOx)还原为N2，同时生成Fe(Ⅲ)，这不仅达到了较高脱氮效率，而且实现了Fe(Ⅲ)的循环。同时铁盐溶解于水中所生成的铁离子可中和水中的负电胶体颗粒，还可与磷酸盐发生反应生成磷酸铁沉淀物。强化除磷效率。
基于主流城市污水处理中面临的问题和挑战，本发明的将短程反硝化厌氧氨氧化工艺与铁氨氧化技术相结合，通过向AAO池中投加Fe(Ⅲ)铁盐，强化补充厌氧氨氧化的功能效应，不仅进一步为厌氧氨氧化细菌提供了稳定的底物来源，提高厌氧氨氧化的脱氮贡献率，同时还起到了良好的除磷功效。为城市污水深度处理提供了稳定高效的新技术，促进厌氧氨氧化工艺在污水处理中的推广应用。本研究为城市污水深度处理及节能降耗提供必要的理论基础和技术支撑，具有重要研究意义与应用价值。
发明内容
针对连续流AAO工艺厌氧氨氧化细菌底物来源不稳定，受溶解氧等外部环境影响而难以富集和持留的特点，在实现短程反硝化厌氧氨氧化的基础上，本发明提出通过铁氨氧化技术，将一部分进水氨氮氧化为亚硝态氮，进一步为厌氧氨氧化菌提供稳定的底物来源，作为对厌氧氨氧化反应的补充强化。通过铁盐反硝化技术，还可以实现Fe(Ⅲ)在该系统中的循环。同时，作为一种常用除磷剂，Fe(Ⅲ)盐的加入不仅强化了厌氧氨氧化作用的脱氮贡献率，同时还提高了AAO系统的除磷效率。
本发明基于产亚硝酸盐短程反硝化技术、厌氧氨氧化自养脱氮技术、铁氨氧化脱氮技术，提供了一种通过铁氨氧化强化AAO工艺生物脱氮除磷的工艺方法，实现了城市低C/N比生活污水深度高效脱氮除磷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种铁氨氧化强化AAO工艺中短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮除磷的装置，其特征在于：所用主要装置包括原水箱(1)、AAO池(21)、进药箱(19)、二沉池(14)；AAO池包括依次相互连接的厌氧区(6)、缺氧区(7)、好氧区(8)。原水箱(1)经由进水泵(2)与厌氧区(6)、通过管道(3)连接；二沉池污泥回流和排泥分别通过污泥回流控制闸阀(17)、污泥排泥闸阀(18)控制，污泥回流至首段厌氧区(6)，硝化液经回流泵(16)回流到缺氧段(7)，进药箱(19)中的铁盐通过加药泵(20)由管道输送至AAO池(21)的缺氧区(7)；好氧区(8)的曝气量通过鼓风机(11)、电磁阀(12)、转子流量计(13)控制，并经微孔曝气头(14)曝气；缺氧区(7)挂有填料(10)，均采用直径为25mm的聚乙烯填料，填充比为25％-30％；厌氧区(6)、缺氧区(7)内安装搅拌器(5)；
所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种城市污水处理厂二沉池回流污泥投加至进水AAO池(21)中，并培养使污泥浓度达到3000～4000mg/L，再接种挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料至AAO池(10)中的缺氧区(7)和好氧区(8)中，填充比为25％～30％；
2)原水由原水箱(1)经进水泵(2)进入AAO池(21)，经进水干管(3)和进水控制闸阀(4)进入厌氧区(6)；好氧区(8)的硝化液经硝化液回流泵(16)回流到缺氧区(7)，进行短程反硝化厌氧氨氧化脱氮，来自二沉池(9)的污泥通过污泥回流泵(15)被回流到厌氧区(6)，控制污泥回流比在70％～120％；混合液从厌氧区(6)流入缺氧区(7)，从缺氧区(7)流入好氧区(8)，从好氧区(8)经出水管进入二沉池(9)，停留时间2～3h，从而实现泥水分离，回流污泥经污泥回流泵(15)打回到厌氧区(6)，硝化液经硝化液回流泵(16)打回到缺氧区(7)，出水通过溢流堰经出水口排放；控制电磁阀(12)的开启和转子流量计(13)调控好氧区的充氧量，控制好氧区(8)的溶解氧浓度为0.5mg/L～1mg/L；AAO池(21)的平均水力停留时间HRT控制在11～14h，HRT厌氧：HRT缺氧：HRT好氧＝1:5:5；通过污泥排放闸阀(18)控制剩余污泥排放，控制反应器中絮体污泥的污泥龄在14～18d。
3)由进药箱(19)通过加药泵(20)向AAO池(21)中连续泵入80g/L～100g/L的三价铁盐和80g/L～100g/L碳酸氢钠，控制缺氧区(7)Fe(Ⅲ)的浓度始终保持5mg/L～8mg/L，碳酸氢钠的浓度控制在10mg/L-12mg/L，同时维持缺氧区(7)pH稳定在7.0～7.5。Fe(Ⅲ)通过氧化混合液中的氨氮生成亚硝态氮，继而发生厌氧氨氧化反应。Fe(Ⅲ)被还原为Fe(Ⅱ)，与回流硝化液中的硝态氮发生铁盐反硝化作用，Fe(Ⅱ)又被氧化为Fe(Ⅲ)，实现铁的循环利用；当检测到缺氧区(7)污水中的总Fe离子浓度大于等于10mg/L时，说明该工艺启动成功；
4)在工艺稳定运行阶段，仍然控制污泥回流比为70％～120％，好氧区溶解氧浓度为0.5mg/L～1mg/L；AAO池(21)的平均水力停留时间HRT控制在11～14h，HRT厌氧：HRT缺氧：HRT好氧＝1:5:5，污泥龄为14-18d。进药箱仍然连续泵入连续泵入80g/L～100g/L的三价铁盐和80g/L～100g/L碳酸氢钠，同时保持缺氧区pH稳定在7.0-7.5。
本发明提供的一种铁氨氧化强化AAO工艺中短程反硝化耦合部分厌氧氨氧化生物脱氮除磷的装置与方法，具有以下优势：
1)本发明不仅采用聚乙烯填料接种厌氧氨氧化细菌，而且通过投加优质碳源乙酸钠在缺氧区实现短程反硝化，为厌氧氨氧化细菌提供稳定的亚硝态氮底物，从而能够有效的富集和持留厌氧氨氧化菌，最终提高处理系统的脱氮性能和运行的稳定性。同时该工艺还具有节省外加碳源和曝气等优点，实现了污水处理的节能降耗；
2)本发明通过在缺氧区投加Fe(Ⅲ)盐，将一部分原水中的氨氮氧化为亚硝态氮，实现铁氨氧化作用，作为对短程反硝化作用的补充，为厌氧氨氧化细菌提供更为充足的底物来源，同时铁元素也是厌氧氨氧化细菌生长繁殖的重要元素，这些条件都为厌氧氨氧化菌的活性与丰度的提高创造了前提；
3)本发明通过硝化液的内回流，使得回流的硝态氮与铁氨氧化反应产生的Fe(Ⅱ)发生铁盐反硝化作用，生成N2和Fe(Ⅲ)，进一步提高了脱氮效率且实现铁盐的循环利用；
4)铁盐作为一种传统的化学除磷药剂，溶解于水中所生成的铁离子可中和水中的负电胶体颗粒，还可与磷酸盐发生反应生成磷酸铁沉淀物，强化系统的除磷效果。
5)该方法装置简单、运行灵活，可操作性强，适用于已建成城市污水处理厂的升级改造，并且适用于低碳氮比的城市生活污水的处理。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图：
1-原水箱；2-进水泵；3-进水干管；4-进水控制闸阀；5-搅拌器；6-厌氧区；7-缺氧区；8-好氧区；9-二沉池；10-聚乙烯悬浮填料；11-鼓风机；12-电磁阀；13-转子流量计；14-微孔曝气头；15-污泥回流泵；16-硝化液回流泵；17-污泥回流控制闸阀；18-污泥排泥闸阀；19-进药箱；20-加药泵；21-AAO池。
具体实施方式
结合附图及实施实例详细说明本发明方案。
一种铁氨氧化强化AAO工艺中短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物脱氮除磷的装置，其特征在于：所用主要装置包括原水箱(1)、AAO池(21)、进药箱(19)、二沉池(14)；AAO池包括依次相互连接的厌氧区(6)、缺氧区(7)、好氧区(8)。原水箱(1)经由进水泵(2)与厌氧区(6)、通过管道(3)连接；二沉池污泥回流和排泥分别通过污泥回流控制闸阀(17)、污泥排泥闸阀(18)控制，污泥回流至首段厌氧区(6)，硝化液经回流泵(16)回流到缺氧段(7)，进药箱(19)中的铁盐通过加药泵(20)由管道输送至AAO池(21)的缺氧区(7)；好氧区(8)的曝气量通过鼓风机(11)、电磁阀(12)、转子流量计(13)控制，并经微孔曝气头(14)曝气；缺氧区(7)挂有填料(10)，均采用直径为25mm的聚乙烯填料，填充比为25％-30％；厌氧区(6)、缺氧区(7)内安装搅拌器(5)；
所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种城市污水处理厂二沉池回流污泥投加至进水AAO池(21)中，并培养使污泥浓度达到4000mg/L，再接种挂好厌氧氨氧化生物膜的聚乙烯填料(10)至AAO池(21)中的缺氧区(7)和好氧区(8)中，填充比为30％；
2)原水由原水箱(1)经进水泵(2)进入AAO池(21)，经进水干管(3)和进水控制闸阀(4)进入厌氧区(6)；好氧区(8)的硝化液经硝化液回流泵(16)回流到缺氧区(7)，进行短程反硝化厌氧氨氧化脱氮，来自二沉池(9)的污泥通过污泥回流泵(15)被回流到厌氧区(6)，控制污泥回流比在100％；混合液从厌氧区(6)流入缺氧区(7)，从缺氧区(7)流入好氧区(8)，从好氧区(8)经出水管进入二沉池(9)，停留时间3h，从而实现泥水分离，回流污泥经污泥回流泵(15)打回到厌氧区(6)，硝化液经硝化液回流泵(16)打回到缺氧区(7)，出水通过溢流堰经出水口排放；控制电磁阀(12)的开启和转子流量计(13)调控好氧区的充氧量，控制好氧区(8)的溶解氧浓度为0.8mg/L；AAO池(21)的平均水力停留时间HRT控制在14h，HRT厌氧：HRT缺氧：HRT好氧＝1:5:5；通过污泥排放闸阀(18)控制剩余污泥排放，控制反应器中絮体污泥的污泥龄在14d。
3)由进药箱(19)通过加药泵(20)向AAO池(21)中连续泵入100g/L的三价铁盐和100g/L碳酸氢钠，控制缺氧区(7)Fe(Ⅲ)的浓度始终保持5mg/L，碳酸氢钠的浓度控制在10mg/L，同时维持缺氧区(7)pH稳定在7.3。Fe(Ⅲ)通过氧化混合液中的氨氮生成亚硝态氮，继而发生厌氧氨氧化反应。Fe(Ⅲ)被还原为Fe(Ⅱ)，与回流硝化液中的硝态氮发生铁盐反硝化作用，Fe(Ⅱ)又被氧化为Fe(Ⅲ)，实现铁的循环利用；当检测到缺氧区(7)污水中的总Fe离子浓度大于等于10mg/L时，说明该工艺启动成功。
4)在工艺稳定运行阶段，仍然控制污泥回流比为100％，好氧区溶解氧浓度为0.8mg/L；AAO池(21)的平均水力停留时间HRT控制在14h，HRT厌氧：HRT缺氧：HRT好氧＝1:5:5，污泥龄为14d。进药箱仍然连续泵入连续泵入100g/L的三价铁盐和100g/L碳酸氢钠，同时保持缺氧区pH稳定在7.3。
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