硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法

本发明基于硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法，属于污水生物脱氮领域。

背景技术：

1、随着城市化进程加快，水体氮素污染问题进一步加重。近年来，城市生活污水、垃圾渗滤液、污泥消化液、半导体废水等低c/n、高氨氮水质特性的污水高效脱氮被广泛研究。其中，晚期垃圾渗滤液(填埋时间10年及以上)作为垃圾渗滤液的一种，具有更高质量浓度的氨氮，并且可生化性极差(bod5/cod＜0.1)的水质特性。

2、传统硝化-异养反硝化作为主流污水脱氮技术，被广泛应用于晚期垃圾渗滤液的脱氮工艺中。但该技术在实现高效稳定脱氮的同时却存在如亚硝酸盐氧化菌(nob)难以淘洗、曝气能耗大及有机碳源投加等诸多缺陷，极大程度增加了运行成本及二次污染风险。因此，开发处理低c/n废水的低能耗、低碳的高效脱氮技术成为目前研究的重点问题。

3、厌氧氨氧化是一种以氨氮和亚硝态氮分别作为电子供体及电子受体的新型自养脱氮技术，其化学计量式如下：

4、

5、针对大型城市污水处理厂高耗能、高碳足迹这一问题，厌氧氨氧化技术因其无需外加碳源，无需曝气，为实际污水处理提供了低能耗脱氮的新思路。目前，基于一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化(pn/a)已被广泛应用于城市晚期垃圾渗滤液及污泥消化液的脱氮过程中。然而，厌氧氨氧化会产生约占进水总氮11％的硝态氮.在处理高氨氮的城市污水过程中一体化pn/a工艺的出水硝酸盐能否满足一级a排放标准限制了该工艺处理高氮负荷废水的实际应用。近年，短程反硝化技术被发现可以有效去除废水的硝酸盐，并且与厌氧氨氧化工艺进行耦合可大幅降低出水硝酸盐浓度。其中，以单质硫作为电子供体驱动的硫自养短程反硝化可以硝态氮、亚硝态氮等氮素作为电子受体进行生物还原作用，具有与厌氧氨氧化联合处理废水的潜力，并能有效降低短程硝化阶段曝气量需求，从而同时去除水中的氨氮与硝酸盐。单质硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(s0pd/a)的污水脱氮技术主要具有如下优势：(1)无需有机碳源，二次污染风险小(2)硫单质原料易得，价格低廉(3)跟异养短程反硝化相比，单质硫短程反硝化与厌氧氨氧化生态位竞争小，能为厌氧氨氧化提供稳定亚硝态氮来源。本发明提出的硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法，为实现低c/n污水深度脱氮提供节能新思路。

技术实现思路

1、本发明基于硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法，属于污水生物脱氮领域。短程硝化/厌氧氨氧化反应器接种一体化短程硝化/厌氧氨氧化污泥，晚期垃圾渗滤液作为高氨氮原水泵入程硝化/厌氧氨氧化反应器内，系统曝气搅拌运行，周期内包括进水、曝气搅拌、沉淀、排水；排水比为50％，该反应器水力停留时间(hrt)为16～20h。通过气体流量计及do在线监测系统调控do浓度维持在0.15～0.30mg/l，诱导系统发生短程硝化耦合厌氧氨氧化作用(pn/a)对原水氨氮进行去除，在反应期间灵活调节hrt及do浓度使短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水氨氮与厌氧氨氧化作用生成的部分硝态氮质量浓度控制在1：1.0～1.2。硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器接种实际城市污水厂a2o工艺二沉池剩余污泥及厌氧氨氧化污泥，两种污泥投加体积比为2：1。采用直径1～3mm的单质硫颗粒作为硫源，体积填充比为20％，硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器hrt为6～8h。将短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水泵入硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器中，发生单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用(s0pd/a)，将氨氮与硝态氮同步转化为氮气。该两段式系统前段缩短了传统pn/a工艺处理晚期垃圾渗滤液所需的曝气能耗及反应时间，后段的s0pd/a作用较传统pd/a节省了近乎100％的外加碳源，且单质硫廉价易得。该工艺是联合新型单质硫自养短程反硝化的多途径耦合厌氧氨氧化处理高氨氮废水的两段式工艺，为主流污水的高效节能脱氮提供了新思路。

2、本发明通过以下技术进行实现：

3、硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法，其特征在于：包括第一进水箱(1)、短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、空压机(3)、中间水箱(4)、硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(5)、第一进水泵(6)、第二进水泵(7)、回流泵(8)；

4、第一进水箱(1)含有第一出水口(1.1)；短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设第一进水口(2.1)，内设有搅拌装置(2.2)、气体流量计(2.3)、曝气装盘(2.4)、ph/do在线监测系统(2.5)、第二出水口(2.6)、第一排水阀(2.7)，并配有空压机(3)以及第一进水泵(6)；所述中间水箱(4)含有第二进水口(4.1)、第三出水口(4.2)；所述uasb(5)内含有第三进水口(5.1)、第四出水口(5.2)、u型管口(5.3)、回流出水口(5.4)，并配有第二进水泵(7)以及回流泵(8)。

5、第一进水箱(1)第一出水口(1.1)通过第一进水泵(6)连接至短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第一进水口(2.1)，通过内设搅拌装置(2.2)进行搅拌、空气通过空压机(3)到气体流量计(2.3)最终通过底部曝气盘(2.4)打入短程硝化/厌氧氨氧化反应器中(2)进行曝气，第二出水口(2.6)通过第一排水阀(2.7)至第二进水口(4.1)与中间水箱(4)相连；中间水箱(4)第三出水口(4.2)通过第二进水泵(7)与硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器(5)的第三进水口(5.1)相连，回流水通过回流出水口(5.4)流经回流泵(8)回流至硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器，出水通过u型管口(5.3)排出。

6、硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法,其特征在于，包括如下步骤:

7、1)短程硝化/厌氧氨氧化反应器接种一体化短程硝化/厌氧氨氧化污泥，接种后污泥浓度约为5000～5500mg/l；硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器内接种实际城市污水厂a2o工艺二沉池剩余污泥和厌氧氨氧化污泥，两种污泥投加体积比为2：1；反应器内污泥浓度为2500～2800mg/l。uasb内填充直径1～3mm的单质硫颗粒，体积填充比20％。

8、2)晚期垃圾渗滤液作为高氨氮原水泵入短程硝化/厌氧氨氧化反应器内，系统曝气搅拌运行，步骤包括进水10min、曝气搅拌8～10h、沉淀30min、排水10min；排水比设置为50％；水力停留时间为16～20h，不主动控温，运行温度为20～28℃。反应器完成进水后开启第一空压机及曝气装置，通过流量计使反应器内do浓度在0.15～0.30mg/l；诱导系统发生短程硝化耦合厌氧氨氧化作用：首先短程硝化作用将进水部分氨氮转化为亚硝态氮，随即厌氧氨氧化作用将剩余氨氮与亚硝态氮继续转化为氮气并生成部分硝酸盐；灵活调节反应阶段水力停留时间及do浓度使短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水氨氮与生成的部分硝态氮质量浓度为1：1.0～1.2，氨氮去除率不低于50％，亚硝态氮出水质量浓度应低于5mg/l；沉淀后将反应器内上清液通过排水阀排至中间水箱备用。

9、3)将中间水箱储存的短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水通过第二进水泵从中间水箱泵入硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器内，发生单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用(s0pd/a)：首先通过单质硫自养短程反硝化(s0pd)将进水的硝态氮还原为亚硝态氮，随即厌氧氨氧化作用(anammox)将进水的氨氮和短程反硝化产生的亚硝态氮进行同步转化为氮气，实现对氨氮和硝态氮的同步去除。当硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器总氮去除率达90％并连续稳定运行15d及以上，认为基本满足排放要求，最终将出水通过u型管排出。硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器hrt为6～8h，回流比为300～400％，运行温度为16～25℃。

10、技术原理：

11、本发明提出了硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法，属于污水生物脱氮领域。短程硝化/厌氧氨氧化反应器接种一体化短程硝化/厌氧氨氧化污泥，晚期垃圾渗滤液作为高氨氮原水泵入短程硝化/厌氧氨氧化反应器内，系统以低氧曝气模式运行，周期内包括进水、曝气搅拌、沉淀、排水；排水比为50％，短程硝化/厌氧氨氧化反应器水力停留时间(hrt)为16～20h。通过气体流量计及do在线监测系统调控反应器内do浓度维持在0.15～0.30mg/l，诱导系统发生短程硝化耦合厌氧氨氧化(pn/a)作用对原水氨氮进行去除，在反应期间灵活调节反应阶段hrt及do浓度使短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水氨氮与厌氧氨氧化作用生成的部分硝态氮质量浓度控制在1：1.0～1.2。硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器接种实际城市污水厂a2o工艺二沉池剩余污泥及厌氧氨氧化污泥，采用直径1～3mm的单质硫颗粒作为硫源，体积填充比为20％，硫自养短程反硝化/厌氧氨氧化反应器hrt为6～8h。将sbr出水泵入uasb中，发生单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用(s0pd/a)，将氨氮与硝态氮同步转化为氮气。该两段式系统缩短了pn/a系统的曝气能耗，单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化作用节省近乎100％的外加碳源，且单质硫廉价易得，该工艺是联合新型硫自养短程反硝化的多途径厌氧氨氧化处理高氨氮废水的两段式工艺，为实际城市污水厂的节能降耗提供了新思路。

12、本发明提出硫自养联合厌氧氨氧化两段式工艺处理高氨氮废水的方法，其优点在于：

13、1)构建了两段式短程硝化耦合厌氧氨氧化(pn/a)及新型单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化(s0pd/a)工艺，实现了联合新型硫自养短程反硝化的多途径厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液，拓宽了单质硫自养短程反硝化在处理实际污水的应用性；

14、2)该两段式工节省曝气能耗以及100％外加碳源，利用纯自养脱氮生物体系处理晚期垃圾渗滤液，为高氨氮、低c/n废水脱氮提供新思路；

15、3)工艺通过调节系统的水力停留时间、曝气量等运行参数，灵活调控前段短程硝化耦合厌氧氨氧化系统的氨氮剩余与硝态氮产出，并且使后段单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化能够适应前段出水的基质浓度。整体系统可调控性高，鲁棒性强；

16、4)该工艺后段单质硫自养短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的加入节省了前段短程硝化/厌氧氨氧化反应段的曝气能耗，并解决了传统短程硝化/厌氧氨氧化处理高氨氮废水产生高浓度硝氮的缺陷；

17、5)单质硫作为硫自养反硝化的电子供体，原料廉价易得且难溶于水，具有较好的反硝化脱氮效率且能够为污泥提供理想的生态附着位，能够极大程度实现低耗能、低成本的污水脱氮。