采用半短程硝化-厌氧氨氧化-电氧化处理城市污水厂污泥消化液实现深度除碳脱氮的方法技术

技术编号:19383126 阅读:66 留言:0更新日期:2018-11-10 00:00
采用半短程硝化‑厌氧氨氧化‑电氧化处理城市污水厂污泥消化液实现深度除碳脱氮的方法属于污泥消化液脱氮除碳技术领域。通过在SBR中实现厌氧氨氧化继而实现污泥硝化液自养脱氮,本发明专利技术不外加外碳源通过厌氧氨氧化实现污泥消化液的氨氮和总氮的深度去除;通过电氧化深度去除污泥消化液中的难降解有机物,实现深度脱氮,从而解决污泥消化液合并处理降低污水处理厂出水水质、单独处理成本又高的问题。通过SBR‑EO联用,在SBR反应器中实现厌氧氨氧化脱氮,其出水在电氧化反应器中通过阳极上产生氧化性强的羟基自由基将难降解物质降解,实现污泥消化液的经济高效除碳脱氮。最终出水的有机物、总氮和氨氮浓度仅为60~80、8~12和20~30mg·L‑1,有机物、总氮和氨氮的各去除率高达95%以上。

Deep Carbon and Nitrogen Removal by Semi-Short-cut Nitrification-Anaerobic Ammonia Oxidation-Electrooxidation Treatment of Municipal Sewage Plant Sludge Digest

Semi-short-cut nitrification, anaerobic ammonia oxidation and electrooxidation are used to treat sludge digestion liquid of municipal sewage plant to achieve deep carbon and nitrogen removal, which belongs to the technical field of sludge digestion liquid nitrogen and carbon removal. Through anaerobic ammonia oxidation in SBR, the autotrophic denitrification of sludge nitrifying liquor is realized. The present invention realizes the deep removal of ammonia nitrogen and total nitrogen in sludge digestion liquor without additional carbon source through anaerobic ammonia oxidation; removes the refractory organic matter in sludge digestion liquor by Electrooxidation depth, realizes deep denitrification, thereby solving sludge digestion. Liquid combined treatment reduces the effluent quality of sewage treatment plant and the high cost of separate treatment. The anaerobic ammonia oxidation denitrification was realized in SBR reactor by the combination of SBR and EO. The effluent of the anaerobic ammonia oxidation denitrification was degraded by hydroxyl radicals with strong oxidation ability on the anode in the electro-oxidation reactor to realize the economic and efficient carbon and nitrogen removal of sludge digestion liquid. The final effluent concentration of organic matter, total nitrogen and ammonia nitrogen is only 60-80, 8-12 and 20-30 mg/L_1. The removal rates of organic matter, total nitrogen and ammonia nitrogen are up to 95%.

【技术实现步骤摘要】
采用半短程硝化-厌氧氨氧化-电氧化处理城市污水厂污泥消化液实现深度除碳脱氮的方法
本专利技术涉及一种污泥消化液深度处理的方法,属于污泥消化液脱氮除碳
本工艺设有原水水箱、序批式反应器(SBR)和电氧化(EO)装置,通过在SBR中设有曝气装置和机械搅拌装置。通过在SBR中实现厌氧氨氧化继而实现污泥硝化液自养脱氮,出水流经电氧化装置实现深度除碳。本专利技术适用于污泥消化液的深度除碳脱氮的处理,不外加外碳源通过厌氧氨氧化实现污泥消化液的氨氮和总氮的深度去除;通过电氧化深度去除污泥消化液中的难降解有机物,实现深度脱氮。
技术介绍
污泥消化液是含有较高浓度氨氮(500-2500mg/L),和有机物(1000-2000mg/L),碳氮比很低(不到2),处理非常困难的一类污水。目前这部分污水多是回流到污水处理系统中合并处理,但这将会增加污水处理系统的污染物负荷和降低出水水质,从而大大增加污水处理的成本。因此针对该类污水更好的办法是单独处理。然而,单独处理污泥消化液的工艺研究较少,已有的传统的脱氮工艺如A2/O工艺在处理污泥消化液时常常存在碳源不足、需投加大量无机碳源成本高和脱氮效果不好的问题,而且其较低的碳氮比也非常不利于生物脱氮。传统的生物脱氮过程通常是在曝气的条件下,通过硝化反应将氨氮转化为硝态氮;再在缺氧条件下,将硝态氮转化为氮气。而短程硝化是利用较少的溶解氧实现氨氮转化为亚硝态氮,继而在缺氧条件下,亚硝态氮反硝化为氮气,从而实现脱氮;该方法比传统脱氮技术节省40%的碳源和25%的曝气量。比这两种工艺更有效的脱氮方式是厌氧氨氧化(anaerobicammoniumoxidation,ANAMMOX)脱氮技术。厌氧氨氧化技术是指在缺氧条件下,首先通过半短程硝化,使部分氨氮转化为亚硝态氮,之后氨氮和亚硝态氮发生反应生成氮气。这一过程与传统脱氮技术相比,不需外加碳源同时节省了62.5%的曝气量,细胞产率低,污泥产量只有传统脱氮工艺的15%。对于污泥消化液这种C/N低的污水,若能不加或少加碳源则会大大的降低处理成本。因此,这一新兴的高效脱氮技术-厌氧氨氧化非常适合于处理C/N低的污水如污泥消化液。同时,污泥消化液含有一定浓度的氨氮,因此就可以保证系统里有比较合适的游离氨浓度,当游离氨浓度在10-160mg/L时,氨氧化细菌(ammoniaoxidationbacteria,AOB)会被抑制;而当游离氨浓度在0.1-1mg/L时,亚硝酸氧化菌(nitriteoxidationbacteria,NOB)就会被抑制,因此通过游离氨的抑制很容易在比较高氨氮浓度的污水生物处理中实现短程硝化,继而为厌氧氨氧化创造条件。对于污泥消化液来说,通常还含有1000-2000mg/L的有机物,这些有机物大部分是难降解物质,很难再被生物降解,因此会造成出水水质不达标。针对难降解有机物质,电氧化技术自身的优点使其很适用于处理该类物质。通常阳极的表面涂层的材料特性会直接影响处理效果。通常采用二氧化锡、钌钛涂层或者Pt等。通入电源后,在电流作用下,在阳极表面催化涂层会产生强氧化剂羟基自由基,从而可以氧化难降解有机物。本工艺采用SBR-EO联用,在SBR反应器中实现厌氧氨氧化脱氮,其出水在电氧化反应器中通过阳极上产生氧化性强的羟基自由基将难降解物质降解,实现污泥消化液的经济高效除碳脱氮。故基于以上研究背景,本试验以北京某污水处理厂内的污泥消化液为研究对象,采用SBR-EO工艺处理碳氮比低的污泥消化液,通过短程硝化-厌氧氨氧化深度脱氮,通过电氧化深度除碳。在SBR工艺中曝气实现半短程硝化,之后缺氧搅拌剩余氨氮和半短程硝化产生的亚硝态氮进行厌氧氨氧化,然后出水通过电氧化去除难降解有机物,在未对系统内投加碳源的情况下,实现较难处理的污泥消化液的深度除碳脱氮。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的污泥消化液的技术难点,构建工艺流程简单、投资运行处理成本低的污泥消化液处理工艺。以北京某城市污水处理厂实际污泥消化液作为处理对象,实现经济高效的除碳脱氮并且对其中半短程硝化和厌氧氨氧化的影响及控制因素进行深入研究,对电氧化电流强度和电流密度对处理效果的影响进行深入研究,明确最佳工艺参数和处理效能。通过SBR工艺实现半短程硝化-厌氧氨氧化即一段式厌氧氨氧化,不需投加任何碳源深度脱氮,解决了以往处理污泥消化液这类高氨氮污水脱氮反硝化需大量投加碳源成本高的关键问题。采用电氧化工艺取代“膜法”工艺处理难降解有机物,采用不同的电流强度同时对难降解有机物进行三维荧光分析,以最低成本实现污泥消化液的达标排放。本专利技术可广泛应用于高氨氮且碳氮比低的污水处理,特别适用于城市污水处理厂污泥消化液的单独处理。本专利技术的技术方案:本专利技术设计的半短程硝化-厌氧氨氧化-电氧化处理城市污水厂污泥消化液,其特征在于:包括进水水箱(Ⅰ)、SBR(Ⅱ)、中间水池(Ⅲ)、电氧化装置EO(Ⅳ);进水水箱设有出水管(2),SBR(Ⅱ)的每个运行周期为:原水从进水格室(1)通过出水管(2),经SBR(Ⅱ)进水泵(3)及SBR(Ⅱ)进水管(4)被打入到SBR(Ⅱ)中,进水的体积为SBR(Ⅱ)有效体积的10%-50%;进水结束后,开启曝气装置,空气通过空压机(9)和气体流量计(10)以及曝气管(11)和SBR(Ⅱ)中的曝气头(12)后进入到SBR(Ⅱ)中,通过气体流量计(10)将DO控制到0.5-1mg/L。SBR(Ⅱ)设有在线pH和溶解氧(DO)监测设备(5),实时在线监测SBR(Ⅱ)中的pH和DO,从而判定反应状态;当硝化反应中氨氮浓度降到100-150mg/L时且亚硝态氮积累到100-200mg/L时,停止曝气;开启机械搅拌装置(6),搅拌器转速为50-80rmp/min,在缺氧条件下,通过厌氧氨氧化反应将氨氮和亚硝态氮去除;当实时控制的pH曲线一阶导数由正变负时停滞搅拌,然后沉淀30-50min,排水3-5min,排水比为10%-50%,至此,SBR(Ⅱ)的一个运行周期结束。其中,产生的气体通过气体收集管(7)收集到集气瓶(8)中;SBR(Ⅱ)设有第一排水口(13)、第二排水口(14)、第三排水口(15)和第四排水口(16)及放空口(17);在每个周期沉淀结束后,SBR(Ⅱ)处理水通过第二排水口(14)经由中间水池(Ⅲ)的进水管(18)进入到中间水池(Ⅲ)中,再由中间水池(Ⅲ)的出水管(19)和电氧化装置EO(Ⅳ)的进水泵(20)及EO(Ⅳ)的进水管(21)进入到EO(Ⅳ)中进行难降解有机物和色度的去除;EO(Ⅳ)采用恒流充电模式进行电解,接有直流电源(22),其正极(23)和负极(24)分别通过导线与EO(Ⅳ)的阳极(25)和阴极(26)连接,阳极(25)为Ti基SnO2涂层电极,涂层催化剂载量在1-5mg/cm2;通入直流电源并控制电流密度在5~20mA/cm2进行电解,两极电压在3.5-4.5V,在阳极(25)表面催化层产生强氧化剂羟基自由基和臭氧,可以将难降解有机污染物降解,使色度降低;阴极(26)采用镍基底,反应时会在阴极(26)在产生氢气,EO(Ⅳ)侧面设有出水管(27)和出水控制阀(28),系统出水通过EO(Ⅳ)出水管(27)排出;EO(Ⅳ)最终出水的有机物、氨氮和总氮浓度分别为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.采用半短程硝化‑厌氧氨氧化‑电氧化处理城市污水厂污泥消化液实现深度除碳脱氮的方法,其特征在于,包括以下步骤:1.)进水水箱设有出水管(2),SBR(Ⅱ)的每个运行周期为:原水从进水格室(1)通过出水管(2),经SBR(Ⅱ)进水泵(3)及SBR(Ⅱ)进水管(4)被打入到SBR(Ⅱ)中,进水的体积为SBR(Ⅱ)有效体积的10%‑50%;进水结束后,开启曝气装置,空气通过空压机(9)和气体流量计(10)以及曝气管(11)和SBR(Ⅱ)中的曝气头(12)后进入到SBR(Ⅱ)中,通过气体流量计(10)将DO控制到0.5‑1mg/L;SBR(Ⅱ)设有在线pH和溶解氧(DO)监测设备(5),实时在线监测SBR(Ⅱ)中的pH和DO,从而判定反应状态;当硝化反应中氨氮浓度降到100‑150mg/L时且亚硝态氮积累到100‑200mg/L时,停止曝气;开启机械搅拌装置(6),搅拌器转速为50‑80rmp/min,在缺氧条件下,通过厌氧氨氧化反应将氨氮和亚硝态氮去除;当实时控制的pH曲线一阶导数由正变负时停滞搅拌,然后沉淀30‑50min,排水3‑5min,排水比为10%‑50%,至此,SBR(Ⅱ)的一个运行周期结束;其中,产生的气体通过气体收集管(7)收集到集气瓶(8)中;SBR(Ⅱ)设有第一排水口(13)、第二排水口(14)、第三排水口(15)和第四排水口(16)及放空口(17);2.)在每个周期沉淀结束后,SBR(Ⅱ)处理水通过第二排水口(14)经由中间水池(Ⅲ)的进水管(18)进入到中间水池(Ⅲ)中,再由中间水池(Ⅲ)的出水管(19)和电氧化装置EO(Ⅳ)的进水泵(20)及EO(Ⅳ)的进水管(21)进入到EO(Ⅳ)中进行难降解有机物和色度的去除;3.)EO(Ⅳ)采用恒流充电模式进行电解,接有直流电源(22),其正极(23)和负极(24)分别通过导线与EO(Ⅳ)的阳极(25)和阴极(26)连接,阳极(25)为Ti基SnO2涂层电极,涂层催化剂载量在1‑5mg/cm2;通入直流电源并控制电流密度在5~20mA/cm2进行电解,两极电压在3.5‑4.5V,在阳极(25)表面催化层产生强氧化剂羟基自由基和臭氧,将难降解有机污染物降解,使色度降低;阴极(26)采用镍基底,反应时会在阴极(26)在产生氢气,EO(Ⅳ)侧面设有出水管(27)和出水控制阀(28),系统出水通过EO(Ⅳ)出水管(27)排出。...

【技术特征摘要】
1.采用半短程硝化-厌氧氨氧化-电氧化处理城市污水厂污泥消化液实现深度除碳脱氮的方法,其特征在于,包括以下步骤:1.)进水水箱设有出水管(2),SBR(Ⅱ)的每个运行周期为:原水从进水格室(1)通过出水管(2),经SBR(Ⅱ)进水泵(3)及SBR(Ⅱ)进水管(4)被打入到SBR(Ⅱ)中,进水的体积为SBR(Ⅱ)有效体积的10%-50%;进水结束后,开启曝气装置,空气通过空压机(9)和气体流量计(10)以及曝气管(11)和SBR(Ⅱ)中的曝气头(12)后进入到SBR(Ⅱ)中,通过气体流量计(10)将DO控制到0.5-1mg/L;SBR(Ⅱ)设有在线pH和溶解氧(DO)监测设备(5),实时在线监测SBR(Ⅱ)中的pH和DO,从而判定反应状态;当硝化反应中氨氮浓度降到100-150mg/L时且亚硝态氮积累到100-200mg/L时,停止曝气;开启机械搅拌装置(6),搅拌器转速为50-80rmp/min,在缺氧条件下,通过厌氧氨氧化反应将氨氮和亚硝态氮去除;当实时控制的pH曲线一阶导数由正变负时停滞搅拌,然后沉淀30-50min,排水3-5min,排水比为10%-50%,至此,SBR(Ⅱ)的一个运行...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴莉娜梁大为沈明玉李志李俊佟尚添顺张家鏐
申请(专利权)人:北京建筑大学北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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