如何增强污水处理过程中的硝化系统建立过程能力

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西安建筑科技大学硕士学位论文
污泥水来源示意图
污泥水强化硝化工艺 目前国外都采用污泥水富集硝化菌来强化硝化能力，其原因是基于以下两点考虑：一是污泥水由于含有高的氨氮，如果和出水一起排放则导致出水氨氮超标，如果将其引入城市污水厂的进水，由于污泥水中的氮负荷可占到进水总氮负荷的15-25%，明显加了重污水处理厂的进水氮负荷。二是污泥水具有高温和高氨氮，正好是培养硝化菌的良好基质，如果污泥水中的氨氮被氧化为硝酸盐则降低了污水处理系统的氨氮负荷，同时，将处理污泥水过程中培养出来的硝化菌添加到主流工艺中可以增强主流系统的硝化能力。其代表的工艺主要有：美国Malcolm Pirnie研究所Peter Kos研发的InNitri工艺（图1-10）[34,35] ；荷兰Delft理工大学 [36-38]Kluwen实验室Loosdrecht教授领导的研究组开发的BABE技术 （图1-11） ；瑞典斯堪的维亚环保公司开发的选择池污泥水处理生物强化技术（ScanDeNi工艺）（图1-9）[39] ；瑞典皇家工学院开发的污泥水单独处理―剩余污泥回流生物强化技术（图1-12）[40]。分别介绍如下： （1）ScanDeNi工艺 ScanDeNi工艺（图1-9）的侧流系统由两个反应器组成，一个为好氧反应器，污泥水与回流污泥在此混合；另一个是缺氧反应器。反应器之间没有内循环系统。一旦缺氧池的反硝化完全，反应器进入厌氧池，可以进行生物除磷。由于回流污泥全部进入这个系统，回流污泥与污泥水的比值较高，系统中不用考虑调整pH值的问题。此外，ScanDeNi工艺还有一个优点，由于该系统可以去除回流污泥及污泥水中的表面活性剂，所以可明显的提高污水处理系统的曝气效率，节省运行费用。
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ScanDeNi工艺流程
（2）InNitri?工艺 InNitri?工艺（见图1-10）是最早提出的利用消化液富集硝化菌并对污水处理系统进行生物添加的工艺。在该工艺中，它在侧流中采用一个单独的反应器处理消化液和小部分初沉池出水，消化液的温度在30~35℃，氨氮浓度在300~900mg/L，小部分的初沉池出水主要是提供BOD和进行温度的调节。 一般控制反应器的温度为25℃，SRT为4天，侧流反应器所需容积仅为污水处理系统曝气池容积的3%，然后将这个反应器中的污泥添加到污水处理系统中。模拟结果表明，当设计出水NH4+-N浓度为2mg/L时，与传统硝化系统相比，污泥龄可以降低40%左右。在10℃时，短污泥龄硝化工艺的SRT只需要7~10天，而在传统硝化系统中，需要13-18天。工程研究分析表明，在对现有二级污水处理厂升级改造时，采用InNitri?工艺的投资成本仅占扩大传统硝化的曝气池的10~15%。由于InNitri?工艺中仅有硝化过程发生，硝化所需添加的碱度并不经济，另外出水中高浓度的硝酸盐氮对沉淀池运行不利，所以目前InNitri?工艺尚未在实际工程中应用。 26
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InNitri工艺流程
（3）BABE工艺 生物添加/间歇强化技术（图1-11）是由荷兰Delft理工大学Kluwen实验室Loosdrecht教授领导的研究组1999年共同研发开发。其英文名为biological augmentation batch enhanced，简称BABE工艺，其工艺流程图见图1-11。 BABE工艺与InNitri工艺的区别在于利用了小部分回流污泥进行硝化菌的培养和富集。该工艺侧流系统包括硝化和反硝化两个反应器，两个反应器之间设有内循环；由于BABE工艺可以利用回流污泥中的碳源，所以反硝化过程所需外加碳源很少，也可引入少量进水作为碳源。污泥在该系统内的停留时间（SRT）很短。主要优点如下： ① 由于侧流系统引入了回流污泥，回流污泥中带有大量的能够适应本环境生长的微生物，当其被引入侧流反应器中时，能很快的在侧流高氨氮的环境中生存并且增值，同时也可以使在侧流反应器中富集的硝化菌与污水处理系统主流反应器中的硝化菌一致。保证添加的有效性； ② 在侧流系统增值后的硝化菌包含在生物絮体中，游离的硝化菌较少，其当进入主流污水处理系统后不易被原生动物捕食； ③ 侧流系统可以保证反应器在较高的温度下运行，从而可以取得较高的硝化速率。同时系统通过自身反硝化提供碱度，几乎不需要投加额外碱度。 ④BABE工艺是一种简单有效的工艺，其侧流反应器只需要很小的容积，S.Salem等研究表明其所需容积约为主流反应器的10%，通过生物添加，可以达 27 西安建筑科技大学硕士学位论文 到降低反应器进水氮负荷，同时增加主流系统硝化能力，可以是高负荷的污水处理系统在低污泥龄下也能够实现完全硝化。一般控制侧流反应器的SRT在1~2天，主流工艺可以控制SRT在10天以下。 ⑥ 污泥水中带有余温的高浓度氨氮在侧流反应器中能够增强活性污泥的硝 化能力，被富集的硝化菌接种到主流系统后，主流系统的硝化能力会极大提高，氮的去除效率也会随之提高。
BABE工艺流程图
（4）污泥水单独处理―剩余污泥回流生物强化技术 该生物强化技术建立了两种不同的处理系统，一种是处理初沉池出水的污水处理系统（P1），另一种是消化液处理系统（P2），试验发现，消化液处理系统（P2）中污泥的硝化速率是污水处理系统（P1）污泥中硝化速率的3倍，而且，P1、P2硝化菌的含量分别为3%、9%。表明向污水处理系统添加污泥水处理系统的剩余污泥可以明显缩短污水处理系统的曝气时间。 28
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污泥水单独处理―剩余污泥回流生物强化工艺流程图
课题来源及研究内容
1.5.1课题来源
本项目来源于国家“863” 国家高技术研究发展计划（2006）“应用BAWER技术同步处理城市污水厂污泥水和强化生物脱氮”（）
目前，城市污水处理厂出水水质指标越来越严格，（城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918 ― 2002）中一级A标准： NH3-N：5（8*）mg/L；TN：15mg/L， 一级B标准： NH3-N：8（15*）mg/L；TN：20mg/L）。大多数城市污水处理厂面临TN和氨氮超标的问题，主要原因是污水处理系统硝化能力较弱，特别是冬季在温度＜15℃时更面临硝化不完全的问题。因此，硝化能力不足便成为污水处理厂脱氮效果不达标的瓶颈。同时，厌氧消化过程中氮、磷会重新释放出来，从而产生了含有高浓度氨氮及磷酸盐的低C/N值的污泥水，污泥水的水量为污水处理厂进水量的1-2%，但是氮负荷却占进水总氮负荷的15-25%，目前我国已建或在建城市污水处理厂均将污泥水回流至进水口，使得处理系统的实际氮负荷高于设计值，严重影响污水处理系统的正常运行。因此，如何增强污水处理系统的硝化能力亟待解决，污泥水处理新工艺的研究也迫在眉睫。
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