CN103922540A - Apo/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置及方法，该系统主要由原水水箱、A_PO反应器、斜板沉淀区、生物接触氧化短程硝化反应区、中间调节水池、厌氧氨氧化反应区、实时控制箱以及计算机组成。温度传感器和DO传感器在线采集生物接触氧化短程硝化反应区的温度和溶解氧浓度，通过计算机输出，通过调节加热器和该区曝气量，可实现对硝化进程的控制；NH₄ ⁺传感器、NO₂ ^-传感器和NO₃ ^-传感器在线采集中间调节水池中的氨氮，亚硝酸盐和硝酸盐浓度，根据采集到的信号，通过计算机输出，可实现对溶解氧、曝气量以及超越管线流量的调整。本发明通过实时控制设备在线监测，及时调控，系统运行稳定，提高装置的实用性和可控性。

Description

APO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置及方法

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及用来除有机物和除磷的A_PO反应区、生物接触氧化短程硝化反应区与厌氧氨氧化反应区耦合的实时控制工艺和基于此形成的强化脱氮除磷方法。

背景技术

当前污水处理厂多采用传统脱氮除磷工艺，但在不外加碳源的情况下，反硝化碳源不足，很难保证低碳氮比城市污水总氮的去除率，脱氮除磷效率不高，且能源需求较高。随着我国经济的快速发展，污水处理排放标准也日益严格，寻求高效低能耗的污水处理工艺迫在眉睫。

近年来出现很多脱氮除磷的新工艺与技术，其中以生物接触氧化、短程硝化、厌氧氨氧化技术最备受关注。在生物接触氧化技术上实现短程硝化，将硝化过程控制在产亚硝态氮阶段，该技术不仅可以节省25%的供氧量，而且还缩短了反应时间，减少了剩余污泥排放量，生物量多，具有较高的容积负荷，处理效率较高，且能缩小池容，减少占地面积，不需要污泥回流。生物接触氧化和短程硝化的结合是污水处理过程中经济高效的处理单元。

厌氧氨氧化工艺的提出给传统脱氮除磷工艺的改善提供了一个契机，无需外加碳源，不需要曝气能耗，比传统脱氮工艺优势明显，将厌氧氨氧化污水自养脱氮工艺应用到市政城市污水的研究是很有必要和应用前景的。

本发明A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥工艺是将生物接触氧化短程硝化与厌氧氨氧化工艺置于A_PO反应区后面，利用厌氧段去除污水中的有机物，且完成磷的释放；好氧段进一步去除有机物，并且发生充分吸磷反应，同步除有机物和磷。不含有机物的水为后续生物接触氧化短程硝化反应和厌氧氨氧化反应提供了良好的反应环境，能够富集亚硝化细菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AAOB）。整个工艺系统不需外加碳源，且反应效率高，降低能源消耗，通过实施控制确保生物接触氧化短程硝化和厌氧氨氧化反应条件的正常，工艺应用的可行性与可控性强。

发明内容

本发明针对当前污水处理过程中传统工艺脱氮除磷效率不高，能耗大等问题，将生物接触氧化短程硝化与厌氧氨氧化两种新型脱氮技术与A_PO组合，形成脱氮除磷的三污泥工艺，同时引入实时控制系统实时监测，并及时调控，系统运行稳定，提高了装置的实用性和可控性，为实际工程的应用提供了一定的参考。

A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置，其特征在于：

包括原水水箱1、A_PO反应器厌氧区3、A_PO反应器好氧区4、斜板沉淀区7、生物接触氧化短程硝化反应区8、中间调节池9、厌氧氨氧化反应区10、实时控制箱18和计算机19。所述原水水箱1中原水通过进水泵2泵入A_PO反应器厌氧区3；所述A_PO反应器厌氧区3与好氧区4容积比为3:2；所述A_PO反应器好氧区4的出水进入斜板沉淀区7，斜板沉淀区7出水一部分进入生物接触氧化短程硝化反应区8，继而进入中间调节池9，另一部分通过超越管线进水泵16泵入中间调节池9；所述中间调节池9中水流进入厌氧氨氧化反应区10，整个系统出水由溢流喇叭口11流出。所述A_PO反应器的厌氧区3设有搅拌桨5；所述A_PO反应器的好氧区4和生物接触氧化短程硝化反应区8底部均设有曝气头6，且各曝气头6分别流量计14相连，由鼓风机提供气体流量；所述斜板沉淀区7底部设有供排放剩余污泥和污泥回流的管道，回流污泥通过污泥回流泵12泵入A_PO反应器的厌氧区3的第一格室，剩余污泥通过排泥阀13排放；所述生物接触氧化短程硝化反应区8中填充悬浮填料8.4，厌氧氨氧化反应区10中填充悬浮填料10.1；所述实时控制箱18连接加热器8.1、DO传感器8.2、温度传感器8.3、NH₄ ⁺传感器9.1、NO₂ ^-传感器9.2、NO₃ ^-传感器9.3、超越管线进水泵16、生物接触氧化短程硝化反应区8中的流量计14和计算机19；根据各传感器采集到的信号，通过计算机19输出，实时监测中间调节水池9中的NH₄ ⁺、NO₂ ^-、NO₃ ^-浓度以及生物接触氧化短程硝化反应区8中的温度和DO浓度。

所述悬浮填料8.4和悬浮填料10.1，均为圆柱状，尺寸为D25mm×10mm，中心有网格结构，密度为0.96g/cm³，孔隙率为95%，有效比表面积为500m²/m³。

A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥工艺，主要包括以下步骤：

1）原水经进水泵2进入A_PO反应器的厌氧区3，同步进入的还有来自斜板沉淀区7经污泥回流泵12送来的回流污泥，污泥回流比100%～200%，平均污泥浓度6000～10000mg/L，通过搅拌装置5充分混合反应；聚磷菌（PAOs）利用原水中的有机物合成内碳源（PHA）储存于细胞体内，同时释磷。

2）混合液随后进入A_PO反应器的好氧区4，溶解氧DO在2.0～4.0mg/L，经过厌氧区未经降解的有机物进一步被氧化，同时PAOs以氧气为最终电子受体,以PHA为电子供体，发生好氧吸磷反应。A_PO反应器的厌氧区3与好氧区4的容积比为1.0～2.5，总水力停留时间为2.0～8.0h。

3）混合液经A_PO反应器的好氧区4进入斜板沉淀区7，沉淀时间1.0～2.5h，通过调节超越管线进水泵的流量，将上清液按照1:1～1:1.3的流量比分别流入中间调节池9和生物接触氧化短程硝化反应区8。

4）生物接触氧化短程硝化反应区8中悬浮填料8.4填充比为20%～70%，水力停留时间为0.5～2.0h，溶解氧DO在0.5～1.0mg/L。主要作用是将氨氮亚硝化为亚硝态氮，随后流入中间调节池9。

4）中间调节池9中从斜板沉淀区超越过来的液体与从生物接触氧化短程硝化反应区8进入的液体按照1:1～1:1.3的比例混合，之后进入厌氧氨氧化反应区10，悬浮填料10.1填充比为20%～70%，在厌氧氨氧化菌的作用下进行自养脱氮反应，水力停留时间为0.5～2.0h，处理水由溢流喇叭口11排放。

5）生物接触氧化短程硝化反应区8和中间调节池9中设有的实时监测设备，分别是DO传感器8.2、温度传感器8.3、NH₄ ⁺传感器9.1、NO₂ ^-传感器9.2、NO₃ ^-传感器9.3，根据计算机19输出的各指标数值并结合加热器8.1、超越管线进水泵16和生物接触氧化短程硝化反应区8中的流量计14，及时的调整运行工况，保障系统的优化运行。

NH₄ ⁺传感器（9.1）和NO₂ ^-传感器（9.2）和NO₃ ^-传感器（9.3）在线采集中间调节池（9）中的氨氮浓度和亚硝态氮浓度，通过计算机（19）的输出，得到实时控制变量；当NH₄ ⁺质量浓度与NO₂ ^-质量浓度比例小于1:1时，通过增大超越管线进水泵（16）超越过来的液体流量来增大氨氮负荷，同时减少生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的曝气量来减少亚硝态氮的生成，以实现中间调节池（9）中氨氮和亚硝态氮的比例维持在1:1～1:1.3；当NH₄ ⁺浓度与NO₂ ^-浓度比例大于1:1.3时，通过降低超越管线进水泵（16）超越过来的液体流量来降低氨氮负荷，同时增大生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的曝气量来增大亚硝态氮的生成，以实现中间调节池（9）中氨氮和亚硝态氮的物质的量的比例维持在1:1～1:1.3；

生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的加热器（8.1）、DO传感器（8.2）、温度传感器（8.3）实时监测反应区的DO和温度以保证DO维持在0.5mg/L，温度维持在25～30℃。

本发明的A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置及方法跟现有技术相比，具有下列优点：

1）解决了传统工艺中聚磷菌、亚硝化菌、反硝化菌、厌氧氨氧化菌之间的竞争性矛盾，使得微生物在最佳环境中生长，脱氮除磷效果稳定。

2）生物接触氧化短程硝化与厌氧氨氧化解决了低C/N污水处理过程中碳源缺乏的技术性难题，最大限度的节省碳源和曝气量。

3）短程硝化与厌氧氨氧化应用生物膜法，生物量多、反应效率高、无污泥膨胀问题。

4）传感器实时监测硝化进程以及中间调节池水质，便于实时调整运行参数，节能降耗，优化系统运行效果。

5）在线实时控制，提高装置的实用性和可控性，灵活性高，维护管理方便。

6）工艺流程简单，运行管理方便，为实际工程的应用提供了参考。

附图说明

图1为A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥工艺装置的结构示意图。

图中：1-原水水箱；2-进水泵；3-A_PO反应器厌氧区；4-A_PO反应器好氧区；5-搅拌桨；6-曝气头；7-斜板沉淀区；8-生物接触氧化短程硝化反应区（8.1-加热器、8.2-DO传感器、8.3-温度传感器、8.4-悬浮填料）；9-中间调节池（9.1-NH₄ ⁺传感器；9.2-NO₂ ^-传感器、9.3-NO₃ ^-传感器；）；10-厌氧氨氧化反应区（10.1-悬浮填料）；11-溢流喇叭口；12-污泥回流泵；13-排泥阀；14-流量计；15-鼓风机；16-超越管线进水泵；17-超越管线；18-实时控制箱；19-计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请专利作进一步的说明：

如图1所示，A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥工艺装置，包括原水水箱1、A_PO反应器厌氧区3、A_PO反应器好氧区4、斜板沉淀区7、生物接触氧化短程硝化反应区8、中间调节池9、厌氧氨氧化反应区10、实时控制箱18和计算机19。其中A_PO反应器厌氧区3、好氧区4、生物接触氧化短程硝化反应区8和厌氧氨氧化容积比为3:2:2:2；A_PO反应器厌氧区3水力停留时间3h；A_PO反应器好氧区4溶解氧DO控制在3.0mg/L，水力停留时间2h；生物接触氧化短程硝化反应区8中悬浮填料8.4填充比为50%，溶解氧DO控制在0.5mg/L，水力停留时间2h；厌氧氨氧化反应区10中悬浮填料10.1填充比为50%，水力停留时间2h。

实时控制箱18连接加热器8.1、DO传感器8.2、温度传感器8.3、NH₄ ⁺传感器9.1、NO₂ ^-传感器9.2、NO₃ ^-传感器9.3、超越管线进水泵16、生物接触氧化短程硝化反应区8中的流量计14和计算机19；根据各传感器采集到的信号，通过计算机19输出，实时监测中间调节水池9中的NH₄ ⁺、NO₂ ^-、NO₃ ^-浓度以及生物接触氧化短程硝化反应区8中的温度和DO浓度。

实施例

NH₄ ⁺传感器9.1和NO₂ ^-传感器9.2和NO₃ ^-传感器9.3在线采集中间调节池9中的氨氮浓度和亚硝态氮浓度，通过计算机19的输出，得到实时控制变量。当NH₄ ⁺浓度与NO₂ ^-浓度比例小于1:1时，通过增大超越管线进水泵16超越过来的液体流量来增大氨氮负荷，同时减少生物接触氧化短程硝化反应区8中的曝气量来减少亚硝态氮的生成，以实现中间调节池9中氨氮和亚硝态氮的比例维持在1:1～1:1.3；当NH₄ ⁺浓度与NO₂ ^-浓度比例大于1:1.3时，通过降低超越管线进水泵16超越过来的液体流量来降低氨氮负荷，同时增大生物接触氧化短程硝化反应区8中的曝气量来增大亚硝态氮的生成，以实现中间调节池9中氨氮和亚硝态氮的比例维持在1:1～1:1.3

生物接触氧化短程硝化反应区8中的加热器8.1、DO传感器8.2、温度传感器8.3实时监测反应区的DO和温度，保证较好的短程硝化环境，DO维持在0.5mg/L，温度维持在25～30℃。

利用该装置对水质特征为：COD=100-300mg/L，TN=50-80mg/L，TP=3-7mg/L的实际生活污水进行处理，处理量Q=4L/h，在上述其他各运行参数条件下，系统出水COD在50mg/L以内，出水NH₄ ⁺-N在5mg/L以内，出水TN在15mg/L以内，出水TP在0.5mg/L以内。利用该装置，通过在线监测的实时控制设备，合理调节运行参数，来保证连续流中短程硝化和厌氧氨氧化的稳定，可最大程度节约碳源和曝气能耗，可实现低C/N污水强化脱氮除磷的目的。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能理解和应用，本发明的实施不限于此。

Claims (2)

1.A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置，其特征在于：

该装置包括原水水箱（1）、A_PO反应器厌氧区（3）、A_PO反应器好氧区（4）、斜板沉淀区(7)、生物接触氧化短程硝化反应区(8)、中间调节池（9）、厌氧氨氧化反应区（10）、实时控制箱（18）和计算机（19）；所述原水水箱（1）中原水通过进水泵（2）泵入A_PO反应器厌氧区（3）；所述A_PO反应器厌氧区（3）与好氧区（4）容积比为1.0～2.5；所述A_PO反应器好氧区（4）的出水进入斜板沉淀区（7），斜板沉淀区（7）出水一部分进入生物接触氧化短程硝化反应区（8），继而进入中间调节池（9），另一部分通过超越管线进水泵（16）泵入中间调节池（9）；所述中间调节池（9）中水流进入厌氧氨氧化反应区（10），整个系统出水由溢流喇叭口（11）流出；所述A_PO反应器的厌氧区（3）设有搅拌桨（5）；所述A_PO反应器的好氧区（4）和生物接触氧化短程硝化反应区（8）底部均设有曝气头（6），且各曝气头（6）分别流量计（14）相连，由鼓风机提供气体流量；所述斜板沉淀区（7）底部设有供排放剩余污泥和污泥回流的管道，回流污泥通过污泥回流泵（12）泵入A_PO反应器的厌氧区（3）的第一格室，剩余污泥通过排泥阀（13）排放；所述生物接触氧化短程硝化反应区（8）中填充悬浮填料，厌氧氨氧化反应区（10）中填充悬浮填料；所述实时控制箱（18）连接加热器（8.1）、DO传感器（8.2）、温度传感器（8.3）、NH₄ ⁺传感器（9.1）、NO₂ ^-传感器（9.2）、NO₃ ^-传感器（9.3）、超越管线进水泵（16）、生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的流量计（14）和计算机（19）；根据各传感器采集到的信号，通过计算机（19）输出，实时监测中间调节水池（9）中的NH₄ ⁺、NO₂ ^-、NO₃ ^-浓度以及生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的温度和DO浓度；

所述悬浮填料为圆柱状，尺寸为D25mm×10mm，中心有网格结构，密度为0.96g/cm³，孔隙率为95%，有效比表面积为500m²/m³。

2.应用权力要求1所述的A_PO/生物接触氧化短程硝化耦合厌氧氨氧化自养脱氮三污泥装置及方法，其特征在于包括以下步骤：

1）原水经进水泵（2）进入A_PO反应器的厌氧区（3），同步进入的还有来自斜板沉淀区（7）经污泥回流泵（12）送来的回流污泥，污泥回流比100%～200%，平均污泥浓度6000～10000mg/L，通过搅拌装置（5）充分混合反应；聚磷菌（PAOs）利用原水中的有机物合成内碳源（PHA）储存于细胞体内，同时释磷；

2）混合液随后进入A_PO反应器的好氧区（4），溶解氧DO在2.0～4.0mg/L，经过厌氧区未经降解的有机物进一步被氧化，同时PAOs以氧气为最终电子受体,以PHA为电子供体，发生好氧吸磷反应；A_PO反应器的厌氧区（3）与好氧区（4）的容积比为1.0～2.5，总水力停留时间为2.0～8.0h；

3）混合液经A_PO反应器的好氧区（4）进入斜板沉淀区（7），沉淀时间1.0～2.5h，通过调节超越管线进水泵的流量，将上清液按照1:1～1:1.3的流量比分别流入中间调节池（9）和生物接触氧化短程硝化反应区（8）；

4）生物接触氧化短程硝化反应区（8）中悬浮填料填充比为20%～70%，水力停留时间为0.5～2.0h，溶解氧DO在0.5～1.0mg/L；将氨氮氧化为亚硝态氮，随后流入中间调节池（9）；

5）中间调节池（9）中从斜板沉淀区超越过来的液体与从生物接触氧化短程硝化反应区（8）进入的液体按照1:1～1:1.3的比例混合，之后进入厌氧氨氧化反应区（10），悬浮填料填充比为20%～70%，在厌氧氨氧化菌的作用下进行自养脱氮反应，水力停留时间为0.5～2.0h，处理水由溢流喇叭口（11）排放；

6）生物接触氧化短程硝化反应区（8）和中间调节池（9）中设有实时监测设备，分别是DO传感器（8.2）、温度传感器（8.3）、NH₄ ⁺传感器（9.1）、NO₂ ^-传感器（9.2）、NO₃ ^-传感器（9.3），根据计算机（19）输出的各指标数值并结合加热器（8.1）、超越管线进水泵（16）和生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的流量计（14），及时的调整运行工况；

NH₄ ⁺传感器（9.1）和NO₂ ^-传感器（9.2）和NO₃ ^-传感器（9.3）在线采集中间调节池（9）中的氨氮浓度和亚硝态氮浓度，通过计算机（19）的输出，得到实时控制变量；当NH₄ ⁺质量浓度与NO₂ ^-质量浓度比例小于1:1时，通过增大超越管线进水泵（16）超越过来的液体流量来增大氨氮负荷，同时减少生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的曝气量来减少亚硝态氮的生成，以实现中间调节池（9）中氨氮和亚硝态氮的比例维持在1:1～1:1.3；当NH₄ ⁺浓度与NO₂ ^-浓度比例大于1:1.3时，通过降低超越管线进水泵（16）超越过来的液体流量来降低氨氮负荷，同时增大生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的曝气量来增大亚硝态氮的生成，以实现中间调节池（9）中氨氮和亚硝态氮的物质的量的比例维持在1:1～1:1.3；

生物接触氧化短程硝化反应区（8）中的加热器（8.1）、DO传感器（8.2）、温度传感器（8.3）实时监测反应区的DO和温度以保证DO维持在0.5mg/L，温度维持在25～30℃。