CN104817177A

CN104817177A - 一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的装置和方法

Info

Publication number: CN104817177A
Application number: CN201510250970.1A
Authority: CN
Inventors: 王淑莹; 王晓霞; 彭永臻; 戴娴; 赵骥
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-05-17
Filing date: 2015-05-17
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2035-05-17
Also published as: CN104817177B

Abstract

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的装置和方法，属于污水生物处理领域，装置包括原水水箱、一体化厌氧氨氧化反硝化除磷反应器、调节水箱、短程硝化反应器、出水水箱；城市污水分别进入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷反应器和短程硝化反应器。在一体化厌氧氨氧化反硝化除磷反应器中，聚磷菌充分利用原水中的有机碳源厌氧释磷。在短程硝化反应器中，氨氧化菌将原水中的NH₄ ⁺-N转变为NO₂ ^--N，出水经调节水箱调节水量后进入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷反应器，其中一部分实现氮的有效去除，另一部分实现了磷和氮的同步去除。该方法在实现能源节约、碳源充分利用的基础上，实现污水的脱氮除磷。

Description

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的装置和方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺和方法。

背景技术

水是人类赖以生存的物质，是生命存在和经济发展的必要条件。但近年来，水资源环境质量不断下降，水环境持续恶化，中国地表水资源污染严重，地下水资源也不容乐观。综合考虑中国地表水资源质量现状，符合《地面水环境质量标准》的Ⅰ、Ⅱ类标准只占32.2％(河段统计)，符合Ⅲ类标准的占28.9％，属于Ⅳ、Ⅴ类标准的占38.9％，如果将Ⅲ类标准也作为污染统计，则中国河流长度有67.8％被污染，约占监测河流长度的2/3。对海河流域2015眼地下水监测井点的水质监测资料表明，符合Ⅰ-Ⅲ类水质标准仅占评价总数的22.0％，符合Ⅳ和Ⅴ类水质标准的分别占评价总数的43.7％和34.3％，即有78％的地下水遭到污染；另外，有2/3以上监测的井水水质不符合生活饮用卫生标准。

除此之外，地表水体的富营养化问题也日为突出。因此，建设高效、低能耗的污水处理设施对污水进行有效的处理是极其必要的；且在国家污水排放标准要求日益严格的情况下，研究和开发高效、稳定的污水处理技术显得尤为必要。

厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化的污水脱氮除磷工艺：一方面，可在一个SBBR反应器内实现厌氧氨氧化与反硝化除磷的。通过向SBBR反应器中投加富集厌氧氨氧化菌的生物膜-海绵填料，可实现厌氧氨氧化菌的附着生长，保持厌氧氨氧化菌的生物量；通过向SBBR反应器中投加富集反硝化聚磷菌的絮体或颗粒状活性污泥，可实现反硝化聚磷菌的悬浮生长。此外，还可通过沉淀、排泥等过程实现SBBR反应器内富磷活性污泥的排放，以达到稳定除磷的目。另一方面，在一个SBR反应器内通过接种短程硝化污泥可实现污水的短程硝化过程，并可通过调整溶解氧浓度、污泥龄等方式实现短程硝化的稳定维持。短程硝化SBR反应器的亚硝态氮出水，可同时用于厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器内的反硝化除磷过程和厌氧氨氧化过程。该组合工艺不但工艺流程简单，还同时具有了厌氧氨氧化、反硝化除磷和短程硝化等各自的优势，是一种高效、低能耗的新型污水脱氮除磷工艺。此外，该工艺还首次提出将厌氧氨氧化与反硝化除磷耦合在一个反应器内进行，并通过混合添加生物膜和活性污泥的方法，实现了长污泥龄的厌氧氨氧化菌与短污泥龄的聚磷菌在一个反应器共存。

发明内容

本发明的目的就是提供一种一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺和方法，实现城市污水高效、低能耗的脱氮除磷。将厌氧氨氧化、反硝化除磷和短程硝化技术组合应用到城市污水的脱氮除磷过程中，使得该工艺与传统脱氮除磷工艺相比能降低耗氧量、耗能量，不需投加外碳源和中和试剂。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺，其特征在于，包括城市污水原水箱1、一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2、调节水箱3、短程硝化SBR反应器4、出水水水箱5；其中所述城市污水原水箱1通过第一进水泵2.1与一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2相连接；一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2第一出水阀2.7与出水水箱5相连接；城市污水原水箱1通过第二进水泵4.1与短程硝化SBR反应器4相连接；短程硝化SBR反应器4第二出水阀4.9与调节水箱3相连接；调节水箱3通过第三进水泵2.8与一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2相连接；

所述一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2内置有第一搅拌浆2.3、第一采样口2.4、第二采样口2.5、第一排泥口2.6、第一出水阀2.7；

所述短程SBR反应器4内置有第二搅拌浆4.3、气泵4.4、气体流量计4.5、曝气头4.6、第三采样口4.7、第二排泥口4.8、第二出水阀4.9。

污水在此装置中的处理流程为：城市污水分别通过第一进水泵2.1和第二进水泵4.1由城市污水原水箱1抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2和短程硝化SBR反应器4内；在短程硝化SBR反应器4内，原水中的NH₄ ⁺-N在氨氧化菌的作用下被氧化成NO₂ ^--N，出水经第二出水阀4.9排入调节水箱3；在一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2内，聚磷菌利用原水中的有机碳源厌氧释磷，并合成内碳源储存于体内；开启第三进水泵2.8，将短程硝化SBR反应器4的短程硝化出水抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2内，一方面厌氧氨氧化菌通过厌氧氨氧化作用将原水中的NH₄ ⁺-N和短程硝化SBR反应器4短程硝化出水中的部分NO₂ ^--N转化成N₂和少量NO₃ ^--N，另一方面反硝化聚磷菌利用体内储存的内碳源，并以短程硝化SBR反应器4短程硝化出水中的部分NO₂ ^--N和厌氧氨氧化过程产生的NO₃ ^--N为电子受体，进行反硝化除磷，出水通过第一出水阀2.7排出。

本发明还提供了一种一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的方法，其具体的启动和操作步骤如下：

1)系统启动：将反硝化除磷污泥投加到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2，使反应器内污泥浓度达到2000～2500mg/L；将厌氧氨氧化海绵填料投加到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2内，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2有效容积的3/8～3/4；将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器4，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～3000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水箱1，启动第一进水泵2.1和第二进水泵4.1将城市污水分别抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2和短程硝化SBR反应器4；短程硝化SBR反应器4运行时，污泥龄控制在10～20d，每周期缺氧搅拌60～180min，再曝气搅拌90～150min并控制短程硝化SBR反应器4内溶解氧浓度为0.3～1mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为40％～70％，出水排入调节水箱3；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2运行时，厌氧氨氧化菌主要在海绵填料上附着生长，反硝化聚磷菌则主要在反应器内悬浮生长，每周期先厌氧搅拌90～180min，再启动第三进水泵2.8将短程硝化SBR反应器4出水由调节水箱3抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2，并缺氧搅拌90～240min，沉淀排水，排水比为40～70％，出水排入出水水箱5；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2运行时，通过调整第三进水泵2.8运行时间，将一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2中NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.5～2.0；当NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比小于1.5时，增加第三进水泵2.8的运行时间，当两者质量浓度比大于2.0时，减少第三进水泵2.8的运行时间；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2运行时需排泥，使一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2内悬浮活性污泥浓度维持在2000～2500mg/L范围内。

本发明的一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺和方法，具有以下优点：

1在一个SBBR反应器内通过分别添加厌氧氨氧化生物膜和反硝化除磷活性污泥，可创造对厌氧氨氧化菌和反硝化聚磷菌有利的微环境，并实现两种细菌共存及其在脱氮除磷方面的协同耦合作用，从而可达到污水的脱氮除磷，并可解决传统脱氮除磷过程中存在的污泥龄等方面的矛盾。

2短程硝化是厌氧氨氧化和反硝化除磷能否进行的关键。在一个SBR反应器内实现短程硝化的调控与运行，有利于保证短程硝化的稳定维持。

3原水中的有机物均用于反硝化除磷过程，而原水中的氮则主要是通过自养过程(厌氧氨氧化和短程硝化)去除的。与传统脱氮除磷工艺相比，可有效的解决聚磷菌和脱氮菌对碳源、溶解氧等的竞争。

综上，本发明提供的一种一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺和方法，将厌氧氨氧化耦合反硝化除磷与短程硝化技术应用于城市污水的脱氮除磷过程中，不但工艺流程简单，且与传统脱氮除磷工艺相比可降低耗氧量、耗能量、不需外加碳源，是一种高效、节能的并具有实际应用价值的污水处理工艺。

附图说明

图1为本发明一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水工艺的结构示意图。

图中1为城市污水原水箱；2为一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器；3为调节水箱；4为短程硝化SBR反应器；5出水水箱；1.1为第一溢流管；1.2为第一放空管；2.1为第一进水泵；2.2为第一搅拌器；2.3为第一搅拌桨；2.4为第一取样口；2.5为第二取样口；2.6为第一排泥口；2.7为第一出水阀；2.8为第二进水泵；2.9为pH仪；2.10为第一pH探头；3.1为第二溢流管；3.2为第二放空管；4.1为第二进水泵；4.2为第二搅拌器；4.3为第二搅拌桨；4.4为气泵；4.5为气体流量计；4.6为曝气头；4.7为第三取样口；4.8为第二排泥口；4.9为第二出水阀；4.10为pH/DO仪；4.11为第二pH探头；4.12为DO探头；5.1为第三溢流管；5.2为第三放空管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：如图1所示，一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺，其特征在于，包括城市污水原水箱1、一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2、调节水箱3、短程硝化SBR反应器4、出水水水箱5；其中所述城市污水原水箱1通过第一进水泵2.1与一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2相连接；一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2第一出水阀2.7与出水水箱5相连接；城市污水原水箱1通过第二进水泵4.1与短程硝化SBR反应器4相连接；短程硝化SBR反应器4第二出水阀4.9与调节水箱3相连接；调节水箱3通过第三进水泵2.8与一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2相连接；

试验过程中，具体实验用水取自北京工业大学家属区生活污水，具体水质如下：COD浓度为178～298mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为45～71mg/L，NO₂ ^--N浓度＜1mg/L，NO₃ ^--N浓度0.1～1.4mg/L，PO₄ ^3--P浓度4.3～7.6mg/L，pH值为7.3～7.6。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制作，一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2有效容积为10L，短程硝化SBR反应器4有效容积为8L。

具体运行操作如下：

1)系统启动：将反硝化除磷污泥投加到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2，使反应器内污泥浓度达到2000mg/L；将厌氧氨氧化海绵填料投加到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2内，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2有效容积的3/8；将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器4，使接种后反应器内活性污泥浓度达到3000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水箱1，启动第一进水泵2.1和第二进水泵4.1将城市污水分别抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2和短程硝化SBR反应器4；短程硝化SBR反应器4运行时，污泥龄控制在15d，每天运行4个周期，每周期缺氧搅拌150min，再曝气搅拌180min并控制短程硝化SBR反应器4内溶解氧浓度为0.5mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为50％，出水排入调节水箱3；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2运行时，每天运行4个周期，每周期先厌氧搅拌150min，再启动第三进水泵2.8将短程硝化SBR反应器4出水由调节水箱3抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器2，并缺氧搅拌180min，沉淀排水，排水比为60％，出水排入出水水箱5；

试验结果表明：运行稳定后，短程硝化SBR反应器出水COD浓度为42～56mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜3mg/L，NO₂ ^--N为18～25mg/L，NO₃ ^--N＜5mg/L；一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器出水COD浓度为43～55mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜5mg/L，NO₂ ^--N为＜5mg/L，NO₃ ^--N＜5mg/L，P＜0.5mg/L。

Claims

1.一体化厌氧氨氧化反硝化除磷并联短程硝化处理低碳城市污水的工艺，其特征在于，包括城市污水原水箱(1)、一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)、调节水箱(3)、短程硝化SBR反应器(4)、出水水箱(5)；其中所述城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)相连接；一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)第一出水阀(2.7)与出水水箱(5)相连接；城市污水原水箱(1)通过第二进水泵(4.1)与短程硝化SBR反应器(4)相连接；短程硝化SBR反应器(4)第二出水阀(4.9)与调节水箱(3)相连接；调节水箱(3)通过第三进水泵(2.8)与一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)相连接；

所述一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)内置有第一搅拌浆(2.3)、第一采样口(2.4)、第二采样口(2.5)、第一排泥口(2.6)、第一出水阀(2.7)；

所述短程SBR反应器(4)内置有第二搅拌浆(4.3)、气泵(4.4)、气体流量计(4.5)、曝气头(4.6)、第三采样口(4.7)、第二排泥口(4.8)、第二出水阀(4.9)。

2.应用权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下内容：

1)系统启动：将反硝化除磷污泥投加到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)，使反应器内污泥浓度达到2000～2500mg/L；将厌氧氨氧化海绵填料投加到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)内，使反应器内厌氧氨氧化海绵填料的体积占到一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)有效容积的3/8～3/4；将短程硝化污泥投加到短程SBR反应器(4)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～3000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)和第二进水泵(4.1)将城市污水分别抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)和短程硝化SBR反应器(4)；短程硝化SBR反应器(4)运行时，污泥龄控制在10～20d，每周期缺氧搅拌60～180min，再曝气搅拌90～150min并控制短程硝化SBR反应器(4)内溶解氧浓度为0.3～1mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为40％～70％，出水排入调节水箱(3)；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)运行时，厌氧氨氧化菌主要在海绵填料上附着生长，反硝化聚磷菌则主要在反应器内悬浮生长，每周期先厌氧搅拌90～180min，再启动第三进水泵(2.8)将短程硝化SBR反应器(4)出水由调节水箱(3)抽入一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)，并缺氧搅拌90～240min，沉淀排水，排水比为40～70％，出水排入出水水箱(5)；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)运行时，通过调整第三进水泵(2.8)运行时间，将一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)中NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.5～2.0；当NO₂ ^--N∶NH₄ ⁺-N质量浓度比小于1.5时，增加第三进水泵(2.8)的运行时间，当两者质量浓度比大于2.0时，减少第三进水泵(2.8)的运行时间；

一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)运行时需排泥，使一体化厌氧氨氧化反硝化除磷SBBR反应器(2)内悬浮活性污泥浓度维持在2000～2500mg/L范围内。