CN104944581B

CN104944581B - 单级sbr实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法

Info

Publication number: CN104944581B
Application number: CN201510351657.7A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 赵骥; 王晓霞; 王淑莹
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: CN104944581A

Abstract

单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反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。城市污水抽入到反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器内，厌氧搅拌60～180min；启动将部分反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器出水从出水水箱内回流至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器，缺氧搅拌120～240min；此后，低氧曝气搅拌180～300min，沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱；反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器运行时需排泥，使反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器内污泥浓度维持在2500～4000mg/L。该方法在实现同步脱氮除磷的同时，高效的利用了原水中的有机碳源，节省了曝气量，且减少了剩余污泥的排放量。

Description

单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反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，尤其涉及单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法。

背景技术

污水的脱氮除磷一直是污水研究领域的热点，现有污水处理工艺的研究也正在朝着高效、低能耗的方向发展。短程硝化实现了高效的氨氮转化，且内源反硝化过程不需要有机碳源，不需要投加酸碱中和试剂。反硝化除磷技术实现了脱氮和除磷过程的统一，而以往的污水脱氮除磷技术，如A2O，存在着除磷效果不佳或脱氮不充分的问题。

传统的生物脱氮技术一般采用硝化反硝化工艺，即通过硝化菌在好氧条件下将氨氮氧化成硝态氮，然后再通过反硝化菌在缺氧环境下利用有机物将硝态氮还原成氮气。传统硝化反硝化工艺的局限性在于需要有机物作为反硝化过程中完成硝酸盐还原的电子供体。但是，我国城市污水处理厂的进水碳氮比普遍较低，碳源的缺乏称为脱氮除磷效率无法提高的瓶颈，而外加碳源又会大幅度增加污水处理费用。

因此，急需研发低碳氮比城市污水高效节能同步脱氮除磷的工艺。本发明通过创造对氨氧化菌、反硝化聚磷菌和反硝化聚糖菌有利的微生态环境，实现了几种菌在脱氮除磷过程中的协同作用。通过短程硝化同步内源反硝化，可实现低碳氮比城市污水中氨氮的高效、稳定去除，显著地降低了曝气量和有机碳源；通过反硝化除磷，可更有效地利用污水中的碳源和短程硝化过程产生的亚硝态氮，解决了反硝化和除磷对碳源的竞争矛盾；本发明工艺流程简单，可实现高效的脱氮除磷，是具有前景的废水厌氧、缺氧、好氧处理研究方向，也是一种新的脱氮除磷思路。

发明内容

本发明的目的就是提供一种单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法，实现低碳氮比城市污水高效节能同步脱氮除磷，解决传统脱氮除磷工艺中存在碳源不足、脱氮和除磷不能同时达到最佳等问题，工艺流程简单，运行费用低。该发明结合了反硝化除磷、短程硝化和内源反硝化所具有的优点，可实现高效、低能耗的低碳氮比城市污水处理。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的装置，其特征在于，包括城市污水原水水箱1、反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2、出水水箱3、在线监测和反馈控制系统4；其中所述城市污水原水水箱1通过第一进水泵2.1与反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2相连接，反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2通过电动排水阀2.10与出水水箱3相连接，出水水箱3通过第二进水泵2.2与反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2相连接；

所述反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器内置有搅拌桨2.4、气泵2.5、气体流量计2.7、曝气头2.8、电动排水阀2.10、采样口2.9、pH传感器2.14、DO传感器2.13、ORP传感器2.15；

所述在线监测和反馈控制系统4包括计算机4.1和可编程过程控制器4.2，可编程过程控制器4.2内置信号转换器DA转换接口4.3、信号转换器AD转换接口4.4、曝气继电器4.5、搅拌继电器4.6、pH、DO、ORP数据信号接口4.7；其中，可编程过程控制器4.2上的信号AD转换接口4.4通过电缆线与计算机4.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机4.1；计算机4.1通过信号转换器DA4.3转换接口与可编程过程控制器相4.2相连接，计算机4.1的数字指令传递给可编程过程控制器4.2，曝气继电器4.5与电磁阀2.6相连接，搅拌器继电器4.6与搅拌器2.3相连接，pH、DO、ORP数据信号接口4.7通过传感器导线与pH、DO、ORP测定仪2.12相连接；pH传感器2.13、DO传感器2.14、ORP传感器2.15分别与pH、DO、ORP测定仪2.12相连接。

污水在此装置中的处理流程为：城市污水进入反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2后，先进行厌氧搅拌，DPB进行厌氧释磷，DGAOs吸收污水中的有机物转化为内碳源并储存至细胞内；之后，含有亚硝态氮的部分反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2上一运行周期的出水由出水水箱3回流至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2，并进行缺氧搅拌，DPB在过量吸磷的同时将亚硝态氮还原为氮气；此后，进行低氧曝气搅拌，AOB将氨氮氧化成亚硝态氮，同时DGAOs利用储存的内碳源进行内源反硝化脱氮将亚硝态氮进一步还原为氮气；最后，进行沉淀排水，部分出水回流至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2下一周期的缺氧搅拌段，部分出水直接排放。

本发明还提供了单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反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：

将短程硝化反硝化污泥投加至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器内，使接种后反应器内污泥浓度达到2000～4000mg/L；

2)运行时调节操作如下：

将城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵2.1将城市污水抽入到反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2内，厌氧搅拌60～180min；启动第二进水泵2.2将部分反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器出水从出水水箱3内回流至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2，回流体积是排水体积的0.25～0.75，缺氧搅拌120～240min；此后，低氧曝气搅拌180～300min，沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱3；低氧曝气搅拌是指搅拌过程中控制DO浓度为0.3～0.5mg/L；反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2运行时需排泥，使反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2内污泥浓度维持在2500～4000mg/L。

本发明的单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法，具有以下优点：

1)有效地将反硝化除磷、短程硝化内源反硝化耦合应用于低碳城市污水的脱氮除磷过程中。短程硝化为内源反硝化提供电子受体，出水的部分硝化产物内回流后在反硝化除磷过程中实现了有效的去除，而且内源反硝化和反硝化除磷产生的碱度有效地平衡了短程硝化消耗的碱度；

2)通过短程硝化内源反硝化和反硝化除磷两者的耦合，实现两者功能的合作与统一，实现COD、PO₄ ^3--P、NO₂ ^--N和NH₄ ⁺-N的高效去除，是很有探索意义的污水处理研究方向；

3)利用反硝化聚磷菌厌氧释磷、合成PHAs的特点，最大程度地利用了原水中的有机碳源，避免了外碳源的投加，且反硝化除磷无需氧气、具有“一碳两用”的特点，同时具备脱氮和除磷的作用；

4)短程硝化菌为自养菌，以CO₂为无机碳源；短程硝化相对于全程硝化可节约25％的曝气量和40％的碳源；本工艺运行时有机碳源参与较少，可大大降低剩余污泥的排放，降低处理费用。

附图说明

图1为本发明单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水装置的结构示意图。

图中1为污水原水水箱，2为反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器，3为出水水箱，4为在线监测和反馈控制系统；1.1为进水管，1.2为排空管；2.1为第一进水泵，2.2为第二进水泵，2.3为搅拌器，2.4为搅拌桨，2.5为气泵，2.6为电磁阀，2.7为气体流量计，2.8为曝气头，2.9为取样口，2.10为电动排水阀，2.11为排泥管，2.12为pH、DO、ORP测定仪，2.13为DO传感器，2.14为pH传感器，2.15为ORP传感器；3.1为排水管；4.1为计算机，4.2为可编程过程控制器，4.3为信号转换器DA转换接口，4.4为信号转换器AD转换接口，4.5为曝气继电器，4.6为搅拌器继电器，4.7为pH、DO、ORP数据信号接口。

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所示单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的装置，包括城市污水原水水箱1、反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2、出水水箱3、在线监测和反馈控制系统4；其中所述城市污水原水水箱1通过第一进水泵2.1与反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2相连接，反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2通过电动排水阀2.10与出水水箱3相连接，出水水箱3通过第二进水泵2.2与反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2相连接；

所述在线监测和反馈控制系统4包括计算机4.1和可编程过程控制器4.2，可编程过程控制器4.2内置信号转换器DA转换接口4.3、信号转换器AD转换接口4.4、曝气继电器4.5、搅拌继电器4.6、pH、DO、ORP数据信号接口4.7；其中，可编程过程控制器4.2上的信号AD转换接口4.4通过电缆线与计算机4.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机4.1；计算机4.1通过信号转换器DA转换接口4.3与可编程过程控制器4.2相连接，计算机4.1的数字指令传递给可编程过程控制器4.2，曝气继电器4.5与电磁阀2.6相连接，搅拌器继电器4.6与搅拌器2.3相连接，pH、DO、ORP数据信号接口4.7通过传感器导线与pH、DO、ORP测定仪2.12相连接；pH传感器2.13、DO传感器2.14、ORP传感器2.15分别与pH、DO、ORP测定仪2.12相连接。

试验过程中，试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180～220mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为45～65mg/L，NO₂ ^--N浓度<0.5mg/L，NO₃ ^--N浓度<0.5mg/L，P浓度为2～4mg/L，pH为7.3～7.6。试验系统如图1所示，反应器采用有机玻璃制作，反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2有效容积为10L。

具体运行操作如下：

1)系统启动：

将短程硝化反硝化污泥投加至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器内，使接种后反应器内污泥浓度达到3300mg/L；

2)运行时调节操作如下：

将城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵2.1将2L城市污水抽入到反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2内，厌氧搅拌120min，启动第二进水泵2.2将2L反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器出水从出水水箱3内回流至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2，回流体积是排水体积的0.25～0.75，缺氧搅拌120min，此后，低氧曝气搅拌240min，并控制DO浓度为0.3～0.5mg/L；最后，沉淀排水，排水比为0.4，出水排入出水水箱3；反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2运行时需排泥，使反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器2内污泥浓度维持在3000mg/L左右。

试验结果表明：运行稳定后，反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器出水COD浓度为25～35mg/L，NH₄ ⁺-N浓度<2mg/L，NO₂ ^--N为8～10mg/L，NO₃ ^--N<1mg/L，P<0.5mg/L，TN低于12mg/L，达到一级A排放标准。

Claims

1.单级SBR实现反硝化除磷耦合短程内源反硝化处理低碳城市污水的方法，应用如下装置，该装置包括城市污水原水水箱(1)、反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)、出水水箱(3)、在线监测和反馈控制系统(4)；其中所述城市污水原水水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)相连接，反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)通过电动排水阀(2.10)与出水水箱(3)相连接，出水水箱(3)通过第二进水泵(2.2)与反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)相连；

所述反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器内置有搅拌桨(2.4)、气泵(2.5)、气体流量计(2.7)、曝气头(2.8)、电动排水阀(2.10)、采样口(2.9)、pH传感器(2.14)、DO传感器(2.13)和ORP传感器(2.15)；

所述在线监测和反馈控制系统(4)包括计算机(4.1)和可编程过程控制器(4.2)，可编程过程控制器(4.2)内置信号转换器DA转换接口(4.3)、信号转换器AD转换接口(4.4)、曝气继电器(4.5)、搅拌继电器(4.6)、pH、DO、ORP数据信号接口(4.7)；其中，可编程过程控制器(4.2)上的信号AD转换接口(4.4)通过电缆线与计算机(4.1)相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(4.1)；计算机(4.1)通过信号转换器DA转换接口(4.3)与可编程过程控制器(4.2)相连接，计算机(4.1)的数字指令传递给可编程过程控制器(4.2)，曝气继电器(4.5)与电磁阀(2.6)相连接，搅拌器继电器(4.6)与搅拌器(2.3)相连接，pH、DO、ORP数据信号接口(4.7)通过传感器导线与pH、DO、ORP测定仪(2.12)相连接；pH传感器(2.13)、DO传感器(2.14)、ORP传感器(2.15)分别与pH、DO、ORP测定仪(2.12)相连接；

其特征在于，包括以下步骤：

1)系统启动：

2)运行时调节操作如下：

将城市污水加入城市污水原水水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)将城市污水抽入到反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)内，厌氧搅拌60～180min；启动第二进水泵(2.2)将部分反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器出水从出水水箱(3)内回流至反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)，回流体积是排水体积的0.25～0.75，缺氧搅拌120～240min；此后，低氧曝气搅拌180～300min，沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱(3)；低氧曝气搅拌是指搅拌过程中控制DO浓度为0.3～0.5mg/L；反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)运行时需排泥，使反硝化除磷耦合短程内源反硝化SBR反应器(2)内污泥浓度维持在2500～4000mg/L。