CN105347476B - 一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法 - Google Patents

一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法，属于市政污水处理技术领域。其装置主要由一个厌氧/缺氧(A2SBR)和一个短程硝化反应器(N‑SBR)组成；方法为：原水首先进入A2SBR反应器，PAO在厌氧条件下分解多聚磷酸盐和糖原，提供能量吸收污水中的外碳源并转化成PHA贮存在体内，同时释磷；然后静沉排水，富含氨氮的上清液进入N‑SBR反应器，通过基于pH和DO的实时控制策略维持短程硝化，短程硝化完成后，硝化液再次回流到A2SBR反应器进行缺氧段的短程反硝化除磷和厌氧氨氧化反应，反应结束后出水达标排放。本发明结合短程反硝化除磷和厌氧氨氧化两者优势，节省碳源和能源，实现低C/N比生活污水深度脱氮。

Description

一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法，属于污水生物处理技术领域，适用于城市市政污水、分散型农村生活污水、富含氨氮的工业废水等处理领域。
背景技术
厌氧氨氧化机理是在厌氧的条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝态氮和氨氮作为底物，将其分解转化为氮气和硝态氮，从而实现将氮元素从水中脱除的目的。与传统硝化-反硝化脱氮技术相比，以厌氧氨氧化为核心的全程自养脱氮技术具有明显的优势：厌氧氨氧化菌是化能自养菌，以无机碳作为碳源，因此可节省100％的外加碳源，可大大减少污水处理工程的运行费用；同时，硝化过程中只需将约50％的氨氮氧化至亚硝酸盐氮，需氧量和供氧能耗大幅下降；此外，厌氧氨氧化反应过程中仅产生硝态氮和氮气，没有氧化亚氮的生成，减少温室气体氧化亚氮的排放，因此没有二次污染；最后厌氧氨氧化脱氮效率和去除负荷较高，且污泥产量少，节省了污泥处理费用。由此可见，厌氧氨氧化技术是一种新型的低能耗、高效率、环境友好型的自养脱氮技术。
反硝化除磷机理是反硝化聚磷菌在厌氧条件下利用原水中VFAs合成内碳源PHA，而在缺氧条件下，以硝酸盐为电子受体氧化分解体内的PHA完成过量吸磷反应，可节省50％的COD耗量，30％的氧气耗量，减少50％的污泥产量，适合我国低C/N比城市生活污水现状。
本发明将反硝化除磷技术和厌氧氨氧化技术耦合，并通过短程硝化进一步节省碳源和能源，并通过基于pH和DO的实时控制策略，对SBR反应时序的灵活控制，实现深度脱氮除磷。
发明内容
本发明提供的是一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法，此发明解决了传统生物法能耗高、处理效率低、产生二次污染等问题，充分利用反硝化除磷技术和厌氧氨氧化技术的优势，实现氮磷的同步深度去除。
一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置，其特征在于：包括A2SBR反应器(5)、N-SBR反应器(11)、原水水箱(1)、中间水箱(8)和回流水箱(7)；A2SBR反应器(5)内含有材质为聚氨酯泡沫的生物填料(4)，填充率为30％-40％，该填料相关的特征参数为：尺寸为20-50mm的立方体，密度为0.23～0.24g/cm3，空隙率为92～94％；N-SBR内含有富集培养的短程硝化细菌(AOB)；其中原水水箱(1)通过A2SBR进水泵(2)与A2SBR反应器(5)连接，A2SBR安装搅拌器(3)，并通过中间水箱(8)和N-SBR进水泵(9)与N-SBR反应器(11)连接；N-SBR反应器(11)安装有pH(12)、DO(13)探头、曝气头(14)和曝气泵(10)，并通过回流水箱(7)和回流泵(6)与A2SBR反应器(5)连接。
本发明提供的是一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原水通过A2SBR进水泵(2)进入A2SBR反应器(5)，进水结束后，开启搅拌器(3)，进行厌氧释磷和储存内碳源反应，充水比为0.7，反应时间为1.5h，控制DO≤0.02mg/L，污泥龄为9天，厌氧反应结束后排水，排水比为0.7，富含氨氮的上清液进入中间水箱(8)。
2)N-SBR反应器(11)通过N-SBR进水泵(9)将中间水箱(8)的水抽入其反应器，进水结束后，开启曝气泵(10)并通过DO探头(13)控制DO在0.5～0.7mg/L，通过pH探头(12)监测pH变化曲线上的“氨谷”点来确定反应结束终点(即pH变化曲线上的拐点作为反应结束终点的指示点)，同时通过每天排泥，控制污泥龄为12天，将NOB从系统中淘洗出去，实现并维持稳定的短程硝化。N-SBR反应器(11)短程硝化完成后，静止沉淀并将上清液排到回流水箱(7)，排水比为0.7。
3)A2SBR反应器(5)通过回流泵(6)将N-SBR反应器(11)的出水从回流水箱(7)中回流至反应器中，回流比为0.7，硝化液回流至A2SBR反应器后，A2SBR反应器(5)中絮体污泥中的聚磷菌利用回流液含有的亚硝态氮和厌氧阶段储存的内碳源PHA，进行缺氧阶段的短程反硝化除磷反应，同时海绵生物填料(4)上附着的厌氧氨氧化菌利用回流液中的亚硝态氮和A2NSBR厌氧搅拌结束后沉淀污泥中含有的氨氮进行厌氧氨氧化反应，反应时间为4h，反应结束后出水排放，同时排放含磷的剩余污泥，控制A2SBR反应器(5)污泥龄为9天，污泥浓度3000-3500mg/L。
4)系统中的氮主要通过A2SBR反应器中的厌氧氨氧化反应和短程反硝化除磷途径去除；系统中的磷主要通过A2SBR反应器的短程反硝化除磷途径去除，并最终以剩余污泥的形式排出系统。
本发明提供的是一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，具有以下5个优点：
(1)节省需氧量，节省碳源，大大降低反应所需成本。
(2)污泥产量很低，节省污泥处理费用。
(3)本工艺属于双污泥系统，可以创造适合反硝化聚磷菌、厌氧氨氧化菌和短程硝化菌生长的最佳条件，使得系统性能达到最佳。
(4)通过基于pH和DO的实时控制策略，可以实现并稳定维持短程硝化。
(5)解决了传统生物处理法效率不高的问题，实现同步深度脱氮除磷。
附图说明
图1为一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置图，图2为一个周期的运行时序图
图1中：1-原水水箱，2-A2SBR进水泵，3-搅拌器，4-海绵生物填料，5-A2SBR反应器，6-回流泵，7-回流水箱，8-中间水箱，9-N-SBR进水泵，10-曝气泵，11-N-SBR反应器，12-pH(11)，13-DO探头，14-曝气头。
具体实施方式
结合图1、2详细说明本发明的实施方案
1)原水通过A2SBR进水泵(2)进入A2SBR反应器(5)，进水结束后，开启搅拌器(3)，进行厌氧释磷和储存内碳源反应，充水比为0.7，反应时间为1.5h，控制DO≤0.02mg/L，污泥龄为9天，厌氧反应结束后排水，排水比为0.7，富含氨氮的上清液进入中间水箱(8)，此阶段COD大部分被去除。
2)N-SBR反应器(11)通过N-SBR进水泵(9)将中间水箱(8)的水抽入其反应器，进水结束后，开启曝气泵(10)并通过DO探头(13)控制DO在0.5～0.7mg/L，通过pH探头(12)监测pH变化曲线上的“氨谷”点来确定反应结束终点(即pH变化曲线上的拐点作为反应结束终点的指示点)，同时通过每天排泥，控制污泥龄为12天，将NOB从系统中淘洗出去，实现并维持稳定的短程硝化。N-SBR反应器(11)短程硝化完成后，静止沉淀并将上清液排到回流水箱(7)，排水比为0.7。此阶段进入N-SBR的氨氮完全被去除，亚硝积累率高于95％。
3)A2SBR反应器(5)通过回流泵(6)将N-SBR反应器(11)的出水从回流水箱(7)中回流至反应器中，回流比为0.7，硝化液回流至A2SBR反应器后，A2SBR反应器(5)中絮体污泥中的聚磷菌利用回流液含有的亚硝态氮和厌氧阶段储存的内碳源PHA，进行缺氧阶段的短程反硝化除磷反应，同时在填充率为30％的生物填料(4)上附着的厌氧氨氧化菌利用回流液中的亚硝态氮和A2NSBR厌氧搅拌结束后沉淀污泥中含有的氨氮进行厌氧氨氧化反应，反应时间为4h，反应结束后出水TN≤5mg/L，磷酸盐≤0.5mg/L，出水排放，同时排放含磷的剩余污泥，控制A2SBR反应器(5)污泥龄为9天，污泥浓度3000-3500mg/L。该填料相关的特征参数为：材质为聚氨酯泡沫，尺寸为20mm的立方体，密度为0.23～0.24g/cm3，空隙率为92～94％；
4)在该系统中，氮主要通过A2SBR反应器中的厌氧氨氧化反应和短程反硝化除磷途径去除；系统中的磷主要通过A2SBR反应器的短程反硝化除磷途径去除，并最终以剩余污泥的形式排出系统。
以北京某高校家属区化粪池废水为处理对象，考察了此系统的脱氮除磷性能。实验期间进出水水质和运行参数如下(平均值)：
项目名称 COD(mg/L) NH3-N(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L)
进水水质 198.6 68.39 55.69 4.35
出水水质 34.73 0.29 7.23 0.28
去除率(％) 82.51％ 99.58％ 87.02％ 93.56％
实验期间出水COD、NH3-N、TN、TP等技术指标均稳定达到国家一级A排放标准。
以上内容是结合具体的实验实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该领域技术人员更好地理解和应用本发明，不能认为本发明的具体实施只限于这些说明，因此该领域技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，应用以下装置，该装置包括A2SBR反应器(5)、N-SBR反应器(11)、原水水箱(1)、中间水箱(8)和回流水箱(7)；A2SBR反应器(5)内含有材质为聚氨酯泡沫的生物填料(4)，填充率为30％-40％，该填料相关的特征参数为：尺寸为20-50mm的立方体，密度为0.23～0.24g/cm3，空隙率为92～94％；其中原水水箱(1)通过A2SBR进水泵(2)与A2SBR反应器(5)连接，A2SBR安装搅拌器(3)，并通过中间水箱(8)和N-SBR进水泵(9)与N-SBR反应器(11)连接；N-SBR反应器(11)安装有pH(12)、DO(13)探头、曝气头(14)和曝气泵(10)，并通过回流水箱(7)和回流泵(6)与A2SBR反应器(5)连接；
其特征在于，包括以下步骤：
1)原水通过A2SBR进水泵(2)进入A2SBR反应器(5)，进水结束后，开启搅拌器(3)，进行厌氧释磷和储存内碳源反应，充水比为0.7，反应时间为1.5h，控制DO≤0.02mg/L，污泥龄为9天，厌氧反应结束后排水，排水比为0.7，富含氨氮的上清液进入中间水箱(8)；
2)N-SBR反应器(11)通过N-SBR进水泵(9)将中间水箱(8)的水抽入其反应器，进水结束后，开启曝气泵(10)并通过DO探头(13)控制DO在0.5～0.7mg/L，通过pH探头(12)监测pH变化曲线上的“氨谷”点来确定反应结束终点，即pH变化曲线上的拐点作为反应结束终点的指示点，同时通过每天排泥，控制污泥龄为12天，将NOB从系统中淘洗出去，实现并维持稳定的短程硝化；N-SBR反应器(11)短程硝化完成后，静止沉淀并将上清液排到回流水箱(7)，排水比为0.7；
3)A2SBR反应器(5)通过回流泵(6)将N-SBR反应器(11)的出水从回流水箱(7)中回流至反应器中，回流比为0.7，硝化液回流至A2SBR反应器后，进行反硝化除磷和厌氧氨氧化反应，反应时间为4h，反应结束后出水排放，同时排放含磷的剩余污泥，控制A2SBR反应器(5)污泥龄为9天，污泥浓度3000-3500mg/L。
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