CN105776538B - 单级sbbr短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法 - Google Patents

单级sbbr短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法 Download PDF

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Abstract

单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法，属于污水生物处理领域。生活污水通过进水泵进入短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化反应器。在短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化反应器中，聚磷菌充分利用原水中的有机碳源厌氧释磷；氨氧化菌将原水中部分的NH4 +‑N转变为NO2 ‑‑N，其中一部分NO2 ‑‑N与原水中剩余的NH4 +‑N经厌氧氨氧化作用实现自养脱氮，另一部分NO2 ‑‑N及厌氧氨氧化作用产生的少量NO3 ‑‑N被反硝化聚磷菌利用实现同步深度脱氮除磷。该方法将短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷耦合应用于生活污水生物处理中，可在能源节约、碳源充分利用的基础上，实现生活污水的同步深度脱氮除磷。

Description

单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳 生活污水的装置与方法
技术领域
本发明涉及的单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法，属于污水生物处理技术领域，是一种强化低碳的城市生活污水同步深度脱氮除磷的试验装置和方法。
背景技术
污水的脱氮除磷一直是污水研究领域的热点，随着氮磷等营养元素引发的水体富营养化现象日益严重，水体排放标准日趋严格，现有污水处理工艺的研究也正迫切的朝着高效、低能耗的方向发展。
由于现行的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：硝化菌与聚磷菌对溶解氧DO的竞争；反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，使得生活污水同步脱氮除磷很难有效实现。另外，国内95％的污水厂出水中氮和磷的排放都难以达到城镇污水国家一级A排放标准。这些矛盾和问题在处理碳、氮、磷比例失调的生活污水(尤其是我国南方地区)时变得尤为突出，碳源不足已成为现行传统生活污水脱氮除磷工艺时的“瓶颈”。
一体化厌氧氨氧化技术将短程硝化与厌氧氨氧化有机结合，实现了最短及高效的氨氮转换为氮气的路径，且全程为自养脱氮，节省了有机碳源和曝气量；厌氧氨氧化产生的碱度能有效补偿短程硝化消耗的碱度，节省了中和试剂。在一体化厌氧氨氧化技术中，厌氧氨氧化菌以生物膜形式存在，短程硝化菌以絮体形式存在，以实现生物相的分离；采用低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替运行方式，有利于实现稳定的短程硝化和厌氧氨氧化。
反硝化除磷技术，通过利用内碳源PHA，以“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和除磷。反硝化除磷技术很好地解决了传统工艺中因碳源不足引起的氮磷去除不稳定的问题，且与传统的脱氮除磷工艺相比，不仅能节省50％的碳源，30％的曝气量，亦能减少50％的污泥产量。
单级SBBR实现生活污水短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方法是在一个SBBR内实现了一体化厌氧氨氧化技术与反硝化除磷技术的有机结合，是一种新的脱氮除磷思路。本发明通过创造对短程硝化菌、厌氧氨氧化菌以及反硝化聚磷菌等主要功能菌有利的微生态环境，实现三种菌在脱氮除磷方面的协同耦合作用；通过氨氧化菌将原水中部分的NH4 +-N转变为NO2 --N，其中一部分NO2 --N与原水中剩余的NH4 +-N经厌氧氨氧化菌作用，实现低碳生活污水的自养脱氮；另一部分NO2 --N以及厌氧氨氧化过程产生的少量NO3 --N被聚磷菌利用，使得反硝化和除磷同时发生，实现“一碳两用”，解决了反硝化菌与聚磷菌对碳源竞争的矛盾。本发明不但工艺流程简单，还同时具有了短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷等各自的优势，是一种高效、低能耗的新型污水脱氮除磷工艺。
发明内容
本发明的目的就是提供一种短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置和方法，实现生活污水高效、低能耗的脱氮除磷。将短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷技术耦合应用到生活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：单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法，其特征在于，包括生活污水原水箱(1)、短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)、出水水箱(3)、以及在线监测和反馈控制系统(4)；其中所述生活污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)相连接；短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)排水电动阀(2.7)与出水水箱(3)相连接；
所述短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内置有搅拌浆(2.3)、第一采样口(2.4)、第二采样口(2.5)、排泥电动阀(2.6)、排水电动阀(2.7)、气泵(2.8)、气体流量计(2.10)、曝气头(2.11)、pH传感器(2.13)、DO传感器(2.14)；
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)、pH和DO数据信号接口(4.5)、搅拌继电器(4.6)、曝气继电器(4.7)、进水泵继电器(4.8)、排泥电动阀继电器(4.9)、排水电动阀继电器(4.10)；其中，可编程过程控制器(4.2)上的信号转换器AD转换接口(4.3)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(4.4)与可编程过程控制器(4.2)相连接，将计算机(4.1)的数字指令传递给可编程过程控制器(4.2)；pH和DO数据信号接口(4.5)通过传感器导线与pH和DO测定仪(2.12)相连接；搅拌继电器(4.6)与搅拌器(2.2)相连接；曝气继电器(4.7)与电磁阀(2.9)相连接；进水泵继电器(4.8)与进水泵(2.1)相连接；排泥电动阀继电器(4.9)与排泥电动阀(2.6)相连接；排水电动阀继电器(4.10)与排水电动阀(2.7)相连接；
污水在此装置中的处理流程为：生活污水通过进水泵(2.1)由生活污水原水箱1抽入短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内；在短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，缺氧搅拌阶段，聚磷菌充分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；低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替阶段，氨氧化菌将原水中部分的NH4+-N转变为NO2 --N；一部分NO2 --N与原水中剩余的NH4 +-N经厌氧氨氧化菌作用转化成N2和少量NO3 --N，另一部分NO2 --N以及厌氧氨氧化产生的少量NO3 --N经反硝化聚磷菌作用，利用体内存的内碳源，进行反硝化除磷，出水通过排水电动阀(2.7)排出。
本发明还提供了一种短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的方法，其具体的启动和操作步骤如下：
1)系统启动：将短程硝化污泥和反硝化除磷污泥按质量比2:1混合后投加至短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，使反应器内污泥浓度达到3000～3500mg/L，将长有厌氧氨氧化菌的海绵填料投加到短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，厌氧氨氧化菌海绵填料的表观体积占到短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)有效容积的1/3～2/3，使得短程氨氧化速率与厌氧氨氧化速率比为1.3～2.0(其中海绵填料规格为1.5cm×1.5cm×1.5cm)；
2)运行时调节操作：
将生活污水加入生活污水原水箱(1)，启动进水泵(2.1)将生活污水抽入短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内。
短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)运行时，每周期先厌氧搅拌60～150min，当厌氧搅拌pH值曲线出现拐点时，停止厌氧搅拌，再低氧曝气搅拌30～60min，并通过在线监测和反馈控制系统(6)控制短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内DO浓度为0.3～0.5mg/L，而后缺氧搅拌30～90min，此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅拌时NH4 +-N浓度＜5mg/L时，停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌直至P浓度＜0.5mg/L，沉淀排水，排水比为50～70％，出水排入出水水箱(3)，排水结束静置10min后进入下一周期；此处的低氧曝气，均指DO浓度为0.3～0.5mg/L；
短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)运行时需排泥，污泥龄控制在10～15d，使短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内污泥浓度维持在3000～3500mg/L范围内；
本发明的单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法，具有以下优点：
1)在一个SBBR反应器内将短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷技术耦合应用于低碳生活污水的脱氮除磷过程中，短程硝化、厌氧氨氧化技术实现了最短及高效的NH4 +-N转换为N2的技术路径，最大程度的节省碳源和能耗。
2)反硝化除磷技术充分利用原水中的碳源，以“一碳两用”的方式实现了脱氮和除磷过程的统一，并回收利用了厌氧氨氧化过程中产生的NO3 --N。
3)首次提出在短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器内混合添加厌氧氨氧化菌的生物膜-海绵填料和短程硝化、反硝化聚磷菌的絮体的方法，实现了厌氧氨氧化菌和短程硝化菌、反硝化除磷菌的分离。
4)采用低氧搅拌和缺氧搅拌交替，低污泥龄的运行方式，同时结合在线监测和实时控制技术，有利于短程硝化菌，厌氧氨氧化菌和反硝化除磷菌三者稳定的协同耦合作用，并解决了传统脱氮除磷过程中存在的溶解氧、碳源等方面的矛盾。
5)本发明工艺流程简单，基建费用低，运行管理方便，脱氮除磷效果稳定。
附图说明
图1为本发明单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水装置的结构示意图。
图中1为生活污水原水箱；2为短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器；3为出水水箱；4为在线监测和反馈控制系统；1.1为第一溢流管；1.2为第一放空管；2.1为进水泵；2.2为搅拌器；2.3为搅拌桨；2.4为第一采样口；2.5为第二采样口；2.6为排泥电动阀；2.7为排水电动阀；2.8为气泵；2.9为电磁阀；2.10为气体流量计；2.11为曝气头；2.12为pH/DO仪；2.13为pH探头；2.14为DO探头；3.1为第二溢流管；3.2为第二放空管；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AD转换接口；4.4为信号转换器DA转换接口；4.5为pH和DO数据信号接口；4.6为搅拌继电器；4.7为曝气继电器；4.8为进水泵继电器；4.9为排泥电动阀继电器；4.10为排水电动阀继电器；
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SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的装置与方法，其特征在于，包括生活污水原水箱(1)、短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)、出水水箱(3)、以及在线监测和反馈控制系统(4)；其中所述生活污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)相连接；短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)排水电动阀(2.7)与出水水箱(3)相连接；
所述短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内置有搅拌浆(2.3)、第一采样口(2.4)、第二采样口(2.5)、排泥电动阀(2.6)、排水电动阀(2.7)、气泵(2.8)、气体流量计(2.10)、曝气头(2.11)、pH传感器(2.13)、DO传感器(2.14)；
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)、pH和DO数据信号接口(4.5)、搅拌继电器(4.6)、曝气继电器(4.7)、进水泵继电器(4.8)、排泥电动阀继电器(4.9)、排水电动阀继电器(4.10)；其中，可编程过程控制器(4.2)上的信号转换器AD转换接口(4.3)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(4.4)与可编程过程控制器(4.2)相连接，将计算机(4.1)的数字指令传递给可编程过程控制器(4.2)；pH和DO数据信号接口(4.5)通过传感器导线与pH和DO测定仪(2.12)相连接；搅拌继电器(4.6)与搅拌器(2.2)相连接；曝气继电器(4.7)与电磁阀(2.9)相连接；进水泵继电器(4.8)与进水泵(2.1)相连接；排泥电动阀继电器(4.9)与排泥电动阀(2.6)相连接；排水电动阀继电器(4.10)与排水电动阀(2.7)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，短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器2有效容积为10L。
具体运行操作如下：
1)系统启动：将短程硝化污泥和反硝化除磷污泥按质量比2:1混合后投加至短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，使反应器内污泥浓度维持在3000～3500mg/L，将长有厌氧氨氧化菌的海绵填料投加到短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，厌氧氨氧化菌海绵填料的表观体积占到短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)有效容积的1/2，使得短程氨氧化速率与厌氧氨氧化速率比为1.5(其中海绵填料规格为1.5cm×1.5cm×1.5cm)；
2)运行时调节操作：
将生活污水加入生活污水原水箱(1)，启动进水泵(2.1)将生活污水抽入短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内。
短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)运行时，每周期先厌氧搅拌60～150min，当厌氧搅拌pH值曲线出现拐点时，停止厌氧搅拌，再低氧曝气搅拌45min，并通过在线监测和反馈控制系统(6)控制短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内DO浓度为0.3～0.5mg/L，而后缺氧搅拌50min，此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅拌时NH4 +-N浓度＜5mg/L时，停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌直至P浓度＜0.5mg/L，沉淀排水，排水比为50％，出水排入出水水箱(3)，排水结束静置10min后进入下一周期；此处的低氧曝气，均指DO浓度为0.3～0.5mg/L；
短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)运行时需排泥，污泥龄为15d，使短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内污泥浓度维持在3000～3500mg/L范围内；
试验结果表明：短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器出水COD浓度为10～30mg/L，NH4 +-N浓度为＜5mg/L，NO2 --N为＜2mg/L，NO3 --N＜1mg/L，P＜0.5mg/L，满足城镇污水国家一级A排放标准。

Claims (1)

1.单级SBBR短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化处理低碳生活污水的方法，应用以下装置，该装置包括生活污水原水箱(1)、短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)、出水水箱(3)、以及在线监测和反馈控制系统(4)；其中所述生活污水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)相连接；短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)排水电动阀(2.7)与出水水箱(3)相连接；
所述短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内置有搅拌浆(2.3)、第一采样口(2.4)、第二采样口(2.5)、排泥电动阀(2.6)、排水电动阀(2.7)、气泵(2.8)、气体流量计(2.10)、曝气头(2.11)、pH传感器(2.13)、DO传感器(2.14)；
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)、pH和DO数据信号接口(4.5)、搅拌继电器(4.6)、曝气继电器(4.7)、进水泵继电器(4.8)、排泥电动阀继电器(4.9)、排水电动阀继电器(4.10)；其中，可编程过程控制器(4.2)上的信号转换器AD转换接口(4.3)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(4.4)与可编程过程控制器(4.2)相连接，将计算机(4.1)的数字指令传递给可编程过程控制器(4.2)；pH和DO数据信号接口(4.5)通过传感器导线与pH和DO测定仪(2.12)相连接；搅拌继电器(4.6)与搅拌器(2.2)相连接；曝气继电器(4.7)与电磁阀(2.9)相连接；进水泵继电器(4.8)与进水泵(2.1)相连接；排泥电动阀继电器(4.9)与排泥电动阀(2.6)相连接；排水电动阀继电器(4.10)与排水电动阀(2.7)相连接；
其特征在于，包括以下步骤：
1)系统启动：将短程硝化污泥和反硝化除磷污泥按质量比2:1混合后投加至短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，使反应器内污泥浓度达到3000～3500mg/L，将长有厌氧氨氧化菌的海绵填料投加到短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内，厌氧氨氧化菌海绵填料的表观体积占到短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)有效容积的1/3～2/3，使得短程氨氧化速率与厌氧氨氧化速率比为1.3～2.0；
2)运行时调节操作：
将生活污水加入生活污水原水箱(1)，启动进水泵(2.1)将生活污水抽入短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内；
短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)运行时，每周期先厌氧搅拌60～150min，当厌氧搅拌pH值曲线出现拐点时，停止厌氧搅拌，再低氧曝气搅拌30～60min，并通过在线监测和反馈控制系统(6)控制短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内DO浓度为0.3～0.5mg/L，而后缺氧搅拌30～90min，此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅拌时NH4 +-N浓度＜5mg/L时，停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌直至P浓度＜0.5mg/L，沉淀排水，排水比为50～70％，出水排入出水水箱(3)，排水结束静置10min后进入下一周期；此处的低氧曝气，均指DO浓度为0.3～0.5mg/L；
短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)运行时需排泥，污泥龄控制在10～15d，使短程同步硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化SBBR反应器(2)内污泥浓度维持在3000～3500mg/L范围内。
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