CN105800784A - 基于deamox技术的改良uct分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法 - Google Patents

基于deamox技术的改良uct分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法。它通过有机物型反硝化氨氧化技术来解决普通低碳源城市污水处理工艺中高能耗、高碳源投加的技术问题。其装置主要包括城市污水原水箱、改良UCT分段进水装置和沉淀池。接种活性污泥启动活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺后，在第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器中接种Anammox菌海绵填料，通过调整各段进水比例、进水C/N和缺氧区实际水力停留时间，强化系统的反硝化氨氧化作用，进而实现低碳源城市污水的高效脱氮除磷。本发明节约了曝气能耗的同时，大大降低了有机碳源的投加量，同时减少了剩余污泥的处置费用。它属于污水生物处理技术领域。

Description

基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法
技术领域
本发明涉及基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法。
背景技术
传统生物脱氮的原理主要是基于好氧过程中硝化细菌将氨氮(NH4 +)氧化为亚硝酸盐氮(NO2 -)，之后氧化为硝酸盐氮(NO3 -)，同时反硝化细菌利用有机物作为碳源将NO3 -还原为氮气(N2)的过程；传统生物除磷的原理主要是利用聚磷菌在厌氧区吸收有机物释放体内的磷，随后在好氧区发生过量吸磷作用将水中的磷吸收至体内，从而达到将磷从水中脱除的目的。从生物脱氮和生物除磷的机理分析来看，生物脱氮工艺和生物除磷工艺中的功能微生物基本上都经历着包括厌氧、缺氧和好氧的三种状态，将两种工艺叠加也能够发挥两类微生物的脱氮除磷功能，不过生物脱氮和生物除磷均需要有机碳源，当原水有机碳源不足时，其中的功能微生物势必会针对有机碳源发生竞争，造成污水生物脱氮除磷效果的恶化。
反硝化氨氧化(Denitrifyingammoniumoxidation,DEAMOX)工艺是一种在厌氧氨氧化(Anaerobicammoniumoxidation,Anammox)工艺的基础上，耦合了短程反硝化和Anammox工艺形成的一种新型的生物脱氮工艺，它包括硫化物型DEAMOX和有机物型DEAMOX两类。对于普通低碳源的城市污水而言，采用有机物型DEAMOX工艺更为合适。它不仅减少了脱氮除磷对于原水有机碳源的需求量，而且短程反硝化过程的稳定和高效使有机物型DEAMOX工艺与普通短程硝化型自养脱氮工艺相比，能够取得更稳定的处理效果和更低的出水TN去除效果。改良UCT分段进水工艺具有良好的厌氧释磷单元和反硝化除磷单元，可充分利用低碳源城市污水中的有机物进行高效除磷，确保出水磷浓度的稳定达标。同时分段进水缺好氧交替的运行模式又便于实现系统的短程硝化，可进一步降低该工艺的曝气能耗和碳源投加。
因此，在改良UCT分段进水工艺中实现有机物型DEAMOX工艺，可充分利用低碳源城市污水中有限的原水碳源，同步稳定实现城市污水的高效脱氮除磷，进一步降低城市污水的处理费用，为未来城市污水处理厂的建设提供技术参考。
发明内容
本发明的目的是为了解决普通低碳源城市污水处理工艺中高能耗、高碳源投加的技术问题，提供基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法。
本发明基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置，包括依次连接的城市污水原水箱、厌氧反应器、第一段缺氧反应器、第一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第三段好氧反应器、沉淀池和出水管，以及从沉淀池底部回流到第一段缺氧反应器的污泥外回流管路和从第一段缺氧反应器回流到厌氧反应器的污泥内回流管路；
所述的厌氧反应器、第一段缺氧反应器、第一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器和第三段好氧反应器之间均采用带有连通管的隔板进行连通；所述的城市污水原水箱的上端设置进水管和溢流管，下端设有放空管；所述的城市污水原水箱通过进水泵和进水流量控制阀分别与厌氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器连接；所述的厌氧反应器、第一段缺氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器均设有搅拌器；所述的第一段好氧反应器、第二段好氧反应器和第三段好氧反应器的底部均设有曝气装置和DO传感器，曝气装置是由空气压缩机、空气转子流量计和黏砂块曝气头组成，DO传感器通过数据线与DO测定仪连接；所述的第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的内部均采用海绵填料进行填充；沉淀池与第三段好氧反应器通过管道连接，沉淀池内设有出水管，沉淀池底部通过回流污泥控制阀和污泥外回流泵与第一段缺氧反应器连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀排出系统；第一段缺氧反应器的污泥内回流管路上设置污泥内回流泵与厌氧反应器连通。
基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，按照以下步骤进行：
一、启动阶段——接种活性污泥
接种普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，接种后反应器内的活性污泥浓度为MLSS＝3000～4000mg/L，然后启动空气压缩机并打开空气转子流量计，对第一段好氧反应器、第二段好氧反应器和第三段好氧反应器进行曝气，维持溶解氧浓度DO＝3～5mg/L，同时打开厌氧反应器、第一段缺氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的搅拌器，进行混合闷曝若干小时；当混合液氨氮浓度NH4 +<5mg/L时，开始启动进水泵分三部分向厌氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器注入低碳源生活污水，同时打开污泥外回流泵和污泥内回流泵，并通过排放剩余污泥的方式控制污泥龄为15～20d；逐步提高进水负荷，富集硝化细菌、聚磷菌和反硝化细菌，提高细菌活性和丰度；当沉淀池出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L时，则活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺的启动已经完成；
二、启动阶段——接种Anammox菌海绵填料
当活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺启动完成后，在第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器中加入挂膜成熟的Anammox菌海绵填料，填充比达到30～50％；沉淀池中的污泥通过污泥外回流泵按照50～150％的污泥回流比回流至第一段缺氧反应器，同时第一段缺氧反应器的泥水混合物按照80～120％的污泥内回流比回流至厌氧反应器，通过排放剩余污泥控制污泥龄为15～20d；调整第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的实际水力停留时间，当沉淀池出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L，TN<15mg/L时，则基于DEAMOX的改良UCT分段进水工艺启动完成；
三、连续运行
当系统启动成功后，DO传感器和DO测定仪根据NH4 +-N和DO的关系，通过DO值模糊控制出水NH4 +-N浓度，测定各反应器出水水质，根据第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N，根据沉淀池9出水TN和TP浓度，调整各段进水比例和进水C/N，实现系统的出水水质满足国家一级A排放标准。
本发明中的厌氧反应器：部分城市污水通过进水泵的抽吸作用与内回流污泥同时进入厌氧反应器，与厌氧反应器内的泥水混合液进行混合。在厌氧条件下，聚磷菌大量吸收原水中可生物降解的有机物，并以内碳源PHB的形式储存在生物体内，同时向水体中释放大量的溶解性正磷酸盐。
本发明中的第一段缺氧反应器：沉淀池回流污泥在污泥外回流泵的作用下与厌氧反应器的泥水混合液同时进入第一段缺氧反应器。在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化细菌利用污水中剩余的有机物将回流污泥携带的少量硝态氮和亚硝态氮进行反硝化反应，同时部分反硝化除磷菌以硝态氮或亚硝态氮为电子受体，以厌氧条件下储存在细胞体内的PHB为电子供体完成反硝化除磷反应，实现氮磷的同步去除。
本发明中的第一段好氧反应器：第一段缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第一段好氧反应器。在曝气的作用下，异养菌利用氧气将剩余的少量有机物进行氧化分解，同时硝化细菌将原水中的NH4 +氧化为NOx -，为后续反硝化氨氧化反应提供底物，聚磷菌(包括反硝化聚磷菌)利用氧气为电子受体发生好氧吸磷反应。曝气量的大小根据运行状态和进出水的水质情况运用转子流量计进行调节，控制反应器内的溶解氧浓度为0～5mg/L，同时控制第一段好氧反应器出水中的NH4 +浓度在0～3mg/L之间，若出水NH4 +浓度超出此范围，就要提高反应器内部的溶解氧浓度，保证硝化效果。
本发明中的第二段缺氧反应器：部分城市污水和第一段好氧反应器的泥水混合液出水一同进入第二段缺氧反应器。在搅拌器的搅拌作用下，异养短程反硝化细菌首先利用进水中的有机碳源进行短程反硝化反应，将NO3 -转化为NO2 -，同时海绵填料上挂膜的厌氧氨氧化菌利用NH4 +和NO2 -发生厌氧氨氧化反应，以DEAMOX方式进行脱氮，并伴随着磷酸盐的吸收。检测第二段缺氧反应器出水NO2 -浓度，若出水中还含有NO2 -，则延长第二段缺氧反应器的水力停留时间。
本发明中的第二段好氧反应器：功能同第一段好氧反应器，第二段的缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第二段好氧反应器。在曝气的作用下，完成剩余的极少有机物的氧化去除和NH4 +的硝化，以及磷酸盐的好氧吸收。控制反应器内的溶解氧浓度为0～5mg/L，并控制第二段好氧反应器出水中的NH4 +浓度在0～3mg/L之间，若出水NH4 +浓度超出此范围，就要提高反应器内部的溶解氧浓度，保证硝化效果。
本发明中的第三段缺氧反应器：功能同第二段缺氧反应器。部分城市污水和第二段好氧反应器的泥水混合物出水一同进入第三段缺氧反应器。在搅拌器的作用下，发生短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，并伴随磷酸盐的吸收。同样检测第三段缺氧反应器出水NO2 -浓度，若出水中还含有NO2 -，则延长第三段缺氧反应器的水力停留时间。
本发明中的第三段好氧反应器：功能同第一段好氧反应器和第二段好氧反应器，第三段的缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第三段好氧反应器。在曝气的作用下，完成剩余的极少有机物的氧化去除和NH4 +的硝化，以及磷酸盐的好氧吸收。控制反应器内的溶解氧浓度为0～5mg/L，并控制第三段好氧反应器出水中的NH4 +浓度在0～3mg/L之间，若出水NH4 +浓度超出此范围，就要提高反应器内部的溶解氧浓度，保证硝化效果。
本发明中的沉淀池：第三段好氧反应器的泥水混合液出水进入沉淀池进行泥水分离，上清液外排，污泥沉淀在污泥斗，回流污泥经过污泥外回流泵回流至缺氧反应器，剩余污泥经剩余污泥排放控制阀排出系统外。
本发明的技术原理具体为：
本发明采用改良UCT分段进水方式，以反硝化氨氧化技术为主要脱氮手段，以反硝化除磷技术为主要除磷手段进行低碳源城市污水的氮磷去除。低碳源城市污水的进水分为三部分，首部分进水进入厌氧反应器，在厌氧条件下，聚磷菌利用进水中的COD完成PHB的储存和释磷；然后进入第一段缺氧反应器，发生反硝化吸磷反应，进行氮磷的同步去除；接着进入第一段好氧反应器，在好氧条件下发生硝化反应，将水中的NH4 +氧化为NOx -，为后续反硝化氨氧化反应提供底物；第二部分进水进入第二段缺氧反应器，异养短程反硝化细菌首先利用进水中的有机碳源进行短程反硝化反应，将NO3 -转化为NO2 -，同时海绵填料上挂膜的厌氧氨氧化菌利用NH4 +和NO2 -发生厌氧氨氧化反应，以DEAMOX方式进行脱氮，并伴随着磷酸盐的吸收；之后进入第二段好氧反应器，在好氧条件下，完成剩余的极少有机物的氧化去除，并将水中剩余的NH4 +氧化为NOx -；第三部分进水进入第三段缺氧反应器，同样进行短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，完成总氮的去除；最后泥水混合物进入第三段好氧反应器，在好氧条件下将水中剩余的NH4 +和NO2 -全部氧化为NO3 -，保证出水水质的安全性。本发明综合利用了反硝化除磷菌、硝化细菌、短程反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌四种功能细菌，建立起了基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷工艺。
本发明涉及的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法，与现有传统的生物脱氮除磷工艺相比，具有以下优势：
(1)采用反硝化氨氧化技术，接近一半的NH4 +通过厌氧氨氧化反应得以去除，节约了好氧区硝化反应所需的曝气能耗，同时进水中的有机物主要用于厌氧释磷和短程反硝化作用，进一步减少了有机物对于好氧区中的氧气消耗，从而大大减少了污水处理过程中的曝气能耗；
(2)短程反硝化相对于全程反硝化可节约近60％的有机碳源，大大节省了污水处理过程中的碳源投加量，而且短程反硝化菌可将厌氧氨氧化的NO3 -产物还原为NO2 -，参与厌氧氨氧化反应，进一步提高出水TN的去除效果，降低出水TN含量；
(3)反硝化除磷菌具有“一碳两用”的特点，能同步实现氮磷的去除，有助于解决低碳源城市污水进水碳源不足的问题，进一步降低污水处理过程中的碳源投加量；
(4)Anammox菌是自养菌，自养脱氮的污泥产量低，可减少污水处理厂的污泥处置费用；
(5)以短程反硝化提供厌氧氨氧化NO2 -底物的方式，相对于短程硝化而言，更加稳定且高效，工艺操作简单。
附图说明
图1为图1为本发明中基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置，包括依次连接的城市污水原水箱1、厌氧反应器2、第一段缺氧反应器3、第一段好氧反应器4、第二段缺氧反应器5、第二段好氧反应器6、第三段缺氧反应器7、第三段好氧反应器8、沉淀池9和出水管10，以及从沉淀池9底部回流到第一段缺氧反应器3的污泥外回流管路和从第一段缺氧反应器3回流到厌氧反应器2的污泥内回流管路；
所述的厌氧反应器2、第一段缺氧反应器3、第一段好氧反应器4、第二段缺氧反应器5、第二段好氧反应器6、第三段缺氧反应器7和第三段好氧反应器8之间均采用带有连通管的隔板进行连通；所述的城市污水原水箱1的上端设置进水管23和溢流管24，下端设有放空管25；所述的城市污水原水箱1通过进水泵11和进水流量控制阀12分别与厌氧反应器2、第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7连接；所述的厌氧反应器2、第一段缺氧反应器3、第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7均设有搅拌器13；所述的第一段好氧反应器4、第二段好氧反应器6和第三段好氧反应器8的底部均设有曝气装置和DO传感器18，曝气装置由空气压缩机14、空气转子流量计15和黏砂块曝气头16组成，DO传感器18通过数据线与DO测定仪17连接；；所述的第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的内部均采用海绵填料26进行填充；沉淀池9与第三段好氧反应器8通过管道连接，沉淀池9内设有出水管10，沉淀池9底部通过回流污泥控制阀21和污泥外回流泵20与第一段缺氧反应器3连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀22排出系统；第一段缺氧反应器3的污泥内回流管路上设置污泥内回流泵19与厌氧反应器2连通。
本实施方式中的第一段缺氧反应器：沉淀池回流污泥在污泥外回流泵的作用下与厌氧反应器的泥水混合液同时进入第一段缺氧反应器。在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化细菌利用污水中剩余的有机物将回流污泥携带的少量硝态氮和亚硝态氮进行反硝化反应，同时部分反硝化除磷菌以硝态氮或亚硝态氮为电子受体，以厌氧条件下储存在细胞体内的PHB为电子供体完成反硝化除磷反应，实现氮磷的同步去除。
本实施方式中的第一段好氧反应器：第一段缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第一段好氧反应器。在曝气的作用下，异养菌利用氧气将剩余的少量有机物进行氧化分解，同时硝化细菌将原水中的NH4 +氧化为NOx -，为后续反硝化氨氧化反应提供底物，聚磷菌(包括反硝化聚磷菌)利用氧气为电子受体发生好氧吸磷反应。曝气量的大小根据运行状态和进出水的水质情况运用转子流量计进行调节，控制反应器内的溶解氧浓度为0～5mg/L，同时控制第一段好氧反应器出水中的NH4 +浓度在0～3mg/L之间，若出水NH4 +浓度超出此范围，就要提高反应器内部的溶解氧浓度，保证硝化效果。
本实施方式中的第二段缺氧反应器：部分城市污水和第一段好氧反应器的泥水混合液出水一同进入第二段缺氧反应器。在搅拌器的搅拌作用下，异养短程反硝化细菌首先利用进水中的有机碳源进行短程反硝化反应，将NO3 -转化为NO2 -，同时海绵填料上挂膜的厌氧氨氧化菌利用NH4 +和NO2 -发生厌氧氨氧化反应，以DEAMOX方式进行脱氮，并伴随着磷酸盐的吸收。检测第二段缺氧反应器出水NO2 -浓度，若出水中还含有NO2 -，则延长第二段缺氧反应器的水力停留时间。
本实施方式中的第二段好氧反应器：功能同第一段好氧反应器，第二段的缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第二段好氧反应器。在曝气的作用下，完成剩余的极少有机物的氧化去除和NH4 +的硝化，以及磷酸盐的好氧吸收。控制反应器内的溶解氧浓度为0～5mg/L，并控制第二段好氧反应器出水中的NH4 +浓度在0～3mg/L之间，若出水NH4 +浓度超出此范围，就要提高反应器内部的溶解氧浓度，保证硝化效果。
本实施方式中的第三段缺氧反应器：功能同第二段缺氧反应器。部分城市污水和第二段好氧反应器的泥水混合物出水一同进入第三段缺氧反应器。在搅拌器的作用下，发生短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，并伴随磷酸盐的吸收。同样检测第三段缺氧反应器出水NO2 -浓度，若出水中还含有NO2 -，则延长第三段缺氧反应器的水力停留时间。
本实施方式中的第三段好氧反应器：功能同第一段好氧反应器和第二段好氧反应器，第三段的缺氧反应器的泥水混合液出水直接进入第三段好氧反应器。在曝气的作用下，完成剩余的极少有机物的氧化去除和NH4 +的硝化，以及磷酸盐的好氧吸收。控制反应器内的溶解氧浓度为0～5mg/L，并控制第三段好氧反应器出水中的NH4 +浓度在0～3mg/L之间，若出水NH4 +浓度超出此范围，就要提高反应器内部的溶解氧浓度，保证硝化效果。
本实施方式中的沉淀池：第三段好氧反应器的泥水混合液出水进入沉淀池进行泥水分离，上清液外排，污泥沉淀在污泥斗，回流污泥经过污泥外回流泵回流至缺氧反应器，剩余污泥经剩余污泥排放控制阀排出系统外。
具体实施方式二：本实施方式基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，按照以下步骤进行：
一、启动阶段——接种活性污泥
接种普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，接种后反应器内的活性污泥浓度为MLSS＝3000～4000mg/L，然后启动空气压缩机14并打开空气转子流量计15，对第一段好氧反应器4、第二段好氧反应器6和第三段好氧反应器8进行曝气，维持溶解氧浓度DO＝3～5mg/L，同时打开厌氧反应器2、第一段缺氧反应器3、第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的搅拌器13，进行混合闷曝若干小时；当混合液氨氮浓度NH4 +<5mg/L时，城市污水原水箱1中的低碳源城市污水通过进水泵11分三部分进入厌氧反应器2、第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7，同时打开污泥外回流泵20和污泥内回流泵19，并通过排放剩余污泥的方式控制污泥龄为15～20d；逐步提高进水负荷，富集硝化细菌、聚磷菌和反硝化细菌，提高细菌活性和丰度；当沉淀池9出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L时，则活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺的启动已经完成；
二、启动阶段——接种Anammox菌海绵填料
当活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺启动完成后，在第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7中加入挂膜成熟的Anammox菌海绵填料26，填充比达到30～50％；沉淀池9中的污泥通过污泥外回流泵20按照50～150％的污泥回流比回流至第一段缺氧反应器3，同时第一段缺氧反应器3的泥水混合物按照80～120％的污泥内回流比回流至厌氧反应器2，通过排放剩余污泥控制污泥龄为15～20d；调整第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的实际水力停留时间，当沉淀池出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L，TN<15mg/L时，则基于DEAMOX的改良UCT分段进水工艺启动完成；
三、连续运行
当系统启动成功后，DO传感器18和DO测定仪17根据NH4 +-N和DO的关系，通过DO值模糊控制出水NH4 +-N浓度，测定各反应器出水水质，根据第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N，根据沉淀池9出水TN和TP浓度，调整各段进水比例和进水C/N，实现系统的出水水质满足国家一级A排放标准。
本实施方式的技术原理具体为：
本实施方式采用改良UCT分段进水方式，以反硝化氨氧化技术为主要脱氮手段，以反硝化除磷技术为主要除磷手段进行低碳源城市污水的氮磷去除。低碳源城市污水的进水分为三部分，首部分进水进入厌氧反应器，在厌氧条件下，聚磷菌利用进水中的COD完成PHB的储存和释磷；然后进入第一段缺氧反应器，发生反硝化吸磷反应，进行氮磷的同步去除；接着进入第一段好氧反应器，在好氧条件下发生硝化反应，将水中的NH4 +氧化为NOx -，为后续反硝化氨氧化反应提供底物；第二部分进水进入第二段缺氧反应器，异养短程反硝化细菌首先利用进水中的有机碳源进行短程反硝化反应，将NO3 -转化为NO2 -，同时海绵填料上挂膜的厌氧氨氧化菌利用NH4 +和NO2 -发生厌氧氨氧化反应，以DEAMOX方式进行脱氮，并伴随着磷酸盐的吸收；之后进入第二段好氧反应器，在好氧条件下，完成剩余的极少有机物的氧化去除，并将水中剩余的NH4 +氧化为NOx -；第三部分进水进入第三段缺氧反应器，同样进行短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应，完成总氮的去除；最后泥水混合物进入第三段好氧反应器，在好氧条件下将水中剩余的NH4 +和NO2 -全部氧化为NO3 -，保证出水水质的安全性。本实施方式综合利用了反硝化除磷菌、硝化细菌、短程反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌四种功能细菌，建立起了基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷工艺。
本实施方式涉及的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置及应用方法，与现有传统的生物脱氮除磷工艺相比，具有以下优势：
(1)采用反硝化氨氧化技术，接近一半的NH4 +通过厌氧氨氧化反应得以去除，节约了好氧区硝化反应所需的曝气能耗，同时进水中的有机物主要用于厌氧释磷和短程反硝化作用，进一步减少了有机物对于好氧区中的氧气消耗，从而大大减少了污水处理过程中的曝气能耗；
(2)短程反硝化相对于全程反硝化可节约近60％的有机碳源，大大节省了污水处理过程中的碳源投加量，而且短程反硝化菌可将厌氧氨氧化的NO3 -产物还原为NO2 -，参与厌氧氨氧化反应，进一步提高出水TN的去除效果，降低出水TN含量；
(3)反硝化除磷菌具有“一碳两用”的特点，能同步实现氮磷的去除，有助于解决低碳源城市污水进水碳源不足的问题，进一步降低污水处理过程中的碳源投加量；
(4)Anammox菌是自养菌，自养脱氮的污泥产量低，可减少污水处理厂的污泥处置费用；
(5)以短程反硝化提供厌氧氨氧化NO2 -底物的方式，相对于短程硝化而言，更加稳定且高效，工艺操作简单。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中接种城市污水厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，使污泥浓度为3500mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤二中挂膜成熟的Anammox菌海绵填料26的制备方法为：将海绵填料接种Anammox污泥，富集培养至挂膜厚度达到0.2～0.5mm；其中Anammox污泥来源于北京排水集团污泥消化液Anammox示范工程。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤二中所述海绵填料的尺寸为2cm×2cm×2cm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤三中根据第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N的方法为：测定第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的出水NO2 --N和NO3 --N浓度，当出水NO3 --N浓度>5.0mg/L且出水NO2 --N浓度<3.0mg/L时，提高进水C/N为3.5～4.5；当出水NO2 --N浓度>3.0mg/L且出水NO3 --N浓度<5.0mg/L时，降低进水C/N为2.0～3.0。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤三中根据沉淀池9出水TN和TP浓度，调整各段进水比例的方法为：测定沉淀池9出水TN和TP浓度，当出水TN浓度>15mg/L时，提高第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的进水量；当出水TP浓度>0.5mg/L时，提高厌氧反应器的进水量；当出水TN浓度>15mg/L且出水TP浓度>0.5mg/L时，提高进水的C/N。其它与具体实施方式二至六之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1、本实施例基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，按照以下步骤进行：
一、启动阶段——接种活性污泥
接种普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，接种后反应器内的活性污泥浓度为MLSS＝3000～4000mg/L，然后启动空气压缩机14并打开空气转子流量计15，对第一段好氧反应器4、第二段好氧反应器6和第三段好氧反应器8进行曝气，维持溶解氧浓度DO＝3～5mg/L，同时打开厌氧反应器2、第一段缺氧反应器3、第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的搅拌器13，进行混合闷曝若干小时；当混合液氨氮浓度NH4 +<5mg/L时，城市污水原水箱1中的低碳源城市污水通过进水泵11分三部分进入厌氧反应器2、第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7，同时打开污泥外回流泵20和污泥内回流泵19，并通过排放剩余污泥的方式控制污泥龄为15～20d；逐步提高进水负荷，富集硝化细菌、聚磷菌和反硝化细菌，提高细菌活性和丰度；当沉淀池9出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L时，则活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺的启动已经完成；
二、启动阶段——接种Anammox菌海绵填料
当活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺启动完成后，在第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7中加入挂膜成熟的Anammox菌海绵填料26，填充比达到30～50％；沉淀池9中的污泥通过污泥外回流泵20按照50～150％的污泥回流比回流至第一段缺氧反应器3，同时第一段缺氧反应器3的泥水混合物按照80～120％的污泥内回流比回流至厌氧反应器2，通过排放剩余污泥控制污泥龄为15～20d；调整第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的实际水力停留时间，当沉淀池出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L，TN<15mg/L时，则基于DEAMOX的改良UCT分段进水工艺启动完成；
三、连续运行
当系统启动成功后，DO传感器18和DO测定仪17根据NH4 +-N和DO的关系，通过DO值模糊控制出水NH4 +-N浓度，测定各反应器出水水质，根据第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N，根据沉淀池9出水TN和TP浓度，调整各段进水比例和进水C/N，实现系统的出水水质满足国家一级A排放标准。
步骤一中接种城市污水厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，使污泥浓度为3500mg/L。步骤二中挂膜成熟的Anammox菌海绵填料26的制备方法为：将海绵填料接种Anammox污泥，富集培养至挂膜厚度达到0.2～0.5mm；其中Anammox污泥来源于北京排水集团污泥消化液Anammox示范工程。步骤二中所述海绵填料的尺寸为2cm×2cm×2cm。步骤三中根据第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N的方法为：测定第二段缺氧反应器5和第三段缺氧反应器7的出水NO2 --N和NO3 --N浓度，当出水NO3 --N浓度>5.0mg/L且出水NO2 --N浓度<3.0mg/L时，提高进水C/N为3.5～4.5；当出水NO2 --N浓度>3.0mg/L且出水NO3 --N浓度<5.0mg/L时，降低进水C/N为2.0～3.0。步骤三中根据沉淀池9出水TN和TP浓度，调整各段进水比例的方法为：测定沉淀池9出水TN和TP浓度，当出水TN浓度>15mg/L时，提高第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的进水量；当出水TP浓度>0.5mg/L时，提高厌氧反应器的进水量；当出水TN浓度>15mg/L且出水TP浓度>0.5mg/L时，提高进水的C/N。
本实施例采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为152.78～256.33mg/L，NH4 +-N浓度为52.75～84.56mg/L，NO2 --N浓度为0.11～1.09mg/L，NO3 --N浓度为0.00～0.95mg/L，PO4 3--P浓度为4.13～7.32mg/L。
试验装置如图1所示，包括依次连接的城市污水原水箱1、厌氧反应器2、第一段缺氧反应器3、第一段好氧反应器4、第二段缺氧反应器5、第二段好氧反应器6、第三段缺氧反应器7、第三段好氧反应器8、沉淀池9和出水管10，以及从沉淀池9底部回流到第一段缺氧反应器3的污泥外回流管路和从第一段缺氧反应器3回流到厌氧反应器2的污泥内回流管路；采用有机玻璃制成，有效容积为60L，利用带有连通管的隔板将试验装置分为七个反应器，可根据系统缺好氧容积比进行调整，沉淀池采用竖流式沉淀池，由有机玻璃制成，上部沉淀池呈圆柱形，污泥斗为截头倒锥体，倾角为60°，采用中心进水、周边三角堰出水方式，有效容积为20L。
试验结果表明：运行稳定后，平均出水COD浓度为43.64mg/L，平均出水NH4 +-N浓度为0.12mg/L，平均出水NO2 --N浓度为0.05mg/L，平均出水NO3 --N浓度为4.72mg/L，平均出水TN浓度为4.93mg/L，平均出水PO4 3--P浓度为0.08mg/L，出水氮磷浓度均达到一级A排放标准的要求。
通过实施例可知，本发明在节约了曝气能耗的同时，大大降低了有机碳源的投加量，同时减少了剩余污泥的处置费用。

Claims (7)

1.基于DEAMOX技术的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置，其特征在于该装置包括依次连接的城市污水原水箱(1)、厌氧反应器(2)、第一段缺氧反应器(3)、第一段好氧反应器(4)、第二段缺氧反应器(5)、第二段好氧反应器(6)、第三段缺氧反应器(7)、第三段好氧反应器(8)、沉淀池(9)和出水管(10)，以及从沉淀池(9)底部回流到第一段缺氧反应器(3)的污泥外回流管路和从第一段缺氧反应器(3)回流到厌氧反应器(2)的污泥内回流管路；
所述的厌氧反应器(2)、第一段缺氧反应器(3)、第一段好氧反应器(4)、第二段缺氧反应器(5)、第二段好氧反应器(6)、第三段缺氧反应器(7)和第三段好氧反应器(8)之间均采用带有连通管的隔板进行连通；所述的城市污水原水箱(1)的上端设置进水管(23)和溢流管(24)，下端设有放空管(25)；所述的城市污水原水箱(1)通过进水泵(11)和进水流量控制阀(12)分别与厌氧反应器(2)、第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)连接；所述的厌氧反应器(2)、第一段缺氧反应器(3)、第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)均设有搅拌器(13)；所述的第一段好氧反应器(4)、第二段好氧反应器(6)和第三段好氧反应器(8)的底部均设有曝气装置和DO传感器(18)，曝气装置是由空气压缩机(14)、空气转子流量计(15)和黏砂块曝气头(16)组成，DO传感器(18)通过数据线与DO测定仪(17)连接；所述的第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)的内部均采用海绵填料(26)进行填充；沉淀池(9)与第三段好氧反应器(8)通过管道连接，沉淀池(9)内设有出水管(10)，沉淀池(9)底部通过回流污泥控制阀(21)和污泥外回流泵(20)与第一段缺氧反应器(3)连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀(22)排出系统；第一段缺氧反应器(3)的污泥内回流管路上设置污泥内回流泵(19)与厌氧反应器(2)连通。
2.如权利要求1所述的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，其特征在于该方法按照以下步骤进行：
一、启动阶段——接种活性污泥
接种普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，接种后反应器内的活性污泥浓度为MLSS＝3000～4000mg/L，然后启动空气压缩机(14)并打开空气转子流量计(15)，对第一段好氧反应器(4)、第二段好氧反应器(6)和第三段好氧反应器(8)进行曝气，维持溶解氧浓度DO＝3～5mg/L，同时打开厌氧反应器(2)、第一段缺氧反应器(3)、第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)的搅拌器(13)，进行混合闷曝若干小时；当混合液氨氮浓度NH4 +<5mg/L时，城市污水原水箱(1)中的低碳源城市污水通过进水泵(11)分三部分进入厌氧反应器(2)、第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)，同时打开污泥外回流泵(20)和污泥内回流泵(19)，并通过排放剩余污泥的方式控制污泥龄为15～20d；逐步提高进水负荷，富集硝化细菌、聚磷菌和反硝化细菌；当沉淀池(9)出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L时，则活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺的启动已经完成；
二、启动阶段——接种Anammox菌海绵填料
当活性污泥系统的改良UCT分段进水工艺启动完成后，在第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)中加入挂膜成熟的Anammox菌海绵填料(26)，填充比达到30～50％；沉淀池(9)中的污泥通过污泥外回流泵(20)按照50～150％的污泥回流比回流至第一段缺氧反应器(3)，同时第一段缺氧反应器(3)的泥水混合物按照80～120％的污泥内回流比回流至厌氧反应器(2)，通过排放剩余污泥控制污泥龄为15～20d；调整第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)的实际水力停留时间，当沉淀池出水NH4 +-N<5mg/L，PO4 3-<0.5mg/L，TN<15mg/L时，则基于DEAMOX的改良UCT分段进水工艺启动完成；
三、连续运行
当系统启动成功后，DO传感器(18)和DO测定仪(17)根据NH4 +-N和DO的关系，通过DO值模糊控制出水NH4 +-N浓度，测定各反应器出水水质，根据第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N，根据沉淀池(9)出水TN和TP浓度，调整各段进水比例，实现系统的出水水质满足国家一级A排放标准。
3.根据权利要求2所述的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，其特征在于步骤一中接种城市污水厂二沉池的活性污泥于改良UCT分段进水反应器中，使污泥浓度为3500mg/L。
4.根据权利要求2所述的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，其特征在于步骤二中挂膜成熟的Anammox菌海绵填料(26)的制备方法为：将海绵填料接种Anammox污泥，富集培养至挂膜厚度达到0.2～0.5mm；其中Anammox污泥来源于北京排水集团污泥消化液Anammox示范工程。
5.根据权利要求2所述的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，其特征在于步骤二中所述海绵填料的尺寸为2cm×2cm×2cm。
6.根据权利要求2所述的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，其特征在于步骤三中根据第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)的出水NO2 --N和NO3 --N浓度调整反应器的进水C/N的方法为：测定第二段缺氧反应器(5)和第三段缺氧反应器(7)的出水NO2 --N和NO3 --N浓度，当出水NO3 --N浓度>5.0mg/L且出水NO2 --N浓度<3.0mg/L时，提高进水C/N为3.5～4.5；当出水NO2 --N浓度>3.0mg/L且出水NO3 --N浓度<5.0mg/L时，降低进水C/N为2.0～3.0。
7.根据权利要求2所述的基于DEAMOX的改良UCT分段进水高效生物脱氮除磷装置的应用方法，其特征在于步骤三中根据沉淀池(9)出水TN和TP浓度，调整各段进水比例的方法为：测定沉淀池(9)出水TN和TP浓度，当出水TN浓度>15mg/L时，提高第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器的进水量；当出水TP浓度>0.5mg/L时，提高厌氧反应器的进水量；当出水TN浓度>15mg/L且出水TP浓度>0.5mg/L时，提高进水的C/N。
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