CN105923772B - 强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低c/n比污水同步脱氮除磷的装置和方法 - Google Patents

强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低c/n比污水同步脱氮除磷的装置和方法 Download PDF

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Abstract

强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置和方法，属于污水生物处理领域。污水进入强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器后，首先进行厌氧搅拌，聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内；之后进行低氧曝气搅拌，氨氧化菌(AOB)进行短程硝化作用将氨氮转化成为亚硝酸盐氮，PAOs分解PHA进行好氧吸磷，创造了缺氧微环境有利于反硝化GAOs和反硝化PAOs利用短程硝化过程产生亚硝酸盐氮分别进行内源反硝化脱氮和反硝化除磷。该方法将强化生物除磷与同步短程硝化内源反硝化相结合，可实现低C/N比污水在无外加碳源条件下的同步脱氮除磷，节省了氧耗、能耗，且降低了城市污水处理费用。

Description

强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同 步脱氮除磷的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置和方法
背景技术
传统生物脱氮技术对于一般的生活废水来说可具有较好的处理效果，但是对于低碳、高氮污水而言，碳源不足的根本弊端限制了传统异养生物脱氮装置的脱氮效率。
短程硝化反硝化脱氮技术是通过调控运行条件将硝化过程控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化过程，从而实现污水的脱氮。与传统生物脱氮技术相比，短程硝化反硝化(PND)脱氮技术可以节省部分碳源(约40％)，节省部分曝气量(约25％)。
同步硝化反硝化(SND)技术是指在同一反应器的同一处理空间实现硝化过程和反硝化过程同时发生。当同步硝化反硝化过程中的硝化过程仅为短程硝化时，又称作同步短程硝化反硝化(SPND)。SPND现象的产生为今后污水处理系统的装置简化提供了可能。
强化生物除磷(EBPR)技术，可以在污水处理系统中通过富集聚磷菌(PAOs)，并利用PAOs能够在厌氧/好氧(缺氧)交替的条件下先释磷后过量吸磷的特性，以达到降低污水中磷浓度的目的，并最终通过排放富磷剩余污泥的方式实现系统中磷的去除。此外，在EBPR系统内，当PAOs富集的同时会存在聚糖菌(GAOs)的富集。GAOs具有与PAOs相似的代谢机理，其可以在厌氧条件下吸收污水中的有机碳源并以内碳源PHA的形式储存于体内，而当在缺氧条件下，GAOs可以分解体内的PHA产能进行反硝化脱氮。
因此，在一个SBR反应器内将EBPR技术与SPND技术耦合应用于污水的同步脱氮除磷过程，具有较为明显的优势。一方面，PAOs和GAOs可实现原水中有机碳源的高效储存；另一方面，在低氧条件下，氨氧化菌(AOB)进行短程硝化的同时，PAOs和GAOs可分别进行好氧/反硝化吸磷和内源反硝化脱氮。强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR装置，不断装置流程简单，且可以通过强化污水中有机碳源的高效储存和利用，在无外加碳源条件下实现低C/N比污水的同步脱氮除磷。
发明内容
本发明的目的就是提供一种强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置和方法，实现低C/N比污水的脱氮除磷。该装置结合了强化生物除磷技术和同步短程硝化反硝化技术各自的有点。强化生物除磷技术保证了系统的稳定除磷，且该系统内PAOs和GAOs富集程度较高，实现了原水中碳源的高效利用；而同步短程硝化反硝化技术实现了最短的氮去除途径，可节省40％的有机碳源。此外，结合SBR实时控制技术，可在短污泥龄和低溶解氧条件下实现PAOs吸磷过程、AOB的短程硝化过程及反硝化GAOs内源反硝化脱氮过程的稳定进行。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置，其特征在于，包括原水水箱1、强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2、储泥池3、出水水箱4、在线监测和反馈控制系统；其中所述原水水箱1通过进水泵2.1与强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2相连接；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2通过电动排水阀2.9与出水水箱4相连接；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2通过排泥阀2.10与储泥池3相连接；
所述强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2设置搅拌桨2.3、气泵2.4、气体流量计2.6、曝气头2.7、采样口2.8、电动排水阀2.9、排泥阀2.10、pH传感器2.12、DO传感器2.13；
所述在线监测和反馈控制系统包括计算机5.1和可编程过程控制器5.2，可编程过程控制器5.2设置信号转换器DA转换接口5.3、信号转换器AD转换接口5.4、曝气继电器5.5、进水继电器5.6、搅拌器继电器5.7、pH/DO数据信号接口5.8、出水继电器5.9、排泥继电器5.10；其中，可编程过程控制器5.2上的信号转换器AD转换接口5.4通过电缆线与计算机5.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机5.1；计算机5.1通过信号转换器DA转换接口5.3与可编程过程控制器5.2相连接，将计算机5.1的数字指令传递给可编程过程控制器5.2；曝气继电器5.5与电磁阀2.5相连接；进水继电器5.6与进水泵2.1相连接；搅拌器继电器5.7与搅拌器2.2相连接；pH/DO数据信号接口5.8通过传感器导线与pH/DO测定仪2.11相连接；pH传感器2.12和DO传感器2.13分别与pH/DO测定仪2.11相连接；出水继电器5.9与电动排水阀2.9相连接；排泥继电器5.10与排泥阀2.10相连接。
污水在此装置中的处理流程为：污水通过进水泵2.1由原水水箱1抽入强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2；在强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内，首先进行厌氧搅拌，GAOs和PAOs分别利用原水中的有机碳源进行PHA的储存，同时PAOs进行厌氧释磷；之后进行低氧曝气搅拌，AOB将原水中的NH4 +-N氧化为NO2 --N，同时PAOs分解体内的PHA进行好氧吸磷，并利用短程硝化过程产生的部分NO2 --N进行反硝化吸磷，GAOs利用短程硝化过程产生的其它部分NO2 --N为电子受体并分解体内的PHA进行内源反硝化脱氮，出水经电动排水阀2.9排入出水水箱4。
本发明还提供了强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的方法，其具体的启动和操作步骤如下：1)系统启动：
将短程硝化污泥和强化生物除磷系统的剩余污泥按体积比1:1混合后投加至强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2，使接种后强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；短程硝化污泥和强化生物除磷系统的剩余污泥的浓度都在2000～4000mg/L范围内；
2)运行过程操作调节如下：
将污水加入到原水水箱1，启动进水泵2.1将污水抽入到强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内，厌氧搅拌60～240min；之后，进行低氧曝气搅拌150～300min，开启气泵2.4，通过调节气体流量计2.5使强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内DO浓度为0.1～0.7mg/L；最后，进行沉淀、排水，排水比为0.2～0.4；
强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2运行时需排泥，开启排泥阀2.10并控制排泥时间，使得强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内污泥浓度维持在2000～4000mg/L范围内。
本发明的强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置和方法，具有以下优点：
1)将强化生物除磷技术应用于低C/N比污水的高效、稳定除磷过程中，且，强化生物除磷系统内PAOs和GAOs富集程度较高，可在厌氧/低氧条件下实现好氧吸磷、反硝化除磷和内源反硝化脱氮过程的同步进行。
2)将同步短程硝化反硝化技术应用于低C/N比污水的高效、稳定脱氮过程中，可在一个反应器内的不同处理空间实现短程硝化和反硝化过程的同时进行，装置流程简单。
3)结合了SBR装置便于实时控制的特点，可通过合理的调控系统的污泥龄和溶解氧浓度，实现PAOs、GAOs和AOB的共存。
综上所述，本发明提供的一种强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置和方法，可用于低C/N比污水的同步脱氮除磷，且装置流程简单，易于操作，是一种新型的污水处理装置。
附图说明
图1为本发明强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷装置的结构示意图。
图2为本发明强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷系统一个典型运行周期内基质浓度变化情况图。
图1中1为水原水箱；2为强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器；3为储泥池；4为出水水箱；1.1为第一溢流管；1.2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为气泵；2.5为电磁阀；2.6为气体流量计；2.7为曝气头；2.8为采样口；2.9为电动排水阀；2.10为排泥阀；2.11为pH/DO测定仪；2.12为pH传感器；2.13为DO传感器；2.14为第二放空管；3.1为第二溢流管；3.2第三放空管；4.1为第三溢流管；4.2第四放空管；5.1为计算机；5.2为可编程过程控制器；5.3为信号转换器DA转换接口；5.4为信号转换器AD转换接口；5.5为曝气继电器；5.6为进水继电器；5.7为搅拌器继电器；5.8为pH/DO数据信号接口；5.9为出水继电器；5.10为排泥继电器。
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，强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的装置，其特征在于，包括原水水箱1、强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2、储泥池3、出水水箱4、在线监测和反馈控制系统；其中所述原水水箱1通过进水泵2.1与强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2相连接；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2通过电动排水阀2.9与出水水箱4相连接；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2通过排泥阀2.10与储泥池3相连接；
所述强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2设置搅拌桨2.3、气泵2.4、气体流量计2.6、曝气头2.7、采样口2.8、电动排水阀2.9、排泥阀2.10、pH传感器2.12、DO传感器2.13；
所述在线监测和反馈控制系统包括计算机5.1和可编程过程控制器5.2，可编程过程控制器5.2设置信号转换器DA转换接口5.3、信号转换器AD转换接口5.4、曝气继电器5.5、进水继电器5.6、搅拌器继电器5.7、pH/DO数据信号接口5.8、出水继电器5.9、排泥继电器5.10；其中，可编程过程控制器5.2上的信号转换器AD转换接口5.4通过电缆线与计算机5.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机5.1；计算机5.1通过信号转换器DA转换接口5.3与可编程过程控制器5.2相连接，将计算机5.1的数字指令传递给可编程过程控制器5.2；曝气继电器5.5与电磁阀2.5相连接；进水继电器5.6与进水泵2.1相连接；搅拌器继电器5.7与搅拌器2.2相连接；pH/DO数据信号接口5.8通过传感器导线与pH/DO测定仪2.11相连接；pH传感器2.12和DO传感器2.13分别与pH/DO测定仪2.11相连接；出水继电器5.9与电动排水阀2.9相连接；排泥继电器5.10与排泥阀2.10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198～280mg/L，NH4 +-N浓度为45～69mg/L，NO2 --N浓度<0.5mg/L，NO3 --N浓度<1mg/L，P浓度为4.2～8.4mg/L，C/N比平均为4，属于低C/N比污水。试验系统如图1所示，反应器为有机玻璃材质，反应器有效容积为10L。
具体的运行操作如下：
1)系统的启动：
将短程硝化污泥和强化生物除磷系统的剩余污泥按体积比1:1混合后投加至强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2，使接种后强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内活性污泥浓度达到3000mg/L；短程硝化污泥和强化生物除磷系统的剩余污泥的浓度都是3000mg/L；
2)运行过程操作调节如下：
将污水加入到原水水箱1，启动进水泵2.1将4L污水抽入到强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2运行时每天运行4个周期，污泥龄控制在10.9天；每个运行周期内，先厌氧搅拌150min，再进行低氧曝气搅拌180min；低氧曝气搅拌过程中，开启气泵2.4，通过调节气体流量计2.5使强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2内DO浓度为0.5mg/L；最后，进行沉淀、排水，排水比为0.4。
试验结果表明：运行稳定后，强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器2出水COD浓度＜50mg/L，NH4 +-N浓度＜3mg/L，NO2 --N为＜1mg/L，NO3 --N＜10mg/L，TN浓度＜15mg/L，PO4 3--P浓度＜0.5mg/L，出水可达一级A排放标准。

Claims (1)

1.强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化实现低C/N比污水同步脱氮除磷的方法，应用如下装置，该装置包括原水水箱(1)、强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)、储泥池(3)、出水水箱(4)、在线监测和反馈控制系统；其中所述原水水箱(1)通过进水泵(2.1)与强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)相连接；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)通过电动排水阀(2.9)与出水水箱(4)相连接；强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)通过排泥阀(2.10)与储泥池(3)相连接；
所述强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)设置搅拌桨(2.3)、气泵(2.4)、气体流量计(2.6)、曝气头(2.7)、采样口(2.8)、电动排水阀(2.9)、排泥阀(2.10)、pH传感器(2.12)、DO传感器(2.13)；
所述在线监测和反馈控制系统包括计算机(5.1)和可编程过程控制器(5.2)，可编程过程控制器(5.2)内置信号转换器DA转换接口(5.3)、信号转换器AD转换接口(5.4)、曝气继电器(5.5)、进水继电器(5.6)、搅拌器继电器(5.7)、pH/DO数据信号接口(5.8)、出水继电器(5.9)、排泥继电器(5.10)；其中，可编程过程控制器(5.2)上的信号转换器AD转换接口(5.4)通过电缆线与计算机(5.1)相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(5.1)；计算机(5.1)通过信号转换器DA转换接口(5.3)与可编程过程控制器(5.2)相连接，将计算机(5.1)的数字指令传递给可编程过程控制器(5.2)；曝气继电器(5.5)与电磁阀(2.5)相连接；进水继电器(5.6)与进水泵(2.1)相连接；搅拌器继电器(5.7)与搅拌器(2.2)相连接；pH/DO数据信号接口(5.8)通过传感器导线与pH/DO测定仪(2.11)相连接；pH传感器(2.12)和DO传感器(2.13)分别与pH/DO测定仪(2.11)相连接；出水继电器(5.9)与电动排水阀(2.9)相连接；排泥继电器(5.10)与排泥阀(2.10)相连接；
其特征在于，包括以下内容：
1)系统启动：
将短程硝化污泥和强化生物除磷系统的剩余污泥按体积比1:1混合后投加至强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)，使接种后强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；
2)运行过程操作调节如下：
将污水加入到原水水箱(1)，启动进水泵(2.1)将污水抽入到强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，厌氧搅拌60～240min；之后，进行低氧曝气搅拌150～300min，开启气泵(2.4)，通过调节气体流量计(2.5)使强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)内DO浓度为0.1～0.7mg/L；最后，进行沉淀、排水，排水比为0.2～0.4；
强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)运行时需排泥，开启排泥阀(2.10)并控制排泥时间，使得强化生物除磷耦合同步短程硝化反硝化SBR反应器(2)内污泥浓度维持在2000～4000mg/L范围内。
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