CN106865768B - Sbr部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置与方法 - Google Patents

Abstract

SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置与方法，属于城市生活污水生物处理领域。装置主要由进水箱，反硝化除磷反应器，部分短程硝化反应器，SBR厌氧氨氧化反应器和三个中间水箱组成；装置流程为：污水从进水箱进入反硝化除磷反应器，进行COD的储存和P的释放，接着排出部分污水到第一中间水箱，然后进水到部分短程硝化反应器，进行部分短程硝化，接着将污水全部排出到第二中间水箱，然后进水到SBR厌氧氨氧化反应器，进行厌氧氨氧化，其出水排入第三中间水箱，最后将污水泵入反硝化除磷反应器，进行反硝化除磷及好氧深度除磷，最终污水排出。本发明适用于C/N较低的生活污水，可达自养深度脱氮除磷效果。

Description

SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置与方法

技术领域

本发明相关的SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置与方法，属于污水生物处理领域，尤其适用于C/N较低的城市生活污水的同步自养脱氮除磷；

随着经济的发展，社会的进步，人类生活水平的提高，我们对于生活污水的处理要求也越来越高，但是氮磷污染的问题却是越发严重，导致的水体富营养化也是影响恶劣，严重的影响了人们的正常生活。另外，以高能耗为代价实现高效的污水处理，虽可以改善污水质量，但是能耗的损失也不可忽略，此外，由此产生的附加污染，如温室气体的增加等问题，也需要重视。一些发达国家的污水处理厂已经由高能耗转向低能耗发展。因此，仅仅改善水处理效果已经无法满足国家的要求，新的处理工艺亟待开发；

污水处理中，脱氮除磷又是重中之重。由于传统的污水脱氮除磷工艺中除高能耗外还有工艺中本身的问题，如：聚磷菌PAOs和硝化菌对DO和污泥龄的竞争，PAOs和反硝化菌对碳源的竞争，使得污水同步脱氮除磷难以实现。分步实现固然可以达到好的处理效果，但是对于碳源的要求十分高，仅污水中的碳源远远不足，如不外加碳源，大部分的污水处理厂都无法达标排放。但是此工艺一方面可以解决各种菌的竞争问题，另一方面又可以解决碳源不足的问题，所以，市场前景，现实意义，不言而喻；

反硝化除磷技术是最新的同步脱氮技术，其理论研究深入，技术研究先进，主要微生物为反硝化聚磷菌，利用DPAOs吸收污水中的有限碳源，以“一碳两用”的优势进行同步脱氮除磷，从而从根本上解决了传统的脱氮除磷工艺中存在的除磷效果差，脱氮效率低等问题；部分短程硝化与厌氧氨氧化脱氮技术实现了自养脱氮，可以节约曝气量，节约碳源，节省反应时间，污泥产量少等优势；而序批式反应器(SBR)工艺优点众多：投资省，工艺简单，操作灵活，管理方便等，在中小型污水处理厂应用尤其广泛。通过合理的调控与组合可以达到同步高效深度脱氮除磷；

本发明装置SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化，通过三个独立的SBR反应器，分别为反硝化聚磷菌(DPAOs)，亚硝酸菌(AOB)，厌氧氨氧化菌(AAOB)创造最适环境，使三类菌能最大程度的发挥各自的作用，协调同步实现氮磷的去除。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置与方法，实现碳氮比低的城镇生活污水的同步脱氮除磷，解决传统脱氮除磷工艺中碳源不足，处理效果差等问题；

SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置，主要由进水箱(1),反硝化除磷反应器,第一中间水箱(46)，第二中间水箱(40)，部分短程硝化反应器(3),第三中间水箱(45)，SBR厌氧氨氧化反应器(4)组成；进水箱通过第一进水泵(21)和第一进水阀(24)将水送入反硝化除磷反应器(2)，然后通过第一蠕动泵(22)和第二进水阀(25)将水送到第一中间水箱(46)，然后第一中间水箱(46)通过第三蠕动泵(47)和第四进水阀(48)将水送到部分短程硝化反应器(3)，接着通过第二蠕动泵(23)和第三进水阀(26)将水送到第二中间水箱(40)，然后第二中间水箱(40)进水到SBR厌氧氨氧化反应器(4)，SBR厌氧氨氧化反应器出水进入到第三中间水箱(45)接着通过回流泵(32)和回流阀(31)将水回流至反硝化除磷反应器(2)，通过排水泵(36)和排水阀(30)将水排出；

反硝化除磷反应器(2)设有第一搅拌桨(18)，第一DO探头(12)和ORP探头(13)，部分短程硝化反应器设有第二搅拌桨(19)，第二曝气头(35)，第二流量计(34)，第二曝气泵(33)，第二DO探头(14)和NH₄ ⁺传感器(15)，SBR厌氧氨氧化反应器(4)设有第三搅拌桨(20)，第三DO探头(16)和pH探头(17)；

SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置，其特征在于：反硝化除磷反应器(2)中的聚磷菌包括反硝化聚磷菌和普通聚磷菌，反硝化菌包括普通反硝化菌和反硝化聚磷菌，部分短程硝化反应器(3)中主要为亚硝化菌(AOB)。

本发明提供的SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的实验方法，主要包括以下步骤：

系统启动：在反硝化脱氮除磷反应器(2)中接种反硝化除磷污泥，使反应器内污泥浓度达到3000—3500mg/L；在部分短程硝化反应器(3)中接种短程硝化填料污泥，使反应器内污泥浓度达到3000—3500mg/L；在厌氧氨氧化反应器中接种厌氧氨氧化污泥的填料(海绵)，使污泥浓度达到3500—4000mg/L；生活污水从进水箱(1)首先进入到反硝化除磷反应器(2)进行有机物的降解(储存为内碳源)，去除有机物和释放磷，富含氨氮和磷的出水进入到部分短程硝化反应器(3)进行部分短程硝化，其出水保证氨氮与亚硝的质量比为1:1.32～1.68进入第二中间水箱(40)，随后从第二中间水箱(40)进入厌氧氨氧化反应器(4)，进行自养脱氮，然后反应产生的硝氮泵入第三中间水箱(45)，从第三中间水箱(45)将污水泵入反硝化脱氮除磷反应器(2)进行内源反硝化除磷，并增加20min好氧除磷反应，反应结束后，沉淀排水，排泥，一个周期运行结束，重复上一周期运行，当系统总氮去除率达到80％以上，磷去除率达到95％以上，则认为SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化系统成功启动；

周期运行操作步骤如下：

1)生活污水由进水箱(1)经第一进水泵(21)泵入反硝化除磷反应器(2)，充水比为0.8；同时开启第一搅拌器(9)，厌氧搅拌1.5h，反硝化除磷菌(DPAOs)利用原水中COD(大部分VFAs)合成内碳源PHA，同时释放磷，反硝化除磷反应器(2)运行时，每天排泥约500ml，使污泥龄维持在10—15d，污泥浓度维持在3000—3500mg/L；

2)厌氧阶段结束后，将第三中间水箱(45)中存水经过回流泵(32)回流到反硝化除磷反应器(2)，为反硝化除磷创造条件，此过程中，DPAOs利用厌氧氨氧化SBR反应器回流中的硝态氮为电子受体，以厌氧段储存的内碳源PHA为电子供体，发生缺氧的反硝化除磷生物反应，进水比为0.8，反应时间3h，并在厌氧后增加曝气20min，以充分完成磷的吸收；

3)反硝化除磷反应器(2)厌氧结束后，以排水比0.8的比例将水通过第一蠕动泵(22)泵入第一中间水箱(46)，然后从第一中间水箱(46)将水泵入到部分短程硝化SBR反应器(3)，在此反应器进行曝气，同时搅拌，完成部分短程硝化反应，反应时间为2h，通过流量计(34)调节气体流量，控制溶解氧在1—2mg/L，使氨氮和亚硝质量比在1:1.32—1.68之间，运行期间，定期检查填料污泥浓度，使污泥浓度维持在3000—3500mg/L之间；

4)曝气结束后，关闭第二曝气泵(33)，静止沉淀，将水通过第二蠕动泵(23)全部泵入到第二中间水箱(40)，从第二中间水箱(40)进水到SBR厌氧氨氧化反应器，此阶段发生厌氧氨氧化生物反应，反应时间2h，进入的氨氮和亚硝被去除的同时，产生少量的硝态氮，运行期间，反应器严格厌氧，避光，并定期检查填料上污泥是否脱落，维持污泥浓度在3500—4000mg/L之间；

5)SBR厌氧氨氧化反应器(4)反应结束后出水经第五进水阀(44)和第四蠕动泵(43)排入第三中间水箱(45)，从第三中间水箱(45)经回流泵(32)回流到反硝化除磷反应器(2)，充水比为0.8，进行反硝化除磷生物反应，反应结束后静止沉淀，排水，排泥，排水比为0.8，而后系统进入下一周期，重复以上步骤。

本发明SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置与方法，与现有的传统生物脱氮除磷工艺相比，具有以下优势：

1)实现了原水碳源利用率的最大化。生活污水进入系统后，反硝化聚磷菌充分利用污水中的有机物，合成内碳源PHA，同时完成磷的释放；

2)实现了污水处理碳源使用的最小化。反硝化除磷技术实现“一碳两用”，实现同步脱氮除磷，部分短程硝化耦合厌氧氨氧化反应为完全自养反应，不消耗原水中的有机碳源；

3)从根本上解决了传统脱氮除磷工艺中除磷菌和反硝化菌对碳源的竞争，对溶解氧矛盾，除磷菌和硝化菌的污泥龄问题。手段为分别用三个SBR反应器使各自均处在最优环境中，进行相应的生物反应；

4)三类菌生存环境均处最优，系统稳定性较高，脱氮除磷效率优，对于长期运行的管理与改进有着不可无视的作用；

5)SBR反应器投资省，操作灵活，管理方便等，有利于实时控制的实现，而且整个工艺的流程简单，操作简便，运行简洁，利于管理；

6)系统节省碳源，节省曝气量，节约反应时间，污泥产量少，直接降低了污水处理成本，对于整个污水处理厂的规划，运营，管理，发展都有益，而且从本质上的竞争力强于其他同类工艺，利于推广普及。

附图说明

图1为SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置的结构示意图；

图2为反硝化除磷反应器运行时序图；

图3为部分短程硝化SBR反应器运行时序图；

图4为厌氧氨氧化SBR反应器运行时序图。

图中：1-进水箱；2-反硝化除磷反应器；3-部分短程硝化SBR反应器；4-SBR厌氧氨氧化反应器；5-实时控制箱；6-第一WTW3420；7-第二WTW3420；8-第三WTW3420；9-第一搅拌器；10-第二搅拌器；11-第三搅拌器；12-第一DO探头；13-ORP探头；14-第二DO探头；15-NH₄ ⁺传感器；16-第三DO探头；17-pH探头；18-第一搅拌桨；19-第二搅拌桨；20-第三搅拌桨；21-第一进水泵；22-第一蠕动泵；23-第二蠕动泵；24-第一进水阀；25-第二进水阀；26-第三进水阀；27-第一溢流管；28-第二溢流管；29-第三溢流管；30-排水阀；31-回流阀；32-回流泵；33-第二曝气泵；34-第二流量计；35第二曝气头；36-排水泵；37-第一曝气泵；38-第一流量计；39-第一曝气头；40-第二中间水箱；41-第三蠕动泵；42-第四进水阀；43-第四蠕动泵；44-第五进水阀；45-第三中间水箱；46-第一中间水箱，47-第三蠕动泵，48第四进水阀；49-排泥阀；50-排泥泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明进一步说明：

如图1所示，SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置主要由进水箱(1)，反硝化除磷反应器(2)，部分短程硝化反应器(3)，第二中间水箱(40)，SBR厌氧氨氧化反应器(4)，第三中间水箱(45)依次连接组成。进水箱(1)通过第一进水阀(24)和第二蠕动泵(23)与反硝化除磷反应器(2)连接，反硝化除磷反应器(2)反应器主要由第一搅拌器(9)，第一搅拌桨(2)，第一DO探头(12)，ORP探头(13)，第二曝气泵(37)，第二流量计(38)，第二曝气头(39)，出水阀(30)，出水泵(36)组成；部分短程硝化反应器(3)主要由第二搅拌器(10)，第二搅拌桨(3)，第二DO探头(14)，NH₄ ⁺传感器(15)，第二进水阀(25)，第一蠕动泵(22)，第一曝气泵(33)，第一流量计(34)，第一曝气头(35)组成，SBR厌氧氨氧化反应器(4)主要由第三搅拌器(11)，第三搅拌桨(4)，第三DO探头(16)，pH探头(17)，第二蠕动泵(23)，第三进水阀(26)，回流泵(32)，回流阀(31)第二中间水箱(40)，第三中间水箱(45)组成，第一中间水箱(46)，第三蠕动泵(47)，第四进水阀(48)，排泥阀(49)，排泥泵(50)；

反硝化除磷反应器(2)中的聚磷菌包括反硝化聚磷菌和普通聚磷菌，反硝化菌包括普通饭硝化菌和反硝化聚磷菌，部分短程硝化反应器(3)中主要为亚硝化菌(AOB)。

下面以北京某高校家属区生活污水为处理对象，考察了此系统的脱氮除磷性能。实验期间，进水水质特点如表1所示：

表1.该装置运行期间进水水质特点

污水处理流程如下：生活污水从进水箱通过第一进水泵(21)进入反硝化除磷反应器(2)，该阶段，在反应器中首先进行厌氧段吸收外碳源合成PHA，同时进行磷的释放；在缺氧初，利用回流的硝化液作为电子受体进行反硝化除磷，反应完成后进行短暂微氧曝气，将剩余的磷吸收完全，反应结束后进行静止沉淀，排水，排水比0.8，进水经过厌氧段完后首先泵入部分短程硝化反应器，通过控制曝气量和曝气时间使亚硝与氨氮的比例维持在1:1.32—1.68之间，从而实现部分短程硝化，反应结束后，将出水之间进入第二中间水箱(40),然后从第二中间水箱(40)进水到SBR厌氧氨氧化反应器(4)，给予合适的温度和pH实现厌氧氨氧化反应，反应产生的硝态氮排入到第三中间水箱(45)，从第三中间水箱(45)回流污水到反硝化除磷反应器(2)，进行反硝化除磷反应，完成整个周期的运行。

具体运行参数如下:

反硝化除磷反应器：由有机玻璃制成，有效容积10L；接种反硝化除磷污泥启动反应器，接种污泥在3000—3500mg/L；每个周期厌氧初进生活污水8L,缺氧初回流8L硝化液，排水比为0.8，进水10min，厌氧释磷1.5h，缺氧吸磷3h，好氧吸磷20min，沉淀排水排泥10min；运行期间每天排泥，控制污泥龄10—15d，污泥浓度3000—3500mg/L。

部分短程硝化反应器：由有机玻璃制成，有效容积为8L；接种短程硝化填料污泥启动反应器，接种污泥浓度在3000—3500mg/L；每个周期曝气前进水10min，约8L来自反硝化除磷反应器，然后曝气2h，注意控制曝气量使反应进行到氨氮与亚硝比例为1:1.32—1.68之间，完成部分短程硝化，排水10min，排水比1，出水进入到第二中间水箱(40)。

SBR厌氧氨氧化反应器：由有机玻璃制成，有效容积为8L；接种厌氧氨氧化填料(海绵)启动反应器，接种污泥浓度在3500—4000mg/L；接受来自第二中间水箱(40)污水，厌氧反应2h，沉淀排水10min，排水量等于进水量8L左右，排水进入到第三中间水箱(45)。

实验运行期间，控制条件较为宽松，仅对溶解氧有一定的控制要求，对于温度(17—27℃)，反应器中pH也不刻意控制(原水pH在7.2—7.8之间)

实验运行期间，出水的平均COD，NH₄ ⁺-N，NO₃ ^-N，NO₂ ^-N，TN，TP浓度分别如下：38.66mg/L,5.86mg/L,0.28mg/L,0.68mg/L,6.82mg/L,0.25mg/L,上述出水指标稳定且均达到国家一级A标准。

一方面该工艺实现了原水中碳源利用的最大化，另一方面实现了脱氮除磷对碳源需求的最小化，从根本上解决了污水中碳源不足的问题。通过三个分离的SBR反应器使反硝化除磷菌，亚硝化菌，厌氧氨氧化菌各自处于最适环境，能最大程度的发挥各自的功能，反硝化除磷菌充分利用污水中的有机碳源进行反硝化除磷，和好氧吸磷，从而保证了有机物对后续短程硝化和厌氧氨氧化的影响，而且部分短程硝化消耗的碱度与厌氧氨氧化及反硝化除磷产生的碱度相差不大，节省了碱度的投加费用，利于系统长期稳定运行。

以上内容是结合具体的实验实施对本发明所做的进一步详细说明，便于该领域人员更好的理解并应用本发明，当然不能认为本发明的具体实施仅限于这些已有说明，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的保护范围之内。

Claims (1)

1.SBR部分短程硝化反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，应用如下装置，该装置主要由进水箱(1),反硝化除磷反应器,第一中间水箱(46)，第二中间水箱(40)，部分短程硝化反应器(3),第三中间水箱(45)，SBR厌氧氨氧化反应器(4)组成；进水箱通过第一进水泵(21)和第一进水阀(24)将水送入反硝化除磷反应器(2)，然后通过第一蠕动泵(22)和第二进水阀(25)将水送到第一中间水箱(46)，然后第一中间水箱(46)通过第三蠕动泵(47)和第四进水阀(48)将水送到部分短程硝化反应器(3)，接着通过第二蠕动泵(23)和第三进水阀(26)将水送到第二中间水箱(40)，然后第二中间水箱(40)进水到SBR厌氧氨氧化反应器(4)，SBR厌氧氨氧化反应器出水进入到第三中间水箱(45)接着通过回流泵(32)和回流阀(31)将水回流至反硝化除磷反应器(2)，通过排水泵(36)和排水阀(30)将水排出；

反硝化除磷反应器(2)设有第一搅拌桨(18)，第一DO探头(12)和ORP探头(13)，部分短程硝化反应器设有第二搅拌桨(19)，第二曝气头(35)，第二流量计(34)，第二曝气泵(33)，第二DO探头(14)和NH₄ ⁺传感器(15)，SBR厌氧氨氧化反应器(4)设有第三搅拌桨(20)，第三DO探头(16)和pH探头(17)；

其特征在于，包括以下内容：

周期运行操作步骤如下：

1)生活污水由进水箱(1)经第一进水泵(21)泵入反硝化除磷反应器(2)，充水比为0.8；同时开启第一搅拌器(9)，厌氧搅拌1.5h，反硝化除磷反应器(2)运行时，每天排泥，使污泥龄维持在10—15d，污泥浓度维持在3000—3500mg/L；

2)反硝化除磷反应器(2)厌氧1.5h结束后，以排水比0.8的比例将水通过第一蠕动泵(22)泵入到第一中间水箱(46)，接着通过第三蠕动泵(47)和第四进水阀(48)将水泵入部分短程硝化反应器(3)，在此反应器进行曝气同时搅拌，完成部分短程硝化反应，反应时间为2h，通过pH和DO来调节使氨氮和亚硝质量比在1:1.32—1.68之间，运行期间，使污泥浓度维持在3000—3500mg/L之间；厌氧反应结束同时，将第三中间水箱(45)中存水经过回流泵(32)泵入到反硝化除磷反应器(2)，进水比为0.8，厌氧反应时间3h，并在厌氧后增加曝气20min以实现磷的高效去除；

3)曝气阶段结束，关闭曝气泵(33)，静止沉淀，将水通过第二蠕动泵(23)全部泵入到第二中间水箱(40)，从第二中间水箱(40)进水到SBR厌氧氨氧化反应器，反应2h，运行期间，反应器严格厌氧，避光，并定期检查填料上污泥是否脱落，维持污泥浓度在3500—4000mg/L之间；

4)SBR厌氧氨氧化反应器(4)反应结束后出水经第五进水阀(44)和第四蠕动泵(43)排入第三中间水箱(45)，从第三中间水箱(45)经回流泵(32)回流到反硝化除磷反应器(2)，充水比为0.8，进行反硝化除磷生物反应，反应时间3h，反应结束后静止沉淀，排水，排泥，排水比为0.8，而后进入下一周期，重复以上步骤。

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