CN107010727B

CN107010727B - 一种全程低氧曝气sbmbbr同步脱氮除磷方法

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Publication number: CN107010727B
Application number: CN201710364341.0A
Authority: CN
Inventors: 张朝升; 曹建平; 荣宏伟; 赵丽敏
Original assignee: Guangzhou University
Current assignee: Guangzhou University
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: CN107010727A

Abstract

本发明公开一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，属于污水处理技术领域。该方法通过在传统SBR中投加悬浮填料形成SBMBBR，控制有机负荷、氮磷负荷及反应器内DO值，对接种物进行分阶段培养驯化，富集的反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，通过同步硝化反硝化及反硝化除磷作用等途径，实现同步脱氮除磷。本发明在全程低氧曝气条件下于同一反应器内实现了低C/N比污水同步脱氮除磷，具有工艺简单，运行控制简单，污泥负荷高，占地面积小，能耗低，无需投加外碳源，脱氮除磷效果稳定等优点。对于简化传统脱氮除磷污水处理工艺，提高脱氮除磷效果和降低占地及能耗具有非常现实的意义，是一种具有良好应用前景的污水处理工艺。

Description

一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种氮、磷含量较高、低C/N比污水同步脱氮除磷方法，尤其涉及一种全程低曝气条件下利用序批式移动床生物膜反应器(SequencingBatch Moving Bed Biofilm Reactor，SBMBBR)，通过同步硝化反硝化作用和反硝化除磷进行同步脱氮除磷的污水处理方法。

背景技术

在造纸、生化制药、发酵和食品等工业生产中，会产生大量氮、磷含量较高，且低C/N比的污水。目前由于同步生物脱氮除磷工艺中，脱氮和除磷存在碳源竞争和污泥龄矛盾等问题，污水中脱氮除磷较难同时获得理想的效果。这一问题在污水中氮、磷含量较高，C/N比低的情况下尤为突出。污水处理脱氮除磷效果欠佳，导致出水中氮磷指标常常不能达标排放，造成了较为严重水体富营养现象，这使得污水同步生物脱氮除磷，尤其是低C/N比污水同步生物脱氮除磷成为国内外水处理行业的研究热点。同时，能源问题和土地问题日趋紧张，使得人们对低耗高效的污水脱氮除磷处理技术的需求日益迫切。

根据传统的生物脱氮与除磷机理，生物脱氮除磷工艺的主要过程都包括厌氧、缺氧和好氧过程，通过这三个过程的组合和优化进而实现高效脱氮除磷的目的。目前采用较多的传统工艺主要有A²/O，氧化沟、SBR及其改良工艺。这些工艺均存在工艺过程控制复杂，能耗高、对污水碳源要求高等不足，对于由于氮磷含量较高而导致的污水C/N低时存在不适用的问题。

20世纪80年代，研究人员发现缺氧条件下的磷去除现象，进一步研究发现厌氧-缺氧交替条件下有利于强化富集反硝化除磷的微生物(反硝化聚磷菌DPB)。反硝化除磷与传统好氧除磷具有相似的除磷机理，主要区别在于吸磷过程中所利用的电子受体不同，分别为硝酸盐(亚硝酸盐)和氧气。另外，在反硝化除磷过程中，胞内物质PHA即作为反硝化脱氮的碳源，同时又作为过量吸磷的碳源，达到了“一碳两用”的目的，因此可以降低碳源需求量，同时还可以降低曝气量，减少污泥排放量。目前反硝化除磷工艺大多采用活性污泥法，如单污泥工艺(A²/O，UCT，MUCT、SCFS、SBR等)和双污泥工艺(A₂N、Dephanox、A₂N/SBR等)。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法。本发明在全程低氧曝气条件下于同一反应器内实现了低C/N比污水同步脱氮除磷，具有工艺简单，运行控制简单，污泥负荷高，占地面积小，能耗低，无需投加外碳源，脱氮除磷效果稳定等优点，尤其适用于氮、磷含量较高、低C/N比污水的同步脱氮除磷。

本发明提供一种富集反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌的全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，实现高氮磷污水的同步脱氮除磷，为了克服现有污水脱氮除磷工艺存在的工艺复杂、碳源需求高、脱氮和除磷不能在同一反应器及条件下良好共存等问题。本方法在同一反应器内实现脱氮除磷及除碳，工艺流程简单，低氧曝气节约了能源，降低了运行费用，降低了污泥产量。同时具有容积负荷高，占地小，运行控制简单等优点。该方法结合了同时硝化反硝化、反硝化除磷和好氧除磷系统的优点，可在低能耗条件下实现对高氮磷污水的高效稳定处理，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A排放标准。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，首先对反应器内接种物进行驯化培养，通过控制系统有机负荷及反应器内DO溶度，富集反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，在同一反应器内实现有机物的降解及脱氮除磷，全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷工艺所用到的装置如图1。

包括如下步骤：通过在传统SBR中投加悬浮填料形成序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)，控制有机负荷、氮磷负荷及反应器内DO值，对接种物进行分阶段培养驯化，富集的反硝化聚磷菌(DPB)和好氧聚磷菌(PAO)，通过同步硝化反硝化及反硝化除磷作用等途径，实现同步脱氮除磷。

一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，具体包括如下步骤：

1.系统启动

1.1将取自普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥作为接种物，将活性污泥接种至反应器，使得接种后反应器污泥浓度维持在适宜范围；

1.2反应器内采用聚氨酯海绵填料作为生物膜载体；

1.3反应器内设置机械搅拌及曝气装置，通过气体转子流量计调节曝气量，使得反应器内DO值符合该驯化阶段DO要求，通过搅拌和曝气，使得反应器内载体填料刚好处于悬浮流化状态；

1.4驯化采取逐步提高进水负荷，同时逐步降低反应器内DO值的方式培养驯化，采用两段式驯化方式来富集反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，提高氮磷去除率；

具体驯化程序分为三个阶段，每个阶段持续7～15d；优选为7d；

1.5第一阶段：挂膜阶段：控制DO值为2.0～2.5mg/L，适当降低搅拌转速至40～50r/min，以利于载体挂膜；

1.6第二阶段：好氧除磷菌富集阶段：控制DO值为1.0～2.0mg/L，利用载体填料生物膜表面积内部的DO浓度梯度，在填料生物膜表面及内部分别形成好氧及厌氧微环境，形成有利于好氧聚磷菌富集的条件，富集好氧聚磷菌；

1.7第三阶段：反硝化聚磷菌富集、同步硝化反硝化作用强化阶段：控制DO值为0.5～1.0mg/L，利用载体填料生物膜表面积内部的DO浓度梯度，在填料表面及内部分别形成兼氧及厌氧微环境，形成有利于反硝化聚磷菌富集的条件，富集反硝化聚磷菌，强化同步硝化反硝化作用；

1.8控制反应体系pH值为7.0～7.5，水力停留时间13.3h～16.0h；

2.系统运行

经过前期培养驯化过程，系统内污泥浓度达到4000～5000mg/L，有机物、氮磷去除率达到85％以上，驯化基本完成，进入运行阶段；

系统运行程序为：进水5～10min，进水完成后进入反应阶段，启动曝气和搅拌，控制搅拌速度及曝气量，使得系统DO值为0.5～1.0mg/L，填料在反应器内刚好形成悬浮流化状态，反应阶段持续时间为6～6.5h；反应结束后停止曝气和搅拌，静置沉淀45～60min后排水10～20min，排水比为50～60％，排水完成后进入下一周期进水阶段，每个反应周期为7～8h；调整系统有机负荷，氮磷负荷，使得COD，总磷和总氮去除率稳定在90％以上，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A排放标准。

步骤1.1中，

所述的活性污泥的浓度为3000～4000mg/L。

所述的反应器为批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)。

步骤1.2中，

所述的聚氨酯海绵填料是规格为5mm～10mm立方体，填充比为35～55％；优选为5mm～10mm立方体，填充比为45～50％，更优选为5mm立方体，填充比为45～50％。

步骤1.3中，

所述的DO值详见步骤1.5、1.6和1.7。曝气量视具体情况而定，以控制反应结束前系统内DO值为目标。

步骤1.4中，

所述的三阶段有机负荷分别为0.6、0.8和1.0kgCOD/(kgMLSS·d)，进水水质为含磷有机工业污水或人工配置的培养液，调整C：N：P约为100：10：3，运行阶段COD，TN和TP分别约为1000mg/L、100mg/L和30mg/L，形成高氮磷，低C/N比和低C/P比的特征水质。

本发明的机理是：

本发明利用SBMBBR反应器，通过全程低氧曝气，控制系统内DO值在0.5～1.0mg/L，形成同一反应器内生物膜的不同深度存在好氧、兼氧及厌氧状态，利用反应器内富集的反硝化聚磷菌(DPB)和好氧聚磷菌(PAO)，通过同步硝化反硝化及反硝化除磷作用，实现同步脱氮除磷。

全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，具有反应器内生物浓度高、污泥负荷高、反应器占地小、系统曝气量小，节约能源、污泥产量低、适应低C/N污水水质和全程低氧曝气使得运行控制要求低等诸多优点，对于简化传统脱氮除磷污水处理工艺，提高脱氮除磷效果和降低占地及能耗具有非常现实的意义，是一种具有良好应用前景的污水处理工艺。

本发明的全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，相对于现有技术，具有如下的效果及优点：

(1)本发明通过在传统SBR中投加悬浮填料形成序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)，结合了SBR及移动床生物膜反应器的各自优势，获得良好的脱氮除磷效果。

(2)通过接种物在载体填料上挂膜后进行驯化培养，通过控制系统内DO值在相应阶段范围，同时逐步提高有机负荷及氮磷负荷，利用氧浓度梯度差，在生物填料上生物膜不同深度形成的好氧、兼氧及厌氧微环境，集富集反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，在全程低氧曝气条件下通过同时同步硝化反硝化、反硝化除磷及好氧除磷等途径，实现同一厌氧反应器中有机物及氮磷的同步去除，简化了处理工艺。

(3)本方法通过同步硝化反硝化脱氮、反硝化除磷可降低对碳源的需求，适合高氮磷含量，低C/N比的污水处理。

(4)本方法控制系统内DO值维持在0.5～1.0mg/L，有利于降低曝气量，极大节约能源，全程低氧曝气的工艺运行控制过程较为简单，可降低对自动控制的要求。

(5)SBMBBR工艺反应器内生物浓度较高，具有较高的容积负荷，可减少工艺占地面积。

附图说明

图1是全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷工艺图；其中，①污水进水水箱、②污水进水泵、③机械搅拌器、④SBMBBR反应器、⑤聚氨酯海绵填料、⑥充氧曝气头、⑦排泥口、⑧气体转子流量计、⑨鼓风曝气机、⑩Ph及温度在线测定仪、DO在线测定仪、排水口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，应用于某食品工业污水处理，其具体启动及操作包括如下步骤：

1.系统启动

将取自普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥作为接种物，将污泥接种至反应器，使得接种后反应器污泥浓度维持在3000～4000mg/L范围；反应器内采用聚氨酯海绵填料作为生物膜载体填料，填料规格为5mm立方体，填充比为45％。反应器内设置机械搅拌及曝气装置，通过气体转子流量计调节曝气量，使得反应器内DO值符合该驯化阶段DO要求，通过搅拌和曝气，使得反应器内载体填料刚好处于悬浮流化状态。进水为食品厂排放污水，进水BOD为755mg/L，COD为1030mg/L，氨氮为80.06mg/L，总磷为32.50mg/L，污水经预处理后，进入SBMBBR反应器。

驯化采取逐步提高进水负荷(0.6、0.8和1.0kgCOD/(kgMLSS·d)，同时逐步降低反应器内DO值的方式培养驯化，采用两段式驯化方式来富集反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，提高氮磷去除率；

具体驯化程序分为三个阶段，每个阶段持续7d。

第一阶段：挂膜阶段。控制DO值为2.0～2.5mg/L，适当降低搅拌转速至40～50r/min，以利于载体挂膜；

第二阶段：好氧除磷菌富集阶段。控制DO值为1.0～2.0mg/L，利用载体填料生物膜表面积内部的DO浓度梯度，在填料生物膜表面及内部分别形成好氧及厌氧微环境，形成有利于好氧聚磷菌富集的条件，富集好氧聚磷菌；

第三阶段：反硝化聚磷菌富集、同步硝化反硝化作用强化阶段。控制DO值为0.5～1.0mg/L，利用载体填料生物膜表面积内部的DO浓度梯度，在填料表面及内部分别形成兼氧及厌氧微环境，形成有利于反硝化聚磷菌富集的条件，富集反硝化聚磷菌，强化同步硝化反硝化作用。

控制反应体系pH值为7.0左右，水力停留时间13.3h；

2.系统运行

经过前期培养驯化过程，系统内污泥浓度达到4000～5000mg/L，有机物、氮磷去除率达到85％以上，驯化基本完成，进入运行阶段。系统运行程序为：进水10min，进水完成后进入反应阶段，启动曝气和搅拌，控制搅拌速度及曝气量，使得系统DO值为0.5～1.0mg/L，填料在反应器内刚好形成悬浮流化状态，反应阶段持续时间为6.5h。反应结束后停止曝气和搅拌，静置沉淀1.0h后排水20min，排水比为60％，排水完成后进入下一周期进水阶段，每个反应周期为8h。出水水质为COD＜30.5mg/L，TP＜0.35mg/L，NH₃-N＜2.5mg/L。实现了低能耗条件下实现对高氮磷污水的高效稳定处理，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A排放标准。

实施例2

一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，应用于某制药工业污水处理，其具体启动及操作包括如下步骤：

1.系统启动

将取自普通城市污水处理厂二沉池的活性污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥作为接种物，将污泥接种至反应器，使得接种后反应器污泥浓度维持在

3000～4000mg/L范围；反应器内采用聚氨酯海绵填料作为生物膜载体填料，填料规格为5mm立方体，填充比为50％。反应器内设置机械搅拌及曝气装置，通过气体转子流量计调节曝气量，使得反应器内DO值符合该驯化阶段DO要求，通过搅拌和曝气，使得反应器内载体填料刚好处于悬浮流化状态。进水为制药厂排放污水，进水BOD为1550mg/L，COD为2200mg/L，氨氮为120.55mg/L，总磷为38.90mg/L，污水经预处理后，进入SBMBBR反应器。

具体驯化程序分为三个阶段，每个阶段持续7d。

控制反应体系pH值为7.0左右，水力停留时间16h；

2.系统运行

经过前期培养驯化过程，系统内污泥浓度达到4000～5000mg/L，有机物、氮磷去除率达到85％以上，驯化基本完成，进入运行阶段。系统运行程序为：进水10min，进水完成后进入反应阶段，启动曝气和搅拌，控制搅拌速度及曝气量，使得系统DO值为0.5～1.0mg/L，填料在反应器内刚好形成悬浮流化状态，反应阶段持续时间为6.5h。反应结束后停止曝气和搅拌，静置沉淀1.0h后排水20min，排水比为50％，排水完成后进入下一周期进水阶段，每个反应周期为8h。出水水质为COD＜50.5mg/L，TP＜0.45mg/L，NH₃-N＜5.0mg/L。实现了低能耗条件下实现对高氮磷污水的高效稳定处理，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A排放标准。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，其特征在于包括如下步骤：通过在传统SBR中投加悬浮填料形成SBMBBR，控制有机负荷、氮磷负荷及反应器内DO值，对接种物进行分阶段培养驯化，富集的反硝化聚磷菌和好氧聚磷菌，通过同步硝化反硝化及反硝化除磷作用，实现同步脱氮除磷；

具体包括如下步骤：

1.系统启动

1.2反应器内采用聚氨酯海绵填料作为生物膜载体；

具体驯化程序分为三个阶段，每个阶段持续7～15d；

1.8控制反应体系pH值为7.0～7.5，水力停留时间13.3h～16.0h；

2.系统运行

2.根据权利要求1所述的全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，其特征在于：

步骤1.1中，所述的活性污泥的浓度为3000～4000mg/L。

3.根据权利要求1所述的全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，其特征在于：

步骤1.2中，所述的聚氨酯海绵填料是规格为5mm～10mm立方体，填充比为35～55％。

4.根据权利要求3所述的全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，其特征在于：

所述的聚氨酯海绵填料是规格为5mm～10mm立方体，填充比为45～50％。

5.根据权利要求1所述的全程低氧曝气SBMBBR同步脱氮除磷方法，其特征在于：

步骤1.4中，

所述的三阶段有机负荷分别为0.6、0.8和1.0kgCOD/(kgMLSS·d)，进水水质为含磷有机工业污水或人工配置的培养液，调整C：N：P为100：10：3，运行阶段COD，TN和TP分别为1000mg/L、100mg/L和30mg/L，形成高氮磷，低C/N比和低C/P比的特征水质。