CN109095611A - 一种短程硝化同步反硝化除磷耦合装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短程硝化同步反硝化除磷耦合装置，包括进水管、一体式反应器和沉淀池，其中一体式反应器由厌氧反应器、第一好氧反应器、第一缺氧反应器、第二好氧反应器、第二缺氧反应器和第三好氧反应器组成，厌氧反应器、第一缺氧反应器、第二缺氧反应器内部均设置有搅拌器、DO自控仪、曝气装置和包埋载体床；厌氧反应器和第一好氧反应器之间设置有分流出水泵，第三好氧反应器与沉淀池相连通，沉淀池和厌氧反应器之间设置污泥回流泵。本发明装置及工艺能够实现短程硝化同步反硝化除磷，最大限度地实现污废水处理的节能降耗，适合工农业生产生活中长期连续运行，特别是高氨氮污废水的处理和资源化。

Description

一种短程硝化同步反硝化除磷耦合装置及工艺
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体的说是涉及一种短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺及装置。
背景技术
传统厌氧-缺氧-好氧(A2/O)工艺因其具有较好的脱氮除磷效果而被广泛应用于城市污水处理过程中。但运行成本高、能耗大仍然是城市污水处理厂面临的主要问题。因此研究新型节能降耗A2/O工艺，对于降低污水处理厂的运行成本具有重要意义。短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NO2-的进一步硝化，然后通过反硝化来达到除氮的目的。短程硝化反硝化的优势在于：缩短了反应历程，提高了硝化和反硝化速率；缩短水力停留时间；减少需氧量25％，降低了能耗；节省作为氢供体的外加碳源40％；减少剩余污泥排放量。短程脱氮工艺更适宜处理高氨氮浓度的废水。其运行也面临一些问题：长期稳定地积累亚硝酸盐仍然比较困难，需要对影响亚硝酸盐积累的过程进行更深入的研究，当碳源不足时，需要外加有机碳，从而增加了处理费用；对工艺条件的要求较高，增加了运行和控制的难度；在很多情况下，维持短程硝化所需要的30～35℃的温度有一定困难。
由于生物脱氮和生物除磷系统具备相似的缺氧/好氧交替环境，因而在工艺上往往合并。反硝化除磷是用厌氧/缺氧交替环境来代替传统的厌氧/好氧环境，驯化培养出一类以硝酸根作为最终电子受体的反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus removingbacteria，简称DPB)为优势菌种，通过它们的代谢作用来同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到脱氮除磷的双重目的。应用短程硝化反硝化除磷工艺处理城市污水时不仅可节省曝气量、减少外加碳源而且还可减少剩余污泥量，即可节省投资和运行费用。
中国发明专利201710407392.7“一种节能降耗短程硝化反硝化除磷工艺”中，使用了改良的A2/O工艺，即厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧工艺，并采用了包埋载体强化亚硝化过程，进行了短程硝化反硝化除磷，但仍然存在以下不足：亚硝酸盐积累率不高，氨氮去除率不理想，除磷受到局限，不能有效脱氮除磷。
因此，如何提供一种具有更高氨氮去除率和反硝化除磷效率的短程硝化同步反硝化除磷耦合装置及工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种常温低氧条件下包埋载体床促进A2/O工艺亚硝酸盐稳定积累的短程硝化同步反硝化除磷装置及工艺。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种短程硝化同步反硝化除磷耦合装置，包括进水管、一体式反应器和沉淀池；
其中，一体式反应器包括厌氧反应器，以及顺次连接的第一好氧反应器、第一缺氧反应器、第二好氧反应器、第二缺氧反应器和第三好氧反应器，所述厌氧反应器、所述第一缺氧反应器、所述第二缺氧反应器内部分别设置有搅拌器；所述第一好氧反应器、所述第二好氧反应器和所述第三好氧反应器内部分别设置有DO自控仪和包埋载体床，并且所述第一好氧反应器、所述第二好氧反应器和所述第三好氧反应器底部分别设置有曝气装置；所述厌氧反应器和所述第一好氧反应器之间设置有分流出水泵，所述第三好氧反应器与所述沉淀池相连通，所述沉淀池和所述厌氧反应器之间设置污泥回流泵。
本发明所述第三好氧反应器的增加可以彻底除去反应液中的剩余氨氮，并且能够进一步提高反硝化除磷的效率。
优选的，在上述短程硝化同步反硝化除磷耦合装置中，所述包埋载体床是经过培养驯化的富含亚硝酸菌的污泥通过包埋植入载体之中，制成富含亚硝酸菌的包埋载体。
经过大量实验后，本发明最终使用经驯化后的亚硝酸菌包埋载体促进亚硝化过程，成本低，能有效促进亚硝化过程，进而提高亚硝酸盐的积累，强化短程硝化的过程，提高污水处理效率，具有曝气量小，节省外加碳源的效果，并且以亚硝酸菌作为包埋载体，同时消除了脱氮除磷过程中的各种化学干扰，以及频繁更换载体床的工作量。
本发明还提供了一种短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺，包括以下步骤：
(1)将污水厂的二沉池活性污泥接种于各反应器内，驯化出符合要求的亚硝酸菌、反硝化除磷菌和异养菌；一般的，驯化时间为30天左右，以亚硝酸盐积累浓度为12mg/L以上且明显高于硝酸盐浓度为止；
(2)采用分流式进水的方式，控制进水水量为300L/d，水力停留时间为10h，反应器内污泥浓度为3000～4000mg/L，SRT为15～20天，污泥回流比为80％；
(3)出水进入沉淀池，进行泥水分离。
优选的，上述短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺中，步骤(2)中分流式进水的方式如下：
(1)原水一部分直接注入所述厌氧反应器，另一部分通过进水泵直接注入所述第一好氧反应器；
(2)所述厌氧反应器的出水一部分直接进入所述第一缺氧反应器，另一部分通过计量泵分流至所述第一好氧反应器。
由于实现进水分流，进入厌氧反应器内的水量减少，在不改变反应器体积的前提下延长了厌氧段的水力停留时间，使厌氧释磷更加充分，为后续反硝化除磷创造条件；使第一缺氧段进水中的磷保持较高浓度，利用短程硝化产生的亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷，实现了氮磷的同步去除；减少反应器容积，省却了内循环步骤，最大限度减少动力消耗；避免出水中亚硝酸盐对环境产生的毒性和破坏，最大程度地实现了节能降耗。
具体的，本发明一种短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺，包括以下步骤：
(1)接种来自城市污水厂二沉池的活性污泥进入到各反应器内，调整各反应器内的工艺参数，驯化出适应各阶段处理要求的亚硝酸菌、反硝化除磷菌和异养菌，使污泥浓度保持在3000-4000mg/L左右；
(2)原污水分两部分进入装置，一部分污水进入所述厌氧反应器，另一部分污水不经所述厌氧反应器，直接进入所述第一好氧反应器；在厌氧反应器内进行厌氧释磷，水力停留时间2.0-3.0h；
(3)所述第一好氧反应器的污水一部分来自于原污水，一部分来自于所述厌氧反应器，采用所述DO自控仪，将溶解氧控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在8.0左右，以保证所述第一好氧反应器内进行短程硝化反应，积累亚硝酸盐；
(4)所述第一好氧反应器出水进入所述第一缺氧反应器，另外所述厌氧反应器也有一部分厌氧释磷后的混合液进入所述第一缺氧反应器；在所述第一缺氧反应器内完成以亚硝酸盐为主要电子受体的反硝化除磷，实现亚硝酸盐和磷的同步去除；
(5)所述第一缺氧反应器的出水进入所述第二好氧反应器，采用所述DO自控仪，将溶解氧控制在0.3～0.5mg/L；可以保证前期产生的亚硝酸盐不被氧化成硝酸盐，使好氧段的亚硝酸菌逐步成为优势菌，从而使所述第二好氧反应器出水有稳定的亚硝酸盐的积累；
(6)所述第二好氧反应器的出水进入所述第二缺氧反应器，第二缺氧段发生内源反硝化，第一缺氧段中的反硝化除磷完成之后，仍剩余一定量的亚硝酸盐，所述第二缺氧反应器的目的是利用内源反硝化，强化亚硝酸盐的去除，以保证所述第二缺氧段的出水中不含有亚硝酸盐，避免对环境产生毒害作用；
(7)所述第二缺氧反应器的出水进入所述第三好氧反应器，即快速曝气池，快速曝气池内DO控制在3.0～5.0mg/L，主要去除厌氧段分流至缺氧段污水中的氨氮，由于这部分氨氮浓度比较小，所以在快速曝气池中可以实现完全去除；
(8)快速曝气池出水进入沉淀池，进行泥水分离，使上清液外排，沉淀时间为0.5～1.0h，沉淀池设污泥回流管，污泥回流至厌氧反应器，污泥回流比为0.7～0.8。
优选的，上述短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺中，所述第一缺氧反应器和所述第二缺氧反应器之间不设置内循环。
优选的，上述短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺中，所述第一好氧反应器中溶解氧控制在0.5～0.8mg/L，pH控制在8.0，所述第二好氧反应器中溶解氧控制在0.3～0.5mg/L，pH控制在8.0，所述第三好氧反应器采用快速曝气方式溶解氧控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在8.0。
首先，上述pH值为适合亚硝酸菌生长的最佳数值，可以防止亚硝酸盐进一步被氧化，具体的，对pH的控制可以保证反应液中亚硝酸菌成为优势菌种，使反应控制在亚硝酸盐阶段，不被进一步氧化，然后进入反硝化过程，从而实现短程硝化达到节能降耗的目的；
其次，本发明第一好氧段是氧化进水中的氨氮到亚硝酸盐的过程，第三好氧段的快速曝气主要是去除厌氧段分流至缺氧段污水中的氨氮，由于这部分氨氮浓度比较小，所以在快速曝气池中可以实现完全去除，提高了处理效率。
经由上述的技术方案可知，本发明针对现有的短程硝化反硝化除磷工艺进行有效改进，采用在线控制溶解氧DO和温度，在常温低溶解氧条件下完成工艺运行的快速启动过程，利用低溶解氧控制和设置包埋载体床，刺激亚硝酸菌的增长，使亚硝酸菌成为系统内的优势菌种，从而实现了稳定的短程硝化，节省了耗氧量，提高了硝化反应速率。保证短程硝化和以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷同步进行，提高脱氮除磷效率。
本发明采用的装置能在常温低氧条件下实现亚硝酸盐的稳定积累，并通过反硝化实现磷的同步去除。在保证出水水质的前提下，大幅度提高污水处理效率，有效节省基建投资和运行成本，减少占地面积，最大程度地实现了节能降耗，不仅适用于生活污水的净化和处理的长期连续运行，而且适用于畜牧养殖业废水及工业高氮磷废水的处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的装置结构示意图；
在图中：
1为厌氧反应器、2为第一好氧反应器、3为第一缺氧反应器、4为第二好氧反应器、5为第二缺氧反应器、6为第三好氧反应器、7为沉淀池、8为搅拌器、9为DO自控仪、10为曝气装置、11为包埋载体床。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺及装置，主要由进水管、一体式反应器和沉淀池7组成，一体式反应器内部设有厌氧反应器1、第一好氧反应器2、第一缺氧反应器3、第二好氧反应器4、第二缺氧反应器5、第三好氧反应器6顺次连接，在厌氧反应器1、第一缺氧反应器2、第二缺氧反应器4内分别设置搅拌器8，在第一好氧反应器2、第二好氧反应器4和第三好氧反应器6内分别设置溶解氧DO自控仪9，在第一好氧反应器2、第二好氧反应器4和第三好氧反应器6内分别设置包埋载体床11，在好氧区中添加的包埋载体床11，是经过培养驯化的富含亚硝酸菌的污泥通过包埋植入载体之中，制成富含亚硝酸菌的包埋载体，第一好氧反应器2、第二好氧反应器4和第三好氧反应器6底部设曝气装置10，采用底部砂条曝气，在厌氧反应器1和第一好氧反应器2之间设置分流出水泵，第三好氧反应器6与沉淀池7相连，在沉淀池7和厌氧反应器1之间设置污泥回流泵(回流比80％)。
采用上述装置处理污水，接种来自于城市污水厂的二沉池活性污泥到各反应器内，驯化出适应各阶段处理要求的亚硝酸菌、反硝化除磷菌和大量异养菌。实验进水水量为300L/d左右，水力停留时间为10h，反应器内污泥浓度为2500～4000mg/L，SRT为15～20天，污泥回流比为80％。
所述好氧段分为第一好氧段、第二好氧段和第三好氧段，所述缺氧段分为第一缺氧段和第二缺氧段，其中，第一好氧段DO控制在0.5～0.8mg/L，pH控制在8.0，第二好氧段DO控制在0.3～0.5mg/L，pH控制在8.0左右，第三好氧段采用快速曝气方式DO控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在8.0左右。
工艺运行采用分流式进水，进水方式如下：一部分原水不经厌氧段，通过进水泵直接进入第一好氧段，厌氧段出水一部分直接进入第一缺氧段，另一部分通过计量泵分流至第一好氧段，第一缺氧段和第二缺氧段之间不设内循环。
用本发明短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺及装置处理城市污水，亚硝酸盐积累量达到了17-26mg/L，明显高于硝酸盐积累量，并且氨氮去除率提高到97％以上，出水氨氮在8.0mg/L以下；同时具有良好的除磷效果，出水总磷在0.8mg/L以下。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种短程硝化同步反硝化除磷耦合装置，其特征在于，包括进水管、一体式反应器和沉淀池(7)；
其中，一体式反应器包括厌氧反应器(1)，以及顺次连接的第一好氧反应器(2)、第一缺氧反应器(3)、第二好氧反应器(4)、第二缺氧反应器(5)和第三好氧反应器(6)，所述厌氧反应器(1)、所述第一缺氧反应器(3)、所述第二缺氧反应器(5)内部分别设置有搅拌器(8)；
所述第一好氧反应器(2)、所述第二好氧反应器(4)和所述第三好氧反应器(6)内部分别设置有DO自控仪(9)和包埋载体床(11)，并且所述第一好氧反应器(2)、所述第二好氧反应器(4)和所述第三好氧反应器(6)底部分别设置有曝气装置(10)；所述厌氧反应器(1)和所述第一好氧反应器(2)之间设置有分流出水泵，所述第三好氧反应器(6)与所述沉淀池(7)相连通，所述沉淀池(7)和所述厌氧反应器(1)之间设置污泥回流泵。
2.根据权利要求1所述的短程硝化同步反硝化除磷耦合装置，其特征在于，所述包埋载体床(11)是经过培养驯化的富含亚硝酸菌的污泥通过包埋植入载体之中，制成富含亚硝酸菌的包埋载体。
3.一种短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将污水厂的二沉池活性污泥接种于各反应器内，驯化出符合要求的亚硝酸菌、反硝化除磷菌和异养菌；
(2)采用分流式进水的方式，控制进水水量为300L/d，水力停留时间为10h，反应器内污泥浓度为3000～4000mg/L，SRT为20～25天，污泥回流比为80％；
(3)出水进入沉淀池，进行泥水分离。
4.根据权利要求3所述的短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺，其特征在于，步骤(2)中分流式进水的方式如下：
原水一部分直接注入所述厌氧反应器(1)，另一部分通过进水泵直接注入所述第一好氧反应器(2)；所述厌氧反应器(1)的出水一部分直接进入所述第一缺氧反应器(3)，另一部分通过计量泵分流至所述第一好氧反应器(2)。
5.根据权利要求3所述的短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺，其特征在于，所述第一缺氧反应器(3)和所述第二缺氧反应器(5)之间不设置内循环。
6.根据权利要求3所述的短程硝化同步反硝化除磷耦合工艺，其特征在于，所述第一好氧反应器(2)中溶解氧控制在0.5～0.8mg/L，pH控制在8.0，所述第二好氧反应器(4)中溶解氧控制在0.3～0.5mg/L，pH控制在8.0，所述第三好氧反应器(6)采用快速曝气方式溶解氧控制在0.5～1.0mg/L，pH控制在8.0。
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