CN110002589A - 一种基于实时控制的城市污水低do同步短程硝化反硝化除磷的装置和方法 - Google Patents

一种基于实时控制的城市污水低do同步短程硝化反硝化除磷的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种基于实时控制的城市污水低DO同步短程硝化反硝化除磷的装置和方法，属于污水生物处理领域。城市污水泵入到同步短程硝化反硝化除磷SBR，先厌氧搅拌2h，聚磷菌(PAOs)和反硝化聚磷菌(DPAOs)完成厌氧释磷和内碳源PHA合成，聚糖菌(GAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)也合成PHA。接着进入低溶解氧(DO)好氧段，AOB将NH4 +‑N氧化为NO2 ‑，同时PAOs进行好氧吸磷，DPAOs利用NO2 ‑进行反硝化除磷，另一方面，DGAOs分别将PHA和NO2 ‑作为电子供体和电子受体进行内源反硝化，好氧段发生着同步短程硝化反硝化除磷，最后根据氨谷点和DO突越点判断曝气的结束(曝气时间5～8h)，达到了同步脱氮除磷的目的。工艺采用一个SBR，流程简单，为污水脱氮除磷提供了一种新的技术。

Description

一种基于实时控制的城市污水低DO同步短程硝化反硝化除磷 的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种基于实时控制的城市污水低DO同步短程硝化反硝化除磷的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
传统污水生物脱氮除磷面临着碳源不足，脱氮除磷效率不高，以及出水难以达到以及A标准等问题。为解决这些问题，污水处理新技术在不断的探索和发展。
近年，同步短程硝化反硝化技术被发现，这个技术可以在好氧段不但进行好氧硝化，而且可以同步进行反硝化，是一项高效节能的技术。目前关于实现同步硝化反硝化普遍能接受的观点是微环境理论，即虽然是在好氧环境中，但依然存在着一些缺氧的环境，而且污泥也具有一定的体积，氧气在传质的过程中受到了污泥的阻力，因此在污泥的内部形成了缺氧区。在同步硝化反硝化的基础上，有学者将强化生物除磷与同步硝化反硝化结合，形成同步短程硝化反硝化除磷技术，在同一个反应器中实现既脱氮又除磷。该项技术在好氧段同步实现硝化、好氧吸磷、内源反硝化以及反硝化除磷，更加经济高效。
但目前关于同步短程硝化反硝化除磷技术，基本是在好氧段实现全程硝化，即NH4 +氧化为NO3 -，NO3 -再作为反硝化的电子受体。在此基础上，本发明创新性地提出在好氧段实现短程硝化，即NH4 +氧化为NO2 -，短程的实现不但节省了曝气的能耗，而且还节省了反硝化所需的碳源，更有利于处理低C/N城市生活污水。控制实现短程的策略是低DO条件下的实时控制，实现监测反应过程中的pH和DO变化，到了氨谷点和DO突越点，及时停止曝气。本发明只需要一个个SBR反应器，工艺流程简单，能够同步脱氮除磷，经济高效，为污水生物脱氨除磷提供了一种新的技术选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于实时控制的城市污水低DO同步短程硝化反硝化除磷的装置和方法，解决目前污水生物脱氮除磷碳源不足，脱氮除磷效率不高，处理费用高以及难以达到一级A排放标准等问题，以期实现稳定、高效、经济的污水脱氮除磷。主要含COD、NH4 +-N、PO4 3--P的城市污水进入到同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)后，首先是厌氧段，PAOs和DPAOs释放多聚磷酸盐(poly-P)并伴随糖原降解，所产生的能量用于吸收进水中的COD合成为内碳源PHA，同时GAOs和DGAOs也通过降解糖原产生能量吸收水中的COD合成内碳源PHA。在接下来的低DO好氧段，氨氧化菌(AOB)利用O2将NH4 +氧化为NO2 -，PAOs利用PHA和O2分别作为电子供体和电子受体过量地吸收水中的PO4 3--P，由于是低DO条件，并且污泥有部分颗粒化，因此会形成缺氧微环境，此时DPAOs利用PHA和NO2 -分别作为电子供体和电子受体进行反硝化吸磷。另一方面，在此低DO条件下，DGAOs也利用AOB产生的NO2 -作为电子受体，PHA作为电子供体进行内源反硝化，因此，好氧段发生着短程硝化，好氧吸磷，反硝化除磷，内源反硝化，亦即同步短程硝化反硝化除磷。由于短程硝化产酸，随着反应的进行，pH会不断下降，直到出现pH不在下降反而上升(氨谷点)，说明NH4 +已经全部氧化，此时，也可以观察到DO的突然升高(DO突越点)，结合氨谷点和DO突越点，就可以判断反应的结束，此时关闭曝气泵。
一种基于实时控制的低DO同步短程硝化反硝化除磷的装置，其特征在于，包括城市污水原水桶(1)、同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)、曝气泵(3)、pH、DO在线监测仪(4)、出水桶(5)。城市污水原水桶(1)中的城市污水通过进水泵(1.1)和进水阀(2.1)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，曝气泵(3)通过气体流量计(3.1)和进气阀(2.2)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，pH、DO在线监测仪(4)通过pH探头(2.11)和DO探头(2.12)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接通过第二排水阀(2.7)与出水桶(5)相连接。进一步地，所述同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)反应器内置有：进水阀(2.1)，进气阀(2.2)，搅拌器(2.3)，曝气头(2.4)，溢流管(2.5)，第一排水阀(2.6)，第二排水阀(2.7)，第三排水阀(2.8)，第四排水阀(2.9)，放空阀(2.10)，pH探头(2.11)，DO探头(2.12)。
本发明还提供一种基于实时控制的低DO同步短程硝化反硝化除磷的方法，包括以下步骤：
1)系统启动阶段：
接种短程硝化污泥至同步短程硝化反硝化除磷SBR中，使反应器中污泥浓度为2000～3000mg/L。接着在反应器中富集聚磷菌(PAOs)、反硝化聚磷菌(DPAOs)和聚糖菌(GAOs)、反硝化聚糖菌(DGAOs)，具体的富集方式为，提高进水C/N至4～5，使得进水碳源充足，并且以厌氧/好氧(A/O)运行SBR，其中厌氧2h，好氧3h，恒定曝气量，初始DO为0.1mg/L，随着反应的进行，氨氮逐渐减少，需氧量逐渐减少，因此DO逐渐升高。当系统能够稳定实现90％以上的磷去除率和50％以上的同步短程硝化反硝化率，即认为系统启动成功，系统启动时间为1～2个月。好氧结束时间根据pH、DO在线监测仪实时监测pH和DO值，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气；
好氧过程中pH会由于氨氮氧化为亚硝而产生H+,因此pH会一直下降，当氨氮完全够转化为亚硝，不再产生H+，继续曝气将会吹脱水中的CO2，造成pH的突然上升，即出现氨谷点。此时由于氨氮完全转化为亚硝，继续曝气，耗氧量会更加减少，DO会突然升高幅度更大，即DO突越点，根据氨谷点和DO突越点即可以确定氨氮刚好完全氧化为亚硝，此时停止曝气，达到实时控制的目的。通常曝气时长为5～8h。
2)系统正常运行调控阶段：
系统启动成功以后，不再继续给进水加碳源，即处理低C/N城市生活污水。城市生活污水首先进入到城市污水原水桶(1)，通过进水泵(1.1)城市污水进入到同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)中，先厌氧搅拌2h；接着开启曝气泵(3)，通过调节气体流量计(3.1)进行低DO曝气，恒定曝气量，初始DO为在0.1mg/L，随着反应的进行，氨氮逐渐减少，需氧量逐渐减少，因此DO逐渐升高。好氧结束时间根据pH、DO在线监测仪实时监测pH和DO值，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气；
好氧过程中pH会由于氨氮氧化为亚硝而产生H+,因此pH会一直下降，当氨氮完全够转化为亚硝，不再产生H+，继续曝气将会吹脱水中的CO2，造成pH的突然上升，即出现氨谷点。此时由于氨氮完全转化为亚硝，继续曝气，耗氧量会更加减少，DO会突然升高幅度更大，即DO突越点，根据氨谷点和DO突越点即可以确定氨氮刚好完全氧化为亚硝，此时停止曝气，达到实时控制的目的。通常曝气时长为5～8h。接着沉淀20min，排水5min，排水比为40％～70％，排水进入到出水桶(5)，闲置20min。一个完整周期结束，接着进行下一个周期。同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)需要排泥，污泥龄控制在10～15d，反应器内污泥浓度维持在2000～3000mg/L。
一种基于实时控制的城市污水低DO同步短程硝化反硝化除磷的装置和方法，具有如下优点：
1)厌氧段有效利用进水碳源，好氧段短程硝化的实现节省了曝气能耗以及降低了同步反硝化所需的内碳源，能够实现低C/N城市污水深度脱氮除磷。
2)在同一个SBR中实现了脱氮除磷，工艺简单，节省工艺构筑物和占地面积，经济高效。
3)好氧段反硝化为短程硝化提供了碱度，无需额外投加硝化所需碱度。
附图说明
图1基于实时控制的低DO同步短程硝化反硝化除磷的装置结构示意图。
图1中：1为城市污水原水桶，2为同步短程硝化反硝化除磷SBR，3为曝气泵，4为pH、DO在线监测仪，5为出水桶，1.1为进水泵，2.1为进水阀，2.2为进气阀，2.3为搅拌器，2.4为曝气头，2.5为溢流管，2.6为第一排水阀，2.7为第二排水阀，2.8为第三排水阀，2.9为第四排水阀，2.10为放空阀，2.11为pH探头，2.12为DO探头，3.1为气体流量计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
如图1所示一种基于实时控制的低溶解氧同步短程硝化反硝化除磷的装置，包括城市污水原水桶(1)、同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)、曝气泵(3)、pH、DO在线监测仪(4)、出水桶(5)。城市污水原水桶(1)中的城市污水通过进水泵(1.1)和进水阀(2.1)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，曝气泵(3)通过气体流量计(3.1)和进气阀(2.2)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，pH、DO在线监测仪(4)通过pH探头(2.11)和DO探头(2.12)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接通过第二排水阀(2.7)与出水桶(5)相连接。
所述同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)反应器内置有：进水阀(2.1)，进气阀(2.2)，搅拌器(2.3)，曝气头(2.4)，溢流管(2.5)，第一排水阀(2.6)，第二排水阀(2.7)，第三排水阀(2.8)，第四排水阀(2.9)，放空阀(2.10)，pH探头(2.11)，DO探头(2.12)。
以北京某大学家属区生活污水，考察系统的脱氮除磷性能，原水具体水质如下：COD浓度为110～250mg/L，NH4 +-N浓度为40～80mg/L，NO2 --N浓度<0.3mg/L，NO3 --N浓度<0.3mg/L，PO4 3--P浓度为4.5～7.5mg/L，pH为7.1～8.2。试验系统如图1所示，反应器采用有机玻璃制作，同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)有效体积为10L。
具体运行操作如下：
1)系统启动阶段：
接种短程硝化污泥至同步短程硝化反硝化除磷SBR中，使反应器中污泥浓度为2000～3000mg/L。接着在反应器中富集聚磷菌(PAOs)、反硝化聚磷菌(DPAOs)和聚糖菌(GAOs)、反硝化聚糖菌(DGAOs)，具体的富集方式为，提高进水C/N至4～5，使得进水碳源充足，并且以厌氧/好氧(A/O)运行SBR，其中厌氧2h，好氧3h，恒定曝气量，初始DO为0.1mg/L，随着反应的进行，氨氮逐渐减少，需氧量逐渐减少，因此DO逐渐升高。当系统能够稳定实现90％以上的磷去除率和50％以上的同步短程硝化反硝化率，即认为系统启动成功，系统启动时间为1～2个月。好氧结束时间根据pH、DO在线监测仪实时监测pH和DO值，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气；
好氧过程中pH会由于氨氮氧化为亚硝而产生H+,因此pH会一直下降，当氨氮完全够转化为亚硝，不再产生H+，继续曝气将会吹脱水中的CO2，造成pH的突然上升，即出现氨谷点。此时由于氨氮完全转化为亚硝，继续曝气，耗氧量会更加减少，DO会突然升高幅度更大，即DO突越点，根据氨谷点和DO突越点即可以确定氨氮刚好完全氧化为亚硝，此时停止曝气，达到实时控制的目的。通常曝气时长为5～8h。
2)系统正常运行调控阶段：
系统启动成功以后，不再继续给进水加碳源，即处理低C/N城市生活污水。城市生活污水首先进入到城市污水原水桶(1)，通过进水泵(1.1)城市污水进入到同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)中，先厌氧搅拌2h；接着开启曝气泵(3)，通过调节气体流量计(3.1)进行低DO曝气，恒定曝气量，初始DO为在0.1mg/L，随着反应的进行，氨氮逐渐减少，需氧量逐渐减少，因此DO逐渐升高。好氧结束时间根据pH、DO在线监测仪实时监测pH和DO值，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气；
好氧过程中pH会由于氨氮氧化为亚硝而产生H+,因此pH会一直下降，当氨氮完全够转化为亚硝，不再产生H+，继续曝气将会吹脱水中的CO2，造成pH的突然上升，即出现氨谷点。此时由于氨氮完全转化为亚硝，继续曝气，耗氧量会更加减少，DO会突然升高幅度更大，即DO突越点，根据氨谷点和DO突越点即可以确定氨氮刚好完全氧化为亚硝，此时停止曝气，达到实时控制的目的。通常曝气时长为5～8h。接着沉淀20min，排水5min，排水比为40％～70％，排水进入到出水桶(5)，闲置20min。一个完整周期结束，接着进行下一个周期。同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)需要排泥，污泥龄控制在10～15d，反应器内污泥浓度维持在2000～3000mg/L。
该运行条件下，最终出水平均COD、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TIN、PO4 3--P分别为37.27mg/L、1.02mg/L、12.03mg/L、0.50mg/L、13.55mg/L、0.29mg/L。出水各水质指标均达到一级A排放标准。
以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明，但本发明的实施不限于此，因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于实时控制的低溶解氧同步短程硝化反硝化除磷的装置，其特征在于：包括城市污水原水桶(1)、同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)、曝气泵(3)、pH、DO在线监测仪(4)、出水桶(5)；城市污水原水桶(1)中的城市污水通过进水泵(1.1)和进水阀(2.1)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，曝气泵(3)通过气体流量计(3.1)和进气阀(2.2)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，pH、DO在线监测仪(4)通过pH探头(2.11)和DO探头(2.12)与同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接，同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)相连接通过第二排水阀(2.7)与出水桶(5)相连接；
所述同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)反应器内置有：进水阀(2.1)，进气阀(2.2)，搅拌器(2.3)，曝气头(2.4)，溢流管(2.5)，第一排水阀(2.6)，第二排水阀(2.7)，第三排水阀(2.8)，第四排水阀(2.9)，放空阀(2.10)，pH探头(2.11)，DO探头(2.12)。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)系统启动阶段：
接种短程硝化污泥至同步短程硝化反硝化除磷SBR中，使同步短程硝化反硝化除磷SBR中污泥浓度为2000～3000mg/L；接着在反应器中富集聚磷菌、反硝化聚磷菌和聚糖菌、反硝化聚糖菌，具体的富集方式为，提高进水C/N至4～5，使得进水碳源充足，并且以厌氧/好氧运行SBR，其中厌氧2h，好氧3h，恒定曝气量，初始DO为0.1mg/L，随着反应的进行，氨氮逐渐减少，需氧量逐渐减少，因此DO逐渐升高；当系统能够稳定实现90％以上的磷去除率和50％以上的同步短程硝化反硝化率，即认为系统启动成功；好氧结束时间根据pH、DO在线监测仪实时监测pH和DO值，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气；
2)系统正常运行调控阶段：
系统启动成功以后，不再继续给进水加碳源，城市生活污水首先进入到城市污水原水桶(1)，通过进水泵(1.1)城市污水进入到同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)中，先厌氧搅拌2h；接着开启曝气泵(3)，通过调节气体流量计(3.1)进行低DO曝气，恒定曝气量，初始DO为在0.1mg/L，随着反应的进行，氨氮逐渐减少，需氧量逐渐减少，因此DO逐渐升高；好氧结束时间根据pH、DO在线监测仪实时监测pH和DO值，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气；
接着沉淀20min，排水5min，排水比为40％～70％，排水进入到出水桶(5)，闲置20min；一个完整周期结束，接着进行下一个周期；同步短程硝化反硝化除磷SBR(2)需要排泥，污泥龄控制在10～15d，反应器内污泥浓度维持在2000～3000mg/L。
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