CN110054296B - 一种用于处理低c/n比市政污水的a/o/a sbr工艺 - Google Patents

一种用于处理低c/n比市政污水的a/o/a sbr工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺。在SBR反应器内，以实验室模拟低C/N比市政污水作为进水基质，以絮状活性污泥作为接种污泥，通过单周期A/O/A(厌氧‑好氧‑缺氧)运行方式和逐步增加体积交换比，38天快速培养出稳定的好氧颗粒污泥。整个过程包括污泥接种驯化、好氧颗粒污泥形成，好氧颗粒污泥稳定运行阶段。本发明提供的A/O/A SBR运行模式不仅强化了TN、TP去除，而且有利于形成稳定的好氧颗粒污泥。

Description

一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/ASBR工艺，其优势在于能够实现低负荷快速培养好氧颗粒污泥，并且能提高同步脱氮除磷性能。
技术背景
好氧颗粒污泥相比于普通活性污泥，具有占地面积小，抗冲击负荷能力强，操作运行简便，方便管理等优点。好氧颗粒污泥广泛应用于城市生活污水的处理，城市生活污水实际浓度范围为220-320mg/L，现在更多学者的研究是用高有机负荷培养好氧颗粒污泥，高负荷有利于颗粒的快速长大，但颗粒较松散、易破碎，不能长期稳定运行。低负荷快速培养颗粒污泥仍存在很多困难，原因多为反硝化菌和聚磷菌争夺碳源，使得同步脱氮除磷成为困难。尤其是，目前国内低C/N比市政污水不利于快速形成稳定的好氧颗粒污泥，并且同步脱氮除磷效率低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，能够实现低负荷快速培养好氧颗粒污泥，并且能提高同步脱氮除磷性能。
技术方案如下：
一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，在SBR反应器内，以低C/N比市政污水作为进水基质，以絮状活性污泥作为接种污泥，通过循环单周期厌氧-好氧-缺氧运行方式和逐步增加体积交换比快速培养出稳定的好氧颗粒污泥。
优选的，单周期厌氧-好氧-缺氧长度4小时，一天6个周期，单周期内厌氧40min、曝气70-100min、进出水与沉淀时间总计20min，其余时间为缺氧时间。
优选的，设置自动控制系统控制曝气阶段结束和缺氧段开始，在线精准控制氨氮浓度小于1.5mg/L时，曝气结束，缺氧段开始。
优选的，所述低C/N比市政污水，进水COD为200-320mg/L，TN浓度为38-55mg/L，TP浓度为6-13mg/L，pH值在6.8-7.4之间，温度为室温25℃，接种絮状活性污泥浓度为6g/L。
优选的，所述快速培养出稳定的好氧颗粒污泥的过程中，逐渐增加体积交换比过程阶段为46％-58％-67％-75％；从8.7到5.3h逐步降低水力停留时间；从0.83到1.35kgCOD/(m3·d)逐步提高进水负荷。
优选的，好氧颗粒污泥稳定运行阶段系统保持1.35kgCOD/(m3·d)的进水负荷。
优选的，SBR反应器内，控制曝气量在1.5L/min以下，剪切力在1cm/s以下，溶解氧在3.5mg/L以下。所述工艺对溶解氧和剪切力要求不高，降低曝气能耗。低溶解氧条件促进好氧颗粒污泥内部发生同步硝化反硝化反应，提高系统总氮去除率。
优选的，启动工艺38天后，絮体污泥完全颗粒化，运行全过程中出水氨氮在1.5mg/L以下，出水总氮浓度控制在5mg/L以下，出水总磷控制在0.3mg/L以下，出水COD在20mg/L以下。
优选的，所述SBR反应器采用底部进水、反应区设置回流系统，在厌氧段和缺氧段回流启动，保证污泥处于悬浮状态，曝气阶段不回流。
所述快速培养出稳定的好氧颗粒污泥的过程包括污泥接种驯化、好氧颗粒污泥形成，好氧颗粒污泥稳定运行阶段。整个过程为38天左右，A/O/A SBR运行模式不仅强化了TN、TP去除，而且有利于形成稳定的好氧颗粒污泥。实现了96％以上的氨氮去除率、87.5％以上的总氮去除率、93％以上的总磷去除率和93％以上的COD去除率。
本发明所取得的技术效果：
(1)本发明提供的针对低C/N比市政污水的新型的A/O/A(厌氧-好氧-缺氧)运行方式，设置自动控制系统在线精准控制氨氮浓度保持不变时，曝气结束，缺氧段开始。缺氧段同时存在硝态氮和磷酸盐，为反硝化聚磷菌群(DNPAO)的富集创造良好条件。DNPAO利用体内PHA供能，以硝态氮为电子受体，吸收水中正磷酸盐，在体内合成聚磷。解决了聚磷菌与反硝化细菌竞争碳源的问题，提高低C/N比条件下同步脱氮除磷的效果。
(2)本工艺富集低生长速率的微生物，微生物的低生长速率需要低剪切力均衡。富集的反硝化聚磷菌群，在缺氧段利用硝态氮作为电子受体吸磷，减少了好氧阶段利用氧气作为电子受体的依赖，降低了对溶解氧和剪切力的要求，采用低曝气量，好氧颗粒污泥内部发生同步硝化反硝化反应，提高总氮去除效率。并且产生的污泥量少，有利于剩余污泥减量化，节约能耗和资源。
(3)反硝化聚磷菌群，提高系统碱度，促进系统快速形成结构致密、稳定性好的好氧颗粒污泥。
(4)系统经38天达到好氧颗粒污泥完全颗粒化并能够长期稳定运行，实现了96％以上的氨氮去除率、87.5％以上的TN去除率、93％以上的TP去除率和93％以上的COD去除率，各指标去除率远高于现阶段普通研究水平。
(5)整个工艺反应途径短，操作简单，装置占地面积小，能耗少、成本低，反应体系操作弹性大。
附图说明
图1为本发明提供的用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺装置结构图。
附图标记说明：
1-带水浴夹层的圆柱体反应器、2-底座、3-进水泵、4-循环泵、5-出水泵、6-转子流量计、7-进气泵、8-进水口、9-曝气头、10-进气口、11-循环口、12，19-水浴循环口、13，14，15，20-取样口、16-循环口、17-水浴夹层、18-溢流口、21-水箱、22-PLC自动控制系统、23-水浴锅。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，在SBR反应器内，以低C/N比市政污水作为进水基质，以絮状活性污泥作为接种污泥，通过循环单周期厌氧-好氧-缺氧(A/O/A)运行方式和逐步增加体积交换比快速培养出稳定的好氧颗粒污泥。
A/O/A工艺各阶段主要功能微生物菌群活动：
厌氧段，PAO、DNPAO分解细胞内储存的聚合物(聚磷和糖原)，产生能量用于吸收污水中乙酸盐，并以PHA及聚乳酸等有机颗粒形式储存，聚磷分解产生部分正磷酸盐被载体蛋白通过主动扩散方式排到细胞外。反硝化菌利用碳源，将剩余硝氮反硝化。
好氧段，PAO、DNPAO以水中溶解氧作为电子受体进行氧化磷酸化，利用PHA作为碳源和能源，过量吸收水中正磷酸盐转化成聚磷颗粒，累积在细胞里，同时能量也用于细菌生长繁殖和糖原的恢复。硝化细菌在好氧条件下，以溶解氧作为电子受体，利用水中的无机碳作为碳源，将氨氮转化为硝氮，同时能量用于自身生长繁殖。
缺氧段，PAO消耗剩余溶解氧，吸磷。在水中完全没有溶解氧分子，并且无有机碳源情况下，DNPAO利用体内PHA供能，以硝氮为电子受体，吸收水中正磷酸盐，在体内合成聚磷。
(1)工艺装置
图1是实施本方法的SBR反应装置，材质为有机玻璃。反应器底座连接进气口、进水口以及循环口，分别配有气泵、曝气头，进水泵和循环泵；反应器柱体设有水浴保温夹层，反应器内径0.06m，外径0.10m，柱高1.2m，有效容积3.4L。
反应器底座2的进水口8与进水泵3用进水管相连，反应器底座2的进气口10与接有转子流量计6的气泵7用曝气管相连，进气口螺纹连接5微米孔径的钛合金曝气头9，反应器底座2的循环口11和柱体1上方循环口16用循环管与循环泵4相连，水浴锅23通过水浴循环口12、19与反应器夹层17相连，所有动力设备均采用PLC控制器22控制。
此外，圆柱体反应器1均匀分布取样口15、14、20、13，反应器1上设有溢流口18，各取样口都可设成出水口用出水管与出水泵5相连，体积交换分别是46％、58％、67％、75％。
(2)进水方式
实验室模拟实际市政污水配比作为进水基质，将污水通过反应器底部的进水口8进入反应器，污水的主要组成见表1。
表1模拟废水含量表
组分 含量(g/L) 组分 含量(g/L)
CH<sub>3</sub>COONa 0.385 CaCl<sub>2</sub> 0.04
NaHCO<sub>3</sub> 0.094 MgSO<sub>4</sub> 0.09
NH<sub>4</sub>Cl 0.153 KH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> 0.045
NaCl 0.064 FeSO<sub>4</sub> 0.005
(3)形成过程
系统启动全过程中采用实验室模拟低C/N比市政污水配比，进水COD为300mg/L，TN浓度为40mg/L，TP浓度为8mg/L，pH值在6.8-7.4之间，温度为室温25℃。
系统采用A/O/A SBR运行模式，各阶段时间分配为厌氧40min、曝气70-100min、进出水与沉淀时间总计20min，其余时间为缺氧时间，设置自动控制系统控制曝气阶段结束和缺氧段开始，在线精准控制氨氮浓度小于1.5mg/L时，曝气结束，缺氧段开始。运行周期4个小时，一天6个周期。SBR反应器采用升流式运行方式，底部进水、反应区设置回流系统，并配备自动控制系统控制各循环泵和曝气泵开闭。
启动初期，以絮状活性污泥(6g/L)作为接种污泥，通过逐渐增加体积交换比(46％-58％-67％-75％)，提高进水负荷。具体为：
在运行1-7d，污泥处于接种驯化阶段，水力停留时间维持在8.7h，进水有机负荷0.83kgCOD/(m3·d)。此阶段为污泥适应阶段，污泥系统逐渐适应A/O/A工艺。
在运行8-14d，系统趋于稳定阶段，水力停留时间维持在6.9h，进水有机负荷1.04kgCOD/(m3·d)。优势菌群逐渐富集，开始呈现出良好的脱氮除磷效果。
在运行15-28d，系统开始出现颗粒化，水力停留时间维持在6h，进水有机负荷1.21kgCOD/(m3·d)。同步脱氮除磷和去除有机物的能力逐渐提高，出水各项指标开始变好。
在29-38d，系统完全颗粒化阶段，水力停留时间维持在5.3h，进水有机负荷1.35kgCOD/(m3·d)。有机物去除效果、同步脱氮除磷效果达到最优，实现了96％以上的氨氮去除率、87.5％以上的TN去除率、93％以上的TP去除率和93％以上的COD去除率。38天后，反应器继续运转，系统能够保持长期稳定运行。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种类型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，其特征在于，在SBR反应器内，以低C/N比市政污水作为进水基质，以絮状活性污泥作为接种污泥，通过循环单周期厌氧-好氧-缺氧运行方式和逐步增加体积交换比快速培养出稳定的好氧颗粒污泥；
单周期厌氧-好氧-缺氧长度4小时，一天6个周期，单周期内厌氧40min、曝气70-100min、进出水与沉淀时间总计20min，其余时间为缺氧时间；
设置自动控制系统控制曝气阶段结束和缺氧段开始，在线精准控制氨氮浓度小于1.5mg/L时，曝气结束，缺氧段开始；
所述低C/N比市政污水，进水 COD为200-320mg/L，TN 浓度为38-55mg/L，TP浓度为6-13mg/L， pH值在6.8-7.4之间，温度为室温25℃，接种絮状活性污泥浓度为6g/L；
所述快速培养出稳定的好氧颗粒污泥的过程中，逐渐增加体积交换比过程阶段为46%-58%-67%-75%；从8.7到5.3h逐步降低水力停留时间；从0.83到1.35kgCOD/（m3•d）逐步提高进水负荷。
2.根据权利要求1所述的用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，其特征在于，好氧颗粒污泥稳定运行阶段系统保持1.35kgCOD/（m3•d）的进水负荷。
3.根据权利要求2所述的用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，其特征在于，SBR反应器内，控制曝气量在1.5L/min以下，剪切力在1cm/s以下，溶解氧在3.5mg/L以下。
4.根据权利要求3所述的用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，其特征在于，启动工艺38天后，絮体污泥完全颗粒化，运行全过程中出水氨氮在1.5mg/L以下，出水总氮浓度控制在5mg/L以下，出水总磷控制在0.3mg/L以下，出水COD在20mg/L以下。
5.根据权利要求4所述的用于处理低C/N比市政污水的A/O/A SBR工艺，其特征在于，所述SBR反应器采用底部进水、反应区设置回流系统，在厌氧段和缺氧段回流启动，保证污泥处于悬浮状态，曝气阶段不回流。
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