CN110240273A - 交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生活污水处理技术领域，提供了一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置及其控制方法。该装置包括包括顺次连通的蓄水池、AAO反应池及沉淀池，所述AAO反应池设置有多个，所述AAO反应池包括顺次连通布置的厌氧池、缺氧池及好氧池，所述好氧池与所述缺氧池之间设置有气提式内回流管，所述沉淀池与所述厌氧池之间设置有污泥回流管，多个所述AAO反应池由通水工作状态交替进入停水饥饿状态之后再进入通水工作状态。通过交替饥饿培养的方式实现氨氧化菌的富集、亚硝氮氧化菌的淘汰，从而实现短程脱氮途径，在节省碳源的同时提高脱氮除磷效率。

Description

交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置及其控制方法

技术领域

本发明属于生活污水处理技术领域，特别涉及一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，水体污染现象也越来越严重，特别是过量的氮、磷会引发水体富营养化，从而导致水体恶化，造成严重的水环境污染。AAO工艺是当前应用较为普遍的一种同步脱氮除磷工艺，具有结构简单、水力停留时间(HRT)短、运行设计经验成熟等优势，当前已成为我国污水处理厂采用的主流工艺。然而我国绝大多数地区当今存在生活污水碳氮比低的现象，这成为了传统AAO工艺脱氮除磷性能提升的主要障碍。虽然通过分区调整和分段进水等方法，仍能使AAO工艺处理低碳氮比生活污水后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，但是排放污水的各项指标也并不是最理想状态，如果想进一步提高污水处理效果需额外的通入优质碳源或引入新型的污水处理技术，如短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷等。

短程硝化反硝化(partial nitrification denitrification，PND)由于是将氨氮氧化过程控制在亚硝氮阶段，因此，理论上可在硝化过程节省25％的曝气量，并能在后续的反硝化过程节约40％的碳源，这与我国污水处理厂进水碳源匮乏的现状相吻合。目前，PND的研发与应用多集中于序批式反应器中(sequencing batch reactor，SBR)，且存在设备较多、运行管理复杂及处理成本高等缺点，不适用于农村地区或未接入管网的点源小流量污水处理，且在AAO中的结合应用更是鲜见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，提高亚硝酸盐的积累率，实现短程脱氮途径，提高脱氮除磷效率。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，包括顺次连通的蓄水池、AAO反应池及沉淀池，所述AAO反应池设置有多个，所述AAO反应池包括顺次连通布置的厌氧池、缺氧池及好氧池，所述好氧池与所述缺氧池之间设置有气提式内回流管，所述沉淀池与所述厌氧池之间设置有污泥回流管，多个所述AAO反应池由通水工作状态交替进入停水饥饿状态之后再进入通水工作状态。

可选的，所述蓄水池和所述沉淀池均设置有一个，所述AAO反应池设置有两个，两个所述AAO反应池并排贴靠布置在所述蓄水池和所述沉淀池之间。

可选的，所述厌氧池与所述缺氧池之间、所述缺氧池与好氧池之间皆设置有导流板，所述导流板包括两竖板，且其中一竖板的上端和下端对应的高于另一竖板的上端和下端。

可选的，还包括曝气系统，所述好氧池的底部设置有微孔曝气装置，所述曝气系统为所述微孔曝气装置和所述气提式内回流管提供气源。

可选的，所述厌氧池和所述缺氧池内皆设置有搅拌装置。

可选的，所述蓄水池与所述AAO反应池之间设置有分区进水阀门。

可选的，还包括控制系统，所述控制系统控制所述蓄水池至所述AAO反应池的进水流量，控制所述好氧池与所述缺氧池之间的回流比，控制所述沉淀池与所述厌氧池之间的回流比，控制所述好氧池的溶氧浓度。

本发明的目的还在于提供一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置的控制方法，提高亚硝酸盐的积累率，实现短程脱氮途径，提高脱氮除磷效率。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置的控制方法，包括如下步骤：

A、布置多个AAO反应池，使其与储存污水的蓄水池连通保持通水工作状态，AAO反应池的出水水质指标达设定阈值后进入交替饥饿培养阶段；

B、至少保留一个AAO反应池与蓄水池连通处于通水工作状态，剩余的AAO反应池停止通水进入饥饿状态，饥饿期间维持搅拌装置和曝气系统常开，将上述内容循环使得所有的AAO反应池皆经历饥饿状态，饥饿N天之后恢复通水n天，随后检测所有饥饿后的AAO反应池中好氧池内的亚硝氮积累率，积累率小于X％时仍继续停水进行饥饿培养，积累率大于X％时AAO反应池进入步骤C；

C、根据污水量对应的选择AAO反应池的开启数量，剩余的亚硝氮积累率大于X％的AAO反应池仍让其保持饥饿状态；

D、检测已经开启的亚硝氮积累率大于X％的AAO反应池的好氧池内的亚硝氮积累率，当积累率小于X％时，使得此AAO反应池重新回到步骤B，这时让其他保持饥饿状态N天的AAO反应池恢复通水。

可选的，所述的步骤A中，向所有AAO反应池中接种污水处理厂好氧池的活性污泥，向蓄水池中引入低C/N生活污水，由蓄水池向AAO反应池进水，向AAO反应池的好氧池通入空气，利用气提式内回流管将好氧池内的混合液回流至缺氧池内，利用污泥回流管将沉淀池的沉淀污泥回流至厌氧池内，检测沉淀池的上清液出水水质指标达污水排放一级A标准后进入交替饥饿培养阶段；

所述的步骤C中，将开启的AAO反应池与蓄水池恢复连通状态，向AAO反应池的好氧池通入空气，利用气提式内回流管将好氧池内的混合液回流至缺氧池内，利用污泥回流管将沉淀池的沉淀污泥回流至厌氧池内。

可选的，所述步骤A、B、C、D中皆控制污泥浓度为3000～5000mg/L，污泥龄为13～18d，AAO反应池通水状态下控制其水力停留时间为12～16h，控制好氧池与缺氧池之间的回流比为200％～300％，控制沉淀池与厌氧池之间的回流比为100％～150％，控制好氧池的溶氧浓度为0.5～1.0mg/L。

与现有技术相比，本申请无需为氨氧化菌提供温度、pH值等其他适宜生长环境，也无需额外的增设短程硝化反硝化装置，仅通过对AAO反应池饥饿培养则可以一定程度上诱导短程硝化反硝化进行脱氮，相对的节省了建设成本及人力消耗，并且处于饥饿状态的微生物可分别利用细菌衰亡裂解释放的氨氮和胞内储能物质来维持部分菌群的活性，因此可极大程度的降低剩余污泥产量，从而实现降低运行成本的目的。

附图说明

图1是本发明装置立体示意图。

附图标记：

1、蓄水池；2、AAO反应池；21、厌氧池；22、缺氧池；23、好氧池；24、气提式内回流管；25、污泥回流管；26、微孔曝气装置；27、搅拌装置；28、导流板；3、沉淀池；31、出水口；32、污泥口；4、曝气系统；5、分区进水阀门；6、控制系统。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，包括顺次连通的蓄水池1、AAO反应池2及沉淀池3，AAO反应池2设置有多个，AAO反应池2包括顺次连通布置的厌氧池21、缺氧池22及好氧池23，好氧池23与缺氧池22之间设置有气提式内回流管24，沉淀池3与厌氧池21之间设置有污泥回流管25，多个AAO反应池2由通水工作状态交替进入停水饥饿状态之后再进入通水工作状态。

常规的AAO工艺已经十分成熟，可分别调节污泥浓度、污泥龄，水力停留时间、好氧池与缺氧池之间的回流比、沉淀池与厌氧池之间的回流比、好氧池的溶氧浓度等参数来优化出水水质，经AAO反应池2处理的污水进入沉淀池3进行自然沉淀，上清液由沉淀池3的出水口31排出，下层污泥一部分经污泥回流管25进入厌氧池21，剩余污泥经污泥口32排出，即可实现污水排放一级A标准，与现有技术相比，本申请布置有多个AAO反应池2，初步使用时将其全部通水使其反应达到常规的污水排放一级A标准，随后交替使得所有的AAO反应池2都经历饥饿状态，这里交替是指至少保证一个AAO反应池2通水，剩余的AAO反应池2都可以进入停水饥饿状态，随后经历饥饿状态的AAO反应池2重新通水，先前通水的AAO反应池2进入饥饿状态；饥饿状态保持好氧池23曝气常开，使好氧池23中微生物进入内源消耗状态，氨氧化菌和亚硝酸氧化菌在饥饿状态都会因内源消耗而部分裂解，这时再给饥饿状态后的AAO反应池2重新供水，好氧池23的各菌种则处于恢复期，由于氨氧化菌在饥饿后恢复期的细胞活性恢复速率远大于亚硝酸氧化菌，因此在恢复期间好氧池内氨氧化菌会快速成为优势菌种，致使好氧池23内发生短程硝化、亚硝氮盐积累率也会相对提升，再利用气提式内回流管24将好氧池23内的混合液转移至缺氧池21内即可完成短程反硝化反应，实现深度脱氮；重新供水后一段时间当AAO反应池2的亚硝氮盐积累率下降时，其虽然仍能正常实现污水排放一级A标准，但是污水处理效果提升不明显，此时可将AAO反应池2重新进入饥饿状态为诱导新一轮短程硝化反硝化做准备；由上述内容可以得出，本申请无需为氨氧化菌提供温度、pH值等其他适宜生长环境，也无需额外的增设短程硝化反硝化装置，仅通过对AAO反应池2饥饿培养则可以一定程度上诱导短程硝化反硝化进行脱氮，相对的节省了建设成本及人力消耗，并且处于饥饿状态的微生物可分别利用细菌衰亡裂解释放的氨氮和胞内储能物质来维持部分菌群的活性，因此可极大程度的降低剩余污泥产量，从而实现降低运行成本的目的。

在一些实施例中，如图1所示，蓄水池1和沉淀池3均设置有一个，AAO反应池2设置有两个，两个AAO反应池2并排贴靠布置在蓄水池1和沉淀池3之间。农村地区或未接入管网的点源小流量污水处理量较小，所以仅需建立两个AAO反应池2即可，无需扩建占用不必要的资源，当然本领域技术人员可以根据实际污水处理量选择建设AAO反应池2的数量，或者是对现有的单个AAO反应池2进行改建，在其中间设置隔板即可一分为二，合理利用土地面积。

在一些实施例中，如图1所示，厌氧池21与缺氧池22之间、缺氧池22与好氧池23之间皆设置有导流板28，导流板28包括两竖板，且其中一竖板的上端和下端对应的高于另一竖板的上端和下端。设置导流板28的目的是让流体在AAO反应池2内流动时走S型曲线，可以有效减缓流体的流速，延长流体的停留时间和混合时间，进一步提升流体混合的均一性，提升了污水处理过程中的脱氮除磷的效率。

在一些实施例中，如图1所示，还包括曝气系统4，好氧池23的底部设置有微孔曝气装置26，曝气系统4为微孔曝气装置26和气提式内回流管24提供气源。

在一些实施例中，如图1所示，厌氧池21和缺氧池22内皆设置有搅拌装置27。搅拌装置27提升流体混合的均一性，可以使得厌氧池21和缺氧池22的反应更彻底，加快脱氮除磷效率。

在一些实施例中，如图1所示，蓄水池1与AAO反应池2之间设置有分区进水阀门5。通过分区进水阀门5控制蓄水池1向各AAO反应池2供水，及控制进水流量。

在一些实施例中，如图1所示，还包括控制系统6，控制系统6控制蓄水池1至AAO反应池2的进水流量，控制好氧池23与缺氧池22之间的回流比，控制沉淀池3与厌氧池21之间的回流比，控制好氧池23的溶氧浓度。控制系统6作为总成控制系统与曝气系统4、搅拌装置27及分区进水阀门5连接，还与污泥口32的排出阀门连接，如此可以调节污泥浓度、污泥龄，水力停留时间、好氧池与缺氧池之间的回流比、沉淀池与厌氧池之间的回流比、好氧池的溶氧浓度。

实施案例

交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置有效容积为32.5m³，其中蓄水池1容积为4.0m³，AAO反应池2的容积为16m³，厌氧池体积:缺氧池体积:好氧池体积＝2:3:3，AAO反应池2仅采用两个，沉淀池3容积为4.5m³，反应装置由厚10mm的不锈钢钢板焊接制成，AAO反应池2的整体尺寸为长×宽×高＝4.0×2.0×2.0m。

试验用水取自某污水处理厂曝气沉沙池的出水，水质如下：

具体操作如下：

A、向两个AAO反应池2中接种污水处理厂好氧池的活性污泥，污泥浓度为3000～5000mg/L，向蓄水池1中引入低C/N生活污水，控制系统6控制分区进水阀门5开启让两个AAO反应池2进水，两个进水口的进水流量均控制在0.5～0.7m³/h，将水力停留时间控制为12～16h，气提式内回流管24的回流比为200％～300％，污泥回流管25的回流比为100％～150％，控制系统6控制曝气系统4，通过微孔曝气装置26将AAO反应池2中好氧池23的溶氧浓度控制为0.5～1.0mg/L，污泥龄为13～18d，搅拌装置27常开，系统稳定运行20d，出水水质可达一级A标准后进入交替饥饿培养阶段；此步骤是现有技术中常用的AAO工艺，通过控制系统6调节各部件运转，使得经AAO反应池2处理的污水水质排放达到一级A标准，此部分是本申请的基础，即出水水质指标的设定阈值定为污水排放一级A标准为其中一优选方案，要在前期保证AAO反应池2具有正常污水处理能力；

B、关闭其中一AAO反应池2的进水阀门使其进入饥饿状态，15d后恢复此池进水，并关闭另一AAO反应池2的进水阀门，使其进入饥饿状态，15d后恢复此池进水，饥饿期间维持搅拌装置27和曝气系统4常开，AAO反应池2中好氧池23的溶氧浓度控制为0.5～1.0mg/L，使AAO反应池2中的微生物进入内源消耗状态，饥饿15天再恢复通水3天，此时的AAO反应池2中好氧池23的亚硝氮积累率达53.4％，平均出水COD浓度为41.2mg/L、NH₄ ⁺-N浓度为2.3mg/L、TN浓度为11.2mg/L以及TP浓度为0.42mg/L；此步骤中N取15天，n取3天，当然其中N、n的取值在本领域技术人员了解技术方案后还可以有其他选择，X最低取40％，亚硝氮积累率大于40％时此时短程硝化反硝化效果已经很明显，脱氮效率比步骤A要高，此步骤是本申请的发明重点，确保AAO反应池2都经历饥饿状态并且重新通水进入恢复期，目的是让氨氧化菌和亚硝酸氧化菌都经历一定时长的饥饿状态，在后续通水的恢复期，由于氨氧化菌比亚硝酸氧化菌具有更强的恢复能力，因此可在短期内成为优势菌种，实现短程硝化反硝化；

C、同时开启两个AAO反应池2的进水阀门，两个进水口的进水流量均控制在0.5～0.7m³/h，将水力停留时间控制为12～16h，气提式内回流管24的回流比为200％～300％，污泥回流管25的回流比为100％～150％，控制系统6控制曝气系统4，通过微孔曝气装置26将AAO反应池2中好氧池23的溶氧浓度控制为0.5～1.0mg/L，污泥龄为13～18d，搅拌装置27常开；此步骤是本申请实现短程硝化反硝化后的稳定运行期，在此期间，即便是处理低C/N生活污水，系统仍能保证较理想的污染物去除效能，相对于步骤A中能发生更多的短程硝化反硝化反应，脱氮效果更为理想。试验结果表明：系统稳定运行60d后，AAO系统的出水COD浓度＝28.6～51.2mg/L，NH₄ ⁺-N浓度＝0.8～4.5mg/L，TN浓度＝7.1～13.2mg/L，TP浓度＝0.1～0.8mg/L，各项指标均优于步骤A中出水指标；

D、AAO反应池2稳定运行期持续若干天之后，好氧池23内的亚硝氮积累率如若逐渐下降，当积累率小于40％时，使得AAO反应池2重新回到步骤B，再次经历饥饿状态与通水恢复期来实现氨氧化菌的富集与亚硝酸菌的淘洗。

上述实施例中，针对农村地区或未接入管网的点源小流量污水处理AAO反应池2仅设置两个即为最优选方案，设置太多反而有可能会造成资源浪费，通过两个AAO反应池2完成交替饥饿，饥饿完成后，如果污水处理量大的情况，两个AAO反应池2都可以重新通水进行工作，如果污水处理量较小，可选择性的只让一个AAO反应池2进行工作，另外一个AAO反应池2保持饥饿状态，为了避免生物系统崩溃，饥饿状态应控制在20天内。

总而言之，本申请的重点在于增加AAO反应池2的数量，其中可以将原有的AAO反应池2通过设置隔板的方式均分为多个，这样更能合理利用占地空间，并且使AAO反应池2交替处于饥饿状态，保证在重新通水恢复期内亚硝酸盐的积累率提升，从而可以在常规的AAO反应池2中实现短程硝化反硝化，其中无须实施控制污水pH值、污水温度等增加运行成本的方法，并且根据污水处理量可以选择开启AAO反应池2，相较于现有技术本申请更能增加污水处理质量且节省资源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，包括顺次连通的蓄水池(1)、AAO反应池(2)及沉淀池(3)，其特征在于：所述AAO反应池(2)设置有多个，所述AAO反应池(2)包括顺次连通布置的厌氧池(21)、缺氧池(22)及好氧池(23)，所述好氧池(23)与所述缺氧池(22)之间设置有气提式内回流管(24)，所述沉淀池(3)与所述厌氧池(21)之间设置有污泥回流管(25)，多个所述AAO反应池(2)由通水工作状态交替进入停水饥饿状态之后再进入通水工作状态。

2.根据权利要求1所述的交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，其特征在于：所述蓄水池(1)和所述沉淀池(3)均设置有一个，所述AAO反应池(2)设置有两个，两个所述AAO反应池(2)并排贴靠布置在所述蓄水池(1)和所述沉淀池(3)之间。

3.根据权利要求1所述的交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，其特征在于：所述厌氧池(21)与所述缺氧池(22)之间、所述缺氧池(22)与好氧池(23)之间皆设置有导流板(28)，所述导流板(28)包括两竖板，且其中一竖板的上端和下端对应的高于另一竖板的上端和下端。

4.根据权利要求1所述的交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，其特征在于：还包括曝气系统(4)，所述好氧池(23)的底部设置有微孔曝气装置(26)，所述曝气系统(4)为所述微孔曝气装置(25)和所述气提式内回流管(24)提供气源。

5.根据权利要求1所述的交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，其特征在于：所述厌氧池(21)和所述缺氧池(22)内皆设置有搅拌装置(27)。

6.根据权利要求1所述的交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，其特征在于：所述蓄水池(1)与所述AAO反应池(2)之间设置有分区进水阀门(5)。

7.根据权利要求1所述的交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置，其特征在于：还包括控制系统(6)，所述控制系统(6)控制所述蓄水池(1)至所述AAO反应池(2)的进水流量，控制所述好氧池(23)与所述缺氧池(22)之间的回流比，控制所述沉淀池(3)与所述厌氧池(21)之间的回流比，控制所述好氧池(23)的溶氧浓度。

8.一种交替饥饿培养诱导短程硝化反硝化的装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、布置多个AAO反应池，使其与储存污水的蓄水池连通保持通水工作状态，AAO反应池的出水水质指标达设定阈值后进入交替饥饿培养阶段；

B、至少保留一个AAO反应池与蓄水池连通处于通水工作状态，剩余的AAO反应池停止通水进入饥饿状态，饥饿期间维持搅拌装置和曝气系统常开，将上述内容循环使得所有的AAO反应池皆经历饥饿状态，饥饿N天之后恢复通水n天，随后检测所有饥饿后的AAO反应池中好氧池内的亚硝氮积累率，积累率小于X％时仍继续停水进行饥饿培养，积累率大于X％时AAO反应池进入步骤C；

C、根据污水量对应的选择AAO反应池的开启数量，剩余的亚硝氮积累率大于X％的AAO反应池仍让其保持饥饿状态；

D、检测已经开启的亚硝氮积累率大于X％的AAO反应池的好氧池内的亚硝氮积累率，当积累率小于X％时，使得此AAO反应池重新回到步骤B，这时让其他保持饥饿状态N天的AAO反应池恢复通水。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：

所述的步骤A中，向所有AAO反应池中接种污水处理厂好氧池的活性污泥，向蓄水池中引入低C/N生活污水，由蓄水池向AAO反应池进水，向AAO反应池的好氧池通入空气，利用气提式内回流管将好氧池内的混合液回流至缺氧池内，利用污泥回流管将沉淀池的沉淀污泥回流至厌氧池内，检测沉淀池的上清液出水水质指标达污水排放一级A标准后进入交替饥饿培养阶段；

所述的步骤C中，将开启的AAO反应池与蓄水池恢复连通状态，向AAO反应池的好氧池通入空气，利用气提式内回流管将好氧池内的混合液回流至缺氧池内，利用污泥回流管将沉淀池的沉淀污泥回流至厌氧池内。

10.根据权利要求9的控制方法，其特征在于：所述步骤A、B、C、D中皆控制污泥浓度为3000～5000mg/L，污泥龄为13～18d，AAO反应池通水状态下控制其水力停留时间为12～16h，控制好氧池与缺氧池之间的回流比为200％～300％，控制沉淀池与厌氧池之间的回流比为100％～150％，控制好氧池的溶氧浓度为0.5～1.0mg/L。