CN110386742A - 一种连续流生物膜反应器及实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种连续流生物膜反应器及实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，采用内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化技术，节省碳源和能源，适合低碳城市污水的深度脱氮除磷；利用内源短程反硝化与反硝化除磷两者的优势，在高效利用城市污水中有限的有机碳源的基础上，实现磷的高效稳定去除，并同时为厌氧氨氧化过程提供稳定的亚硝酸盐氮来源；而且采用生物膜工艺，实现厌氧氨氧化菌的有效持留，提高脱氮效率；连续流生物膜工艺采用第一厌氧区部分泥水混合物直接超越至缺氧区的运行方式，通过调控城市污水进水流量与超越泥水混合物流量的比值，保证进入第二厌氧区进水中氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度比为1:1～1:1.5。

Description

一种连续流生物膜反应器及实现内源短程反硝化除磷耦合厌 氧氨氧化的方法

技术领域：

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种连续流生物膜反应器及实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，适用于低碳城市生活污水、分散性农村生活污水处理工艺的升级改造等领域。

背景技术：

我国城镇污水处理厂污水处理率达80％，但其中有90％以上均采用A/O、A²/O、氧化沟和SBR工艺，大多数污水厂仍面临着占地面积大、能耗高、碳氮磷比例失调、运行费用高和出水难以达到国家一级A排放标准(GB18918-2002)等问题。传统生物脱氮除磷工艺不仅是一项高能耗的污水处理工艺，而且需要消耗现有能源为前提来实现污水的处理，其不符合节能、降耗、可持续的发展原则。除此以外，脱氮过程与除磷过程在碳源、溶解氧DO和污泥龄SRT等方面也存在着矛盾与竞争，使得污水的脱氮与除磷往往不能同时达到最好，尤其体现在碳、氮、磷比例失调且碳源偏低的我国南方地区城市污水的处理过程。

内源短程反硝化除磷技术，作为一种新型生物脱氮除磷技术，兼具了反硝化除磷与内源短程反硝化两者的优势。一方面，反硝化除磷可以“一碳两用”，降低有机碳源消耗，并可实现污水的同步脱氮除磷；另一方面，内源短程反硝化可将反硝化过程控制在亚硝酸盐氮阶段，可在降低有机碳源消耗的基础上可以实现稳定亚硝酸盐积累，进而为厌氧氨氧化过程的进行亚硝酸盐来源。

将内源短程反硝化除磷与厌氧氨氧化耦合应用与低碳城市污水的脱氮除磷，污水中的有限碳源主要用于内源短程反硝化除磷，可在去除污水中有机物和磷的同时，为厌氧氨氧化过程提供反应基质-NO₂ ^--N。城市污水中的氮则主要通过厌氧氨氧化过程去除，无需有机碳源，且可节省约60％的氧耗。现有低碳城市污水处理过程中碳源不足，脱氮除磷不完全，运行费用高，能耗氧耗高。因此，设计一种连续流生物膜反应器及实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，将城市污水通过内源短程反硝化除磷与厌氧氨氧化的联合处理，为低碳污水的深度脱氮除磷提供新的思路，也为主流厌氧氨氧化工艺的推广应用提供技术支持。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种连续流生物膜反应器及实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，采用生物膜工艺实现厌氧氨氧化菌的有效持留，提高脱氮效率，同时采用部分厌氧区泥水混合物超越至缺氧区的方式，充分利用原水中所含的氨氮和内源短程反硝化除磷过程所产生的亚硝酸盐氮，为厌氧氨氧化过程提供稳定的基质氮来源，以保证系统的脱氮效率，结合反硝化除磷、内源短程反硝化和厌氧氨氧化等新型生物脱氮除磷技术，在节能降耗的同时，实现低碳城市污水无外加碳源条件下的深度脱氮除磷。

为了实现上述目的，本发明所述连续流生物膜反应器的主体结构包括原水水箱、进水泵、固定填料、搅拌器、曝气泵、气体流量计、曝气头、超越泵、污泥回流泵、反应室、沉淀池和回流泵；反应室通过隔板依次隔有第一厌氧区、好氧区、缺氧区和第二厌氧区；第一厌氧区和缺氧区内置有搅拌器；好氧区内置有曝气头，且曝气头通过气体流量计与曝气泵相连接；第二厌氧区内置有固定填料，固定填料采用直径为25mm的聚乙烯环，密度为0.98～1.00g/m³，填充比为30％～50％；原水水箱通过进水泵与第一厌氧区连接，第一厌氧区通过超越泵与缺氧区连接，沉淀池分别与第一厌氧区、缺氧区和第二厌氧区连接，沉淀池与第一厌氧区之间设有污泥回流泵，与第二厌氧区之间设有回流泵。

本发明实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的具体过程包括以下步骤：

1)城市污水由原水水箱通过进水泵进入反应室的第一厌氧区；通过进水泵控制反应室水力停留时间为8～16h；反应室内第一厌氧区、好氧区、缺氧区和第二厌氧区的容积比为2:2:2:2；

2)在第一厌氧区，城市污水与通过污泥回流泵回流的亚硝酸盐氮进行充分混合，并在反硝化菌、PAOs和GAOs的共同作用下，利用城市污水原水中含有的有机碳源进行外源反硝化脱氮、厌氧释磷和内碳源储存；通过超越泵控制33％～67％的泥水混合物进入缺氧区；

3)在好氧区，曝气泵和气体流量计控制溶解氧DO浓度为1～4mg/L，硝化细菌发生硝化反应，将原水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，同时PAOs发生好氧吸磷反应，去除污水中的磷；

4)在缺氧区，PAOs和GAOs利用内碳源进行反硝化除磷和内源短程反硝化，去除超越泥水混合物中的磷，并同时将好氧区产生的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮；控制城市污水进水流量与超越泥水混合物流量的比值为1.5～3，使沉淀池中氨氮与亚硝酸盐氮质量浓度比为1～1.5；

5)通过回流泵将沉淀池上清液抽入第二厌氧区，并通过固定填料上附着的厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐氮还原为氮气去除；

6)反应室运行时需排泥，通过污泥回流泵控制第一厌氧区活性污泥浓度为2000～4000mg/L。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是采用内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化技术，节省碳源和能源，适合低碳城市污水的深度脱氮除磷；二是内源短程反硝化除磷结合了内源短程反硝化与反硝化除磷两者的优势，可在高效利用城市污水中有限的有机碳源的基础上，实现磷的高效稳定去除，并同时为厌氧氨氧化过程提供稳定的亚硝酸盐氮来源；三是采用生物膜工艺，可实现厌氧氨氧化菌的有效持留，提高脱氮效率；四是连续流生物膜工艺采用第一厌氧区部分泥水混合物直接超越至缺氧区的运行方式，通过调控城市污水进水流量与超越泥水混合物流量的比值，可保证进入第二厌氧区进水中氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度比在1:1～1:1.5范围内。

附图说明：

图1为本发明所述连续流生物膜反应器的结构示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例所述连续流生物膜反应器的主体结构包括原水水箱1、进水泵2、固定填料7、搅拌器8、曝气泵9、气体流量计10、曝气头11、超越泵12、污泥回流泵13、反应室14、沉淀池15和回流泵16；反应室14通过隔板依次隔有第一厌氧区3、好氧区4、缺氧区5和第二厌氧区6；第一厌氧区3和缺氧区5内置有搅拌器8；好氧区4内置有曝气头11，且曝气头11通过气体流量计10与曝气泵9相连接；第二厌氧区6内置有固定填料7，原水水箱1通过进水泵2与第一厌氧区3连接，第一厌氧区3通过超越泵12与缺氧区5连接，沉淀池15分别与第一厌氧区3、缺氧区5和第二厌氧区6连接，沉淀池15与第一厌氧区3之间设有污泥回流泵13，与第二厌氧区6之间设有回流泵16；反应室14采用有机玻璃制作，总容积为80L，有效容积为56L，并设有8格，其中前2格为第一厌氧区3，中间两格为好氧区4，其后2格为缺氧区5，最后2格为放置有固定填料7的第二厌氧区6；固定填料7采用直径为25mm的聚乙烯环，填充比为30％；采用该反应器实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的具体过程包括以下步骤：

1)城市污水由原水水箱1通过进水泵2进入第一厌氧区3；通过进水泵2控制反应室14水力停留时间为12h；

2)在第一厌氧区3，城市污水与通过污泥回流泵13回流的亚硝酸盐氮进行充分混合，并在反硝化菌、PAOs和GAOs的共同作用下，利用城市污水原水中含有的有机碳源进行外源反硝化脱氮、厌氧释磷和内碳源储存；通过超越泵12控制40％的泥水混合物进入缺氧区5；

3)在好氧区4，通过曝气泵9和气体流量计10控制溶解氧DO浓度在1～4mg/L范围内，硝化细菌发生硝化反应，将原水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，同时PAOs发生好氧吸磷反应，去除污水中的磷；

4)在缺氧区5，PAOs和GAOs利用内碳源进行反硝化除磷和内源短程反硝化，去除超越泥水混合物中的磷，并同时将好氧区4产生的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮；通过控制城市污水进水流量与超越泥水混合物流量的比值为2.5，实现沉淀池15中氨氮与亚硝酸盐氮质量浓度比在1～1.5范围内；

5)通过回流泵16将沉淀池15上清液抽入第二厌氧区6，并通过固定填料7上附着的厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐氮还原为氮气去除。

本实施例以某城市污水厂初沉池出水为处理对象，研究本实施例技术方案的除碳、脱氮除磷性能，实验期间进出水水质和运行参数如下：

项目名称	进水水质	出水水质	去除率(％)
				COD	184～308mg/L	28～32mg/L	84.8％～90.1％
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N	43～62mg/L	0.2～1.3mg/L	96.9％～99.5％
				NO<sub>2</sub><sup>-</sup>-N	＜1mg/L	＜1mg/L	-
NO<sub>3</sub><sup>-</sup>-N	＜1mg/L	＜5mg/L	-
				C/N	4.2	-	-
TP	2.3～6.6mg/L	＜1mg/L	78.3％～92.4％
				pH	7.4～7.6	7.9～8.3	-

实验过程中出水COD、NH₄ ⁺-N、TN和TP等技术指标均稳定达到国家一级A排放标准。

Claims (2)

1.一种连续流生物膜反应器，其特征在于主体结构包括原水水箱、进水泵、固定填料、搅拌器、曝气泵、气体流量计、曝气头、超越泵、污泥回流泵、反应室、沉淀池和回流泵；反应室通过隔板依次隔有第一厌氧区、好氧区、缺氧区和第二厌氧区；第一厌氧区和缺氧区内置有搅拌器；好氧区内置有曝气头，且曝气头通过气体流量计与曝气泵相连接；第二厌氧区内置有固定填料，固定填料采用直径为25mm的聚乙烯环，密度为0.98～1.00g/m³，填充比为30％～50％；原水水箱通过进水泵与第一厌氧区连接，第一厌氧区通过超越泵与缺氧区连接，沉淀池分别与第一厌氧区、缺氧区和第二厌氧区连接，沉淀池与第一厌氧区之间设有污泥回流泵，与第二厌氧区之间设有回流泵。

2.一种采用如权利要求1所述反应器实现内源短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的方法，其特征在于具体过程包括以下步骤：

1)城市污水由原水水箱通过进水泵进入反应室的第一厌氧区；通过进水泵控制反应室水力停留时间为8～16h；反应室内第一厌氧区、好氧区、缺氧区和第二厌氧区的容积比为2:2:2:2；

2)在第一厌氧区，城市污水与通过污泥回流泵回流的亚硝酸盐氮进行充分混合，并在反硝化菌、PAOs和GAOs的共同作用下，利用城市污水原水中含有的有机碳源进行外源反硝化脱氮、厌氧释磷和内碳源储存；通过超越泵控制33％～67％的泥水混合物进入缺氧区；

3)在好氧区，曝气泵和气体流量计控制溶解氧DO浓度为1～4mg/L，硝化细菌发生硝化反应，将原水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，同时PAOs发生好氧吸磷反应，去除污水中的磷；

4)在缺氧区，PAOs和GAOs利用内碳源进行反硝化除磷和内源短程反硝化，去除超越泥水混合物中的磷，并同时将好氧区产生的硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮；控制城市污水进水流量与超越泥水混合物流量的比值为1.5～3，使沉淀池中氨氮与亚硝酸盐氮质量浓度比为1～1.5；

5)通过回流泵将沉淀池上清液抽入第二厌氧区，并通过固定填料上附着的厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐氮还原为氮气去除；

6)反应室运行时需排泥，通过污泥回流泵控制第一厌氧区活性污泥浓度为2000～4000mg/L。