CN112250176A - 一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水深度脱氮除磷的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水深度脱氮除磷的装置和方法。所述装置包括：城市污水原水箱和短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器。所述方法是城市污水首先进入短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器，聚磷菌和反硝化聚磷菌储存内碳源的同时进行磷的释放，反硝化聚糖菌摄取有机物并转化为PHAs储存在体内。然后进行低氧曝气，聚磷菌吸磷，部分氨氮转化为亚硝态氮，剩余氨氮与生成的亚硝态氮进行厌氧氨氧化实现脱氮。产生的硝态氮作为反硝化聚磷菌的电子受体，进行磷酸盐的过量吸收，达到同步脱氮除磷的效果。这一阶段完成后进行缺氧搅拌进行深度处理，此方法可稳定实现低C/N的城市污水深度脱氮除磷。

Description

一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水深 度脱氮除磷的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水深度脱氮除磷的工艺，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
伴随着人类社会活动的不断发展，目前世界的生态环境状况愈发严峻。而水环境的污染问题日益突出。主要湖泊如太湖、巢湖等都出现了较为严重的水体富营养化现象。其中的主要污染指标包括氨氮、磷及有机物等。为避免此类污染指标被大量携带进自然水体引起藻类的大量繁殖，有效去除污水中的此类营养物质对于控制水体富营养化和保护生态环境具有及其重要的意义。传统的脱氮除磷工艺采用硝化-反硝化的方式，但该方式需投加大量碳源，且曝气能耗高增加运行费用，不利于污水处理的可持续发展。此外，化学除磷的污泥产量大，容易造成二次污染。因此，开发并应用新型的节能高效脱氮除磷技术具有至关重要的意义。
厌氧氨氧化反应指厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝态氮直接转化为氮气，无需消耗有机碳源，实现了自氧脱氮。短程硝化与厌氧氨氧化的耦合，节能降耗，污泥产量减少，对于工程的实际应用具有重要作用。然而，厌氧氨氧化在脱氮过程中会产生硝酸盐，增加出水总氮的含量。而反硝化聚磷菌可以以硝态氮为电子受体吸收磷酸盐，达到氮和磷同步去除的效果，此外，同步硝化反硝化的进行也有利于总氮的去除。因此，对于碳氮比较低的生活污水，短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷可以实现城市污水的深度脱氮除磷。首先在厌氧段聚磷菌和反硝化聚磷菌释磷的同时储存内碳源，反硝化聚糖菌也进行内碳源的储存。好氧段短程硝化所需的溶解氧很低，聚磷菌吸磷也消耗溶解氧，在缺氧区厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝转化为氮气和硝态氮，反硝化聚磷菌利用硝态氮为电子受体吸磷。在后续的缺氧段反硝化聚糖菌进行内源反硝化，实现深度脱氮除磷。脱氮主要由短程硝化耦合厌氧氨氧化过程完成，无需有机碳源。原水中的碳源主要用于反硝化聚磷菌除磷使用，因此有效解决了城市污水碳源不足的问题，可以使城市污水达到良好的深度脱氮除磷效果。
发明内容
本发明提出了一种一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷的装置和方法，将短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷联合应用于C/N比较低的城市污水的脱氮除磷过程中，解决了传统工艺能耗较大，碳源不足，污泥产量大等棘手问题。该发明创造性的提出反硝化除磷与短程硝化耦合厌氧氨氧化一体化的联合，使得反硝化聚磷菌可直接利用厌氧氨氧化的产物为基质，实现脱氮除磷的同步进行。并且充分发挥同步硝化反硝化以及反硝化聚糖菌的优势，达到深度脱氮除磷的目的，处理负荷较高且效果良好。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水脱氮除磷的装置，其特征在于，所用装置包括城市污水原水水箱(1)，短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空阀Ⅰ(1.2)；所述一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.2)、空气压缩机Ⅰ(2.3)、转子流量计Ⅰ(2.4)、曝气盘Ⅰ(2.5)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.6)、取样口/排泥口Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅰ(2.8)、继电器Ⅰ(2.9)、厌氧氨氧化填料(2.10)；
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)相连接，通过排水阀Ⅰ(2.8)及继电器Ⅰ(2.9)将水排出。
应用所述装置实现生活污水深度脱氮的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：
1)系统启动阶段：
一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)接种短程硝化污泥为种泥，同时投加厌氧氨氧化海绵填料，填充比为45％～55％，使反应器内絮体污泥污泥浓度MLSS＝2400±200mg/L。
2)运行阶段：
城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)中，进水后先进行厌氧搅拌，一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)厌氧搅拌90～150min；接着，好氧曝气120～180min，通过气体转子流量计Ⅰ(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在0.2～0.5mg/L，曝气搅拌结束后，开始进行缺氧搅拌，搅拌时间为90～150min，反应完成后，沉淀排水共30min，排水比为50～60％，排水后闲置30min，随后开始进行下一周期；
一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)运行时需要进行排泥，使反应器内污泥浓度维持在2400±200mg/L范围内，污泥龄控制在15～25天。
本发明专利具有以下优势：
1)将短程硝化-厌氧氨氧化与反硝化除磷进行一体化联合，工艺流程简单，可实现自氧脱氮，在城市污水C/N比较低的情况下同步脱氮除磷。
2)缺氧段反硝化聚磷菌以厌氧氨氧化生成的硝态氮为电子受体进行除磷，此外，反硝化聚糖菌利用内碳源进行反硝化，实现了深度脱氮除磷。
3)短程硝化所需溶解氧较低，节省曝气能耗，提高脱氮效率。
4)反硝化聚磷菌在厌氧段释磷的同时储存内碳源，聚糖菌储存内碳源在缺氧段进行反硝化，可在无外加碳源的条件下，实现低C/N比城市污水的同步脱氮除磷，提高了生活污水中碳源的利用率，节省能耗，降低运行和维护费用。
综上所述，利用本发明处理C/N比较低的城市污水，具有同步高效的脱氮除磷效果，工艺流程简单，处理效果稳定，污泥产量少，节能降耗，运行和维护费用低，无二次污染问题。
附图说明
图1是一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水脱氮除磷的装置示意图。
图1中：1——城市污水原水水箱、2——一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器；1.1——原水水箱溢流管Ⅰ、1.2——原水水箱放空阀Ⅰ；2.1——进水泵Ⅰ、2.2——搅拌装置Ⅰ、2.3——空气压缩机Ⅰ、2.4——转子流量计Ⅰ、2.5——曝气盘Ⅰ、2.6——pH和DO在线测定仪Ⅰ、2.7——取样口/排泥口Ⅰ、2.8——排水阀Ⅰ、2.9——继电器Ⅰ、2.10——厌氧氨氧化填料。
图2一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷脱氮除磷机理图。
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，一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水脱氮除磷工艺，所用装置包括城市污水原水水箱(1)，一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)；其特征在于城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)相连接，通过排水阀Ⅰ(2.8)及继电器Ⅰ(2.9)将水排出。
实验采用北京工业大学家属区生活污水作为原水，具体水质如下：COD浓度为155-285mg/L，NH4 +-N浓度56-85mg/L，NO2 --N≤2.2mg/L，NO3 --N≤1.6mg/L。实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，短程硝化除磷反应器总体积11L，其中有效体积为10L。
具体运行操作如下：
1)系统启动阶段：
一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)接种短程硝化污泥为种泥，同时投加厌氧氨氧化海绵填料，填充比为45％～55％，使反应器内絮体污泥污泥浓度MLSS＝2400±200mg/L。
2)运行阶段：
城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)中，进水后先进行厌氧搅拌，一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)厌氧搅拌90～150min；接着，好氧曝气120～180min，通过气体转子流量计Ⅰ(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在0.2～0.5mg/L，曝气搅拌结束后，开始进行缺氧搅拌，搅拌时间为90～150min，反应完成后，沉淀排水共30min，排水比为50～60％，排水后闲置30min，随后开始进行下一周期；
一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)运行时需要进行排泥，使反应器内污泥浓度维持在2400±200mg/L范围内，污泥龄控制在15～25天。
试验结果表明：运行稳定后，一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)出水COD浓度为35～50mg/L，NH4 +-N浓度＜2.8mg/L，NO2 --N为＜1.8mg/L，NO3 --N＜1.8mg/L，TN浓度＜9.8mg/L，PO4 3--P浓度＜0.49mg/L。
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)

1.一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷实现城市污水深度脱氮除磷的装置，其特征在于：
所用装置包括城市污水原水水箱(1)、一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)；所述城市污水原水箱(1)为密闭箱体，设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空阀Ⅰ(1.2)；所述短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)设有搅拌装置Ⅰ(2.2)、空气压缩机Ⅰ(2.3)、转子流量计Ⅰ(2.4)、曝气盘Ⅰ(2.5)、DO/pH在线测定仪Ⅰ(2.6)、取样口/排泥口Ⅰ(2.7)、排水阀Ⅰ(2.8)、继电器Ⅰ(2.9)、厌氧氨氧化填料(2.10)；
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)相连接，通过排水阀Ⅰ(2.8)及继电器Ⅰ(2.9)将水排出。
2.应用如权利要求1所述装置实现生活污水深度脱氮的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：
1)系统启动阶段：
一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)接种短程硝化污泥为种泥，同时投加厌氧氨氧化海绵填料，填充比为45％～55％，使反应器内絮体污泥污泥浓度MLSS＝2400±200mg/L；
2)运行阶段：
城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)中，进水后先进行厌氧搅拌，一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)厌氧搅拌90～150min；接着，好氧曝气120～180min，通过气体转子流量计Ⅰ(2.4)调整曝气量，控制DO浓度保持在0.2～0.5mg/L，曝气搅拌结束后，开始进行缺氧搅拌，搅拌时间为90～150min，反应完成后，沉淀排水共30min，排水比为50～60％，排水后闲置30min，随后开始进行下一周期；
一体化短程硝化耦合厌氧氨氧化反硝化除磷反应器(2)运行时需要进行排泥，使反应器内污泥浓度维持在2400±200mg/L范围内，污泥龄控制在15～25天。
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