CN112624339A

CN112624339A - 一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置及深度去除方法

Info

Publication number: CN112624339A
Application number: CN202011610981.3A
Authority: CN
Inventors: 倪寿清; 甄建园; 崔兆杰; 王志彬; 魏海伟
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-04-09

Abstract

本发明涉及一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置及深度去除方法，本发明将反硝化除磷、短程反硝化、同步短程硝化内源反硝化耦合到一个反应器内，通过调控运行条件，实现了聚磷菌、聚糖菌、硝化菌、反硝化菌在同一反应器中共存。充分利用城市污水中有限的碳源实现了碳、氮、磷的同时去除，有效节省了曝气能耗和外碳源消耗，具有能耗省、运行成本低的优点。

Description

一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置及深度去除方法

技术领域

本发明涉及一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置及深度去除方法，目的是解决传统污水生物处理工艺中能耗高、脱氮除磷效果不稳定的问题，属污水生物处理领域。

背景技术

随着城镇化、工业化进程的加快，氮、磷引起的水体富营养化日益严重，有效去除污水中的氮、磷仍是亟待解决的问题。在传统的硝化反硝化技术中，污水厂为实现脱氮目的不仅需要较高的曝气量，同时，在反硝化过程中往往需要外加碳源，如乙醇，甲醇等，这在一定程度上均增加了处理的成本。

现有脱氮除磷工艺的效果并不十分理想，出水很难达到总氮、总磷的新排放标准，必须对传统的技术进行升级。

内源反硝化除磷技术是指利用反硝化聚磷菌在厌氧条件下释磷，同时将污水中的有机物储存为内碳源；在缺氧条件下，反硝化聚磷菌能够以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，利用储存的内碳源作为能量进行超量吸磷，实现“一碳两用”，最后通过排出富磷污泥方式完成污水中磷的去除。反硝化聚磷菌相比于好氧聚磷菌可节省曝气量30％，减少污泥产生量50％，降低碳源需求量50％特别适合低C/N比生活污水的处理。反硝化聚磷菌在富集过程中极易受到具有类似代谢类型但不具备释磷和吸磷功能的聚糖菌竞争，而pH、DO、碳源和温度等因素将影响着聚磷菌和聚糖菌的富集环境。

同步短程硝化内源反硝化则是指在低氧条件下，通过实现氨氧化菌的优势作用，将硝化反应控制在短程硝化阶段。同时，由于污泥内外溶解氧分布不均匀，使得好氧菌与厌氧菌能够同时存在，利用氨氧化菌与聚糖菌的协同作用实现污水的深度脱氮，在此过程中曝气量较低且反硝化过程不需要外加碳源。

发明内容

本发明提供一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置及深度去除方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置，包括一体化SBR反应器，一体化SBR反应器的一侧设置有城市污水原水箱、亚硝酸盐废水原水箱，城市污水原水箱、亚硝酸盐废水原水箱通过进水管路与一体化SBR反应器连通，相对的另一侧设置有储泥箱、出水箱，储泥箱、出水箱通过管路与一体化SBR反应器连通，一体化SBR反应器内设置有搅拌装置、pH/DO测定仪，底部设置有曝气头，曝气头通过气路与外部曝气鼓风机相连。

根据本发明优选的，城市污水原水箱与一体化SBR反应器之间的进水管路上设置有进水泵a和进水阀a，亚硝酸盐废水原水箱与一体化SBR反应器之间的进水管路上设置有进水泵b和进水阀b。

根据本发明优选的，出水箱与一体化SBR反应器之间的管路上设置有出水阀，储泥箱与一体化SBR反应器之间的管路上设置有排泥阀。

根据本发明优选的，在一体化SBR反应器的侧壁上还设置有取样阀。

利用上述装置对含亚硝酸盐污水进行碳、氮、磷同步深度的方法，包括如下步骤：

1)系统启动：

一体化SBR反应器内接种污泥，开启进水泵a和进水阀a，通过城市污水原水箱向反应器内通入城市污水，采用厌氧/好氧条件在室温下运行，厌氧时间2-4h，好氧时间为1-3h，好氧段溶解氧DO控制在1.0-1.5mg/L，使水力停留时间为8-12h，污泥泥龄为8-12d，通过强化生物除磷实现聚磷菌的富集；

随后，反应器改为厌氧/缺氧/好氧运行，厌氧搅拌时间为2-4h，厌氧结束后，开启进水泵b和进水阀b，通过亚硝酸盐废水原水箱向反应器内通入亚硝酸盐废水进行缺氧运行2-4h，随后关闭进水泵b和进水阀b，进行曝气进入好氧阶段，好氧时间为1-3h，好氧段溶解氧DO控制在0.3-0.5mg/L，完成亚硝酸盐型内源反硝化除磷与同步短程硝化内源反硝化的耦合；

2)系统启动成功后的运行

继续向反应器内通入城市污水，采用厌氧/缺氧/好氧在室温下运行，厌氧搅拌时间为2-4h，厌氧结束后，开启进水泵b和进水阀b，通过亚硝酸盐废水原水箱向反应器内通入亚硝酸盐废水进行缺氧运行2-4h，随后关闭进水泵b和进水阀b，进行曝气进入好氧阶段，好氧时间为1-3h，好氧段溶解氧DO控制在0.3-0.5mg/L；通过硝化菌与聚糖菌协同实现氮的深度去除，好氧结束前开启排泥阀排出泥水混合液至储泥箱。

根据本发明优选的，步骤1)中，所述污泥为污水处理厂二沉池污泥，接种后污泥浓度为2500-3500mg/L。

根据本发明优选的，步骤1)中，厌氧/好氧运行时，厌氧时间3h，好氧时间为2.5h。

根据本发明优选的，步骤1)中，厌氧/缺氧/好氧运行时，厌氧搅拌时间为3h，搅拌转速为65-70r/min。

根据本发明优选的，步骤1)中，厌氧/缺氧/好氧运行时，缺氧时间为3h，缺氧搅拌转速为65-70r/min，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为40-50mg/L。

根据本发明优选的，步骤1)中，厌氧/缺氧/好氧运行时，好氧时间为2.5h，好氧段溶解氧DO控制在0.4mg/L。

根据本发明优选的，步骤2)中，运行时，城市污水的进水流速为1140-160rpm，亚硝酸盐废水的进水流速为90-110rpm，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为70-80mg/L。

根据本发明优选的，步骤2)中，运行时，厌氧搅拌时间、厌氧搅拌转速、缺氧时间、缺氧搅拌转速、好氧时间以及好氧段溶解氧DO均与步骤1)中厌氧/缺氧/好氧运行阶段相同。

本发明步骤1)中，聚磷菌富集成功后系统出水磷酸盐浓度低于0.5mg/L。

本发明步骤2)中，通过控制好氧段溶解氧浓度(DO)以及缺氧段亚硝酸盐浓度完成亚硝酸盐型内源反硝化除磷与同步短程硝化内源反硝化的耦合。

本发明步骤2)中，城市污水中有机物大部分被聚磷菌、聚糖菌利用并储存为内碳源，上一周期剩余NO₂ ^--N或NO₃ ^--N则被传统反硝化菌通过反硝化去除。厌氧结束后，进行持续缺氧搅拌3h，此阶段，亚硝酸盐型反硝化聚磷菌利用储存的内碳源以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷，同时，传统反硝化菌也会进行反硝化过程，聚磷菌与传统反硝化菌协作完成磷与亚硝酸盐的同时去除。随后开启鼓风曝气机，进入好氧阶段，通过控制气体流量计控制反应器内溶解氧为0.3-0.5mg/L，持续好氧搅拌2.5h，此阶段主要通过硝化菌与聚糖菌协同实现氮的深度去除。

一个周期结束后，静置沉淀10min，上清液通过排水阀将出水排至出水箱，排水比为45％。完成一个周期，随即进行下一周期。

本发明的技术特点及优点如下：

1、本发明将反硝化除磷、短程反硝化、同步短程硝化内源反硝化耦合到一个反应器内，通过调控运行条件，实现了聚磷菌、聚糖菌、硝化菌、反硝化菌在同一反应器中共存。

2、本发明的方法充分利用城市污水中有限的碳源实现了碳、氮、磷的同时去除，有效节省了曝气能耗和外碳源消耗，具有能耗省、运行成本低的优点。

3、本发明的含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置可以成功将反硝化除磷、短程反硝化、同步短程硝化内源反硝化耦合在一起，实现污水中碳、氮、磷同步深度去除，设备简单灵活，占地面积小，易操作。

附图说明

图1本发明的含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置的结构示意图；

图中：1为城市污水原水箱、2为亚硝酸盐废水原水箱、3为进水泵b、4为进水泵a、5为鼓风曝气机、6为气体流量计、7为搅拌装置、8为一体化SBR反应器、9为曝气头、10为pH/DO检测仪、11为出水箱、12为储泥箱、13为进水阀b、14为进水阀a、15为取样阀、16为取样阀、17为出水阀、18为排泥阀。

图2为系统成功运行后功能菌群结构在属水平上结构图。

图中：反硝化聚磷菌(Dechloromonas)丰度增加至10.85％，聚糖菌(CandidatusCompetibacter)增加至13.82％。

图3为系统稳定运行后，碳、氮、磷的运行水质图。

图中：进水NH₄ ⁺-N、COD和PO₄ ^3--P浓度分别为38.6-79.2mg/L、195.3-307.2mg/L和3.3-8.4mg/L，厌氧段进水平均C/N为3.8；缺氧段进水NO₂ ^--N浓度为75mg/L，系统稳定运行后，出水TN、COD和PO₄ ^3--P分别为4.2mg/L，31.6mg/L和0，出水水质良好。

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，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置，结构如图1所示，包括一体化SBR反应器8，一体化SBR反应器8的一侧设置有城市污水原水箱1、亚硝酸盐废水原水箱2，城市污水原水箱1通过进水管路与一体化SBR反应器8连通，城市污水原水箱1与一体化SBR反应器8之间的进水管路上设置有进水泵a4和进水阀a14，亚硝酸盐废水原水箱2通过进水管路与一体化SBR反应器8连通，亚硝酸盐废水原水箱2与一体化SBR反应器8之间的进水管路上设置有进水泵b3和进水阀b13。相对的另一侧设置有储泥箱12、出水箱11，储泥箱12通过管路与一体化SBR反应器8连通，储泥箱12与一体化SBR反应器8之间的管路上设置有排泥阀18，出水箱11通过管路与一体化SBR反应器8连通，出水箱11与一体化SBR反应器8之间的管路上设置有出水阀17。

一体化SBR反应器内设置有搅拌装置7、pH/DO测定仪10，底部设置有曝气头9，曝气头通过气路与外部曝气鼓风机5相连，在一体化SBR反应器的侧壁上还设置有取样阀16。

实施例2

利用实施例1的装置对含亚硝酸盐污水进行碳、氮、磷同步深度的方法，包括如下步骤：

1)系统启动：

一体化SBR反应器内接种传统污水处理厂二沉池污泥，反应器中污泥浓度为2500mg/L，开启进水泵a和进水阀a，通过城市污水原水箱向反应器内通入城市污水，采用厌氧/好氧条件在室温下运行，厌氧时间3h，好氧时间为2.5h，好氧段溶解氧DO控制在1.0mg/L，使水力停留时间为10h，污泥泥龄为10d，通过强化生物除磷实现聚磷菌的富集；聚磷菌富集成功后系统出水磷酸盐浓度低于0.5mg/L。

随后，反应器改为厌氧/缺氧/好氧运行，厌氧搅拌时间为3h，搅拌装置7中搅拌器转速为65r/min。厌氧结束后，开启进水泵b和进水阀b，亚硝酸盐废水原水箱2中亚硝酸盐废水通过进水泵b3以流速为100rpm进入到一体化SBR反应器8中，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为50mg/L。持续缺氧搅拌3h，搅拌装置7中搅拌器转速为65r/min。随后关闭进水泵b和进水阀b，进行曝气进入好氧阶段，好氧时间为2h，好氧段溶解氧DO控制在0.3mg/L，完成亚硝酸盐型内源反硝化除磷与同步短程硝化内源反硝化的耦合；

2)系统启动成功后的运行

继续向反应器内通入城市污水，采用厌氧/缺氧/好氧在室温下运行，城市污水原水箱1中城市污水通过进水泵4以流速150rpm进入到一体化SBR反应器中，并厌氧搅拌3h，搅拌装置7中搅拌器转速为65r/min。此阶段，通过延时厌氧搅拌，城市污水中有机物大部分聚磷菌，聚糖菌利用并储存为内碳源，上一周期剩余NO₂ ^--N或NO₃ ^--N则被传统反硝化菌通过反硝化过程去除。厌氧结束后，亚硝酸盐废水原水箱2中亚硝酸盐废水通过进水泵以流速为100rpm进入到一体化SBR反应器中，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为70mg/L。持续缺氧搅拌3h，搅拌装置中搅拌器转速为65r/min。此阶段，亚硝酸盐型反硝化聚磷菌利用储存的内碳源以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷，同时，传统反硝化菌也会进行反硝化过程，聚磷菌与传统反硝化菌协作完成磷与亚硝酸盐的同时去除。随后开启鼓风曝气机5，进入好氧阶段，通过控制气体流量计6控制反应器内溶解氧为0.3mg/L，持续好氧搅拌2.5h，此阶段主要通过硝化菌与聚糖菌协同实现氮的深度去除。好氧结束前通过排泥阀18排出泥水混合液100mL至储泥箱12。反应结束后，静置沉淀10min，上清液通过排水阀17将出水排至出水箱11，排水比为45％。完成一个周期，随即进行下一周期。

如图2所示，系统稳定运行期间功能菌群反硝化聚磷菌(Dechloromonas)和聚糖菌(Candidatus Competibacter)丰度分别增加至10.85％和13.82％。如图3所示，试验期间水质运行效果如下：在进水NH₄ ⁺-N、COD和PO₄ ^3--P浓度分别为38.6-79.2mg/L、195.3-307.2mg/L和3.3-8.4mg/L，厌氧段进水平均C/N为3.8；缺氧段进水NO₂ ^--N浓度为75mg/L，系统稳定运行后，出水TN、COD和PO₄ ^3--P分别为4.2mg/L，31.6mg/L和0，出水水质良好。

实施例3

1)系统启动：

一体化SBR反应器内接种传统污水处理厂二沉池污泥，反应器中污泥浓度为3500mg/L，开启进水泵a和进水阀a，通过城市污水原水箱向反应器内通入城市污水，采用厌氧/好氧条件在室温下运行，厌氧时间3h，好氧时间为2.5h，好氧段溶解氧DO控制在1.5mg/L，使水力停留时间为10h，污泥泥龄为10d，通过强化生物除磷实现聚磷菌的富集；聚磷菌富集成功后系统出水磷酸盐浓度低于0.5mg/L。

随后，反应器改为厌氧/缺氧/好氧运行，厌氧搅拌时间为3h，搅拌装置7中搅拌器转速为70r/min。厌氧结束后，开启进水泵b和进水阀b，亚硝酸盐废水原水箱2中亚硝酸盐废水通过进水泵b3以流速为100rpm进入到一体化SBR反应器8中，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为55mg/L。持续缺氧搅拌3h，搅拌装置7中搅拌器转速为70r/min。随后关闭进水泵b和进水阀b，进行曝气进入好氧阶段，好氧时间为2h，好氧段溶解氧DO控制在0.5mg/L，完成亚硝酸盐型内源反硝化除磷与同步短程硝化内源反硝化的耦合；

2)系统启动成功后的运行

继续向反应器内通入城市污水，采用厌氧/缺氧/好氧在室温下运行，城市污水原水箱1中城市污水通过进水泵4以流速150rpm进入到一体化SBR反应器中，并厌氧搅拌3h，搅拌装置7中搅拌器转速为70r/min。此阶段，通过延时厌氧搅拌，城市污水中有机物大部分聚磷菌，聚糖菌利用并储存为内碳源，上一周期剩余NO₂ ^--N或NO₃ ^--N则被传统反硝化菌通过反硝化过程去除。厌氧结束后，亚硝酸盐废水原水箱2中亚硝酸盐废水通过进水泵以流速为100rpm进入到一体化SBR反应器中，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为75mg/L。持续缺氧搅拌3h，搅拌装置中搅拌器转速为70r/min。此阶段，亚硝酸盐型反硝化聚磷菌利用储存的内碳源以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷，同时，传统反硝化菌也会进行反硝化过程，聚磷菌与传统反硝化菌协作完成磷与亚硝酸盐的同时去除。随后开启鼓风曝气机5，进入好氧阶段，通过控制气体流量计6控制反应器内溶解氧为0.5mg/L，持续好氧搅拌2.5h，此阶段主要通过硝化菌与聚糖菌协同实现氮的深度去除。好氧结束前通过排泥阀18排出泥水混合液100mL至储泥箱12。反应结束后，静置沉淀10min，上清液通过排水阀17将出水排至出水箱11，排水比为45％。完成一个周期，随即进行下一周期。

Claims

1.一种含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置，包括一体化SBR反应器，一体化SBR反应器的一侧设置有城市污水原水箱、亚硝酸盐废水原水箱，城市污水原水箱、亚硝酸盐废水原水箱通过进水管路与一体化SBR反应器连通，相对的另一侧设置有储泥箱、出水箱，储泥箱、出水箱通过管路与一体化SBR反应器连通，一体化SBR反应器内设置有搅拌装置、pH/DO测定仪，底部设置有曝气头，曝气头通过气路与外部曝气鼓风机相连。

2.根据权利要求1所述的含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置，其特征在于，城市污水原水箱与一体化SBR反应器之间的进水管路上设置有进水泵a和进水阀a，亚硝酸盐废水原水箱与一体化SBR反应器之间的进水管路上设置有进水泵b和进水阀b。

3.根据权利要求1所述的含亚硝酸盐污水中碳、氮、磷同步深度去除装置，其特征在于，出水箱与一体化SBR反应器之间的管路上设置有出水阀，储泥箱与一体化SBR反应器之间的管路上设置有排泥阀，在一体化SBR反应器的侧壁上还设置有取样阀。

4.利用权利要求1所述的装置对含亚硝酸盐污水进行碳、氮、磷同步深度的方法，包括如下步骤：

1)系统启动：

2)系统启动成功后的运行

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述污泥为污水处理厂二沉池污泥，接种后污泥浓度为2500-3500mg/L，厌氧/好氧运行时，厌氧时间3h，好氧时间为2.5h。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中，厌氧/缺氧/好氧运行时，厌氧搅拌时间为3h，搅拌转速为65-70r/min。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中，厌氧/缺氧/好氧运行时，缺氧时间为3h，缺氧搅拌转速为65-70r/min，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为40-50mg/L。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中，厌氧/缺氧/好氧运行时，好氧时间为2.5h，好氧段溶解氧DO控制在0.4mg/L。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)中，运行时，城市污水的进水流速为1140-160rpm，亚硝酸盐废水的进水流速为90-110rpm，通入的亚硝酸盐废水中亚硝酸的浓度为70-80mg/L。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)中，运行时，厌氧搅拌时间、厌氧搅拌转速、缺氧时间、缺氧搅拌转速、好氧时间以及好氧段溶解氧DO均与步骤1)中厌氧/缺氧/好氧运行阶段相同。