CN112960772A - 一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置及方法 - Google Patents

一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置及方法，包括短程硝化反硝化SBR反应器、自控系统。市政污水分四阶段等比例进水处理。第一阶段污水进入SBR反应器内，先缺氧搅拌，之后进行低氧曝气搅拌，当DO达到1.5g/L左右后停止曝气，再进行缺氧搅拌；之后进行第二、三、四阶段进水。缺氧、四段进水完成后，SBR反应器沉淀排水，污泥浓度控制在3000‑4000mg/L。将等比例分段进水结合短程硝化反硝化耦合，原水分段进入到各缺氧段，利用原水中的碳源进行反硝化,解决硝态氮的问题，将低氧氧缺氧交替的运行方式，解决抑制亚硝酸盐氧化菌的问题；实现低C/N市政污水不需外加碳源的条件下高效脱氮效果，并节省能耗降低市政污水处理费用。

Description

一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置及 方法
技术领域
本发明涉及市政污水生物处理技术领域，尤其涉及分段进水耦合同步短程硝化反硝化实现低碳氮比污水高效生物脱氮的装置及方法。
背景技术
分段进水工艺是一种高效的污水生物脱氮工艺，是近年来国内外开发的生物脱氮除磷工艺。交替缺氧/好氧的设置充分利用了原水碳源进行反硝化，不设消化液回流，节省动力消耗以及节省了碳源药剂。同时具有较强的抗冲击负荷的能力。等比例分段进水SBR工艺通过时间上的分段进水运行方式，充分利用盐水的重点额有机作为反硝化反应的碳源，从而低碳氮比条件下高效脱氮成为可能。
短程硝化反硝化(PND)脱氮技术是通过调控运行条件将NH4 +-N在有限的溶解氧浓度下氧化至NO2 --N，反硝化阶段中NO2 --N还原至N2，从而实现污水的脱氮。与传统生物脱氮技术相比，短程硝化反硝化脱氮技术可以节省部分碳源(约40％),节省部分曝气量(约25％)。
同步硝化反硝化(SND)技术是指在同一反应器的同一处理空间实现硝化过程、反硝化过程同时发生。硝化过程仅为短程硝化时，又称作同步短程硝化反硝化(SPND)。SPND现象的产生为今后污水处理系统的装置简化。
因此，在一个SBR反应器内将等比例分段进水技术与短程硝化反硝化技术耦合应用于地碳氮比污水的高效脱氮过程，优势互补。一方面,分段进水可实现原水中有机碳源的高效利用；另一方面，在低氧条件下，同步短程硝化反硝化又能实现低碳氮比下污水的高效脱氮，氨氧化菌(AOB)进行短程硝化又能富集NO2-N，便于实现短程硝化-厌氧氨氧化。
发明内容
本发明目的是提供分段进水耦合同步短程硝化反硝化实现低碳氮比污水高效生物脱氮的装置及方法，解决了传统生物工艺处理需外加碳源、出水水质不易达标、过度消耗有限的有机资源及运行成本较高等问题。该装置结合了分段进水和短程硝化反硝化技术的各自优势，可在最大程度利用原水的碳源的同时，实现市政污水高效率、低能耗的脱氮除磷，并且具有工艺流程简单、运行费用低等特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置，包括原水水箱1、短程硝化反硝化SBR反应器2、出水水箱3和在线检测和反馈控制系统4；原水水箱1通过进水泵2.1与短程硝化反硝化SBR反应器2相连接，短程硝化反硝化SBR反应器2通过电控排水阀2.8与出水水箱3相连接；在线检测和反馈控制系统4与短程硝化反硝化SBR反应器2连接。
所述短程硝化反硝化SBR反应器2包括有搅拌桨2.2、搅拌器2.3、曝气泵2.4、进气阀2.5、气体流量计2.6、曝气头2.7、电控排水阀2.8、采样口2.9、排泥阀2.10；曝气泵2.4与进气阀2.5、气体流量计2.6、曝气头2.7相连接；所述在线检测和反馈控制系统4包括DO测定仪2.11、DO在线监测探头2.12和可编程逻辑控制器4.6，可编程逻辑控制器4.6内置有曝气继电器4.1、搅拌器继电器4.2和DO数据信号接口4.3；可编程过程控制器4.6通过控制柜操作面板，设置短程硝化反硝化SBR反应器2各个阶段运行时长及控制各个负载启动工作；
曝气继电器4.1与曝气泵2.4相连接，搅拌器继电器4.2与搅拌器2.3相连接，DO数据信号接口4.3通过传感器导线与DO测定仪2.11相连接，进水继电器4.6与进水泵2.1相连接，排水继电器4.4与电控排水阀2.7相连接；DO在线监测探头2.12与DO测定仪2.10相连接。
本发明还提供了无需外加碳源实现短程硝化反硝化的生物脱氮方法，该方法的具体步骤为：
1)系统启动：
将短程硝化污泥投加至短程硝化反硝化SBR反应器2内，使接种后短程硝化反硝化SBR反应器2内污泥浓度达到3000-4000mg/L；
2)运行过程操作调节如下：
将市政污水加入到原水水箱1，启动进水泵2.1分四阶段等量将市政污水抽到短程硝化反硝化SBR反应器2内，第一、二阶段，厌氧搅拌30-45min后进行低氧曝气搅拌0.8-1.6h，控制短程硝化反硝化SBR反应器2内DO 0-0.5mg/L，启动曝气泵2.4，通过调节气体流量计2.6控制，DO 1-1.5mg/L，当DO达到1.5g/L左右后停止曝气，再进行缺氧搅拌；第一、二阶段完成后，进行第三、四阶段；启动进水泵2.1缺氧搅拌15-25min后，进行低氧曝气搅拌0.4-1h，启动曝气泵2.4，通过调节气体流量计2.6控制DO 1-1.5mg/L，当DO达到1.5g/L左右后停止曝气，再进行缺氧搅拌；完成四阶段处理后沉淀排水，排水比为0.5；
短程硝化反硝化SBR反应器2运行时需要排泥，使SBR反应器(2)内污泥浓度维持在3000-4000mg/L范围内。
(1)将市政污水抽入原水水箱(1)中。
(2)第一阶段：在线检测和反馈控制系统4(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，43min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于84min后停止暴气，反应第一阶段结束。
(3)第二阶段：在线检测和反馈控制系统4(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，34min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于60min后停止暴气，反应第二阶段结束。
(4)第三阶段：在线检测和反馈控制系统4(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，25min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于21min后停止暴气，反应第三阶段结束。
(5)第四阶段：在线检测和反馈控制系统4(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，17min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于17min后停止暴气，反应第四阶段结束。
(6)沉淀：沉淀时间30min。
(7)排水：排水时间30min，排水比为50％。
本发明的分段进水耦合同步短程硝化反硝化实现低碳氮比污水高效生物脱氮的装置和方法，与现有技术相比具有如下优点：
1)实施四段式进水，且每批次进水量相同，最大程度的利用原水中碳源，无需额外投加碳源，节省生产成本，去除污染无的同时提高了脱氮效率。同时缓冲能力强，保证出水水质稳定于一级A标准。
2)采用同步短程硝化反硝化技术处理低C/N比污水，在一个反应器内的不同时间实现短程硝化和反硝化过程的进行，并高效、稳定脱氮，装置流程简单。
综上所述，本发明提供的分段进水耦合同步短程硝化反硝化实现低碳氮比污水高效生物脱氮的装置和方法，可用于低C/N比污水的高效脱氮除磷，且装置流程简单，易于操作，是一种新型的污水处理工艺。
1.操作流程简单，减少占地面积，节省部分基建费用；
2.每个反应周期内
3.好氧阶段可以节省氧气供应量约40％，降低能耗且无需精确控制溶解氧；
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明：
分段进水短程硝化反硝化SBR反应器接种普通活性污泥。普通生物法处理市政污水工艺中，原水中的NH4 +-N经过氨氧化菌氧化到NO2 --N，再由硝化菌氧化成NO3 --N，反硝化菌再将NO3 --N还原成氮气，由于低C/N污水中不能提供足够的有机碳源，需要再次投加碳源才能完成反硝化反应。本发明目的将原水中NH4 +-N氧化成NO2 --N，直接由反硝化菌还原成N2，其不仅可以解决碳源不足的问题，同时也可以节省约25％的氧供应量。普通活性污泥中同时含有氨氧化菌和硝化菌，在低溶解氧条件下，两种菌群活性均被抑制，但是硝化菌活性抑制效果更佳明显，控制反应器在好氧阶段溶解氧浓度低于2mg/L，可以逐步淘汰硝化菌，阻止NO2 --N继续氧化至NO3 --N。同时，反应器内瞬间出现厌氧-好氧交替现象，对于好氧菌内生物代谢产生一定影响，抑制NO2 --N氧化至NO3 --N。
本发明采用分段进水耦合同步短程硝化反硝化实现低碳氮比污水高效生物脱氮的装置，主要由短程硝化反硝化SBR反应器、自控系统组成。市政污水分四阶段等比例进水处理。第一阶段污水进入SBR反应器内，先缺氧搅拌，之后进行低氧曝气搅拌，当DO达到1.5g/L左右后停止曝气，再进行缺氧搅拌；之后进行第二、三、四阶段进水。缺氧、低氧曝气阶段DO浓度分别为0-0.5mg/L、1-1.5mg/L。四段进水完成后，SBR反应器沉淀排水，排水比0.5，污泥浓度控制在3000-4000mg/L。本发明将等比例分段进水结合短程硝化反硝化耦合，原水分段进入到各缺氧段,利用原水中的碳源进行反硝化,解决硝态氮的问题，将低氧氧缺氧交替的运行方式，解决抑制亚硝酸盐氧化菌的问题；实现了低C/N市政污水不需外加碳源的条件下高效脱氮效果，并可节省能耗，降低了市政污水处理费用。
试验所用市政污水采用稻香湖水质再生水厂进水，主要参数：COD为180-280mg/L，NH4 +-N浓度40-45mg/L，TN浓度40-45mg/L；实验用市政污水收集到原水箱中。
步骤一：接种水厂普通活性污泥于短程硝化反硝化SBR反应器内，该反应器有效容积100升，接种后污泥浓度为3000mg/L，污泥龄5天，温度控制在20℃以上。
步骤二：将市政污水加入到原水水箱，启动进水泵将市政污水抽到短程硝化反硝化SBR反应器内，厌氧搅拌43分钟后进行曝气搅拌；启动曝气泵，通过调节气体流量计控制反应器内DO低于2mg/L；第一阶段曝气搅拌结束后，再次启动进水泵将市政污水抽到短程硝化反硝化SBR反应器内，厌氧搅拌34分钟后进行曝气搅拌；启动曝气泵，通过调节气体流量计控制反应器内DO低于2mg/L；第二阶段曝气搅拌结束后，再次启动进水泵将市政污水抽到短程硝化反硝化SBR反应器内，厌氧搅拌25分钟后进行曝气搅拌；启动曝气泵，通过调节气体流量计控制反应器内DO低于2mg/L；第三阶段曝气搅拌结束后，再次启动进水泵将市政污水抽到短程硝化反硝化SBR反应器内，厌氧搅拌17分钟后进行曝气搅拌；启动曝气泵，通过调节气体流量计控制反应器内DO低于2mg/L；第四阶段曝气搅拌结束后，进行沉淀排水，排水比为50％；每天运行短程硝化反硝化SBR反应器时需排泥，控制短程硝化反硝化SBR反应器内污泥浓度维持在3000-4000mg/L。
连续试验结果表明：
短程硝化反硝化SBR反应器污泥浓度控制在3000-4000mg/L，污泥龄为5天，排水比为50％，温度控制在20℃以上。每个反应周期内无需外加碳源，4段等比例进水分别进行厌氧-好氧反应，好氧反应阶段溶解氧控制在2mg/L以下；出水COD浓度小于25mg/L，NH4 +-N浓度小于1mg/L，TN浓度小于10mg/L，总磷浓度小于0.1mg/L，出水水质符合一级A标准。

Claims (3)

1.一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置，其特征在于：包括原水水箱(1)、短程硝化反硝化SBR反应器(2)、出水水箱(3)和在线检测和反馈控制系统(4)；原水水箱(1)通过进水泵(2.1)与短程硝化反硝化SBR反应器(2)相连接，短程硝化反硝化SBR反应器(2)通过电控排水阀(2.8)与出水水箱(3)相连接；在线检测和反馈控制系统(4)与短程硝化反硝化SBR反应器(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种分段进水耦合同步短程硝化反硝化的生物脱氮装置，其特征在于：所述短程硝化反硝化SBR反应器(2)包括有搅拌桨(2.2)、搅拌器(2.3)、曝气泵(2.4)、进气阀(2.5)、气体流量计(2.6)、曝气头(2.7)、电控排水阀(2.8)、采样口(2.9)、排泥阀(2.10)；曝气泵(2.4)与进气阀(2.5)、气体流量计(2.6)、曝气头(2.7)相连接；所述在线检测和反馈控制系统(4)包括DO测定仪(2.11)、DO在线监测探头(2.12)和可编程逻辑控制器(4.6)，可编程逻辑控制器(4.6)内置有曝气继电器(4.1)、搅拌器继电器(4.2)和DO数据信号接口(4.3)；可编程过程控制器(4.6)通过控制柜操作面板，设置短程硝化反硝化SBR反应器(2)各个阶段运行时长及控制各个负载启动工作；
曝气继电器(4.1)与曝气泵(2.4)相连接，搅拌器继电器(4.2)与搅拌器(2.3)相连接，DO数据信号接口(4.3)通过传感器导线与DO测定仪(2.11)相连接，进水继电器(4.6)与进水泵(2.1)相连接，排水继电器(4.4)与电控排水阀(2.7)相连接；DO在线监测探头(2.12)与DO测定仪(2.10)相连接。
3.利用权利要求1或2所述装置进行的无需外加碳源实现短程硝化反硝化的生物脱氮方法，其特征在于：该方法的具体步骤为：
1)系统启动：
将短程硝化污泥投加至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，使接种后短程硝化反硝化SBR反应器(2)内污泥浓度达到3000-4000mg/L；
2)运行过程操作调节如下：
将市政污水加入到原水水箱(1)，启动进水泵(2.1)分四阶段等量将市政污水抽到短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，第一、二阶段，厌氧搅拌30-45min后进行低氧曝气搅拌0.8-1.6h，控制短程硝化反硝化SBR反应器(2)内DO0-0.5mg/L，启动曝气泵(2.4)，通过调节气体流量计(2.6)控制，DO 1-1.5mg/L，当DO达到1.5g/L左右后停止曝气，再进行缺氧搅拌；第一、二阶段完成后，进行第三、四阶段；启动进水泵(2.1)缺氧搅拌15-25min后，进行低氧曝气搅拌0.4-1h，启动曝气泵(2.4)，通过调节气体流量计(2.6)控制DO 1-1.5mg/L，当DO达到1.5g/L左右后停止曝气，再进行缺氧搅拌；完成四阶段处理后沉淀排水，排水比为0.5；
短程硝化反硝化SBR反应器(2)运行时需要排泥，使SBR反应器(2)内污泥浓度维持在3000-4000mg/L范围内；
(1)将市政污水抽入原水水箱(1)中；
(2)第一阶段：在线检测和反馈控制系统(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，43min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于84min后停止暴气，反应第一阶段结束；
(3)第二阶段：在线检测和反馈控制系统(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，34min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于60min后停止暴气，反应第二阶段结束；
(4)第三阶段：在线检测和反馈控制系统(4)(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，25min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于21min后停止暴气，反应第三阶段结束；
(5)第四阶段：在线检测和反馈控制系统(4)启动进水泵(2.1)将原水抽入至短程硝化反硝化SBR反应器(2)内，启动厌氧搅拌，17min后启动曝气泵(2.4)进入好氧反应阶段，控制溶解氧小于2mg/L，并于17min后停止暴气，反应第四阶段结束；
(6)沉淀：沉淀时间30min；
(7)排水：排水时间30min，排水比为50％。
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