CN114212884B - 两段进水a/o/a实现生活污水双短程耦合厌氧氨氧化sfbbr深度脱氮的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
两段进水A/O/A实现生活污水双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR深度脱氮的装置与方法，属于污水生物处理领域。装置包括计算机在线控制组、PLC控制柜、城市生活污水箱和SFBBR反应器。城市生活污水分两次泵入SFBBR反应器，第一次进水后异养菌将进水中的有机物储存为细菌体内的内碳源；反应结束后，曝气条件下进行短程硝化耦合厌氧氨氧化脱氮作用；曝气结束后，进行第二次进水，发生外源/内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应，去除生成的硝氮以及第二次进水中的氨氮和有机物，进一步提高脱氮效果。本发明可实现低碳比城市生活污水的深度脱氮，操作策略简单，节能降耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用两段进水A/O/A双短程耦合厌氧氨氧化实现城市生活污水深度脱氮的装置与方法，属于污水生物处理领域。
背景技术
未经处理的城市污水富含氮、磷等元素，直接排入地表水体将引起严重的水体富营养化现象。目前传统硝化反硝化生物脱氮工艺处理城市生活污水时，对污水中有机物利用不充分，导致脱氮不充分，常常需额外投加有机碳源，导致污水处理厂运行成本增加，能耗增高。
两段进水策略是通过反复投加污水，充分利用污水中的有机物强化异养反硝化的操作策略。而厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)技术，则是将厌氧段置于好氧段前，异养菌利用有机物反硝化及将部分剩余有机物储存为内碳源在后续缺氧段进行内源反硝化，有助于充分利用污水中的有机物进行外源/内源反硝化脱氮，从而提高污水脱氮效果。
厌氧氨氧化被认为是可替代传统硝化反硝化的一种新型脱氮工艺，因为其可将氨氮和亚硝酸盐直接转化为氮气而无需消耗碳源。基于厌氧氨氧化技术，多种相关工艺被开发和利用，如短程硝化耦合厌氧氨氧化(PN/A)工艺，其是污水中的氨氮一部分被短程硝化菌氧化为亚硝态氮，同时这部分亚硝态氮和污水中剩余的氨氮又通过厌氧氨氧化作用转化为氮气被去除的过程；该过程不需要有机物，同时可节省曝气、降低污泥产量等优点。
另一种厌氧氨氧化相关工艺则是短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)工艺，其是硝化过程产生的硝态氮被异养菌反硝化为亚硝态氮，然后这部分亚硝态氮与污水中的氨氮被厌氧氨氧化菌利用转化为氮气，该过程是自养脱氮与异氧脱氮的结合，相比于传统硝化反硝化工艺，充分利用有机物，并且节省了一部分曝气。
SFBBR反应器是在SBR反应器(序批式活性污泥反应器)内添加固定填料载体形成生物膜的一种新型复合式序批生物膜反应器，除了有SBR反应器工序调整简单、运行灵活，布置紧凑等优点外，还有生物膜反应器生物量大、微生物种类多，处理能力高等优点。此外，填料载体上的生物膜可为不同的微生物创造良好的微环境，比如可以形成有机物梯度从而促进短程反硝化的稳定，抑制亚硝酸盐被还原为氮气，尤其可有效持留厌氧氨氧化菌等此类世代周期比较长的微生物，有利于厌氧氨氧化作用的进行。
本发明在一个单级的SFBBR反应器内将两段进水A/OA与双短程耦合厌氧氨氧化技术结合，使系统内自养脱氮和异氧脱氮有效耦合，可充分利用进水中的有机碳源，强化异养反硝化脱氮，从而提高脱氮效果。另外，本系统加入了实时监测控制系统，可以充分发挥序批式活性污泥反应器运行灵活的特点，优化系统运行效果，可实现城市生活污水的深度脱氮。
发明内容
本发明将两段进水A/OA与双短程耦合厌氧氨氧化技术结合，发挥自养脱单与异氧脱氮的作用，可充分利用进水中的有机碳源，实现城市生活污水的深度脱氮，无需外碳源投加，节约曝气能耗，降低剩余污泥产量。
本发明涉及一种两段进水A/O/A实现城市生活污水双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR深度脱氮的装置，其特征在于：包括计算机在线控制组(1)、PLC控制柜(2)、城市生活污水箱(3)和SFBBR反应器(6)；其中所述城市生活污水箱(3)通过进水泵(4)与SFBBR反应器(6)连接；所述SFBBR反应器(6)设有进水阀(5)、填料固定架(7)、填料载体(8)、搅拌器(9)、曝气泵(10)、气体流量计(11)、微孔曝气头(12)、pH/DO检测器(13)、氮(Nitrogen)检测器(14)、排水阀(15)、排水泵(16)、溢流堰(17)和出水箱(18)；所述填料载体(8)为聚丙烯材质，填充率为12～15％，均匀固定在填料固定架(7)上，微生物可在填料载体(8)上附着生长；所述PLC控制柜(2)连接进水泵(4)、搅拌器(9)、曝气泵(10)、pH/DO检测器(13)、氮(Nitrogen)检测器(14)、排水泵(16)和计算机线控制组(1)连接；所述计算机线控制组(1)将实时接收和输出信号，监测SFBBR反应器(6)内的DO、氨氮、亚硝态氮和硝态氮的浓度，及时调整运行参数有效化系统运行效果。
以两段进水A/O/A双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR实现城市生活污水深度脱氮的方法，其特征及实现步骤如下：
1)城市生活污水箱(3)内的污水分别在反应开始的厌氧段(A)和好氧段(O)结束后的缺氧段(A)分两次由进水泵(4)进入SFBBR反应器(6)，根据阶段不同控制两次进水的体积比在1:1～4:1之间；第一次进水结束后，关闭进水泵(4)，开启搅拌器(9)，填料载体(8)上的异养菌将进水中的有机物储存为细菌体内的内碳源，进行厌氧搅拌1.0～1.5h，此阶段通过pH/DO检测器(13)监测并保持DO＜0.1mg/L。
2)上述反应结束后，关闭搅拌器(9)，打开曝气泵(10)，通过气体流量计(11)将DO控制为0.6～1.2mg/L，进行短程硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应，去除污水中的氨氮，同时生成少部分硝氮；pH/DO检测器(13)和氮(Nitrogen)检测器(14)将实时采集信号并传输至PLC控制柜(2)和计算机在线控制组(1)，计算机在线控制组(1)将实时接收到的信号并转化输出到各检测器，根据监测数据实时调整系统运行参数，优化系统运行状态，当监测到系统内氨氮浓度低于1mg/L时，关闭曝气泵(10)停止曝气。
3)曝气结束后，开启进水泵(4)进行第二次进水，进水结束后，进水泵(4)关闭，开启搅拌器(9)，此时一部分异养反硝化菌利用污水中的有机物和厌氧段储存的内碳源将好氧段产生的硝氮进行短程反硝化，同时与厌氧氨氧化耦合，去除好氧段产生的硝氮和第二次进水中的氨氮以及有机物；此阶段控制DO＜0.1mg/L，反应时间为0.5～1.5h；pH/DO检测器(13)和氮(Nitrogen)检测器(14)将实时采集信号并传输至PLC控制柜(2)和计算机在线控制组(1)，进行实时数据监测和运行控制，当亚硝态氮浓度低于0.2mg/L且硝态氮浓度低于1.0mg/L时，关闭搅拌器(9)，停止搅拌。
4)搅拌结束后，静置沉淀10～30min进行泥水分离，之后开启排水泵(16)，通过排水阀(15)将上清液排出SFBBR反应器(6)。
以两段进水A/O/A实现城市生活污水双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR深度脱氮的方法与现有技术相比具有以下优点：
1)将双短程耦合厌氧氨氧化技术与两段进水A/O/A技术的优势相结合，可充分利用原水中的有机碳源，使自养脱氮和异氧脱氮均发挥作用，强化外源/内源异养反硝化脱氮，在单一系统内实现了城市生活污水深度脱氮。
2)该系统好氧段(O)短程硝化耦合厌氧氨氧化过程无需投加外源有机物，且可显著节省曝气能耗，减少剩余污泥产量。
3)该系统中缺氧段(A)短程反硝化耦合厌氧氨氧化，可以进一步将好氧段剩余的亚硝态氮及产生的硝态氮反硝化，从而提高脱氮效果。
4)该SFBBR反应器为单级系统，布置紧凑，且通过在线实时控制系统优化系统运行，参数调控简单。
5)该SFBBR反应器内含有固定填料载体，其上形成的生物膜微生物种类多、生物量大，耐冲击负荷，更有利于厌氧氨氧化菌的持留。
6)该系统内含有固定载体填料，污水中的悬浮污泥和杂质可被有效拦截，沉淀速度快，系统出水SS低，水质清澈。
附图说明
图1为两段进水A/O/A双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR深度脱氮控制系统的装置示意图。
图1中：1-计算机在线控制组；2-PLC控制柜；3-城市生活污水箱；4-进水泵；5-进水阀；6-SFBBR反应器；7-填料固定架；8-填料载体；9-搅拌器；10-曝气泵；11-气体流量计；12-微孔曝气头；13-pH/DO检测器；14-氮(Nitrogen)检测器；15-排水阀；16-排水泵；17-溢流堰；18-出水箱。
具体实施方式
下面结合附图和实例详细说明本发明的实施方案。
如图1所示，两段进水A/O/A实现城市生活污水双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR深度脱氮的装置主要包括计算机在线控制组(1)、PLC控制柜(2)、城市生活污水箱(3)和SFBBR反应器(6)。其中所述城市生活污水箱(3)通过进水泵(4)与SFBBR反应器(6)连接；所述SFBBR反应器(6)主体由有机玻璃制成，有效容积为10L，设有进水阀(5)、填料固定架(7)、填料载体(8)、搅拌器(9)、曝气泵(10)、气体流量计(11)、微孔曝气头(12)、pH/DO检测器(13)、氮(Nitrogen)检测器(14)、排水阀(15)、排水泵(16)、溢流堰(17)和出水箱(18)；所述填料载体(8)为聚丙烯材质，呈镂空圆柱形，填充率为12～15％，均匀固定在填料固定架(7)上，微生物可在填料载体(8)上附着生长；所述PLC控制柜(2)连接进水泵(4)、搅拌器(9)、曝气泵(10)、pH/DO检测器(13)、Nitrogen检测器(14)、排水泵(16)和计算机线控制组(1)连接；所述计算机线控制组(1)将实时接收和输出信号，监测SFBBR反应器(6)内的DO、氨氮、亚硝态氮和硝态氮的浓度，及时调整运行参数有效化系统运行效果。
以两段进水A/O/A双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR实现城市生活污水深度脱氮的方法，主要包括以下步骤：
1)城市生活污水箱(3)内的污水分别在反应开始的厌氧段(A)和好氧段(O)结束后的缺氧段(A)分两次由进水泵(4)进入SFBBR反应器(6)，根据阶段不同控制两次进水的体积比在1:1～4:1之间；第一次进水结束后，关闭进水泵(4)，开启搅拌器(9)，填料载体(8)上的异养菌将进水中的有机物储存为细菌体内的内碳源，进行厌氧搅拌1.0～1.5h，此阶段通过pH/DO检测器(13)监测并保持DO＜0.1mg/L。
2)上述反应结束后，关闭搅拌器(9)，打开曝气泵(10)，通过气体流量计(11)将DO控制为0.6～1.2mg/L，进行短程硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应，去除污水中的氨氮，同时生成少部分硝氮；pH/DO检测器(13)和氮(Nitrogen)检测器(14)将实时采集信号并传输至PLC控制柜(2)和计算机在线控制组(1)，计算机在线控制组(1)将实时接收到的信号并转化输出到各检测器，根据监测数据实时调整系统运行参数，优化系统运行状态，当监测到系统内氨氮浓度低于1mg/L时，关闭曝气泵(10)停止曝气。
3)曝气结束后，开启进水泵(4)进行第二次进水，进水结束后，进水泵(4)关闭，开启搅拌器(9)，此时一部分异养反硝化菌利用污水中的有机物和厌氧段储存的内碳源将好氧段产生的硝氮进行短程反硝化，同时与厌氧氨氧化耦合，去除好氧段产生的硝氮和第二次进水中的氨氮以及有机物；此阶段控制DO＜0.1mg/L，反应时间为0.5～1.5h；pH/DO检测器(13)和氮(Nitrogen)检测器(14)将实时采集信号并传输至PLC控制柜(2)和计算机在线控制组(1)，进行实时数据监测和运行控制，当亚硝态氮浓度低于0.2mg/L且硝态氮浓度低于1.0mg/L时，关闭搅拌器(9)，停止搅拌。
4)搅拌结束后，静置沉淀10～30min进行泥水分离，之后开启排水泵(16)，通过排水阀(15)将上清液排出SFBBR反应器(6)。
以实验室周边某住宅小区生活污水为处理对象，考察该SFBBR系统的脱氮性能。
实验期间进水水质如下：
实验期间运行参数如下：
SFBBR反应器(有效容积10L)：
第一次进水/厌氧段：泵入城市生活污水4L，控制搅拌器转速为60～80r/min，DO＜0.1mg/L，反应时间1h；
好氧段：控制DO为0.6～1.2mg/L，自动调整曝气时间，一般为2～3.5h；
第二次进水/缺氧段：泵入城市生活污水1L，控制搅拌器转速为60～80r/min，DO＜0.1mg/L，自动调整反应时间，一般1～1.5h；
静置沉淀阶段：静置沉淀15min后排水5L。
在该运行条件下，反应器平均出水COD、TN、NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N浓度分别为38.9、2.8、1.2、0.2、0.4mg/L，达到了深度脱氮效果。
以上是本发明的具体实例，便于该技术领域的技术人员更好地理解和应用本发明，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的保护范围内。
本发明在一个单级的SFBBR反应器内将两段进水A/OA与双短程耦合厌氧氨氧化技术结合，使系统内自养脱氮和异氧脱氮有效耦合，可充分利用进水中的有机碳源，强化异养反硝化脱氮，从而提高脱氮效果。另外，本系统加入了实时监测控制系统，可以充分发挥序批式活性污泥反应器运行灵活的特点，优化系统运行效果，可实现城市生活污水的深度脱氮，具有广阔的应用前景。
Claims (1)
1.两段进水A/O/A双短程耦合厌氧氨氧化SFBBR实现城市生活污水深度脱氮的方法，该方法所用装置包括计算机在线控制组（1）、PLC控制柜（2）、城市生活污水箱（3）和SFBBR反应器（6）；其中所述城市生活污水箱（3）通过进水泵（4）与SFBBR反应器（6）连接；所述SFBBR反应器（6）设有进水阀（5）、填料固定架（7）、填料载体（8）、搅拌器（9）、曝气泵（10）、气体流量计（11）、微孔曝气头（12）、pH/DO检测器（13）、氮（Nitrogen）检测器（14）、排水阀（15）、排水泵（16）、溢流堰（17）和出水箱（18）；所述填料载体（8）为聚丙烯材质，填充率为12~15%，均匀固定在填料固定架（7）上；
其特征在于该方法步骤如下：
1）城市生活污水箱（3）内的污水分别在反应开始的厌氧段（A）和好氧段（O）结束后的缺氧段（A）分两次由进水泵（4）进入SFBBR反应器（6），根据阶段不同控制两次进水的体积比在1:1~4:1之间； 第一次进水结束后，关闭进水泵（4），开启搅拌器（9），填料载体（8）上的异养菌将进水中的有机物储存为细菌体内的内碳源，进行厌氧搅拌1.0~1.5h，此阶段通过pH/DO检测器（13）监测并保持DO＜0.1 mg/L；
2）上述反应结束后，关闭搅拌器（9），打开曝气泵（10），通过气体流量计（11）将DO控制为0.6~1.2 mg/L，进行短程硝化耦合厌氧氨氧化一体化反应，去除污水中的氨氮，同时生成少部分硝氮；pH/DO检测器（13）和氮（Nitrogen）检测器（14）将实时采集信号并传输至PLC控制柜（2）和计算机在线控制组（1），计算机在线控制组（1）将实时接收到的信号转化并输出到各检测器，根据监测数据实时调整系统运行参数，优化系统运行状态，当监测到系统内氨氮浓度低于1 mg/L时，关闭曝气泵（10）停止曝气；
3）曝气结束后，开启进水泵（4）进行第二次进水，进水结束后，进水泵（4）关闭，开启搅拌器（9），此时一部分异养反硝化菌利用污水中的有机物和厌氧段储存的内碳源将好氧段产生的硝氮进行短程反硝化，同时与厌氧氨氧化耦合，去除好氧段产生的硝氮和第二次进水中的氨氮以及有机物；此阶段控制DO＜0.1 mg/L，反应时间为0.5~1.5 h；pH/DO检测器（13）和氮检测器（14）将实时采集信号并传输至PLC控制柜（2）和计算机在线控制组（1），进行实时数据监测和运行控制，当亚硝态氮浓度低于0.2 mg/L且硝态氮浓度低于1 .0 mg/L时，关闭搅拌器（9），停止搅拌；
4）搅拌结束后，静置沉淀10~30 min进行泥水分离，之后开启排水泵（16），通过排水阀（15）将上清液排出SFBBR反应器（6）。
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