CN115353193B - 侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的装置和方法，属于污水生物处理领域。污水中的有机物在厌氧区被聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)摄取存储为胞内碳源(PHA)，同时聚磷菌将胞内的聚磷释放到水体中。在好氧区，氨氮(NH4 +‑N)被硝化细菌氧化成亚硝酸盐(NO2 —‑N)和硝酸盐(NO3 —‑N)，PAOs充分地将磷酸盐吸收至胞内。在缺氧区，厌氧氨氧化(anammox)将好氧区剩余的NH4 +‑N和产生的NO2 —‑N还原为N2，同时产生NO3 —‑N；GAOs利用胞内的碳源驱动NO3 —‑N还原为N2，同时短程硝化产生的NO2 —‑N不足时，GAOs驱动的内源反硝化能够为anammox提供额外的NO2 —‑N。回流至厌氧区的部分污泥在侧流释磷装置中，并在污泥发酵液的诱导下，PAOs将胞内的聚磷释放。该发明实现市政污水同步深度脱氮和除磷。
Description
技术领域
侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的装置和方法，属于市政污水生物处理邻域。
背景技术
短程硝化厌氧氨氧化技术的提出为主流市政污水的高效节能处理提供了新的途径。然而，不稳定的短程硝化向来是主流中的常态，这也导致了出水中始终含有大量硝酸盐。此外，作为完全自养的脱氮技术，其相关的功能微生物(硝化细菌，厌氧氨氧化菌等)世代时间较长，需要更长的污泥龄才能保证良好的脱氮效果，这与世代时间短的聚磷菌相反，并且生物除磷是通过排出富磷污泥实现的。所以短程硝化厌氧氨氧化技术在主流中稳定的脱氮除磷还面临着巨大的挑战。
以GAOs为主要功能微生物的内源反硝化菌利用胞内碳源驱动NO3 —-N还原的技术近年来得到了广泛的关注，内源反硝化无需额外的碳源投加，同时也能为anammox提供额外的NO2 —-N以保证anammox的稳定运行。但是不可避免的是PAOs常常与GAOs竞争有机物，导致GAOs无法储存足够的胞内碳源用于内源反硝化过程。通过释放PAOs体内过于饱和的聚磷，一方面能够活化PAOs对磷酸盐的持续吸收能力，另一方面，较低的聚磷储量能够削弱PAOs在厌氧区对碳源的摄取能力和效率，因此,GAOs获取有机物的能力得到了强化，进而强化了在之后的缺氧区的内源反硝化的能力。
本发明能够在短程硝化破坏时，通过内源反硝化为anammox提供NO2 —-N，从而避免了由于不稳定的短程硝化而导致出水难以达标问题。此外，通过污泥发酵液诱导PAOs释磷能够有效平衡PAOs和GAOs之间对市政污水中有限碳源的分配，从而充分利用胞内碳源用于脱氮。降低PAOs体内的聚磷含量也能够使系统除磷性能得到恢复和维持。
发明内容
针对当前市政污水中有限的碳源难以维持同步的脱氮除磷以及短程硝化不稳定等问题，本发明的目的是通过侧流释磷处理，实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷。侧流磷的释放在活化PAOs吸磷能力的同时也能强化GAOs驱动内源反硝化的能力，从而能够保证在不稳定的短程硝化下稳定的脱氮效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的装置和方法，其特征在于：包括进水装置(1)、AOA连续流反应器(2)、二沉池(3)和侧流释磷装置(4)。
所述进水装置(1)包括市政污水箱(1.1)和污泥发酵液水箱(1.4)；所述AOA连续流反应器(2)设有机械搅拌器Ⅰ(2.1)、聚氨酯海绵填料(2.5)、溢流管(2.7)、放空管(2.8)、厌氧区(2.9)、好氧区(2.10)和缺氧区(2.11)；所述二沉池(3)设有出水管(3.1)；所述侧流释磷装置(4)设有进泥阀(4.1)、出水阀(4.2)、进水阀(4.3)、出泥阀(4.4)和机械搅拌器Ⅱ(4.6)。
所述市政污水箱(1.1)通过进水泵Ⅰ(1.2)与AOA连续流反应器(2)的厌氧区(2.9)相连；厌氧区(2.9)，好氧区(2.10)和缺氧区(2.11)之间通过导流管(2.6)相连通；曝气泵(2.2)通过转子流量计(2.3)与曝气盘(2.4)相连；溢流管(2.7)与二沉池(3)相连；第一回流通过回流泵Ⅰ(3.2)与缺氧区(2.11)相连；第二回流通过回流泵Ⅱ分别与侧流释磷装置的进泥阀(4.1)和AOA连续流反应器的厌氧区(2.9)相连；市政污水箱和污泥发酵液水箱(1.4)分别通过进水泵Ⅱ(1.3)和进水泵Ⅲ(1.5)与侧流释磷装置的进水阀(4.3)相连；出泥阀(4.4)通过回流泵Ⅲ(4.5)与厌氧区(2.9)相连。
所述装置，在侧流释磷处理下，实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的方法，其特征在于，具体的运行和操作步骤如下：
1)装置的启动
AOA连续流反应器(2)中接种短程硝化活性污泥，污泥浓度为2500～3000mg/L，同时在缺氧区安装厌氧氨氧化成熟的聚氨酯海绵填料(2.5)，使填充比为30％～35％。控制厌氧区水力停留时间为2.0h，厌氧区，好氧区，缺氧区水力停留时间比值为1：2：4。控制第一回流比为60％～70％，第二回流比为90％～100％。
2)装置的日常运行
市政污水箱(1.1)中的市政污水通过进水泵Ⅰ(1.2)进入厌氧区(2.9)，在厌氧区，有机物被PAOs和GAOs存储为PHA，同时PAOs释磷(PO4 3—-P)；随后市政污水通过导流管(2.6)流入好氧区，调节流量计控制好氧区溶解氧为1.5～2.0mg/L，不稳定的短程硝化将NH4 +-N氧化成NO2 —-N和NO3 —-N，亚硝积累率为30％～40％。此外PAOs利用溶解氧将PO4 3—-P去除至低于0.5mg/L，完成除磷；最后市政污水流入缺氧区，聚氨酯海绵填料(2.5)上的anammox将剩余的NH4 +-N和NO2 —-N还原为N2并产生NO3 —-N；第一回流污泥以及缺氧区(2.11)污泥中的GAOs利用胞内的碳源将NO3 —-N还原为NO2 —-N后再还原为N2，从而完成脱氮。出水通过溢流管(2.7)流入二沉池(3)完成泥水分离，最后通过出水管(3.1)排放。二沉池(3)底部的污泥分别通过回流泵Ⅰ(3.2)和回流泵Ⅱ(3.3)回流至AOA连续流反应器的缺氧区(2.11)和厌氧区(2.9)，剩余污泥通过排泥管(3.4)排出系统，控制污泥龄为15天。
3)侧流释磷处理
每隔15天将侧流释磷装置(4)的进泥阀(4.1)开启，第二回流的活性污泥进入侧流释磷装置(4)，使其污泥体积为50％；市政污水箱(1.1)中的市政污水COD为600mg/L，污泥发酵液水箱中的污泥发酵液COD为270mg/L。市政污水和污泥发酵液以体积比为9：1的比例混合，混合后COD为600mg/L,并通过进水阀(4.3)进入侧流释磷装置(4)；开启机械搅拌器Ⅱ(4.6)，进行厌氧搅拌180min；随后沉淀30min并将富磷的上清液通过出水阀(4.2)排出用于后续的磷回收；剩余的污泥通过出泥阀(4.4)并用回流泵Ⅲ(4.5)泵回厌氧区。侧流释磷处理能够避免PAOs体内聚磷过饱和以维持活跃的吸磷活性，同时削弱PAOs对有机物的竞争能力，从而强化GAOs获取有机物用于内源反硝化的能力。
本发明具有以下优势：
1)通过部分污泥的释磷平衡反应器中PAOs和GAOs摄取有机物的能力，GAOs充分地将有机物用于缺氧区的内源反硝化，无需额外碳源的投加。
2)定期将PAOs体内过饱和的聚磷排除用于后续的磷回收能够活化PAOs的磷吸收能力，并且得以维持，能够保证稳定的磷去除性能。
3)通过强化GAOs对碳源的吸收以强化反应器内源反硝化能力，能够保证不稳定的短程硝化产生的NO3 —-N被还原，同时内源反硝化的中间产物NO2 —-N也能为anammox提供基质，维持anammox稳定的脱氮性能。
4)该装置采用聚氨酯填料维持anammox的持留，并且无需采用严格且复杂的短程硝化控制策略，在维持自养脱氮的同时实现磷的去除，运行方式简单，同步脱氮除磷效果稳定。
附图说明
图1中为：侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的装置示意图。
图1中：1.1—市政污水箱、1.2—进水泵Ⅰ、1.3—进水泵Ⅱ、1.4—污泥发酵液水箱、1.5—进水泵Ⅲ；2—AOA连续流反应器、2.1—机械搅拌器Ⅰ、2.2—曝气泵、2.3—转子流量计、2.4—曝气盘、2.5—聚氨酯海绵填料、2.6—导流管、2.7—溢流管、2.8—放空管、2.9—厌氧区、2.10—好氧区、2.11—缺氧区；3—二沉池、3.1—出水管(3.1)；4—侧流释磷装置、4.1—进泥阀(4.1)、4.2—出水阀、4.3—进水阀、4.4—出泥阀、4.5—回流泵Ⅲ、4.6—机械搅拌器Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施详例对本发明进一步说明，如图所示，侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的装置，其特征在于，包括进水装置(1)、AOA连续流反应器(2)、二沉池(3)和侧流释磷装置(4)。其中市政污水箱(1.1)通过进水泵Ⅰ(1.2)与AOA连续流反应器(2)的厌氧区(2.9)相连；厌氧区(2.9)，好氧区(2.10)和缺氧区(2.11)之间通过导流管(2.6)相连通；曝气泵(2.2)通过转子流量计(2.3)与曝气盘(2.4)相连；溢流管(2.7)与二沉池(3)相连；第一回流通过回流泵Ⅰ(3.2)与缺氧区(2.11)相连；第二回流通过回流泵Ⅱ分别与侧流释磷装置的进泥阀(4.1)和AOA连续流反应器的厌氧区(2.9)相连；市政污水箱和污泥发酵液水箱(1.4)分别通过进水泵Ⅱ(1.3)和进水泵Ⅲ(1.5)与侧流释磷装置的进水阀(4.3)相连；出泥阀(4.4)通过回流泵Ⅲ(4.5)与厌氧区(2.9)相连。
实验进水为北京工业大学教工家属区的实际市政污水，具体水质如下：NH4 —-N浓度为55.9～85.4mg/L；NO2 —-N浓度<0.5mg/L；NO3 —-N浓度<0.5mg/L；PO4 3—-P浓度为6.2～8.8mg/L；COD浓度为158.4～300.6mg/L，pH为7.4～7.8。实验装置采用有机玻璃制成，AOA连续流反应器(2)有效容积为60.0L，侧流释磷装置有效容积为10.0L。
详细的运行操作步骤如下：
1)装置的启动
AOA连续流反应器(2)中接种短程硝化活性污泥，污泥浓度为2500～3000mg/L，同时在缺氧区安装厌氧氨氧化成熟的聚氨酯海绵填料(2.5)，使填充比为30％～35％。控制厌氧区水力停留时间为2.0h，厌氧区，好氧区，缺氧区水力停留时间比值为1：2：4。控制第一回流比为60％～70％，第二回流比为90％～100％。
2)装置的日常运行
市政污水箱(1.1)中的市政污水通过进水泵Ⅰ(1.2)进入厌氧区(2.9)，在厌氧区，有机物被PAOs和GAOs存储为PHA，同时PAOs释磷(PO4 3—-P)；随后市政污水通过导流管(2.6)流入好氧区，调节流量计控制好氧区溶解氧为1.5～2.0mg/L，不稳定的短程硝化将NH4 +-N氧化成NO2 —-N和NO3 —-N，亚硝积累率为30％～40％。此外PAOs利用溶解氧将PO4 3—-P去除至低于0.5mg/L，完成除磷；最后市政污水流入缺氧区，聚氨酯海绵填料(2.5)上的anammox将剩余的NH4 +-N和NO2 —-N还原为N2并产生NO3 —-N；第一回流污泥以及缺氧区(2.11)污泥中的GAOs利用胞内的碳源将NO3 —-N还原为NO2 —-N后再还原为N2，从而完成脱氮。出水通过溢流管(2.7)流入二沉池(3)完成泥水分离，最后通过出水管(3.1)排放。二沉池(3)底部的污泥分别通过回流泵Ⅰ(3.2)和回流泵Ⅱ(3.3)回流至AOA连续流反应器的缺氧区(2.11)和厌氧区(2.9)，剩余污泥通过排泥管(3.4)排出系统，控制污泥龄为15天。
3)侧流释磷处理
每隔15天将侧流释磷装置(4)的进泥阀(4.1)开启，第二回流的活性污泥进入侧流释磷装置(4)，使其污泥体积为50％；市政污水箱(1.1)中的市政污水COD为600mg/L，污泥发酵液水箱中的污泥发酵液COD为270mg/L。市政污水和污泥发酵液以体积比为9：1的比例混合，混合后COD为600mg/L,并通过进水阀(4.3)进入侧流释磷装置(4)；开启机械搅拌器Ⅱ(4.6)，进行厌氧搅拌180min；随后沉淀30min并将富磷的上清液通过出水阀(4.2)排出用于后续的磷回收；剩余的污泥通过出泥阀(4.4)并用回流泵Ⅲ(4.5)泵回厌氧区。侧流释磷处理能够避免PAOs体内聚磷过饱和以维持活跃的吸磷活性，同时削弱PAOs对有机物的竞争能力，从而强化GAOs获取有机物用于内源反硝化的能力。
长期实现结果表明，反应器出水NH4 —-N<5.0mg/L,NO2 —-N<2.0mg/L,NO3 —-N<1.0mg/L,TN<10.0mg/L,PO4 3—-P<0.5mg/L；COD<50.0mg/L，出水满足一级A排放标准。
Claims (1)
1.侧流释磷实现短程硝化厌氧氨氧化在市政污水中同步深度脱氮除磷的方法，其特征在于，该方法包括进水装置（1）、AOA连续流反应器（2）、二沉池（3）和侧流释磷装置（4）；
所述进水装置（1）包括市政污水箱（1.1）和污泥发酵液水箱（1.4）；所述AOA连续流反应器（2）设有机械搅拌器Ⅰ（2.1）、聚氨酯海绵填料（2.5）、溢流管（2.7）、放空管（2.8）、厌氧区（2.9）、好氧区（2.10）和缺氧区（2.11）；所述二沉池（3）设有出水管（3.1）；所述侧流释磷装置（4）设有进泥阀（4.1）、出水阀（4.2）、进水阀（4.3）、出泥阀（4.4）和机械搅拌器Ⅱ（4.6）；
所述市政污水箱（1.1）通过进水泵Ⅰ（1.2）与AOA连续流反应器（2）的厌氧区（2.9）相连；厌氧区（2.9），好氧区（2.10）和缺氧区（2.11）之间通过导流管（2.6）相连通；曝气泵（2.2）通过转子流量计（2.3）与曝气盘（2.4）相连；溢流管（2.7）与二沉池（3）相连；第一回流通过回流泵Ⅰ（3.2）与缺氧区（2.11）相连；第二回流通过回流泵Ⅱ分别与侧流释磷装置的进泥阀（4.1）和AOA连续流反应器的厌氧区（2.9）相连；市政污水箱和污泥发酵液水箱（1.4）分别通过进水泵Ⅱ（1.3）和进水泵Ⅲ（1.5）与侧流释磷装置的进水阀（4.3）相连；出泥阀（4.4）通过回流泵Ⅲ（4.5）与厌氧区（2.9）相连；
该方法步骤如下：
1）装置的启动
AOA连续流反应器（2）中接种短程硝化活性污泥，污泥浓度为2500~3000mg/L，同时在缺氧区安装厌氧氨氧化成熟的聚氨酯海绵填料（2.5），使填充比为30%~35%；控制厌氧区水力停留时间为2.0h，厌氧区，好氧区，缺氧区水力停留时间比值为1：2：4；控制第一回流比为60%~70%，第二回流比为90%~100%；
2）装置的日常运行
市政污水箱（1.1）中的市政污水通过进水泵Ⅰ（1.2）进入厌氧区（2.9），在厌氧区，有机物被PAOs和GAOs存储为PHA，同时PAOs释磷（PO4 3—-P）；随后市政污水通过导流管（2.6）流入好氧区，调节流量计控制好氧区溶解氧为1.5~2.0mg/L，不稳定的短程硝化将NH4 +-N氧化成NO2 —-N和NO3 —-N，亚硝积累率为30%~40%；此外PAOs利用溶解氧将PO4 3—-P去除至低于0.5mg/L，完成除磷；最后市政污水流入缺氧区，聚氨酯海绵填料（2.5）上的anammox将剩余的NH4 +-N和NO2 —-N还原为N2并产生NO3 —-N；第一回流污泥以及缺氧区（2.11）污泥中的GAOs利用胞内的碳源将NO3 —-N还原为NO2 —-N后再还原为N2，从而完成脱氮；出水通过溢流管（2.7）流入二沉池（3）完成泥水分离，最后通过出水管（3.1）排放；二沉池（3）底部的污泥分别通过回流泵Ⅰ（3.2）和回流泵Ⅱ（3.3）回流至AOA连续流反应器的缺氧区（2.11）和厌氧区（2.9），剩余污泥通过排泥管（3.4）排出系统，控制污泥龄为15天；
3）侧流释磷处理
每隔15天将侧流释磷装置（4）的进泥阀（4.1）开启，第二回流的活性污泥进入侧流释磷装置（4），使其污泥体积为50%；市政污水箱（1.1）中的市政污水COD为600mg/L，污泥发酵液水箱中的污泥发酵液COD为270mg/L；市政污水和污泥发酵液以体积比为9：1的比例混合，混合后COD为600mg/L,并通过进水阀（4.3）进入侧流释磷装置（4）；开启机械搅拌器Ⅱ（4.6），进行厌氧搅拌180min；随后沉淀30min并将富磷的上清液通过出水阀（4.2）排出用于后续的磷回收；剩余的污泥通过出泥阀（4.4）并用回流泵Ⅲ（4.5）泵回厌氧区。
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