申请日2017.08.08
公开(公告)日2017.11.28
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34
摘要
本发明涉及一种连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置及应用方法，它属于污水生物处理技术领域。该装置主体由城市污水原水箱、短程硝化出水中间水箱、短程硝化SBR装置和连续流A2O装置四部分组成;其中短程硝化SBR装置作为连续流A2O装置的来源，连续流A2O装置沿水流方向依次分为两段厌氧反应区，一段缺氧反应区，四段厌氧氨氧化反应区和一段好氧反应区，四段厌氧氨氧化反应区内接种Anammox海绵填料，其内发生厌氧氨氧化自养脱氮反应和反硝化除磷反应，进而实现城市污水的同步脱氮除磷。本发明适用于低碳源城市污水的处理，且具有高效节能、占地面积少，便于水厂升级改造的优点。
权利要求书
1.连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置，其特征在于：装置包括城市污水原水箱(1)、短程硝化出水中间水箱(2)、短程硝化SBR装置(3)和连续流A2O装置(4);所述的城市污水原水箱(1)上设置进水管(1.1)、第一溢流管(1.2)和第一放空管(1.3);所述的短程硝化出水中间水箱(2)上设置第二溢流管(2.1)、第二放空管(2.2)和亚硝酸盐进水泵(2.3);所述的城市污水原水箱(1)采用SBR进水泵(1.5)和A2O进水泵(1.4)分别与短程硝化SBR装置(3)和连续流A2O装置(4)连接;所述的短程硝化SBR装置(3)由装置和一套控制系统构成，在装置上设置曝气泵(3.1)、气体流量计(3.2)、第一黏砂块曝气头(3.3)、第一搅拌器(3.4)和电动出水阀门(3.5);控制系统由DO和pH传感器(3.6)、DO和pH测定仪(3.7)、计算机(3.8)和过程控制柜(3.9)组成;计算机(3.8)通过数据信号线与过程控制柜(3.9)连接;过程控制柜的进水泵继电器、气泵继电器、搅拌器继电器和出水管阀门继电器分别与SBR进水泵(1.5)、曝气泵(3.1)、第一搅拌器(3.4)和电动出水阀门(3.5)连接;所述的连续流A2O装置(4)由开孔隔板分为八个区域，沿水流方向依次为两段厌氧反应区(4.1)、一段缺氧反应区(4.2)、四段厌氧氨氧化反应区(4.3)、一段好氧反应区(4.4)，连续流A2O装置后还设置后置沉淀区(4.5);所述的两段厌氧反应区(4.1)、一段缺氧反应区(4.2)、和四段厌氧氨氧化反应区(4.3)均设有第二搅拌器(4.10);所述的一段好氧反应区(4.4)的底部设有曝气装置;曝气装置由空气压缩机(4.7)通过空气转子流量计(4.8)与第二黏砂块曝气头(4.9)连通;所述的三段厌氧氨氧化反应区(4.3)采用正方体海绵块(4.11)作为挂膜填料;后置沉淀区(4.5)底部通过回流污泥控制阀(4.13)和污泥回流泵(4.12)与第一段厌氧反应区(4.1)连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀(4.14)排出系统。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)接种启动阶段
接种全程污泥于短程硝化SBR装置中，污泥浓度为2500～3500mg/L，首先将接种的全程污泥置于好氧饥饿环境中预处理7天，然后排出上清液，投加城市污水进行好氧曝气，待DO浓度曲线出现拐点时，停止曝气;控制装置中溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L，SRT为15～20d，排水比为70%;从取样口取样检测，待亚硝酸盐积累率和氨氮去除率均不小于90%，则短程硝化装置启动成功;
接种除磷污泥于连续流A2O装置中，控制污泥浓度为3000～4000mg/L，同时接种Anammox海绵填料于连续流A2O装置中的三段厌氧氨氧化反应区中，填充比为30～40%，以城市污水为处理对象，水温控制在30～35℃，水力停留时间HRT控制为8～12h，污泥回流比为50～150%;启动过程中，采用蠕动泵向一段缺氧反应区中投加NO2-溶液，使得一段缺氧反应区内亚硝态氮与氨氮的质量浓度比为NO2-:NH4+=1.5～2.0:1，一段好氧反应区的DO浓度控制为3～5mg/L，污泥停留时间SRT控制为5～7d;当出水中的PO43-浓度达到0.5mg/L以下，出水NH4+和TN浓度分别达到5mg/L和15mg/L以下，且出水效果维持长达三个污泥龄以上时，则说明连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化装置启动成功;
2)连续运行阶段
短程硝化SBR装置和连续流A2O装置启动完成后，用短程硝化SBR装置的出水代替连续流A2O一段缺氧反应区的NO2-配水，控制亚硝酸盐进水泵的进水流量比为100～150%，连续流A2O装置的HRT控制为8～12h，污泥回流比为75～150%，采用蠕动泵向一段缺氧反应区中投加NO2-溶液，使得一段缺氧反应区内亚硝态氮与氨氮的质量浓度比为NO2-:NH4+=1.5～2.0:1，一段好氧反应区的DO浓度控制为3～5mg/L，通过排放剩余污泥控制系统SRT为5～7d，稳定实现装置的反硝化除磷反应和厌氧氨氧化氨氧化反应;当出水中的PO43-浓度达到0.5mg/L以下，出水NH4+和TN浓度分别达到5mg/L和15mg/L以下，且出水效果维持100d以上时，则说明装置实现长期稳定运行;此后，按照35℃→30℃→25℃→20℃→15℃→10℃的方式逐渐降低装置的运行温度，每隔15d降低5℃，实现低温下低碳源城市污水连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化工艺的稳定运行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：开孔隔板按照水流方向采用上下交错设置过流孔的方式进行连接各个格室。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述海绵填料的尺寸范围为1.5cm×1.5cm×1.5cm-2.0cm×2.0cm×2.0cm。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：，步骤1)中所述的全程硝化污泥和除磷污泥均来源于城市污水处理厂二沉池。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述的Anammox海绵填料来源于污泥消化液Anammox工程。
说明书
连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置和方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置及应用方法，具备高效、节能、占地面积少的特点，适用于新建城市污水处理厂及已建城市污水处理厂的提标改造等技术领域。
背景技术
城市污水处理是资本、能源密集型行业。据统计，在常规的城市污水处理厂的运行成本中(包括折旧费等)，电费约占1/3多，而污水生物处理系统中曝气电耗占污水处理厂全厂电耗的40～50%，处理每立方米的污水耗电0.2～0.3千瓦时。在美国，水和污水处理能耗达到市政公用事业用能的1/3，占社会总能耗的3%，全年耗电量达约560亿千瓦时，这其中2/3以上的能耗和费用是用于污水和污泥处理。在我国虽然还远未达到这一数字，但2010年底已达到全国总用能的1%。随着国家对高能耗产业的控制以及污水处理规模的快速增大，我国污水处理厂的能耗占比将不断提高，将逐步接近美国的水平。因此，研究和开发城市污水处理厂节能降耗技术，不仅能缓解我国当前能源紧缺的现状，而且有利于社会的可持续发展。
针对当前中国的污水处理状况，由中国污水处理概念厂委员会的专家在2014年提出了建设面向未来的中国污水处理概念厂的四大追求，分别为使出水水质达到可持续的标准;大幅提高污水处理厂的能源自给率，在有适度外源有机废物协同处理的情况下，做到零能耗;追求物质的合理循环，减少对外部化学品的依赖与消耗;建设感官舒适、建筑和谐、环境互通、社区友好的污水处理厂。
围绕上述原则，研发具有节能降耗又能资源回收的城市污水处理新技术具有重要的现实意义。厌氧氨氧化菌在1995年被发现，它的反应方程式见公式(1-1)。与传统生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化自养脱氮技术可节省100%的有机碳源消耗，可节约60%的曝气量，可减少90%的污泥产量，故而其一直被认为是最有前景的脱氮技术。此外，反硝化除磷菌
能够以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，在进行反硝化的同时完成过量吸磷，实现“一碳两用”，从而可降低生物脱氮除磷对有机碳源的需求量。故而，对于低碳氮比的城市污水而言，采用厌氧氨氧化结合反硝化除磷技术可在保证出水氮、磷达标的基础上，大幅度降低生物脱氮除磷工艺对有机碳源的要求，节约污水处理厂的能耗和投入。
发明内容
本发明的目的是提出一种连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置及应用方法。该方法是将低碳源城市污水分为两部分，一部分进入短程硝化SBR装置，利用好氧饥饿(无底物条件下曝气)配合实时控制的方式实现城市污水短程硝化，为连续流A2O装置提供亚硝酸盐进水;另一部分进入连续流A2O装置，在厌氧段首先发生厌氧释磷反应，而后与短程硝化的SBR出水混合进入缺氧段，发生厌氧氨氧化、反硝化除磷和反硝化反应，实现氮和磷的同步高效去除，最后进入好氧段，进一步去除水中的COD和磷酸盐，保证出水水质。
本发明涉及一种连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置。其特征在于装置由城市污水原水箱、短程硝化出水中间水箱、短程硝化SBR装置和连续流A2O装置四部分组成;所述的城市污水原水箱上设置进水管、第一溢流管和第一放空管;所述的短程硝化出水中间水箱上设置第二溢流管、第二放空管和亚硝酸盐进水泵;所述的城市污水原水箱采用SBR进水泵和A2O进水泵分别与短程硝化SBR装置和连续流A2O装置连接;所述的短程硝化SBR装置由装置和一套控制系统构成，在装置上设置曝气泵、气体流量计、第一黏砂块曝气头、第一搅拌器和电动出水阀门;控制系统由DO和pH传感器、DO和pH测定仪、计算机和过程控制柜组成;计算机通过数据信号线与过程控制柜连接;过程控制柜的进水泵继电器、气泵继电器、搅拌器继电器和出水管阀门继电器分别与SBR进水泵、曝气泵、第一搅拌器和电动出水阀门连接。所述的连续流A2O装置由开孔隔板分为八个区域，沿水流方向依次为两段厌氧反应区、一段缺氧反应区、四段厌氧氨氧化反应区、一段好氧反应区和后置沉淀区;所述的两段厌氧反应区、一段缺氧反应区、和四段厌氧氨氧化反应区均设有第二搅拌器;所述的一段好氧反应区的底部设有曝气装置;曝气装置由空气压缩机通过空气转子流量计与第二黏砂块曝气头连通;所述的三段厌氧氨氧化反应区采用正方体海绵块作为挂膜填料;后置沉淀区底部通过回流污泥控制阀和污泥回流泵与第一段厌氧反应区连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀排出系统。
所述的开孔隔板按照水流方向采用上下交错设置过流孔的方式进行连接各个格室;所述的海绵填料的尺寸范围为1.5cm×1.5cm×1.5cm-2.0cm×2.0cm×2.0cm。
基于本发明的试验装置，城市污水的处理流程为：
城市污水由原水箱分为两部分分别进入短程硝化SBR装置和连续流A2O装置;短程硝化SBR装置采用A/O方式运行，原水首先通过反硝化作用将上一周期残留的亚硝态氮还原，而后开启曝气，进行短程硝化反应，通过实时控制稳定维持装置的短程硝化效果，曝气结束后，短程硝化出水通过排水阀进入短程硝化出水中间水箱;另一部分原水进入连续流A2O装置，它与后置沉淀区回流的泥水混合物混合进入厌氧反应区，反硝化聚磷菌利用原水中的有机碳源进行厌氧释磷反应，将原水中的VFA转化为细胞体内的PHA，同时向水中释放PO43-，而后厌氧反应区的泥水混合物和短程硝化出水在缺氧反应区中混合，短程硝化出水中的NO2-为反硝化除磷菌提供电子受体，利用细胞体内储存的PHA发生反硝化除磷反应，大量吸收水体中的PO43-，之后缺氧反应区的泥水混合物进入厌氧氨氧化反应区，海绵填料上的厌氧氨氧化菌将水体中的NO2-和NH4+转化为N2，完成生物脱氮反应，同时生成的NO3-可被反硝化除磷菌利用，进一步去除水体中的N和P，此后厌氧氨氧化反应区的泥水混合物进入好氧反应区，在氧气的作用下完成剩余有机物的氧化分解，并发生好氧吸磷反应，保证出水PO43-的达标排放，最后好氧反应区的泥水混合物进入后置沉淀区进行泥水分离，上清液作为出水由出水管排出系统，回流污泥通过污泥回流泵回流至厌氧反应区，剩余污泥通过剩余污泥排放阀定期排出系统。
上述一种连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)接种启动阶段
接种全程污泥于短程硝化SBR装置中，污泥浓度为2500～3500mg/L，采用好氧饥饿(无底物条件下曝气)配合实时控制的方式实现短程硝化SBR装置的启动，首先将接种的全程污泥置于好氧饥饿环境中预处理7天，然后排出上清液，投加城市污水进行好氧曝气，待DO浓度曲线出现拐点时，停止曝气;控制装置中溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L，SRT为15～20d，排水比为70%;从取样口取样检测，待亚硝酸盐积累率和氨氮去除率均不小于90%，则短程硝化装置启动成功;
接种除磷污泥于连续流A2O装置中，控制污泥浓度为3000～4000mg/L，同时接种Anammox海绵填料于连续流A2O装置中的三段厌氧氨氧化反应区中，填充比为30～40%，以城市污水为处理对象，水温控制在30～35℃，水力停留时间HRT控制为8～12h，污泥回流比为50～150%。启动过程中，采用蠕动泵向一段缺氧反应区中投加NO2-溶液，使得一段缺氧反应区内亚硝态氮与氨氮的质量浓度比为NO2-:NH4+=1.5～2.0:1，一段好氧反应区的DO浓度控制为3～5mg/L，污泥停留时间SRT控制为5～7d。当出水中的PO43-浓度达到0.5mg/L以下，出水NH4+和TN浓度分别达到5mg/L和15mg/L以下，且出水效果维持长达三个污泥龄以上时，则说明连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化装置启动成功;
2)连续运行阶段
短程硝化SBR装置和连续流A2O装置启动完成后，用短程硝化SBR装置的出水代替连续流A2O一段缺氧反应区的NO2-配水，控制亚硝酸盐进水泵的进水流量比为100～150%，连续流A2O装置的HRT控制为8～12h，污泥回流比为75～150%，采用蠕动泵向一段缺氧反应区中投加NO2-溶液，使得一段缺氧反应区内亚硝态氮与氨氮的质量浓度比为NO2-:NH4+=1.5～2.0:1，一段好氧反应区的DO浓度控制为3～5mg/L，通过排放剩余污泥控制系统SRT为5～7d，稳定实现装置的反硝化除磷反应和厌氧氨氧化氨氧化反应。当出水中的PO43-浓度达到0.5mg/L以下，出水NH4+和TN浓度分别达到5mg/L和15mg/L以下(满足一级A排放标准)，且出水效果维持100d以上时，则说明装置实现长期稳定运行。此后，可按照35℃→30℃→25℃→20℃→15℃→10℃(每隔15d降低5℃)的方式逐渐降低装置的运行温度，实现低温下低碳源城市污水连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化工艺的稳定运行。
本发明涉及一种连续流A2O反硝化除磷+厌氧氨氧化并联SBR短程硝化处理城市污水的装置及应用方法，与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用反硝化除磷菌和厌氧氨氧化菌进行脱氮除磷，解决了低碳源城市污水进水碳源不足的问题，保证了装置脱氮除磷的高效性和稳定性;
(2)城市污水SBR短程硝化装置较连续流装置更易实现和稳定维持，采用SBR工艺为连续流厌氧氨氧化工艺提供NO2-出水有着积极的现实意义;
(3)城市污水中的有机碳源主要用于反硝化除磷过程，避免了有机物的存在对后续厌氧氨氧化菌的影响，同时也节约了曝气能耗;
(4)连续流A2O装置中采用海绵填料富集厌氧氨氧化细菌，与反硝化除磷菌的生物相得以分开，从而创造了两者均适宜的微环境，进而实现了两类细菌共存及在脱氮除磷方面的协同耦合作用，同时自养硝化细菌置于SBR装置中，解决了硝化细菌和除磷菌在污泥龄方面的矛盾，保证了装置的稳定性;
(5)对现有水厂的升级改造相对简单，易于推广应用。
