申请日2013.11.25
公开(公告)日2014.03.26
IPC分类号C02F9/14
摘要
亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN比城市污水脱氮除磷的装置和方法，属于污水生物处理领域。装置包括城市污水原水箱、反硝化除磷反应器、调节水箱、沉淀池、一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器;城市污水进入反硝化除磷反应器后，聚磷菌利用生活污水中的有机碳源厌氧释磷，释磷结束后沉淀排水，出水经调节水箱调节水量后进入一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器，其中所含NH4+-N经短程硝化和厌氧氨氧化作用转化为N2得以有效去除，所含PO43-及厌氧氨氧化作用产生的少量NO3--N则随出水回流至反硝化除磷反应器内进行反硝化除磷，此后进行一段时间的微曝气。该方法节省了氧耗、能耗，提高了脱氮除磷率，避免了碳源不足的问题。
权利要求书
1.亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN比城市污水脱氮除磷的 装置，其特征在于，包括城市污水原水箱(1)、反硝化除磷SBR反应器(2)、 调节水箱(3)、沉淀池(4)、一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5)， 以及在线监测和反馈控制系统(6);其中所述城市污水原水箱(1)通过第一进 水泵(2.1)与反硝化除磷SBR反应器(2)相连接;反硝化除磷SBR反应器(2) 第一出水阀(2.8)与调节水箱(3)相连接;调节水箱(3)通过第二进水泵(5.1) 与一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5)相连接;一体化短程硝化和 厌氧氨氧化SBBR反应器(5)第三出水阀(5.8)与沉淀池(4)相连接;沉淀 池(4)通过第三进水泵(2.12)与反硝化除磷SBR反应器(2);沉淀池(4) 第四放空管(4.2)通过污泥回流泵(5.11)与一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR 反应器(5)污泥回流管(5.10)相连接;
所述反硝化除磷SBR反应器(2)内置有第一搅拌浆(2.3)、第一气泵(2.4)、 第一气体流量计(2.6)、第一曝气头(2.7)、第一出水阀(2.8)、第一采样口(2.9)、 第二出水阀(2.10)、第一pH传感器(2.14)、第一DO传感器(2.15);
所述一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5)内置有第二搅拌浆 (5.3)、第二气泵(5.4)、第二气体流量计(5.6)、第二曝气头(5.7)、第三出水 阀(5.8)、第二采样口(5.9)、第二pH传感器(5.13)、第二DO传感器(5.14);
所述在线监测和反馈控制系统(6)包括计算机(6.1)和可编程过程控制器 (6.2)，可编程过程控制器(6.2)内置信号转换器DA转换接口(6.3)、信号转 换器AD转换接口(6.4)、第一曝气继电器(6.5)、第一搅拌继电器(6.6)、第 一pH和DO数据信号接口(6.7)、第二曝气继电器(6.8)、第二搅拌继电器(6.9)、 第二pH和DO数据信号接口(6.10);其中，可编程过程控制器(6.2)上的信 号转换器AD转换接口(6.4)通过电缆线与计算机(6.1)相连接，将传感器模 拟信号转换成数字信号传递给计算机(6.1);计算机(6.1)通过信号转换器DA 转换接口(6.3)与可编程过程控制器(6.2)相连接，将计算机(6.1)的数字指 令传递给可编程过程控制器(6.2);第一曝气继电器(6.5)与第一电磁阀(2.5) 相连接;第一搅拌继电器(6.6)与第一搅拌器(2.2)相连接;第一pH和DO 数据信号接口(6.7)通过传感器导线与第一pH和DO测定仪(2.13)相连接; 第一pH传感器(2.14)、第一DO传感器(2.15)分别通过传感器导线与第一pH 和DO测定仪(2.13)相连接;第二曝气继电器(6.8)与第二电磁阀(5.5)相 连接;第二搅拌继电器(6.9)与第二搅拌器(5.2)相连接;第二pH和DO数 据信号接口(6.10)通过传感器导线与第二pH和DO测定仪(5.12)相连接; 第二pH传感器(5.13)、第二DO传感器(5.14)分别通过传感器导线与第二pH 和DO测定仪(5.12)相连接。
2.应用权利要求1所述的亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN 比城市污水脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下内容：
1)系统启动：将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加 到反硝化除磷SBR反应器(2)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～ 4000mg/L;将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比2:1混合后投加至一体化 短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5)，使反应器内活性污泥浓度达到3000～ 5000mg/L;
2)运行时调节操作如下：
将城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)将城市污水 抽入反硝化除磷SBR反应器(2)，厌氧搅拌60～180min，当厌氧搅拌时pH值 曲线出现拐点时停止厌氧搅拌，沉淀后排水，排水比为40～60%，出水排入调 节水箱(3);
启动第二进水泵(5.1)将反硝化除磷SBR反应器(2)出水从调节水箱(3) 抽入一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5)，低氧曝气搅拌10～60min， 并通过在线监测和反馈控制系统(6)控制一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR 反应器(5)内DO浓度为0.3～0.5mg/L，而后缺氧搅拌30～120min，此后低氧 曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅拌时pH值曲线出现拐点时停止低氧曝 气搅拌，再缺氧搅拌直至NO2--N<1mg/L，沉淀排水，排水比为40～60%，出水 排入沉淀池;此处的低氧曝气搅拌，均指DO浓度为0.3～0.5mg/L;
启动第三进水泵(2.12)将一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5) 出水从沉淀池(4)抽入反硝化除磷SBR反应器(2)，缺氧搅拌30～180min， 当缺氧搅拌时pH值曲线出现拐点时停止缺氧搅拌，再曝气搅拌30～180min，并 通过在线监测和反馈控制系统(6)控制反硝化除磷SBR反应器(2)内DO浓 度为1.5～2mg/L，当曝气搅拌时P<0.5mg/L时停止曝气搅拌，沉淀排水，排水 比为40～60%;反硝化除磷SBR反应器(2)运行时需排泥，使反硝化除磷SBR 反应器(2)内污泥浓度维持在2500～4000mg/L范围内;
当沉淀池(4)中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵(5.11)，将沉淀池 (4)中的剩余污泥全部回流至一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器(5)， 以防止厌氧氨氧化污泥流失。
说明书
亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN比城市污水脱氮除磷的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强 化低CN比城市污水脱氮除磷的装置和方法。
背景技术
污水的除磷脱氮一直是污水研究领域的热点，现有污水处理工艺的研究也正在朝着高 效、低能耗的方向发展。短程硝化与厌氧氨氧化脱氮技术实现了最短及高效的氨氮转换为 氮气的路径，且不需要有机碳源，不需投加酸碱中和试剂。反硝化除磷技术实现了脱氮和 除磷过程的统一，而以往的污水脱氮除磷技术，如A2O，存在着除磷不佳或脱氮不充分的 问题。
由于现行的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：聚磷菌PAOs与硝化菌对DO和 污泥龄的竞争，PAOs与反硝化菌对碳源的竞争，使得污水的同步脱氮除磷难以实现。并 且，在实际应用过程中，氮和磷的排放都难以达到国家一级排放标准。这些矛盾在处理碳、 氮、磷比例失调和碳源不足的城市污水(尤其是我国南方地区)时变得尤为明显，碳源不 足已成为现行传统脱氮除磷工艺在处理低碳氮比城市污水时的“瓶颈”。
因此，研发碳源偏低城市污水高效节能同步脱氮除磷的工艺已成为迫在眉睫的任务。 本发明通过创造对厌氧氨氧化菌和反硝化聚磷菌有利的微生态环境，实现两种菌在脱氮除 磷方面的协同耦合作用;通过短程硝化和厌氧氨氧化作用，实现低碳比城市污水的全程自 养脱氮，通过反硝化除磷，有效的利用污水中的碳源和厌氧氨氧化过程产生的NO3--N，使 得反硝化和除磷同时发生，实现“一碳两用”，解决反硝化与除磷对碳源竞争的矛盾;反 硝化除磷过程结束后进行一段时间的微曝气，保证了系统除磷的高效、稳定性，降低传统 脱氮除磷过程中所需的曝气量;本发明工艺流程简单，可实现高效的脱氮除磷，是具有前 景的废水厌氧、缺氧处理研究方向，也是一种新的脱氮除磷思路。
发明内容
本发明的目的就是提供一种亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN比城市污 水脱氮除磷的装置和方法，实现低碳氮比城市污水的高效节能同步脱氮除磷，解决传统脱 氮除磷工艺中存在碳源不足、脱氮和除磷不能同时达到最佳等问题，工艺流程简单，运行 费用低。此外，结合在线监测反应器中pH值和DO的变化情况，对短程硝化、厌氧氨氧 化和反硝化除磷过程进行实时控制，可有效的维持系统运行稳定性。该发明结合了全程自 养脱氮和反硝化除磷所具有的优点，可实现高效、低能耗的低CN比城市污水处理。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强 化低CN比城市污水脱氮除磷的装置，其特征在于，包括城市污水原水箱1、反硝化除磷 SBR反应器2、调节水箱3、沉淀池4、一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5,以 及在线监测和反馈控制系统6;其中所述城市污水原水箱1通过第一进水泵2.1与反硝化 除磷SBR反应器2相连接;反硝化除磷SBR反应器2第一出水阀2.8与调节水箱3相连 接;调节水箱3通过第二进水泵5.1与一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5相连 接;一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5第三出水阀5.8与沉淀池4相连接;沉 淀池4通过第三进水泵2.12与反硝化除磷SBR反应器2;沉淀池4第四放空管4.2通过污 泥回流泵5.11与一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5污泥回流管5.10相连接;
所述反硝化除磷SBR反应器2内置有第一搅拌浆2.3、第一气泵2.4、第一气体流量计 2.6、第一曝气头2.7、第一出水阀2.8、第一采样口2.9、第二出水阀2.10、第一pH传感器 2.14、第一DO传感器2.15;
所述一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5内置有第二搅拌浆5.3、第二气泵 5.4、第二气体流量计5.6、第二曝气头5.7、第三出水阀5.8、第二采样口5.9、第二pH传 感器5.13、第二DO传感器5.14;
所述在线监测和反馈控制系统6包括计算机6.1和可编程过程控制器6.2，可编程过程 控制器6.2内置信号转换器DA转换接口6.3、信号转换器AD转换接口6.4、第一曝气继 电器6.5、第一搅拌继电器6.6、第一pH和DO数据信号接口6.7、第二曝气继电器6.8、 第二搅拌继电器6.9、第二pH和DO数据信号接口6.10;其中，可编程过程控制器6.2上 的信号转换器AD转换接口6.4通过电缆线与计算机6.1相连接，将传感器模拟信号转换成 数字信号传递给计算机6.1;计算机6.1通过信号转换器DA转换接口6.3与可编程过程控 制器6.2相连接，将计算机6.1的数字指令传递给可编程过程控制器6.2;第一曝气继电器 6.5与第一电磁阀2.5相连接;第一搅拌继电器6.6与第一搅拌器2.2相连接;第一pH和 DO数据信号接口6.7通过传感器导线与第一pH和DO测定仪2.13相连接;第一pH传感 器2.14、第一DO传感器2.15分别通过传感器导线与第一pH和DO测定仪2.13相连接; 第二曝气继电器6.8与第二电磁阀5.5相连接;第二搅拌继电器6.9与第二搅拌器5.2相连 接;第二pH和DO数据信号接口6.10通过传感器导线与第二pH和DO测定仪5.12相连 接;第二pH传感器5.13、第二DO传感器5.14分别通过传感器导线与第二pH和DO测 定仪5.12相连接。
污水在此装置中的处理流程为：城市污水进入反硝化除磷SBR反应器2，聚磷菌PAOs 利用污水中的碳源-挥发性脂肪酸VFA进行厌氧释磷，同时合成内碳源PHA储存于体内，待 厌氧释磷过程结束后沉淀排水，出水排入调节水箱3;之后，将将反硝化除磷SBR反应器2 厌氧释磷后的出水抽入一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5，通过调控pH、游离 氨FA和DO，抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，实现原水中NH4+-N的短程硝化，并通过低氧搅 拌和缺氧搅拌交替的运行方式，将短程硝化产生NO2--N和剩余的NH4+-N经厌氧氨氧化作用 转化成N2和部分NO3--N，出水排入沉淀池4;然后，将沉淀池4中的一体化短程硝化和厌 氧氨氧化SBBR反应器5出水回抽至反硝化除磷SBR反应器2，反硝化除磷菌DPAOs以 NO3--N为电子受体，利用体内合成的内碳源进行缺氧反硝化除磷，最后再进行一段时间的 微曝气，发生对磷的进一步吸收，出水通过第二出水阀2.10排出。
本发明还提供了一种亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN比城市污水脱氮 除磷的方法，其具体的启动和操作步骤如下：
1)系统启动：将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化 除磷SBR反应器2，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L;将短程硝化 污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比2:1混合后投加至一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反 应器5，使反应器内活性污泥浓度达到3000～5000mg/L;
2)运行时调节操作如下：
将城市污水加入城市污水原水箱1，启动第一进水泵2.1将城市污水抽入反硝化除磷 SBR反应器2，厌氧搅拌60～180min，当厌氧搅拌时pH值曲线出现拐点时停止厌氧搅拌， 沉淀后排水，排水比为40～60%，出水排入调节水箱3;
启动第二进水泵5.1将反硝化除磷SBR反应器2出水从调节水箱3抽入一体化短程硝 化和厌氧氨氧化SBBR反应器5，低氧曝气搅拌10～60min，并通过在线监测和反馈控制系 统6控制一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5内DO浓度为0.3～0.5mg/L，而后缺 氧搅拌30～120min，此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅拌时pH值曲线出 现拐点时停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌直至NO2--N<1mg/L，沉淀排水，排水比为40～ 60%，出水排入沉淀池;此处的低氧曝气搅拌，均指DO浓度为0.3～0.5mg/L;
启动第三进水泵2.12将一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5出水从沉淀池4 抽入反硝化除磷SBR反应器2，缺氧搅拌30～180min，当缺氧搅拌时pH值曲线出现拐点 时停止缺氧搅拌，再曝气搅拌30～180min，并通过在线监测和反馈控制系统6控制反硝化 除磷SBR反应器2内DO浓度为1.5～2mg/L，当曝气搅拌时P<0.5mg/L时停止曝气搅拌， 沉淀排水，排水比为40～60%;反硝化除磷脱氮SBR反应器2运行时需排泥，使反硝化 除磷SBR反应器2内污泥浓度维持在2500～4000mg/L范围内;
当沉淀池4中污泥累积大于500mL时，启动污泥回流泵5.11，将沉淀池4中的剩余污 泥全部回流至一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器5，以防止厌氧氨氧化污泥流失。
本发明的亚硝化与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷强化低CN比城市污水脱氮除磷的装置 和方法，具有以下优点：
1)将短程硝化与厌氧氨氧化脱氮技术和反硝化除磷技术耦合应用于低碳城市污水的 脱氮除磷过程中，厌氧氨氧化技术实现了最短及高效的NH4+-N转换为N2的技术路径，且不 需要有机碳源，而反硝化除磷技术实现了脱氮和除磷过程的统一，并回收利用了厌氧氨氧 化过程中产生的NO3--N。
2)通过厌氧氨氧化和反硝化除磷两者的藕合，实现两者功能的合作与统一，实现COD、 PO43-、NO2--N、NH4+-N的高效去除和节能降耗，是很有探索意义的污水处理研究方向。
3)在一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBBR反应器内添加半软性组合填料，实现了厌 氧氨氧化菌和短程硝化细菌的分离，厌氧氨氧化菌主要富集在填料上生长，短程硝化细菌 则主要富集在絮体污泥中生长，同时采用低氧搅拌和缺氧搅拌交替的运行方式，利于短程 硝化和厌氧氨氧化的实现。
4)自养脱氮和异养反硝化除磷分别在两个反应器内实现，将异养菌和自养菌分开， 为系统脱氮除磷稳定性提供保障。
5)短程硝化与厌氧氨氧化脱氮、反硝化除磷分别采用SBBR和SBR反应器，具有可 控制性强、工艺简单等优点，同时结合在线监测和实时控制技术，使得短程硝化和厌氧氨 氧化更易于在一个反应器内稳定维持。
