申请日2011.11.16
公开(公告)日2012.07.11
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统属于污水生物处理领域。由合建式反应器和二沉池组成，合建式反应器顺次划分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区;特征在于：缺氧区分缺氧1区和2区，通过底部连通管相通;好氧区分好氧1区和2区，通过底部连通管相通;预缺氧区、厌氧区和缺氧1区通过溢流堰相通，缺氧2区和好氧1区通过连通管相通;好氧2区和缺氧1区之间连内回流管和内回流泵;二沉池底部与预缺氧区连接污泥回流管和污泥回流泵，二沉池连出水管和剩余污泥管;原水箱与厌氧区之间连接蠕动泵;好氧区内设DO测定仪，底部安装曝气头;空气泵和曝气头之间连空气流量计。亚硝酸盐积累率稳定维持在90%，氨氮去除率在95%以上，总磷去除率达到90%以上。
权利要求书
1.一种A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统，由合建式反应器和二沉池 组成，合建式反应器顺次划分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区;其特 征在于：缺氧区分成缺氧1区和缺氧2区，通过底部连通管相通;好氧区分 成好氧1区和好氧2区，通过底部连通管相通;预缺氧区、厌氧区和缺氧1 区通过溢流堰相通，缺氧2区和好氧1区通过上部连通管相通;好氧2区和 缺氧1区之间连接内回流管和内回流泵;二沉池底部与预缺氧区之间连接污 泥回流管和污泥回流泵，二沉池连接出水管和剩余污泥管;原水箱与厌氧区 之间连接蠕动泵;合建式反应器各分区安装搅拌器;好氧区内设有DO测定 仪，底部安装曝气头;空气泵和曝气头之间连接空气流量计。
说明书
A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统
技术领域
本实用新型涉及一种A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统，属于污水生物处理领域。
背景技术
水体富营养化已成为全球性水环境问题，其主要原因之一是氮、磷营养元素的过量排放。为控制氮、磷营养元素过量排放对自然水体生态平衡的破坏，许多国家都严格限制排入天然水体的氮、磷量。我国制定的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)对氮、磷的排放指标提出了更为严格的要求，其中一级排放标准(A标准)规定氨氮浓度不超过5mg/L，总磷浓度不超过0.5mg/L。因此，污水脱氮除磷新理论、新技术的研究开发即符合我国国情，又是污水处理领域的研究热点和国际前沿。
近年来，产生了一系列污水脱氮除磷新理论，如短程硝化-反硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等。其中短程脱氮以其高效、经济、节能、易于工程实践等优势受到广泛关注。传统的生物脱氮包括硝化和反硝化2个反应过程。其中硝化部分首先是由氨氧化菌(Ammonia Oxidizing Bacteria，AOB)将NH4+-N氧化为NO2--N的氨氧化过程;然后是由亚硝酸盐氧化菌(Nitrite OxidizingBacteria，NOB)将NO2--N氧化为NO3--N的亚硝态氮氧化过程。最后通过反硝化细菌的反硝化作用将产生的NO3--N转化为N2。其中NO2--N是硝化和反硝化2个过程的中间产物。如果将NH4+-N氧化控制在亚硝化阶段，然后通过反硝化作用将NO2--N还原为N2，经NH4+-N→NO2--N→N2这样的途径完成脱氮，即短程脱氮途径。短程脱氮与全程脱氮相比，缩短了反应时间，并可节约25%左右的供氧量，节约40%左右的反硝化所需碳源，减少污泥生成量，直接降低污水处理费用。
实现短程脱氮的关键在于抑制NOB的活性或生长速率，造成AOB的数量或者活性在硝化系统中占优势，使活性污泥系统内的氨氧化速率大于系统内的亚硝态氮氧化速率，从而导致亚硝酸盐的积累。研究发现游离氨FA(FreeAmmonia)、游离亚硝FNA(Free Nitrous Acid)、pH值、温度、DO浓度以及抑制剂等都能够影响AOB和NOB的代谢活性和生长速率。
本实用新型在A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统中实现了短程脱氮，在技术上不同于现有技术，主要体现在以下四方面：
(1)工艺的运行方式。污水生物处理工艺主要有两种运行方式，即间歇式工艺和连续流工艺。目前短程脱氮主要是在间歇式的工艺中实现的，这是由于间歇式工艺运行调控较灵活，尤其是对反应时间的控制简单易行，便于采取调控措施调整运行状态。对于大规模城市污水处理厂广泛采用的连续流工艺难于实现短程脱氮，主要是由于连续流工艺运行调控较复杂，可控变量少，调控手段和措施完全不同于间歇式工艺。本实用新型主要研究在连续流污水生物脱氮除磷系统中实现短程脱氮的方法。
(2)水质条件。较高水温(30℃～38℃)容易实现短程硝化。游离氨FA的选择抑制途径也是实现短程硝化的主要途径。因此，有限的研究报道主要集中在水温较高的污泥厌氧消化液和高氨氮含量的垃圾渗滤液的处理。而对于实际城市污水，水温达不到实现短程脱氮的理想温度，低氨氮浓度也无法形成游离氨的选择性抑制。因此，实际城市污水处理系统非常难于实现短程脱氮。本实用新型主要研究在处理实际城市污水的连续流系统中实现短程脱氮的方法。
(3)调控手段。目前关于短程脱氮在工程实践中应用的调控手段主要有高温、高游离氨FA抑制、低曝气量、基于DO、ORP、pH在线监测控制反应时间。本实用新型由于是处理实际城市污水的连续流系统，不具备高温和高游离氨FA抑制的水质条件，也无法通过DO、ORP、pH在线监测控制反应时间。本实用新型通过调控好氧区DO浓度、好氧区名义水力停留时间、好氧区实际水力停留时间实现短程脱氮，未见相关报道。
(4)处理的目标污染物。目前关于短程脱氮的研究报道都是在单纯的污水生物脱氮系统中实现的。本实用新型是关于在污水生物脱氮除磷系统中如何实现短程脱氮，由于系统兼具除磷功能，运行调控更为复杂，更难于实现短程脱氮。正是由于实际的污水处理厂往往都具有同时脱氮除磷的功能，因此本实用新型对实际工程中的短程脱氮应用具有更强的指导意义。为提高磷的去除效果，A-A2O连续流系统前增设了预缺氧区，用于将来自二沉池回流污泥中的硝态氮和亚硝态氮反硝化，消除对厌氧释磷的不利影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种处理实际城市污水的A-A2O连续流生物脱 氮除磷系统及实现短程脱氮的方法，以期在处理实际生活污水的连续流系统中启动并维持短程脱氮，解决以往将短程脱氮应用于处理实际城市污水的连续流系统中碰到的技术难题，拓展短程脱氮的应用范围。
一种A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统，由合建式反应器和二沉池组成，合建式反应器顺次划分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区;其特征在于：缺氧区分成缺氧1区和缺氧2区，通过底部连通管相通;好氧区分成好氧1区和好氧2区，通过底部连通管相通;预缺氧区、厌氧区和缺氧1区通过溢流堰相通，缺氧2区和好氧1区通过上部连通管相通;好氧2区和缺氧1区之间连接内回流管和内回流泵;二沉池底部与预缺氧区之间连接污泥回流管和污泥回流泵，二沉池连接出水管和剩余污泥管;原水箱与厌氧区之间连接蠕动泵;合建式反应器各分区安装搅拌器;好氧区内设有DO测定仪，底部安装曝气头;空气泵和曝气头之间连接空气流量计。
应用所述一种A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统实现短程脱氮的方法，其特征在于：常温下，通过调控好氧区DO浓度、好氧区名义水力停留时间、好氧区实际水力停留时间实现短程脱氮，整个过程分为以下五个阶段：
阶段I控制好氧区DO浓度为0.3～0.5mg/L、好氧区名义水力停留时间4.8～5.2h、好氧区实际水力停留时间0.95～1.05h，待好氧区出水NO2--N/NOx--N质量浓度百分比上升至20%进入阶段II。
阶段II控制好氧区DO浓度为0.3～0.5mg/L、好氧区名义水力停留时间4.8～5.2h、好氧区实际水力停留时间0.8～0.9h，待好氧区出水NO2--N/NOx--N质量浓度百分比上升至80%进入阶段III。
阶段III控制好氧区DO浓度为0.3～0.5mg/L、好氧区名义水力停留时间4.8～5.2h、好氧区实际水力停留时间0.95～1.05h，待系统氨氮平均去除率达到60%，总氮平均去除率达到50%，好氧区出水NO2--N/NOx--N质量浓度百分比维持在80～90%进入阶段IV。
阶段IV控制好氧区DO浓度为0.3～0.5mg/L、好氧区名义水力停留时间6～6.4h、好氧区实际水力停留时间0.95～1.05h，待系统氨氮平均去除率达到90%，总氮平均去除率达到70%，好氧区出水NO2--N/NOx--N质量浓度百分比维持在90%以上进入阶段V。
阶段V控制好氧区DO浓度为0.3～0.5mg/L、好氧区名义水力停留时间 7.3～7.7h、好氧区实际水力停留时间0.95～1.05h。
本实用新型中在处理实际城市污水的A-A2O连续流脱氮除磷系统中启动并维持短程脱氮的工作原理为：
(1)低DO浓度控制。以往研究得出AOB的氧饱和常数为0.3～0.5mg/L，NOB的氧饱和常数为0.7～1.8mg/L。这说明AOB相对于NOB对溶解氧具有更强的亲和力，低DO浓度下AOB的生长速率大于NOB的生长速率。本实用新型长时间维持好氧区低DO水平，导致NOB的生长和代谢活性受到抑制，并通过排泥逐渐被淘洗掉;而AOB却得到富集，最终导致系统内AOB的活性或数量远远大于NOB，AOB成为优势菌种。此时系统的氨氧化速率大于硝化速率，从而造成NO2--N的积累。
(2)好氧水力停留时间(好氧HRT)。有研究表明，即使是稳定的短程硝化系统，过量曝气也会造成短程硝化效果的逐步破坏。这表明严格控制曝气时间是实现短程硝化极为重要的因素。在A-A2O系统短程硝化启动阶段降低好氧HRT可以防止系统过曝气，有效限制NOB的增长、促进系统对NOB的淘洗和AOB的富集。通过增大进水流量，虽然系统的氨氮去除率降低，却提高了系统的氨氮负荷，有利于AOB的优势生长。当亚硝积累稳定在80%后，逐渐降低系统负荷延长好氧HRT，不仅提高了系统对氨氮的去除率，也可以使硝化菌群逐渐适应延长的好氧HRT，避免NOB的增长。
(3)好氧实际水力停留时间(好氧AHRT)。单独控制低DO、好氧HRT和系统SRT并不能在A-A2O系统中启动短程脱氮。控制较短的好氧AHRT是在A-A2O工艺中实现短程脱氮的关键。随着内回流比的增大，好氧AHRT的缩短，加快了泥水混合物在好氧和缺氧区的交替。在好氧区生成的NO2--N可以在缺氧区通过反硝化作用被及时的去除;防止在较长的好氧AHRT情况下，NO2--N在好氧区被NOB进一步氧化成NO3--N。而由于NOB不能有效的得到底物进行生长繁殖，同时在低DO的作用下，代谢活性逐渐受到抑制，生长速率大幅降低，最终被淘洗出A-A2O系统。
此外，NOB的好氧呼吸酶合成滞后性也是造成在较短好氧AHRT下NO2--N积累的另一个主要原因。当NOB从缺氧或者厌氧状态进入好氧状态后，氧对NOB细胞将会有毒害作用，会抑制NOB细胞的生长。这可能与NOB体内过氧化氢 酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶的合成滞后有关。在呼吸过程中，氧被转化成过氧化物、超氧化物和羟基自由基等短暂的中间产物。NOB具有合成过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶的能力，能够使得上述毒性物质分解，但从缺氧或者厌氧状态进入好氧状态后，NOB需要一定时间来重新合成这些解毒酶。通过缩短好氧AHRT，加快了NOB在缺氧区和好氧区的循环，阻碍NOB对上述三种酶的合成，有毒的氧化产物对NOB的生长和活性产生了抑制。
本实用新型的有益效果：
通过污水生物脱氮除磷处理降低排放到天然地表水体中的氮、磷浓度是减轻水体富营养化的根本措施。短程脱氮由于将硝化反应控制在亚硝化，然后直接进入反硝化阶段而大大缩短了生化反应过程，是一种经济、高效、节能的脱氮方法。本实用新型提供了一种在A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统中实现短程脱氮的方法。通过控制A-A2O连续流系统好氧区DO浓度为0.3～0.5mg/L，以及增大系统进水流量和内回流比以降低好氧区名义水力停留时间和实际水力停留时间，成功启动并维持了短程硝化反硝化。调控方法简单易行，系统亚硝酸盐积累率稳定维持在90%左右，氨氮去除率在95%以上，总氮去除率在75%以上，总磷去除率达到96%。虽然系统在低溶解氧下运行，但没有发生污泥膨胀现象，污泥沉淀性能良好，平均污泥体积指数在100～150mL/g。本实用新型缩短了生化反应时间，并可节约20%左右的供氧量，节约30%左右的反硝化所需碳源，减少污泥生成量，直接降低污水处理费用。
本实用新型针对城市污水脱氮除磷处理，在传统厌氧-缺氧-好氧处理工艺前增设了预缺氧区，用于将来自二沉池回流污泥中的硝态氮和亚硝态氮反硝化，消除对厌氧释磷的不利影响，保证生物除磷效果，使出水磷浓度低于0.5mg/L。由于本实用新型提供的短程脱氮的实施方法适用于城市污水常温下的连续流脱氮除磷处理，更加符合污水处理厂的实际运行，对在实际工程中的短程脱氮应用具有很强的指导意义。
本实用新型的创新点：
(1)本实用新型在常温下，通过调控好氧区DO浓度、好氧区名义水力停留时间和好氧区实际水力停留时间在A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统中实现了短程脱氮，调控方法便于实施，为全程脱氮连续流系统实现短程脱氮提供了 技术支持。
(2)本实用新型提出的A-A2O连续流污水生物脱氮除磷系统增设了预缺氧区，消除了二沉池回流污泥中的硝态氮和亚硝态氮对厌氧释磷的不利影响，保证生物除磷效果。
(3)本实用新型提供的短程脱氮的实施方法适用于城市污水常温下的连续流脱氮除磷处理，在实现短程脱氮的同时保证系统的脱氮除磷效果，可直接应用于城市污水处理厂的运行。
