申请日2018.07.04
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F3/30; C02F101/10; C02F101/16
摘要
一种基于部分厌氧氨氧化生物膜A2/O‑IFAS‑MBR双污泥系统脱氮除磷的方法，属于污水生物处理技术领域。在低C/N比条件下，在A2/O好氧区投加生物填料为厌氧氨氧化菌提供生长载体，富集功能菌;通过缩短A2/O反应器泥龄淘洗NOB，控制好氧区的HRT和溶解氧来维持出水氨氮浓度，实现部分厌氧氨氧化;分离硝化反应至IFAS装置中完成，解决泥龄矛盾，并进一步通过膜生物反应器MBR截留悬浮固体，维持长泥龄，保证出水水质;控制缺氧区HRT，选择富集DPAOS，实现反硝化除磷，“一碳两用”。该方法在A2/O‑IFAS‑MBR双污泥系统中实现了部分厌氧氨氧化和反硝化除磷技术，多方面节省碳源，强化氮磷去除。本发明适用于低碳氮比城市污水处理，出水水质稳定，节能降耗优势明显。
权利要求书
1.基于部分厌氧氨氧化强化A2/O-IFAS-MBR工艺脱氮除磷的装置，其特征在于：由水箱(1)、A2/O(3)、IFAS装置(12)与膜生物反应器MBR(13)顺序连接而成，其中A2/O(3)包括厌氧区(4)、缺氧区(5)和好氧区(6);水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接，好氧区(6)经A2/O溢流管(10)与二沉池(11)连接;二沉池(11)底部通过污泥回流泵(16)与厌氧区(4)连接，二沉池(11)经提升泵(18)连接至IFAS装置(12)，IFAS装置(12)中放置膜生物反应器MBR(13)，膜生物反应器MBR部分出水经真空泵(15)回流至缺氧区(5);好氧区(6)和IFAS装置(12)均设置曝气装置;厌氧区(4)、缺氧区(5)内安装搅拌器(8);好氧区(6)内放置生物填料(9)，其填充比为15%～25%;IFAS装置(12)内放置生物填料(9)，其填充比为30%～45%;生物填料(9)比表面积为500～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3;膜生物反应器MBR(13)配套设压力表(14)、真空泵(15)。
2.应用如权利要求1所述装置进行生物脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)生活污水由水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有来二沉池(11)底部经污泥回流泵(16)抽回的回流污泥，在厌氧区(4)内进行厌氧释磷反应，控制厌氧水力停留时间HRT为1.5～2.5h;
2)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有来自IFAS装置(12)的硝化液，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为2～4.5h，进行反硝化吸磷;
3)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行部分厌氧氨氧化反应：进水部分氨氮经氨氧化菌转化为亚硝态氮，为厌氧氨氧化菌提供电子受体与氨氮进行反应，控制溶解氧浓度为0.4～0.6mg/L，控制好氧水力停留时间HRT好氧为0.8～1.3h，强化氮磷去除;
4)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(10)进入二沉池(11)，实现泥水分离，含有氨氮的污水经提升泵(11)进入到IFAS装置(12)，底部污泥经污泥回流泵(16)回流到厌氧区(4)，污泥回流比为80%～120%;
5)膜生物反应器MBR(13)流出的硝化液一部分通过真空泵(15)回流到缺氧区(5)，硝化液回流比为250%～350%，另一部分从出水口(13)排放;保持A2/O(3)中活性污泥MLSS为3000～4500mg/L，污泥龄为6～10d。
说明书
一种基于部分厌氧氨氧化生物膜A2/O-IFAS-MBR双污泥系统脱氮除磷的方法
技术领域
本发明涉及一种基于部分厌氧氨氧化过程的强化脱氮除磷装置与方法，属于污水生物处理技术领域，适用于新建污水厂及老污水厂的提标改造、市政污水和工业废水的处理等污水处理技术领域。
背景技术
厌氧氨氧化(ANAMMOX)是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌(AnAOB)以亚硝酸盐为电子受体，氧化氨氮生成氮气的过程。与传统反硝化脱氮相比，该过程为自养脱氮，无需外加碳源，在低碳氮比城市污水处理领域具有广泛的应用前景，目前耦合该过程开发的短程硝化厌氧氨氧化技术已成为污水生物脱氮的研究热点。该类技术的成功应用要求合理选择反应器结构和生物质类型，以有效持留厌氧氨氧化菌，并抑制或淘洗亚硝酸氧化菌。研究表明，自养脱氮系统中投加填料，可使厌氧氨氧化菌富集在填料上生物膜中，而亚硝酸氧化菌则主要存在于絮体污泥中。
A2/O-IFAS-MBR双污泥系统，实现了长短泥龄的分离。其中，A2/O在短污泥龄条件下运行，厌氧缺氧段主要完成除磷及反硝化过程;好氧段完成部分自养脱氮过程：向末端好氧区投加聚氨酯填料，可富集厌氧氨氧化菌，且出水中含有氨氮，保证了该段内厌氧氨氧化菌足量的电子供体;另一方面，该段水力停留时间短，有利于NOB淘洗，维持短程硝化，为厌氧氨氧化菌提供电子受体。固定生物膜与活性污泥组合系统(IFAS)在长污泥龄条件下运行，完成硝化，经膜生物反应器，部分出水回流至A2/O缺氧段，为反硝化及缺氧吸磷提供电子受体。而由二沉池回流至厌氧区的回流污泥中不含硝态氮，厌氧区厌氧环境良好，有利于聚磷菌贮存碳源，原水中碳源得到充分利用。
反硝化除磷机理是反硝化聚磷菌在厌氧条件下利用原水中VFAs合成内碳源PHA，而在缺氧条件下，以硝酸盐为电子受体氧化分解体内的PHA完成过量吸磷，实现“一碳两用”。该过程与传统反硝化相比可节省50%的COD耗量，30%的氧气耗量，减少50%的污泥产量，适合我国低C/N比城市生活污水现状。
本发明在A2/O-IFAS-MBR双污泥系统中，通过短泥龄、短HRT和投加填料，在A2/O好氧段实现部分厌氧氨氧化;通过泥龄分离，实现了反硝化除磷，多方面节省了碳源，有利于出水稳定达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准，实现低C/N比市政污水深度脱氮除磷。
发明内容
本发明提供的是一种基于厌氧氨氧化生物膜A2/O-IFAS-MBR双污泥系统脱氮除磷的方法，此发明解决了传统生物法需要外加碳源、处理效率低、产生二次污染等问题，充分利用厌氧氨氧化技术、反硝化除磷技术的优势，实现氮磷的同步深度去除。
基于厌氧氨氧化生物膜A2/O-IFAS-MBR双污泥系统脱氮除磷的装置，其特征在于：由水箱(1)、A2/O反应器(3)、IFAS装置(12)与膜生物反应器MBR(13)顺序连接而成，其中A2/O反应器(3)包括厌氧区(4)、缺氧区(5)和好氧区(6);水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接，好氧区(6)经A2/O溢流管(10)与二沉池(11)连接;二沉池(11)底部通过污泥回流泵(16)与厌氧区(4)连接，二沉池(11)经提升泵(18)连接至IFAS装置(12)，IFAS装置(12)中放置膜生物反应器MBR(13)，膜生物反应器MBR部分出水经真空泵(15)回流至缺氧区(5);好氧区(6)和IFAS装置(12)均设置曝气装置;厌氧区(4)、缺氧区(5)内安装搅拌器(8);好氧区(6)内放置生物填料(9)，其填充比为20%～30%;IFAS装置(12)内放置生物填料(9)，其填充比为30%～45%;生物填料(9)比表面积为500～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3。DPAOS(反硝化聚磷菌)、反硝化菌等呈悬浮状态生长于A2/O的活性污泥絮体中，厌氧氨氧化菌以生物膜的形式生长于A2/O好氧区，硝化菌以生物膜、絮体污泥形式生长于IFAS反应区生物填料(9)上。
基于部分厌氧氨氧化强化A2/O-IFAS-MBR工艺脱氮除磷的装置进行脱氮除磷的方法，包括以下步骤：
1)生活污水由水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O反应器(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有来二沉池(11)底部经污泥回流泵(16)抽回的回流污泥，在厌氧区(4)内进行厌氧释磷反应：DPAOS利用原水中的挥发性脂肪酸VFAs，合成内碳源PHAs，同时释放磷，控制厌氧水力停留时间HRT厌氧为1.5～2.5h。
2)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有由IFAS装置(12)产生的经MBR(13)分离的硝化液，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为2～4.5h，DPAOS以硝酸盐氮、亚硝酸盐氮为电子受体，以PHAs为电子供体，进行反硝化吸磷，硝态氮转化为氮气从系统中脱除，磷转入絮体污泥内。
3)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行部分厌氧氨氧化反应：控制溶解氧浓度为0.4～0.6mg/L，控制好氧水力停留时间HRT好氧为0.8～1.3h，抑制、淘洗亚硝酸氧化菌，进水部分氨氮经氨氧化菌转化为亚硝态氮，为厌氧氨氧化菌提供电子受体与部分氨氮进行反应;进行混合液中剩余磷的好氧去除：DPAOS以氧气为电子受体，以PHAs为电子供体，好氧吸磷;同时吹脱氮气、防止污泥长期处于厌氧状态而腐败。
4)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(10)进入二沉池(11)，实现泥水分离，含有氨氮的污水经提升泵(11)进入到IFAS装置(12)，底部污泥经污泥回流泵(16)回流到厌氧区(4)，回流比80%～120%。
5)IFAS装置(12)中的生物填料(9)上生长着硝化菌，硝化菌在好氧条件下将氨氮氧化为硝酸盐氮，IFAS装置(12)流出的硝化液一部分通过真空泵(15)回流到缺氧区(5)，硝化液回流比为250%～350%，另一部分排放。
6)通过混合液的排放，保持A2/O反应器(3)中活性污泥MLSS为3000～4500mg/L，污泥龄为6～10d。
7)系统中的氮主要通过A2/O中的缺氧区反硝化除磷及好氧区厌氧氨氧化反应途径去除;系统中的磷主要通过反硝化除磷途径去除，并最终以剩余污泥的形式排出系统。
基于部分厌氧氨氧化强化A2/O-IFAS-MBR工艺脱氮除磷的装置与方法，其特征在于，通过在好氧区投加生物填料为厌氧氨氧化菌提供生长载体，富集功能菌;在低C/N比条件下通过短泥龄淘洗亚硝酸氧化菌、控制好氧区的HRT和溶解氧来维持出水氨氮浓度，实现部分厌氧氨氧化，即污水经过厌氧区、缺氧区进入好氧区，含有的氨氮在低氧条件下发生短程硝化产生亚硝态氮，好氧区内的生物填料上的厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮进行厌氧氨氧化反应脱氮。
基于部分厌氧氨氧化强化A2/O-IFAS-MBR工艺脱氮除磷的装置与方法，与传统A2/O工艺相比具有以下优势：
1)节省50%曝气量，传统A2/O工艺去除1gNH4+-N理论上消耗4.57gO2，本工艺理论上消耗2.285gO2，极大节省了曝气量。
2)节省60%碳源投加量，传统A2/O工艺去除1gNH4+-N理论上须提供2.86gCOD，本工艺理论上须提供1.14gCOD，极大节省了碳源投加量。
3)因为厌氧氨氧化过程为自养脱氮，所以污泥产量会有效降低，有利于降低污泥处置费用，节能降耗。
