申请日2020.02.19
公开(公告)日2020.05.01
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置和方法，属于污水生物处理领域。好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水的装置可用于城市污水的同步脱氮除磷，包括污水源水箱、好氧颗粒污泥反应器、第一中间水箱、一段式厌氧氨氧化反应器以及第二中间水箱。好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水的方法包括步骤：设置污水处理装置、进行好氧颗粒污泥反应器第一运行阶段、进行一段式厌氧氨氧化反应阶段、进行好氧颗粒污泥反应器第二运行阶段以及排水步骤。本发明实现了城市污水的同步脱氮除磷，改善了出水水质，无需外加化学除磷药剂及反硝化碳源、运行成本低、稳定性强、工艺流程短。
权利要求书
1.一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水的装置，用于城市污水的同步脱氮除磷，其特征在于，包括：
污水源水箱(1)，用于城市污水的储存及水质水量的调节;
好氧颗粒污泥反应器(2)，与所述污水源水箱(1)相连通，用于进行厌氧释磷反应及好氧同步硝化反硝化除磷反应，并用于排放处理后的污水;
第一中间水箱(3)，与所述好氧颗粒污泥反应器(2)相连通，用于贮存来自所述好氧颗粒污泥反应器(2)的污水;
一段式厌氧氨氧化反应器(4)，与所述第一中间水箱(3)相连通，用于进行一段式厌氧氨氧化反应;
第二中间水箱(5)，与所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)相连通并与所述好氧颗粒污泥反应器(2)相连通，用于贮存来自所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的污水并排放至所述好氧颗粒污泥反应器(2)中。
2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述污水源水箱(1)包括：
第一进水管(11)，设于所述污水源水箱(1)的侧壁下部，与污水源相连通;
第一出水管(12)，设于所述污水源水箱(1)的侧壁下部，与所述好氧颗粒污泥反应器(2)相连通;
第一溢流管(13)，设于所述污水源水箱(1)的侧壁上部，用于排出过剩的污水;
第一放空管(14)，设于所述污水源水箱(1)的底部，用于排出全部的污水;以及
第一进水泵(15)，设于所述第一出水管(12)与所述好氧颗粒污泥反应器(2)之间，用于将所述污水源水箱(1)中的污水输送至所述好氧颗粒污泥反应器(2)中。
3.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述好氧颗粒污泥反应器(2)包括：
第二进水管(21)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的侧壁中部，与所述污水源水箱(1)相连通，用于接收污水;
第二出水管(22)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的侧壁中下部，与所述第一中间水箱(3)相连通;
第一排泥管(23)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的底部临近所述第二进水管(21)的一侧，用于排出底部的污泥;
第二放空管(24)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的底部临近所述第二出水管(22)的一侧，用于排出全部的污水;
回流管(25)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的侧壁上部，与所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)相连通;
总排水管(211)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的侧壁中部临近所述第二出水管(22)的一侧，用于排出被处理后的污水;
第一搅拌器(29)，包括第一旋转电机(291)以及第一叶轮(292)，所述第一旋转电机(291)设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的顶部，所述第一叶轮(292)设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的内部并与所述第一旋转电机(291)相连接;以及
第一溶解氧在线监测装置(210)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)的上部，用于实时监测所述好氧颗粒污泥反应器(2)内部污水的溶解氧含量。
4.根据权利要求3所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述好氧颗粒污泥反应器(2)还包括：
第一曝气头(28)，设于所述好氧颗粒污泥反应器(2)内部且位于所述第一搅拌器(29)下方，用于形成微小的气泡;
第一空压机(26)，与所述第一曝气头(28)相连通，用于输送气体;以及
第一气体流量计(27)，设于所述第一空压机(26)与所述第一曝气头(28)之间，用于控制气体的流量。
5.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述第一中间水箱(3)包括：
第三进水管(31)，设于所述第一中间水箱(3)的侧壁下部，与所述好氧颗粒污泥反应器(2)相连通;
第三出水管(32)，设于所述第一中间水箱(3)的侧壁下部，与所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)相连通;
第二溢流管(33)，设于所述第一中间水箱(3)的侧壁上部，用于排出过剩的污水;
第三放空管(34)，设于所述第一中间水箱(3)的底部，用于排出全部的污水;以及
第二进水泵(35)，设于所述第三出水管(32)与所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)之间，用于将所述第一中间水箱(3)中的污水输送至所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)中。
6.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)包括：
第四进水管(41)，设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的侧壁中部，与所述第一中间水箱(3)相连通;
第四出水管(42)，设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的侧壁中下部，与所述第二中间水箱(5)相连通;
第二排泥管(43)，设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的底部临近所述第四进水管(41)的一侧，用于排出底部的污泥;
第四放空管(44)设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的底部临近所述第四出水管(42)的一侧，用于排出全部的污水;
第二搅拌器(49)，包括第二旋转电机(491)以及第二叶轮(492)，所述第二旋转电机(491)设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的顶部，所述第二叶轮(492)设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的内部并与所述第二旋转电机(491)相连接;以及
第二溶解氧在线监测装置(410)设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的上部，用于实时监测所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)内部污水的溶解氧含量。
7.根据权利要求6所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)还包括：
氨氮在线监测装置(45)，设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)的上部，用于实时监测所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)内部污水的氨氮含量。
8.根据权利要求6所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)还包括：
第二曝气头(48)，设于所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)内部且位于所述第二搅拌器(49)下方，用于形成微小的气泡;
第二空压机(46)，与所述第二曝气头(48)相连通，用于输送气体;以及
第二气体流量计(47)，设于所述第二空压机(46)与所述第二曝气头(48)之间，用于控制气体的流量。
9.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置，其特征在于，所述第二中间水箱(5)包括：
第五进水管(51)，设于所述第二中间水箱(5)的侧壁下部，与所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)相连通;
第五出水管(52)，设于所述第二中间水箱(5)的侧壁下部，与所述好氧颗粒污泥反应器(2)相连通;
第三溢流管(53)，设于所述第二中间水箱(5)的侧壁上部，用于排出过剩的污水;
第五放空管(54)，设于所述第二中间水箱(5)的底部，用于排出全部的污水;以及
第三进水泵(55)，设于所述第五出水管(52)与所述好氧颗粒污泥反应器(2)之间，用于将所述第二中间水箱(5)中的污水输送至所述好氧颗粒污泥反应器(2)中。
10.一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置污水处理装置步骤，设置一权利要求1-9中任一项所述的好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置;在所述好氧颗粒污泥反应器(2)中投加好氧颗粒污泥，所述好氧颗粒污泥的浓度达到6000mg/L-8000mg/L;在所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)中投加一段式厌氧氨氧化污泥，所述一段式厌氧氨氧化污泥的浓度达到6000mg/L-8000mg/L;
进行好氧颗粒污泥反应器第一运行阶段步骤，在所述好氧颗粒污泥反应器(2)中充满待处理的污水;所述好氧颗粒污泥反应器(2)在第一运行阶段开启第一搅拌器(29)，关闭第一空压机(26)，充分厌氧反应后关闭第一搅拌器(29)进行沉淀，并排出1/2-3/4体积的污水至所述第一中间水箱(3)中;
进行一段式厌氧氨氧化反应阶段步骤，所述第一中间水箱(3)中的污水输送至所述一段式厌氧氨氧化反应器(4)中，开启第二空压机(46)，调节第二气体流量计(47)使溶解氧浓度在0.2mg/L-0.5mg/L，同时开启第二搅拌器(49)进行搅拌保持污泥的悬浮状态，通过氨氮在线监测装置(45)监测污水的氨氮浓度，当氨氮浓度降至5mg/L时关闭第二空压机(46)和第二搅拌器(49)进行沉淀，并排出1/2-3/4体积的污水至所述第二中间水箱(5)中;
进行好氧颗粒污泥反应器第二运行阶段步骤，所述第二中间水箱(5)中的污水输送至所述好氧颗粒污泥反应器(2)中，所述好氧颗粒污泥反应器(2)在第二运行阶段，关闭第一搅拌器(29)，开启第一空压机(26)，调节第一流量计(27)，使所述好氧颗粒污泥反应器(2)中污水的溶解氧浓度在1mg/L以上，充分反应后，关闭第一空压机(26)进行沉淀;以及
排水步骤，打开所述好氧颗粒污泥反应器(2)的所述总排水管(211)用于排出被处理后的污水。
说明书
好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水装置和方法。
背景技术
一段式厌氧氨氧化(One-stage anammox)工艺是近年来发展起来的一种新型污水生物脱氮技术，其工艺原理为：首先，氨氧化菌(Ammonium oxidizing bacteria，AOB)将污水中的部分氨氮氧化为亚硝酸盐，随后，厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidizingbacteria，AnAOB)将污水中剩余的氨氮与亚硝酸盐在厌氧条件下转化为氮气。与传统硝化/反硝化工艺相比，一段式厌氧氨氧化工艺具有以下优势：可节省60%的硝化需氧量;可节省100%的反硝化碳源;可减少80%的剩余污泥产量。
目前，城市污水一段式厌氧氨氧化脱氮的可行性已被不同规模的试验结果所证明，但其工程应用仍面临诸多技术瓶颈。首先，一段式厌氧氨氧化工艺还不具备生物除磷功能，磷的去除仍需投加化学除磷药剂。其次，目前一段式厌氧氨氧化工艺的出水水质仍难以满足日益严格的污水处理标准。原因在于：一方面，为维持系统运行稳定通常需要控制出水剩余氨氮浓度在2-5 mg NH4+-N/L以上;另一方面，城市污水的一段式厌氧氨氧化工艺稳定性较差，尤其是竞争性细菌亚硝酸盐氧化菌(Nitrite oxidizing bacteria，NOB)的异常增殖会造成出水硝酸盐的积累。
目前解决上述问题的方法之一是引入一个后续的精处理工艺，通过曝气或投加反硝化外碳源使出水总氮达标，这就造成了工艺流程冗长，运行成本增加。
综上所述，现有的污水处理技术中一段式厌氧氨氧化工艺存在诸多技术瓶颈，如无法实现生物除磷、出水水质有待改善、稳定性差、后续精处理工艺造成的工艺繁杂与经济性问题等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法，以解决一段式厌氧氨氧化工艺应用的诸多技术瓶颈，如无法实现生物除磷、出水水质有待改善、稳定性差、后续精处理工艺造成的工艺繁杂与经济性问题。
为实现上述目的，本发明提供一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水的装置，用于实现城市污水的同步脱氮除磷，其包括污水源水箱、好氧颗粒污泥反应器、第一中间水箱、一段式厌氧氨氧化反应器以及第二中间水箱。具体地讲，所述污水源水箱用于城市污水的储存及水质水量的调节;所述好氧颗粒污泥反应器用于进行厌氧释磷反应及好氧同步硝化反硝化除磷反应，并用于排放处理后的污水;所述第一中间水箱与所述好氧颗粒污泥反应器相连通，用于贮存来自所述好氧颗粒污泥反应器的污水;所述一段式厌氧氨氧化反应器与所述第一中间水箱相连通，用于进行一段式厌氧氨氧化反应;所述第二中间水箱与所述一段式厌氧氨氧化反应器相连通并与所述好氧颗粒污泥反应器相连通，用于贮存来自所述一段式厌氧氨氧化反应器的污水并排放至所述好氧颗粒污泥反应器中。
进一步地，所述污水源水箱包括第一进水管、第一出水管、第一溢流管、第一放空管以及第一进水泵;具体地讲，所述第一进水管设于所述污水源水箱的侧壁下部，与污水源相连通;所述第一出水管设于所述污水源水箱的侧壁下部，与所述好氧颗粒污泥反应器相连通;所述第一溢流管设于所述污水源水箱的侧壁上部，用于排出过剩的污水;所述第一放空管设于所述污水源水箱的底部，用于排出全部的污水;所述第一进水泵设于所述第一出水管与所述好氧颗粒污泥反应器之间，用于将所述污水源水箱中的污水输送至所述好氧颗粒污泥反应器中。
进一步地，所述好氧颗粒污泥反应器包括第二进水管、第二出水管、第一排泥管、第二放空管、回流管、第一搅拌器、第一溶解氧在线监测装置以及总排水管。具体地讲，所述第二进水管设于所述好氧颗粒污泥反应器的侧壁中部，与所述污水源水箱相连通，用于接收污水;所述第二出水管设于所述好氧颗粒污泥反应器的侧壁中下部，与所述第一中间水箱相连通;所述第一排泥管设于所述好氧颗粒污泥反应器的底部临近所述第二进水管的一侧，用于排出底部的污泥;所述第二放空管设于所述好氧颗粒污泥反应器的底部临近所述第二出水管的一侧，用于排出全部的污水;所述回流管设于所述好氧颗粒污泥反应器的侧壁上部，与所述一段式厌氧氨氧化反应器相连通;所述总排水管设于所述好氧颗粒污泥反应器的侧壁中部临近所述第二出水管的一侧，用于排出被处理后的污水;所述第一搅拌器包括第一旋转电机以及第一叶轮，所述第一旋转电机设于所述好氧颗粒污泥反应器的顶部，所述第一叶轮设于所述好氧颗粒污泥反应器的内部并与所述第一旋转电机相连接;所述第一溶解氧在线监测装置设于所述好氧颗粒污泥反应器的上部，用于实时监测所述好氧颗粒污泥反应器内部污水的溶解氧含量。
进一步地，所述好氧颗粒污泥反应器还包括第一空压机、第一气体流量计以及第一曝气头;所述第一曝气头设于所述好氧颗粒污泥反应器内部且位于所述第一搅拌器下方，用于形成微小的气泡;所述第一空压机与所述第一曝气头相连通，用于输送气体;所述第一气体流量计设于所述第一空压机与所述第一曝气头之间，用于控制气体的流量。
进一步地，所述第一中间水箱包括第三进水管、第三出水管、第二溢流管、第三放空管以及第二进水泵;具体地讲，所述第三进水管设于所述第一中间水箱的侧壁下部，与所述好氧颗粒污泥反应器相连通;所述第三出水管设于所述第一中间水箱的侧壁下部，与所述一段式厌氧氨氧化反应器相连通;所述第二溢流管设于所述第一中间水箱的侧壁上部，用于排出过剩的污水;所述第三放空管设于所述第一中间水箱的底部，用于排出全部的污水;所述第二进水泵设于所述第三出水管与所述一段式厌氧氨氧化反应器之间，用于将所述第一中间水箱中的污水输送至所述一段式厌氧氨氧化反应器中。
进一步地，所述一段式厌氧氨氧化反应器包括第四进水管、第四出水管、第二排泥管、第四放空管、第二搅拌器、第二溶解氧在线监测装置。具体地讲，所述第四进水管设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的侧壁中部，与所述第一中间水箱相连通;所述第四出水管设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的侧壁中下部，与所述第二中间水箱相连通;所述第二排泥管设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的底部临近所述第四进水管的一侧，用于排出底部的污泥;所述第四放空管设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的底部临近所述第四出水管的一侧，用于排出全部的污水;所述第二搅拌器包括第二旋转电机以及第二叶轮，所述第二旋转电机设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的顶部，所述第二叶轮设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的内部并与所述第二旋转电机相连接;所述第二溶解氧在线监测装置设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的上部，用于实时监测所述一段式厌氧氨氧化反应器内部污水的溶解氧含量。
进一步地，所述一段式厌氧氨氧化反应器还包括氨氮在线监测装置，所述氨氮在线监测装置设于所述一段式厌氧氨氧化反应器的上部，用于实时监测所述一段式厌氧氨氧化反应器内部污水的氨氮含量。
进一步地，所述一段式厌氧氨氧化反应器还包括第二空压机、第二气体流量计、第二曝气头;具体地讲，所述第二曝气头设于所述一段式厌氧氨氧化反应器内部且位于所述第二搅拌器下方，用于形成微小的气泡;所述第二空压机与所述第二曝气头相连通，用于输送气体;所述第二气体流量计设于所述第二空压机与所述第二曝气头之间，用于控制气体的流量。
进一步地，所述第二中间水箱包括第五进水管、第五出水管、第三溢流管、第五放空管以及第三进水泵;具体地讲，所述第五进水管设于所述第二中间水箱的侧壁下部，与所述一段式厌氧氨氧化反应器相连通;所述第五出水管设于所述第二中间水箱的侧壁下部，与所述好氧颗粒污泥反应器相连通;所述第三溢流管设于所述第二中间水箱的侧壁上部，用于排出过剩的污水;所述第五放空管设于所述第二中间水箱的底部，用于排出全部的污水;所述第三进水泵设于所述第五出水管与所述好氧颗粒污泥反应器之间，用于将所述第二中间水箱中的污水输送至所述好氧颗粒污泥反应器中。
本发明还提供一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理污水的方法，其包括以下步骤：
设置污水处理装置步骤，设置上述任一种污水处理装置;在所述好氧颗粒污泥反应器中投加好氧颗粒污泥，所述好氧颗粒污泥的浓度达到6000mg/L-8000mg/L;在所述一段式厌氧氨氧化反应器中投加一段式厌氧氨氧化污泥，所述一段式厌氧氨氧化污泥的浓度达到6000mg/L-8000mg/L;
进行好氧颗粒污泥反应器第一运行阶段步骤，在所述好氧颗粒污泥反应器中充满待处理的污水;所述好氧颗粒污泥反应器在第一运行阶段开启第一搅拌器，关闭第一空压机，充分厌氧反应后关闭第一搅拌器进行沉淀，并排出1/2-3/4体积的污水至所述第一中间水箱中;
进行一段式厌氧氨氧化反应阶段步骤，所述第一中间水箱中的污水输送至所述一段式厌氧氨氧化反应器中，开启第二空压机，调节第二气体流量计使溶解氧浓度在0.2mg/L-0.5mg/L，同时开启第二搅拌器进行搅拌保持污泥的悬浮状态，通过氨氮在线监测装置监测污水的氨氮浓度，当氨氮浓度降至5mg/L时关闭第二空压机和第二搅拌器进行沉淀，并排出1/2-3/4体积的污水至所述第二中间水箱中;
进行好氧颗粒污泥反应器第二运行阶段步骤，所述第二中间水箱中的污水输送至所述好氧颗粒污泥反应器中，所述好氧颗粒污泥反应器在第二运行阶段，关闭第一搅拌器，开启第一空压机，调节第一流量计，使所述好氧颗粒污泥反应器中污水的溶解氧浓度在1mg/L以上，充分反应后，关闭第一空压机进行沉淀;以及
排水步骤，打开所述好氧颗粒污泥反应器的所述总排水管用于排出被处理后的污水。
本发明的有益效果在于，提供一种好氧颗粒污泥耦合一段式厌氧氨氧化处理城市污水的装置及方法，污水处理装置同时包括一个好氧颗粒污泥反应器和一个一段式厌氧氨氧化反应器，用于好氧颗粒污泥同步硝化反硝化除磷耦合一段式厌氧氨氧化脱氮处理城市污水，实现了城市污水的同步脱氮除磷，改善了出水水质，无需外加化学除磷药剂及反硝化碳源、运行成本低、稳定性强、工艺流程短。（发明人杨延栋;姜怡名;毕学军;刘长青）
