專利名稱：以顆粒污泥為介質短程反硝化除磷雙污泥教學實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高效的氮、磷污水處理裝置，特別是一種用于教學實驗的污
水處理裝置。
背景技術：
氮、磷污染引起的水體富營養化問題一直都是世界各國面臨的主要問題之一，也 是水處理的難點和重點。傳統的脫氮除磷機理中脫氮除磷必須分別由專性的反硝化菌和專 性的聚磷菌獨立完成，且需要涉及硝化、反硝化、釋磷、吸磷等多個生化過程。基于傳統的 脫氮除磷理論開發出的污水處理工藝雖然取得了一些成果，但是還存在著一些弊端，主要 表現在(1)、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌這三類微生物的生理習性及對環境條件的要求各 不相同，尤其是在污泥齡控制方面，成混合懸浮生長的這三種微生物無法在各自最佳的環 境下生長，因而無法最大程度的發揮各自的處理能力，使得處理效果變差，同時系統排泥難 以控制；(2)、由于生活污水C0D/TN低，反硝化菌和聚磷菌在對碳源的利用上存在著競爭； (3)、厭氧區硝酸鹽含量的控制問題，更是目前同步除磷脫氮工藝需要研究和解決的一大難 題。由于厭氧區硝酸鹽的存在，反硝化菌會與聚磷菌競爭污水中的有機基質，并優先于聚磷 菌利用這些有機基質進行反硝化；另一方面，硝酸鹽的存在還會被部分聚磷菌利用作為電 子受體進行反硝化，從而影響其對有機物的發酵產酸作用；(4)、剩余污泥產量大。這些原因 都使得氮和磷的去除成為對立矛盾的方面，使出水氨氮、TN和TP去除不徹底，含氮、磷富營 養化污水處理效率低，處理時間長、能耗高，且脫氮除磷效果不穩定和達標率較低。為此，前 人也作了一些努力，如投加碳源和改變流程等，但是這些方法增加了能源的浪費。 反硝化聚磷菌理論的提出為脫氮除磷掀開了新的篇章，即以厭氧時合成的PHB為 內碳源，在缺氧段以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，實現同步脫氮除磷。與傳統的脫氮除磷 工藝相比可節省50% C0D消耗量，30X曝氣量，50X剩余污泥產量。因此反硝化除磷工藝被 視為一種可持續污水處理新工藝。連續流雙污泥脫氮除磷工藝根據反硝化除磷菌理論，綜 合考慮了生物脫氮除磷對環境條件的要求，充分利用了反硝化菌和硝化菌的生理特征，而 提出來的一種改進工藝，解決了上述單級污泥工藝運行中存在的一些問題。然而該工藝由 于反應載體為絮狀污泥，中間沉淀池泥水分離效果不理想，厭氧釋磷后的污泥要回流到缺 氧區參與吸磷反應，不可避免的將污水中的部分氨氮一同匯流到缺氧區，而此部分氨氮由 于無法得到硝化而存在著出水中氨氮濃度高的缺點。要想去除剩余的氨氮需再加一個后曝 氣池，因此該工藝存在著工藝流程復雜、基建和運行費用高的問題。
實用新型內容本實用新型的目的是提供了一套以顆粒污泥為介質短程反硝化除磷雙污泥教學 試驗裝置。該試驗裝置借助兩個串聯的SBR反應器，分別培養反硝化除磷顆粒污泥和短程 硝化顆粒污泥，短程硝化顆粒污泥將氨氧化控制在N(V-N階段，為反硝化聚磷菌(DPAO)提 供電子受體，反硝化除磷顆粒污泥以厭氧/缺氧方式運行，在厭氧段，原水中的有機物合成PHB儲存在聚磷菌體內，為缺氧段反硝化貯存了碳源，即實現了 "一碳兩用"，同時實現了以 N02—-N為電子受體的反硝化脫氮和吸磷。 基于傳統A2N反硝化除磷脫氮工藝存在的問題，該裝置變連續流雙污泥系統為間 歇流顆粒污泥系統，簡化了工藝流程，減少了一個中間沉淀池，也減少一套污泥回流系統和 排泥系統，降低了造價和運行費用，同時也增加了系統的處理能力和運行穩定性。同時將微 生物自絮凝原理應用于反應系統中，實現污泥顆粒化，充分發揮顆粒污泥沉速快、活性高、 結構密實、微生物濃度及容積負荷高等優點，簡化出水的分離和凈化過程，增大了處理水量 和排水比。 以顆粒污泥為介質短程反硝化除磷雙污泥教學實驗裝置，依次包括 原水管、進水水箱，進水閥，其特征在于還依次包括通過管路連接的厭氧/缺氧 SBR反應器，中間水箱；短程硝化SBR反應器，回流水箱；中間水箱連接短程硝化SBR反應 器，回流水箱連接厭氧/缺氧SBR反應器；厭氧/缺氧SBR反應器和短程硝化SBR反應器內 設有攪拌裝置，厭氧/缺氧SBR反應器設有排水管；短程硝化SBR內設有曝氣裝置； 厭氧/缺氧SBR反應器中投放已經馴化好的具有反硝化除磷功能的顆粒污泥，短 程硝化SBR反應器中投放已經馴化好的具有短程硝化功能的顆粒污泥。 本實用新型的技術方案其特征在于 (1)顆粒污泥的短程硝化、厭氧放磷和缺氧吸磷等各子過程均在SBR反應器中完 成； (2)雙污泥系統實驗裝置由原水管、進水水箱、中間水箱、泵、厭氧/缺氧SBR、短程 硝化SBR、回流水箱和排水管組成； (2)厭氧/缺氧SBR和短程硝化SBR內設有攪拌裝置； (3)短程硝化SBR內設有曝氣裝置，以粘砂塊為微孔曝氣頭，鼓風曝氣； (4)上述厭氧/缺氧SBR和短程硝化SBR同時應用D0儀、0RP儀和pH計跟蹤測量
反應過程中溶解氧濃度、氧化還原電位值和pH值的變化。 本實用新型以顆粒污泥為介質短程反硝化除磷雙污泥實驗裝置運行的機理及過 程 本實用新型采用兩個串聯的SBR反應器，實現了氮、磷的同步高效去除，具體實現 的步驟如下 (1)在厭氧/缺氧SBR中采用瞬時進水方式向厭氧/缺氧SBR反應器中泵入生活 污水，同時進行攪拌，該階段主要是完成C0D的去除、磷的釋放和PHB的存儲，厭氧釋磷后， 沉淀，含氨氮和富磷的污水經中間水箱泵入短程硝化SBR反應器內； (2)短程硝化SBR中該反應裝置中硝化部分是將氨氧化反應控制在亞硝酸鹽階
段，不進行亞硝酸鹽至硝酸鹽的轉化，即所謂的短程硝化。來自厭氧/缺氧SBR反應器的含
氨氮和富磷的污水在此發生剩余有機物進一步降解和短程硝化作用，氨氮被氧化成亞硝酸
鹽。短程硝化作用結束后，沉淀，進行泥水分離，上清液中含有富磷和亞硝酸鹽。 (3)缺氧反硝化吸磷階段短程硝化反應器的上清液經回流水箱泵入厭氧/缺氧
SBR反應器中此階段，DAP0利用上清液中的亞硝酸鹽作為電子氧化細胞內的PHB從廢水中
吸磷，完成同步脫氮除磷，反應結束后，沉淀排水。 本實用新型特別適用于城市污水，尤其是碳、氮、磷比例失調的城市污水脫氮除磷
4處理及C0D/N較低的污水處理。 本實用新型設計的以顆粒污泥為介質的短程反硝化除磷脫氮污水處理試驗裝置 與現有裝置相比，具有下列優點 (1)該裝置以顆粒污泥為介質，將微生物自絮凝原理應用于反應系統中，實現污泥 顆粒化，充分發揮顆粒污泥沉速快、活性高、結構密實、微生物濃度及容積負荷高等優點，簡 化出水的分離和凈化過程，增大了處理水量和排水比，可在一定程度上彌補傳統絮狀活性 污泥的不足。 (2)該裝置變連續流雙污泥系統為間歇流顆粒污泥系統，簡化了工藝流程，降低了 基建成本和運行費用，從而增加了系統的處理能力和運行穩定性。 (3) C0D消耗量少。C0D最大程度地被DPA0在厭氧段用于PHB的合成，由于該工藝 的特殊布置，合成的PHB被DPA0同時用于完成反硝化和吸磷，通過"一碳兩用"的方式實現 了系統的脫氮除磷； (4)節省供氧曝氣的動力消耗。將短程硝化和反硝化除磷技術結合起來， 一方面短 程脫氮具有降低需氧量、減少碳源投加量、工藝流程短、反應效率提高、反應器容積縮小等 特點；另一方面，亞硝酸鹽充當除磷的電子受體進行反硝化除磷，具有運行周期短、吸磷放 磷速率快等優點。 有益效果 應用本實用新型處理生活污水，提高了污水中有機物的去除率和系統運行的穩定 性，同步脫氮除磷效果好，出水氨氮小于3mg/L，總氮小于10mg/L，總磷小于0. 5mg/L。 2002 年國家頒布的排污標準中，對城鎮污水最嚴格的排放標準為出水氨氮小于5mg/L、總氮小于 15mg/L，本實用新型的出水氨氮、總氮和總磷遠低于國家頒布的排污標準。本實用新型在保 證出水水質的前提下達到了高效低能耗，解決了含氮、磷富營養化污水處理的技術問題，以 及污水脫氮除磷效果不穩定和達標率較低的問題。
圖1是以顆粒污泥為介質的短程反硝化除磷脫氮雙污泥教學試驗裝置圖。
具體實施方式
本實用新型依次包括原水管1、進水水箱2，進水閥3，其特征在于還依次包括通 過管路連接的厭氧/缺氧SBR反應器5，中間水箱6 ;短程硝化SBR反應器9，回流水箱10 ; 中間水箱6連接短程硝化SBR反應器9，回流水箱10連接厭氧/缺氧SBR反應器5 ;厭氧/ 缺氧SBR反應器和短程硝化SBR反應器內設有攪拌裝置，厭氧/缺氧SBR反應器設有排水 管4 ;短程硝化SBR內設有曝氣裝置；厭氧/缺氧SBR反應器5中投放已經馴化好的具有反 硝化除磷功能的顆粒污泥，短程硝化SBR反應器9中投放已經馴化好的具有短程硝化功能 的顆粒污泥。
以下結合附圖及實施例詳細說明本實用新型的運行過程 I進水首先原水經過原水管1進入到進水水箱2中，打開進水閥3，啟動水泵將
待處理的廢水注入厭氧/缺氧SBR反應器5，達到液位時，水泵停止運行； 11厭氧攪拌進水完畢，攪拌器啟動，進行厭氧反應。反硝化聚磷菌吸收大量的有機物，并以PHB的形式儲存于體內，同時釋放出大量的磷； III沉淀厭氧結束后停止攪拌，進行沉淀，沉淀獲得富含氨氮和磷的上清液。打 開排水閥將上清液投加到中間水箱6中； IV短程硝化反應啟動水泵，將富含氨氮和磷的上清液注入到短程硝化SBR反應 器9中，鼓風機8啟動，開始曝氣，剩余的有機物進行進一步的降解，氨氮被氧化成亞硝酸 ^! .; V沉淀硝化結束后，停止曝氣、攪拌，進行沉淀，沉淀獲得的上清液中含有富磷和 亞硝酸鹽，經排水閥進入回流水箱10 ; VI缺氧反硝化反應回流水箱10中含有富磷和亞硝酸鹽的污水，經水泵注入到 厭氧/缺氧SBR反應器5中進行缺氧攪拌反應，DPA0以體內貯存的PHB為電子供體，以硝 化液中的N02—為電子受體，完成反硝化脫氮和過量吸磷作用； VII沉淀反應結束時，排出一定量的污泥混合液保持適當的污泥齡，然后沉淀； VII排水最終沉淀后的上清液作為處理出水從排水管4排出； IX閑置排水結束到下一個周期開始定義為閑置期。 X 重復以上進水、厭氧攪拌、沉淀、短程硝化、沉淀、缺氧反硝化、沉淀和排
水工序，使整個系統始終處于厭氧、好氧、缺氧交替的狀態，間歇進水和出水，并在每個周期 結束時定期排放剩余的顆粒污泥。 以顆粒污泥為介質的短程反硝化除磷脫氮污水處理系統的運行參數是進水C0D =260-600mg/L， NH4+_N = 20 80mg/L， TP = 5. 0-20. 0mg/L，進水pH控制在7. 5-8. 0之 間，污泥濃度MLSS控制在2. 0-2. 5g/L，短程硝化顆粒污泥SBR的DO控制在1. Omg/L左右。 在以亞硝酸鹽為電子受體反硝化除磷脫氮時，應注意厭氧/缺氧SBR反應器溶液中亞硝酸 鹽的濃度與pH的關系，可加入適當酸堿調節pH，控制游離亞硝酸的濃度在O. 002HN02-N mg/ L以下，保證厭氧/缺氧SBR中進入的亞硝酸鹽不會對反硝化吸磷產生抑制，因此厭氧/缺 氧SBR在缺氧運行時的pH的控制不可過低，應保持在7. 5-8. 5之間，以防止過高的游離亞
硝酸對反硝化吸磷產生抑制。 實施例1 : 以某大學家屬區排放的實際生活污水作為原水，進水pH = 7. 8-8. O，COD = 260 350mg/L， NH4+-N = 20 40mg/L， TP = 5. 0-10. Omg/L。厭氧/缺氧SBR反應器和短程硝化 SBR反應器的運行參數與培養時相同。原污水進入厭氧/缺氧SBR反應器內，完成磷的釋放， 沉淀后進入短程硝化SBR內進行硝化反應。短程硝化SBR亞硝酸鹽積累率保持在80-90% ， 硝化結束后亞硝酸鹽濃度在12-30mg/L。含有亞硝酸鹽的上清液回流到厭氧/缺氧SBR反 應器內進行反硝化同步脫氮除磷。室溫25t:下，利用pH傳感器控制厭氧/缺氧SBR反硝化 吸磷時pH維持在7. 7-8. 0，其游離亞硝酸濃度為0. 44X 10—3-l. 7X 10—3N mg/L，小于抑制濃 度2. 0 X 10—3N mg/L，不會對反硝化吸磷產生抑制作用。整個過程進水7L，排水7L，排水比 為7/11，厭氧/缺氧SBR反應器的SRT為9-10d，C0D、NH4+-N和TP的去除率可維持在95%， 95%和90%左右。 實施例2 : 以某大學家屬區排放的實際生活污水作為原水，加適量的自來水稀釋或加入葡萄 糖、朋4C1或1(2昍04以達到不同的COD、氨氮和總磷值(COD = 400-600mg/L， NH4+_N = 50 80mg/L，TP = 10. 0-20. 0mg/L)。厭氧/缺氧SBR反應器和短程硝化SBR反應器的運行參數與 培養時相同。原污水進入厭氧/缺氧SBR反應器內，完成磷的釋放，沉淀后進入短程硝化SBR 內進行硝化反應。短程硝化SBR亞硝酸鹽積累率保持在80-90% ，硝化結束后亞硝酸鹽濃度 在42-70mg/L，利用pH傳感器控制厭氧/缺氧SBR反硝化吸磷時pH維持在8. 0_8. 2左右， 室溫25t:下，其游離亞硝酸濃度為1. OX 10—3-l. 6X 10—3N mg/L，小于抑制濃度2. OX 10—3N mg/L，不會對反硝化吸磷產生抑制作用。進水7L，聚磷污泥的SRT為9_10d， COD、 NH4+_N和 TP的去除率可維持在90%，92%和93%左右。
權利要求以顆粒污泥為介質短程反硝化除磷的裝置，依次包括原水管、進水水箱，進水閥，其特征在于還依次包括通過管路連接的厭氧/缺氧SBR反應器，中間水箱；短程硝化SBR反應器，回流水箱；中間水箱連接短程硝化SBR反應器，回流水箱連接厭氧/缺氧SBR反應器；厭氧/缺氧SBR反應器和短程硝化SBR反應器內設有攪拌裝置，厭氧/缺氧SBR反應器設有排水管；短程硝化SBR內設有曝氣裝置；厭氧/缺氧SBR反應器中投放已經馴化好的具有反硝化除磷功能的顆粒污泥，短程硝化SBR反應器中投放已經馴化好的具有短程硝化功能的顆粒污泥。
專利摘要本實用新型屬于污水處理領域，提供了以顆粒污泥為介質短程反硝化除磷雙污泥教學實驗裝置。該裝置依次包括原水管、進水水箱，進水閥，其特征在于還依次包括通過管路連接的厭氧/缺氧SBR反應器，中間水箱；短程硝化SBR反應器，回流水箱；中間水箱連接短程硝化SBR反應器，回流水箱連接厭氧/缺氧SBR反應器；厭氧/缺氧SBR反應器和短程硝化SBR反應器內設有攪拌裝置，厭氧/缺氧SBR反應器設有排水管；短程硝化SBR內設有曝氣裝置；厭氧/缺氧SBR反應器中投放馴化好的有反硝化除磷功能的顆粒污泥，短程硝化SBR反應器中投放馴化好的有短程硝化功能的顆粒污泥。本實用新型解決污水脫氮除磷效果不穩定、出水懸浮物含量高以及達標率較低的問題，用于低C/N廢水處理。
文檔編號C02F3/30GK201458907SQ20092011042
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者吳蕾, 彭永臻, 王淑瑩, 馬勇 申請人:北京工業大學