低cn比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置和方法
【專利摘要】低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置和方法，屬于污水生物處理領域，裝置包括城市污水原水箱、短程硝化反應器、第一調節水箱、反硝化除磷反應器、第二調節水箱、沉淀池、厭氧氨氧化反應器；城市污水分別進入短程硝化反應器和反硝化除磷反應器，在短程硝化反應器內實現NH4+-N向NO2--N的轉變，在反硝化除磷反應器內聚磷菌利用原水中的有機碳源厭氧釋磷，兩反應器出水分別經調節水箱調節水量后進入厭氧氨氧化反應器實現氮的去除，出水則回流至反硝化除磷反應器內進行反硝化除磷和好氧吸磷。該方法降低了氧耗、能耗，脫氮不需碳源，解決了除磷菌和脫氮菌在碳源、溶解氧、污泥齡等方面的矛盾和競爭，實現了出水中NO3--N的回收利用。
【專利說明】低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及污水生物處理【技術領域】，尤其涉及低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]我國是一個缺水嚴重的國家，水資源總量為28124億m3，實際可以利用的水資源總量只占總量的32%左右，人均水資源總量不到2300m3，僅為世界平均水平的1/4，在世界153個國家中位居121位；并且，城市化的迅速發展給我國經濟帶來巨大活力的同時，也給城市水環境帶來巨大的負面影響，城市水資源過度消耗，污水排放量不斷增加，由此導致了水污染，水體富營養化，破壞了水環境，加劇了水資源的供需矛盾。
[0003]城市污水是寶貴的城市第二水源，城市污水處理及再利用，是緩解水危機、恢復或維系社會用水健康循環的重中之重，污水處理技術也逐漸地從以單一去除有機物為目的的階段進入同時脫氮除磷的深度處理階段。在污水生物處理過程中，為了從本質上解決除磷菌和脫氮菌之間存在的矛盾和競爭，可以將除磷和脫氮過程分別進行。目前，對于生物除磷，反硝化除磷工藝具有高效、低能耗的特點，在處理碳、氮、磷比例失調和碳源不足的城市污水方面尤為突出；而對于生物脫氮，短程硝化和厭氧氧氧化組合工藝無疑是最具有發展前景的脫氮工藝。
[0004]兩級SBR-ASBR短程硝化厭氧氨氧化脫氮工藝耦合SBR反硝化除磷工藝用于低CN比城市污水的脫氮除磷，是一種新的脫氮除磷思路，在將其用于碳、氮、磷比例失調且碳源偏低城市污水的處理中，縮短了脫氮除磷流程，工藝流程簡單，可實現高效、低能耗的脫氮除磷。
[0005]一方面，短程硝化與厭氧氨氧化技術實現了最短及高效的氨氮轉換為氮氣的路徑，且不需要有機碳源，且短程硝化反應器與厭氧氨氧化反應器分開運行，更易于實現穩定的短程硝化和厭氧氨氧化；另一方面，反硝化除磷技術實現了脫氮和除磷過程的統一，可有效的利用污水中的碳源和厭氧氨氧化過程產生的no3_-n，使得反硝化和除磷同時發生，使得污水的同步脫氮除磷更容易實現。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是提供一種低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置和方法，實現高效、節能、低成本的低碳氮比城市污水同步脫氮除磷，從本質上解決除磷菌和脫氮菌之間存在的矛盾和競爭。結合SBR反應器便于實時控制、運行操作靈活等優點，采用三組SBR反應器對短程硝化、厭氧氨氧化和反硝化除磷過程分別調控，易于有效的維持系統運行穩定性，以及亞硝積累率、反硝化除磷率和厭氧氨氧化脫氮率。該發明可以從根本上解決低碳城市污水處理的難題，同時也為剩余污泥減量化和節約能耗提供新思路。[0007]本發明的目的是通過以下技術方案來解決的:低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置，其特征在于，包括城市污水原水箱1、短程硝化SBR反應器2、第一調節水箱3、反硝化除磷SBR反應器4、第二調節水箱5、沉淀池6、厭氧氨氧化ASBR反應器7 ;其中所述城市污水原水箱1通過第一進水泵2.1與短程硝化SBR反應器2相連接；短程硝化SBR反應器2第一出水閥2.8與第一調節水箱3相連接；城市污水原水箱1通過第二進水泵4.1與反硝化除磷SBR反應器4相連接；反硝化除磷SBR反應器4通過第二出水閥4.9與第二調節水箱5相連接；第一調節水箱3通過第三進水泵5.3與厭氧氨氧化ASBR反應器7相連接；第二調節水箱5通過第四進水泵7.1與厭氧氨氧化ASBR反應器7相連接；厭氧氨氧化ASBR反應器7第四出水閥7.4與沉淀池6相連接；沉淀池6通過第五進水泵4.12與反硝化除磷SBR反應器4相連接；沉淀池6第六放空管6.2通過污泥回流泵7.8與厭氧氨氧化SBR反應器7污泥回流管7.7相連接；
[0008]所述短程硝化SBR反應器2內置有第一攪拌漿2.3、第一氣泵2.4、第一氣體流量計2.6、第一曝氣頭2.7、第一出水閥2.8、第一采樣口 2.9 ；
[0009]所述反硝化除磷SBR反應器4內置有第二攪拌漿4.3、第二氣泵4.4、第二氣體流量計4.6、第二曝氣頭4.7、第二采樣口 4.8、第二出水閥4.9、第三出水閥4.10 ；
[0010]所述厭氧氨氧化ASBR反應器7內置有第三攪拌漿7.3、第四出水閥7.4、第三采樣口 7.5、第四采樣口 7.6。
[0011]污水在此裝置中的處理流程為:城市污水分別通過第一進水泵2.1和第二進水泵4.1由城市污水原水箱1抽入短程硝化SBR反應器2和反硝化除磷SBR反應器4 ;在短程硝化SBR反應器2內，通過調控pH、游離氨FA和D0等運行參數，抑制亞硝酸鹽氧化菌Ν0Β的活性，原水中的NH4+-N可在氨氧化菌Α0Β的作用下被氧化成Ν02_-Ν，出水經第一出水閥2.8排入第一調節水箱3 ;在反硝化除磷SBR反應器4內，聚磷菌PAOs利用原水中的有機碳源厭氧釋磷，同時合成內碳源 ，厭氧釋磷結束后出水經第二出水閥4.9排入第二調節水箱5 ；開啟第三進水泵5.3和第四進水泵7.1，分別將短程硝化SBR反應器2的短程硝化出水和反硝化除磷SBR反應器2厭氧釋磷后的出水抽入厭氧氨氧化ASBR反應器7，在厭氧氨氧化菌ΑΝΑΜΜ0Χ的厭氧氨氧化作用下，混合液中的NH4+-N和Ν02__Ν轉化成N2和部分Ν03_-Ν，出水通過第四出水閥7.4排入沉淀池6 ;開啟第五進水泵4.12，將沉淀池6中的厭氧氨氧化ASBR反應器5出水回抽至反硝化除磷SBR反應器4，反硝化除磷菌DPAOs利用內碳源和厭氧氨氧化出水中NCV-N進行缺氧反硝化除磷，之后再進行一段時間的微曝氣，對磷的進一步吸收，出水通過第三出水閥4.10排出。
[0012]本發明還提供了一種低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的方法，其具體的啟動和操作步驟如下:
[0013]1)系統啟動:將短程硝化污泥或城市污水廠剩余污泥投加到短程硝化SBR反應器2，使接種后反應器內活性污泥濃度達到2500~4000mg/L ;將城市污水廠剩余污泥或具有脫氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷脫氮SBR反應器4，使接種后反應器內活性污泥濃度達到2500~4000mg/L ;將厭氧氨氧化污泥投加到厭氧氨氧化ASBR反應器7，使反應器內活性污泥濃度達到3000~5000mg/L ；
[0014]2)運行時調節操作:
[0015]將城市污水加入城市污水原水箱1，啟動第一進水泵2.1和第二進水泵4.1將城市污水分別抽入短程硝化SBR反應器2和反硝化除磷SBR反應器4 ;短程硝化SBR反應器2運行時，污泥齡控制在10~20d，每周期曝氣攪拌60~180min，并控制短程硝化SBR反應器2內溶解氧濃度為0.5~lmg/L，曝氣攪拌結束后沉淀排水，排水比為20%~60%，出水排入第一調節水箱3 ;反硝化除磷SBR反應器5運行時，每周期厭氧攪拌60~180min，沉淀排水，排水比為20~60%，出水排入第二調節水箱5 ；
[0016]啟動第三進水泵5.3將短程硝化SBR反應器2出水由第一調節水箱2抽入厭氧氨氧化ASBR反應器7，啟動第四進水泵7.1將反硝化除磷SBR反應器4出水由第二調節水箱
5抽入厭氧氨氧化ASBR反應器7，通過調控兩者進水體積，使厭氧氨氧化ASBR反應器7中no2_-n: nh4+-n質量濃度比為1~1.3;當no2_-n: nh4+-n質量濃度比小于1時，減少反硝化除磷SBR反應器2出水的進水體積，當兩者質量濃度比大于1.3時，增大反硝化除磷SBR反應器2出水的進水體積；
[0017]厭氧氨氧化ASBR反應器7運行時，厭氧攪拌60~330min，沉淀排水，排水比為40~60%，出水排入沉淀池6 ；當沉淀池6中污泥累積大于1L時，啟動污泥回流泵7.8，將沉淀池6中的剩余污泥全部回流至厭氧氨氧化ASBR反應器7，以防止厭氧氨氧化污泥流失；
[0018]啟動第五進水泵4.12將厭氧氨氧化ASBR反應器7出水從沉淀池6抽入反硝化除磷SBR反應器4，缺氧攪拌直至N03_-N < lmg/L，再控制反硝化除磷SBR反應器4內D0濃度為1~2mg/L并曝氣攪拌直至P < 0.5mg/L,沉淀排水，排水比為20~60% ;反硝化除磷SBR反應器4運行需排泥，使反硝化除磷SBR反應器4內污泥濃度維持在2500~4000mg/L范圍內。
[0019]本發明的低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置和方法，具有以下優點:
[0020]1原水中的氮主要通過短程硝化和厭氧氨氧化過程去除，而短程硝化和厭氧氨氧化反應均為自養反應，不消耗原水中的有機碳源。因此，原水中的有機碳源均用在除磷上，保證了除磷過程有足夠的有機物，從本質上解決了除磷菌和脫氮菌在碳源方面存在的矛盾和競爭。
[0021]2反硝化除磷、短程硝化、以及厭氧氨氧化分別在三個不同的SBR反應器中進行，解決了除磷菌和脫氮菌在溶解氧、泥齡等方面的矛盾和競爭，更易于維持系統的脫氮除磷率和運行穩定性。
[0022]3將短程硝化和厭氧氨氧化脫氮技術應用于低碳城市污水的脫氮處理中，實現了最短及高效的nh4+-n轉換為n2的技術路徑，不需要有機碳源，減少了化學藥品的投加量，污泥產量也隨之減少，減輕了后續污泥的處理成本。
[0023]4將反硝化除磷技術應用于低碳城市污水的除磷中，實現了脫氮和除磷的統一，在去除厭氧氨氧化出水中Ν03--Ν的同時，可實現原水中磷的去除。
[0024]總之，短程硝化厭氧氨氧化脫氮和反硝化除磷工藝無論從經濟上、運行上、還是脫氮效率上，都具有較高的應用價值和開發潛力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置的結構示意圖。[0026]圖中1為城市污水原水箱；2為短程硝化SBR反應器；3為第一調節水箱；4為反硝化除磷SBR反應器；5第一調節水箱；6沉淀池；7為厭氧氨氧化ASBR反應器；1.1為第一溢流管；1.2為第一放空管；2.1為第一進水泵；2.2為第一攪拌器；2.3為第一攪拌槳；2.4為第一氣泵；2.5為第一電磁閥；2.6為第一氣體流量計；2.7為第一曝氣頭；2.8為第一出水閥；2.9為第一采樣口 ；2.10為第二放空管；3.1為第二溢流管；3.2為第三放空管；4.1為第二進水泵；4.2為第二攪拌器；4.3為第二攪拌槳；4.4為第二氣泵；4.5為第二電磁閥；4.6為第二氣體流量計；4.7為第二曝氣頭；4.8為第二采樣口出水閥；4.9為第二出水閥；
4.10為第三出水閥；4.11為第四放空管；4.12為第五進水泵；5.1為第三溢流管；5.2為第五放空管；6.1為第四溢流管；6.2為第六放空管；7.1為第四進水泵；7.2為第三攪拌器；
7.3為第三攪拌槳；7.4為第二出水閥；7.5為第三采樣口 ；7.6為第四采樣口 ；7.7為污泥回流管；7.8為污泥回流泵。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明:如圖1所示，低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置，包括城市污水原水箱1、短程硝化SBR反應器2、第一調節水箱3、反硝化除磷SBR反應器4、第二調節水箱5、沉淀池6、厭氧氨氧化ASBR反應器7 ;其中所述城市污水原水箱1通過第一進水泵2.1與短程硝化SBR反應器2相連接；短程硝化SBR反應器2第一出水閥2.8與第一調節水箱3相連接；城市污水原水箱1通過第二進水泵4.1與反硝化除磷SBR反應器4相連接；反硝化除磷SBR反應器4第二出水閥4.9與第二調節水箱5相連接；第一調節水箱3通過第三進水泵5.3與厭氧氨氧化ASBR反應器7相連接；第二調節水箱5通過第四進水泵7.1與厭氧氨氧化ASBR反應器7相連接；厭氧氨氧化ASBR反應器7第四出水閥7.4與沉淀池6相連接；沉淀池6通過第五進水泵4.12與反硝化除磷SBR反應器4相連接；沉淀池6第六放空管6.2通過污泥回流泵7.8與厭氧氨氧化SBR反應 器7污泥回流管7.7相連接；
[0028]所述短程硝化SBR反應器2內置有第一攪拌漿2.3、第一氣泵2.4、第一氣體流量計2.6、第一曝氣頭2.7、第一出水閥2.8、第一采樣口 2.9 ；
[0029]所述反硝化除磷SBR反應器4內置有第二攪拌漿4.3、第二氣泵4.4、第二氣體流量計4.6、第二曝氣頭4.7、第二采樣口 4.8、第二出水閥4.9、第三出水閥4.10 ；
[0030]所述厭氧氨氧化ASBR反應器7內置有第三攪拌漿7.3、第四出水閥7.4、第三采樣口 7.5、第四采樣口 7.6。
[0031]試驗過程中，具體實驗用水取自北京工業大學家屬區生活污水作為進水，具體水質如下:C0D 濃度為 154 ~248mg/L，NH4+-N 濃度為 45 ~79mg/L，NOf-N 濃度< lmg/UNOf-N濃度0.1~1.4mg/L，P濃度4.3~7.6mg/L，pH為7.3~7.6。試驗系統如圖1所示，各反應器均采用有機玻璃制作，短程硝化SBR反應器2有效容積為7L，反硝化除磷SBR反應器4有效容積為8L，厭氧氨氧化ASBR反應器7有效容積為9L。
[0032]具體運行操作如下:
[0033]1)系統啟動:將短程硝化污泥或城市污水廠剩余污泥投加到短程硝化SBR反應器2，使接種后反應器內活性污泥濃度達到3000mg/L ;將城市污水廠剩余污泥或具有脫氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷脫氮SBR反應器4，使接種后反應器內活性污泥濃度達到3000mg/L ;將厭氧氨氧化污泥投加到厭氧氨氧化ASBR反應器7，使反應器內活性污泥濃度達到4000mg/L ；
[0034]2)運行時調節操作:
[0035]將城市污水加入城市污水原水箱1，啟動第一進水泵2.1和第二進水泵4.1將城市污水分別3L和4L的生活污水抽入短程硝化SBR反應器2和反硝化除磷SBR反應器4 ;短程硝化SBR反應器2運行時，污泥齡控制在15~20d，每周期曝氣攪拌150min，并控制短程硝化SBR反應器2內溶解氧濃度為0.5~lmg/L，曝氣攪拌結束后沉淀排水，排水比為45%，出水排入第一調節水箱3 ;反硝化除磷SBR反應器5運行時，每周期厭氧攪拌150min，沉淀排水，排水比為50%，出水排入第二調節水箱5 ；
[0036]啟動第三進水泵5.3將3L短程硝化SBR反應器2出水由第一調節水箱2抽入厭氧氨氧化ASBR反應器7，啟動第四進水泵7.1將2L反硝化除磷SBR反應器4出水由第二調節水箱5抽入厭氧氨氧化ASBR反應器7，此時厭氧氨氧化ASBR反應器7中Ν02__Ν: NH4+_N質量濃度比在1~1.3范圍內；當N02_-N: NH4+-N質量濃度比小于1時，減少反硝化除磷SBR反應器2出水的進水體積，當兩者質量濃度比大于1.3時，增大反硝化除磷SBR反應器2出水的進水體積；
[0037]厭氧氨氧化ASBR反應器7運行時，厭氧攪拌180min,沉淀排水，排水比為55%,出水排入沉淀池6 ;當沉淀池6中污泥累積大于1L時，啟動污泥回流泵7.8，將沉淀池6中的剩余污泥全部回流至厭氧氨氧化ASBR反應器7，以防止厭氧氨氧化污泥流失；
[0038]啟動第 五進水泵4.12將5L厭氧氨氧化ASBR反應器7出水從沉淀池6抽入反硝化除磷SBR反應器4，缺氧攪拌直至NCV-N < lmg/L,再控制反硝化除磷SBR反應器4內D0濃度為1~2mg/L并曝氣攪拌直至P < 0.5mg/L，沉淀排水，排水比為55% ;反硝化除磷SBR反應器4運行時污泥齡為15d。
[0039]試驗結果表明:運行穩定后，反硝化除磷脫氮SBR反應器出水C0D濃度為43~55mg/L, ΝΗ:-Ν 濃度為 < 5mg/L, NOf-N 為< lmg/L, NOf-N < lmg/L, P < 0.5mg/L, TN 低于8mg/L,達到一級A排放標準。
【權利要求】
1.低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的裝置，其特征在于，包括城市污水原水箱(1)、短程硝化SBR反應器(2)、第一調節水箱(3)、反硝化除磷SBR反應器(4)、第二調節水箱(5)、沉淀池(6)、厭氧氨氧化ASBR反應器(7);其中所述城市污水原水箱(1)通過第一進水泵(2.1)與短程硝化SBR反應器(2)相連接；短程硝化SBR反應器(2)第一出水閥(2.8)與第一調節水箱(3)相連接；城市污水原水箱(1)通過第二進水泵(4.1)與反硝化除磷SBR反應器(4)相連接；反硝化除磷SBR反應器(4)通過第二出水閥(4.9)與第二調節水箱(5)相連接；第一調節水箱(3)通過第三進水泵(5.3)與厭氧氨氧化ASBR反應器(7 )相連接；第二調節水箱(5 )通過第四進水泵(7.1)與厭氧氨氧化ASBR反應器(7 )相連接；厭氧氨氧化ASBR反應器(7 )第四出水閥(7.4 )與沉淀池(6 )相連接；沉淀池(6)通過第五進水泵(4.12)與反硝化除磷SBR反應器(4)相連接；沉淀池(6)第六放空管(6.2)通過污泥回流泵(7.8)與厭氧氨氧化SBR反應器(7)污泥回流管(7.7)相連接；所述短程硝化SBR反應器(2)內置有第一攪拌漿(2.3)、第一氣泵(2.4)、第一氣體流量計(2.6)、第一曝氣頭(2.7)、第一出水閥(2.8)、第一采樣口(2.9)；所述反硝化除磷SBR反應器(4)內置有第二攪拌漿(4.3)、第二氣泵(4.4)、第二氣體流量計(4.6)、第二曝氣頭(4.7)、第二采樣口(4.8)、第二出水閥(4.9)、第三出水閥(4.10)；所述厭氧氨氧化ASBR反應器(7)內置有第三攪拌漿(7.3)、第四出水閥(7.4)、第三采樣口(7.5)、第四采樣口(7.6)。
2.應用權利要求1所述的低CN比污水反硝化除磷與分段式短程硝化接厭氧氨氧化脫氮的方法，其特征在于，包括以下內容:1)系統啟動:將短程硝化污泥或城市污水廠剩余污泥投加到短程硝化SBR反應器(2)，使接種后反應器內活性污泥濃度達到2500~4000mg/L ;將城市污水廠剩余污泥或具有脫氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷脫氮SBR反應器(4)，使接種后反應器內活性污泥濃度達到2500~4000mg/L ;將厭氧氨氧化污泥投加到厭氧氨氧化ASBR反應器(7)，使反應器內活性污泥濃度達到3000~5000mg/L ；2)運行時調節操作:將城市污水加入城市污水原水箱(1)，啟動第一進水泵(2.1)和第二進水泵(4.1)將城市污水分別抽入短程硝化SBR反應器(2)和反硝化除磷SBR反應器(4);短程硝化SBR反應器(2)運行時，污泥齡控制在10~20d，每周期曝氣攪拌60~180min，并控制短程硝化SBR反應器(2)內溶解氧濃度為0.5~lmg/L，曝氣攪拌結束后沉淀排水，排水比為20%~60%,出水排入第一調節水箱(3);反硝化除磷SBR反應器(5)運行時，每周期厭氧攪拌60~180min，沉淀排水，排水比為20~60%，出水排入第二調節水箱(5)；啟動第三進水泵(5.3)將短程硝化SBR反應器(2)出水由第一調節水箱(2)抽入厭氧氨氧化ASBR反應器(7)，啟動第四進水泵(7.1)將反硝化除磷SBR反應器(4)出水由第二調節水箱(5 )抽入厭氧氨氧化ASBR反應器(7 )，通過調控兩者進水體積，使厭氧氨氧化ASBR反應器(7)中N02_-N: NH4+-N質量濃度比為1~1.3 ;當Ν02_-Ν: NH4+_N質量濃度比小于1時，減少反硝化除磷SBR反應器(2)出水的進水體積，當兩者質量濃度比大于1.3時，增大反硝化除磷SBR反應器(2)出水的進水體積；厭氧氨氧化ASBR反應器(7)運行時，厭氧攪拌60~330min，沉淀排水，排水比為40~60%,出水排入沉淀池(6);當沉淀池(6)中污泥累積大于1L時，啟動污泥回流泵(7.8)，將沉淀池(6)中的剩余污泥全部回流至厭氧氨氧化ASBR反應器(7)，以防止厭氧氨氧化污泥流失;啟動第五進水泵(4.12)將厭氧氨氧化ASBR反應器(7)出水從沉淀池(6)抽入反硝化除磷SBR反應器(4)，缺氧攪拌直至NCV-N < lmg/L，再控制反硝化除磷SBR反應器(4)內DO濃度為1~2mg/L并曝氣攪拌直至P < 0.5mg/L，沉淀排水，排水比為20~60% ;反硝化除磷SBR反應器(4)運行時需排泥， 使反硝化除磷SBR反應器(4)內污泥濃度維持在2500~4000mg/L范圍內。
【文檔編號】C02F9/14GK103663863SQ201310598643
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】王淑瑩, 王曉霞, 彭永臻, 翁冬晨 申請人:北京工業大學