Sbr短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗裝置與方法，屬于污水 生物處理技術領域，尤其適用于低C/N的城市生活污水同步脫氮除磷。
【背景技術】
[0002] 目前，盡管國內污水處理率不斷提高，但是由氮磷污染引起的水體富營養問題不 僅沒有解決，而且有日益嚴重的趨勢，影響了水資源的利用，降低了水功能的經濟和社會價 值。另外，以高能耗為代價實現的污水處理率的提高，一方面實現了"污染物減排"，另一方 面卻消耗了大量電能和外加碳源，"增排了溫室氣體"。一些發達國家的污水處理廠正在由 基本的生物脫氮除磷（BNR)向強化脫氮除磷（ENR)和節能降耗的方向發展。因此，為改善 我國水環境的富營養化狀態，污廢水處理的主要矛盾已由有機污染物的去除轉變為氮、磷 污染物的去除。
[0003] 污水的脫氮除磷一直是污水研究領域的熱點，現有污水處理工藝的研究也正在朝 著高效、低能耗的方向發展。由于傳統的污水脫氮除磷工藝中存在各種矛盾，如：聚磷菌 PAOs與硝化菌對D0和污泥齡的競爭，PAOs與反硝化菌對碳源的競爭，使得污水的同步脫氮 除磷難以實現。并且在實際應用過程中，進水中可利用有機碳源的不足，導致95%的污水處 理廠（WWTPs)的氮和磷的排放都難以達到國家一級A排放標準。這些矛盾在處理碳、氮、磷 比例失調和碳源不足的城市污水（尤其是我國南方地區）時變得尤為明顯，碳源不足已成 為現行傳統脫氮除磷工藝在處理低碳氮比城市污水時的"瓶頸"。因此，研發低C/N城市生 活污水低耗高效的同步脫氮除磷新工藝勢在必行。
[0004] 反硝化除磷技術代表了當前污水脫氮除磷領域的最新理論和技術，利用DAPOs吸 收污水中有限碳源，以"一碳兩用"的方式，實現了脫氮和除磷過程的統一，解決了傳統的脫 氮除磷工藝中（如A 20工藝）存在的除磷不佳或脫氮不充分的問題；短程硝化與厭氧氨氧 化脫氮技術實現了最短及高效的氨氮轉化為氮氣的途徑，減少了 25%的曝氣量，且不需要 有機碳源，不需要投加酸堿中和劑；序批式反應器（SBR)工藝由于具有投資省、工藝簡單、 操作靈活和管理方便等優點，在中小型城市污水處理廠中得到了廣泛應用。SBR工藝可以通 過時間上的靈活控制，實現厭氧/缺氧/好氧狀態的交替環境條件，強化了生物除磷系統。
[0005] 本發明公布的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化工藝，通過設計三個獨立的 SBR反應器，創造反硝化除磷菌、亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌有利的微生態環境，實現該三種 功能菌在脫氮除磷方面的協調耦合作用；通過反硝化除磷，利用DPAOs有效的利用污水中 的碳源和短程硝化過程中產生的N0 2 -N，使得反硝化和除磷同時發生，實現"一碳兩用"， 解決反硝化菌與除磷菌對碳源競爭的矛盾；通過短程硝化和厭氧氨氧化作用，實現生活污 水的全程自養脫氮，為保證系統除磷的高效性和穩定性，降低傳統脫氮除磷過程中所需的 曝氣量，在反硝化除磷過程結束后進行一段時間的微曝氣；本發明具有處理效果穩定、投資 省、工藝簡單、操作靈活和管理方便等優點。
【發明內容】
[0006] 本發明專利的目的是提供一種SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的裝置和方 法，實現低碳氮比城市污水穩定高效的同步脫氮除磷，解決傳統脫氮除磷工藝中存在碳源 不足、脫氮和除磷不能同時達到最佳等問題。
[0007] 本發明提供的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗裝置，其特征在于：該 系統主要由生活污水原水箱（1)、A 2/0-SBR反硝化除磷反應器（2)、N-SBR短程硝化反應器 (3)、中間水箱（4)、厭氧氨氧化反應器（5)依次連接組成；原水箱（1)通過第一進水栗（6) 和進水閥（21)與A2/0-SBR反應器（2)連接；A2/0-SBR反應器的出水閥（22)通過第二進水 栗⑶與N-SBR反應器的進水閥（23)連接；N-SBR反應器的出水經出水閥（24)和電磁閥 (10)與中間水箱⑷連接沖間水箱⑷通過第三進水栗（11)和回流栗（20)分別與厭氧 氨氧化反應器（5)和A2/0-SBR反應器（2)連接；系統的出水最后經厭氧氨氧化反應器出水 閥（26)和電磁閥（13)排出；
[0008] SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗裝置，其特征在于：A2/0-SBR反硝化 除磷反應器（2)設有第一攪拌槳（7)，第一曝氣頭（16)、第一氣體流量計（15)和第一溢流 管（27) ;N-SBR短程硝化反應器（3)設有第二攪拌槳（9)、第二曝氣頭（19)、第二氣體流量 計（18)和第二溢流管（28);厭氧氨氧化反應器設有第三攪拌槳（12)和第三溢流管（29); 第一氣體流量計（15)連接第一氣栗（14)和第一曝氣頭（16)，第二氣體流量計（18)連接第 二氣栗（17)和第二曝氣頭（19);
[0009] SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗裝置，其特征在于：A2/0-SBR反應器 (2)中的聚磷菌包括反硝化聚磷微生物和普通聚磷微生物，反硝化菌包括反硝化聚磷菌和 普通的異養反硝化菌。
[0010] 本發明提供的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗方法，主要包括以下步 驟：
[0011] 系統啟動：在反硝化脫氮除磷SBR反應器（2)中接種反硝化除磷污泥，使反應器 內污泥濃度達到3000~3500mg/L ;在短程硝化SBR反應器（3)中接種短程硝化絮體污泥， 使反應器內污泥濃度達到3000~3500mg/L ;在厭氧氨氧化SBR反應器中接種厭氧氨氧化 顆粒污泥，使污泥濃度達到3000~4000mg/L ;生活污水首先進入A20-SBR進行有機物的降 解、反硝化脫氮除磷，其去除了有機物和磷、富含氨氮的出水作為短程硝化SBR反應器的進 水，進行部分短程硝化，而后進入厭氧氨氧化反應器中完成自養脫氮，待反應結束后，沉淀 排水，當系統總氮去除率達85%以上，磷去除率達95%以上，即認為SBR反硝化除磷耦合一 體化厭氧氨氧化系統啟動成功；
[0012] 周期運行操作步驟如下：
[0013] 1)生活污水由原水水箱（1)經進水栗（6)栗入AV0-SBR反硝化除磷反應器（2)， 充水比0. 3~0. 4 ;進水結束后，啟動攪拌槳（7)，厭氧攪拌1. 5~2h，反硝化聚磷菌（DPAOs) 充分利用原水中的揮發性脂肪酸（VFAs)合成內碳源PHA，同時釋放磷，根據pH和0RP曲線 上的拐點，控制厭氧釋磷時間，A 2/0-SBR反硝化除磷反應器（2)運行時，每天排泥，使污泥齡 為10~15d，污泥濃度維持在3000~3500mg/L ;
[0014] 2)厭氧段反應結束后，通過蠕動栗（20)將N-SBR短程反硝化反應器（3)的出水從 中間水箱（4)回流至A 2/0-SBR反硝化除磷反應器（2)中，為反硝化除磷提供必要條件；在 此過程中，反硝化聚磷菌（DPAOs)以硝化液中回流的N02 -N為電子受體，以厭氧段貯存的內 碳源PHA為電子供體，發生缺氧反硝化除磷反應，回流比為50 %~100%，反應時間為3~ 4h ；
[0015] 3)缺氧段反應結束后，開啟氣栗（14)對N-SBR反應器（3)進行曝氣，完成剩余磷 的吸收以及吹脫缺氧段反硝化產生的氮氣，反應時間為0.5~lh，通過氣體流量計（15)調 節氣體流量，控制D0 = 2~3mg/L ;
[0016] 4)曝氣結束后，關閉氣栗（14)，靜止沉淀排水，排水比為0.6,富含NH/-N的上清 液通過進水栗（8)栗入N-SBR短程硝化反應器（3)中，而后開啟氣栗（17)對N-SBR短程硝 化反應器（3)進行曝氣，曝氣時間為1. 5-2h，通過氣體流量計（18)調節曝氣量，控制D0 = 1~2mg/L，N-SBR短程硝化反應器（3)運行時，進行排泥，控制污泥齡在15~20d，污泥濃 度在 2500 ~3000mg/L ;
[0017] 5)曝氣攪拌結束后，靜止沉淀排水，排水比0. 6，N-SBR短程硝化反應器⑶的出水 經出水閥（24)和電磁閥（10)進入中間水箱（4)，而后通過回流栗（20)和第三進水栗（11) 將短程硝化反應器的出水從中間水箱（4)分別栗入A 2/0-SBR反硝化除磷反應器和厭氧氨 氧化反應器中，體積比為1:2 ;
[0018] 6)硝化液進入厭氧氨氧化反應器（5)后，厭氧攪拌3~4h，而后沉淀排水，控制污 泥濃度在3000~3500mg/L，排水比0. 3~0. 4,而后系統進入下一周期，重復以上步驟。
[0019] 本發明SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗裝置與方法，與現有傳統生物 脫氮除磷工藝相比，具有以下優勢：
[0020] 1)實現了原水碳源利用率的最大化。生活污水進入系統后，反硝化除磷菌充分利 用污水中的有機物，合成內碳源PHA，同時釋放磷
[0021] 2)實現了污水處理碳源使用量的最小化。反硝化除磷技術"一碳兩用"，實現了脫 氮除磷的統一，短程硝化與厭氧氨氧化反應均為自養反應，不消耗原水中的有機碳源
[0022] 3)解決了傳統脫氮除磷工藝中除磷菌和反硝化菌碳源競爭、除磷菌與硝化菌長短 污泥齡、溶解氧方面的矛盾。通過設計三個獨立的SBR反應器，使反硝化除磷菌、亞硝化菌 和厭氧氨氧化菌分別在各宜適當的環境中生長。
[0023] 4)工藝流程簡單，運行管理方便。該工藝的主體反應器只有反硝化除磷反應器、短 程硝化反應器、厭氧氨氧化反應器；SBR反應器運行方式靈活，有利于實時過程控制。
[0024] 5)系統運行穩定，脫氮除磷效率高。反硝化除磷、短程硝化、厭氧氨氧化分別在三 個不同的SBR反應器中進行，創造了有利于該三種功能菌生長的生態環境，實現三種功能 菌在脫氮除磷方面的協調耦合作用，更易于維持系統的脫氮除磷率和運行穩定性。
[0025] 6)降低了基建和運行費用。回流的硝化液中含有的NH/-N，增大了下一周期進入 短程硝化反應器的NH/-N負荷，提高了反應速率，縮短了反應時間，從而減少了反應器容積 和占地面積。短程硝化和厭氧氨氧化實現了最短及高效的NH/-N轉換為N 2的技術路徑，最 大限度地節省曝氣量，減少污泥產量，降低運行成本。
【附圖說明】
[0026] 圖1為SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化試驗裝置的結構示意圖
[0027] 圖中：1 -原水水箱；2-A2/0-SBR反硝化除磷反應器；3-N-SBR短程硝化反應器； 4-中間水箱；5-厭氧氨氧化反應器；6-第一進水栗；7-第一攪拌槳；8-第二進水栗；9-第 二攪拌槳；10-第一電磁閥；11-第三進水栗；12-第三攪拌槳；13-第二電磁閥；14-第一 氣栗；15-第一氣體流量計；16-第一曝氣頭；17-第二氣栗；18-第二氣體流量計；19-第 二曝氣頭；20-回流栗；21-第一進水閥；22-第一出水閥；23-第二進水閥；24-第二出水 閥；25-第三進水閥；26-第三出水閥；27-第一溢流管；28-第二溢流管；29-第三溢流管； 30-第四進水閥；31-第一 pH傳感器；32-第一 ORP傳感器；33-第一溶氧儀；34-第一 NH/-N 傳感器；35-第二DO