申请日2017.06.30
公开(公告)日2017.10.24
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34
摘要
本发明属于污水生物处理技术领域，尤其涉及多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的装置和方法，低碳污水先从低碳污水原水水箱进入同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内进行厌氧搅拌，厌氧搅拌结束后开启气泵并调节气体流量计，使同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器进入曝气搅拌阶段;曝气搅拌结束开启第三进水泵，将第一中间水箱中的两次排水抽入厌氧氨氧化SBR反应器，进行厌氧搅拌后再开启第二进水泵，将第二中间水箱中收集的排水抽入同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器，进行缺氧搅拌，实现污水的深度脱氮除磷;其结构工艺简单，运行费用低，能耗氧耗低，污泥产量少，避免二次污染。
权利要求书
1.多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的装置，其特征在于主体结构包括低碳污水原水水箱、同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器、第一中间水箱、第二中间水箱、厌氧氨氧化SBR反应器、在线监测和反馈控制系统;低碳污水原水水箱的左侧上部设有第一溢流管，低碳污水原水水箱通过第一进水泵与同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器相连接;同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内安装有第一搅拌桨，第一搅拌桨的顶部伸出同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器并与第一搅拌器连接，第一搅拌桨的下部安装有曝气头，曝气头与安装在同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器左侧的气体流量计连接，气体流量计与气泵连接;同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内部左侧安装有第一加热棒，右侧安装有均与第一pH/DO测定仪连接的第一pH传感器和第一DO传感器，同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器底端连接有第一放空阀，同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器的左侧下端安装有第三电动排水阀，右侧中间位置开有第一采样口，第一采样口下端自上而下依次设有第一电动排水阀和第二电动排水阀，同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器通过第一电动排水阀和第二电动排水阀分别与第一中间水箱相连接;第一中间水箱的左侧上部与第二溢流管连接;第一中间水箱通过第三进水泵与厌氧氨氧化SBR反应器相连接;厌氧氨氧化SBR反应器通过第四电动排水阀与第二中间水箱的顶部相连接;第二中间水箱的底部设有第二排空阀，并通过回流泵与厌氧氨氧化SBR反应器底部的第三排空阀连接;第二中间水箱的顶部左侧连接有第三溢流管，第二中间水箱通过第二进水泵与同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器相连接;厌氧氨氧化SBR反应器内安装有第二搅拌桨，第二搅拌桨的顶端伸出厌氧氨氧化SBR反应器并与第二搅拌器连接，厌氧氨氧化SBR反应器内安装有均与第二pH/DO测定仪的第二pH传感器和第二DO传感器，厌氧氨氧化SBR反应器的右侧下部设有第二采样口，厌氧氨氧化SBR反应器内部左侧安装有第二加热棒;在线监测和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内置信号转换器DA转换接口和信号转换器AD转换接口，可编程过程控制器左侧自上而下依次设有信号转换器DA转换接口、第一进水继电器、曝气继电器、第一加热继电器、第一搅拌器继电器和第一pH/DO数据信号接口，可编程过程控制器的底部自左向右依次设有第一排水继电器、第二排水继电器和第二进水继电器，可编程过程控制器右侧自下而上依次设有第三进水继电器、第二加热继电器、第二搅拌器继电器、第二pH/DO数据信号接口和信号转换器AD转换接口;其中信号转换器AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将采集到的传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机;计算机通过信号转换器DA转换接口与可编程过程控制器相连接，将计算机的数字指令传递给可编程过程控制器;第一进水继电器与第一进水泵相连接;曝气继电器与气泵相连接;第一加热继电器与第一加热棒;第一搅拌器继电器与第一搅拌器相连接;第一pH/DO数据信号接口通过传感器导线与第一pH/DO测定仪相连接;第一排水继电器与第一电动排水阀相连接;第二排水继电器与第二电动排水阀相连接;第二进水继电器与第二进水泵相连接;第三进水继电器与第三进水泵相连接;第二加热继电器与第二加热棒相连接;第二搅拌器继电器与第二搅拌器相连接;第二pH/DO数据信号接口;通过传感器导线与第二pH/DO测定仪相连接。
2.一种采用如权利要求1所述装置处理低碳污水的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将现有具有良好脱氮除磷性能的短程硝化污泥和反硝化除磷污泥按体积比1:2混合后投加至同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器，使同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;并将现有具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化污泥投加至厌氧氨氧化SBR反应器，使厌氧氨氧化SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;
(2)将低碳污水加入低碳污水原水水箱，启动第一进水泵将低碳污水抽入到同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内，厌氧搅拌60～240min后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入第一中间水箱;再曝气搅拌60～180min，当pH曲线出现拐点后停止曝气搅拌并沉淀排水，排水比为0.2～0.5，出水排入第一中间水箱;此处的曝气搅拌是指DO浓度为0.5～2.0mg/L;
(3)启动第三进水泵将同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器的两次排水从第一中间水箱抽入厌氧氨氧化SBR反应器内，厌氧搅拌60～360min，当pH曲线出现拐点后停止厌氧搅拌后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入第二中间水箱;
(4)启动第二进水泵将厌氧氨氧化SBR反应器的排水从第二中间水箱抽入同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器，缺氧搅拌60～240min后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水由第三电动排水阀排出，实现低碳污水的处理。
3.根据权利要求2所述处理低碳污水的方法，其特征在于所述同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器运行时需排泥，使同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器悬浮活性污泥浓度维持在2000～4000mg/L范围内。
4.根据权利要求2所述处理低碳污水的方法，其特征在于所述厌氧氨氧化SBR反应器运行时需进行污泥回流，当第二中间水箱中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵，将第二中间水箱中的剩余污泥全部回流至厌氧氨氧化SBR反应器，以防止厌氧氨氧化污泥流失。
说明书
多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的装置和方法
技术领域：
本发明属于污水生物处理技术领域，尤其涉及多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的装置和方法。
背景技术：
在传统的生物脱氮除磷工艺中，污水碳氮比(C/N比，COD与总氮的比值)需大于15以满足氮、磷的去除与微生物细胞的增长;当污水C/N比低于6时，往往需要投加外碳源来实现氮磷的同步去除，常用的外碳源有甲醇、乙醇、乙酸等，但外碳源的投加使得污水处理厂的运行成本增加了近10%。因此，针对低碳污水C/N比较低、碳源不足的特点，提出一种适合低碳污水同步脱氮除磷的新工艺，是一个亟需解决的问题。
同步硝化反硝化除磷技术，具有强化生物除磷和同步硝化反硝化两者的优点。一方面，同步硝化反硝化除系统内聚磷菌富集程度较高，可实现污水的高效、稳定除磷;另一方面，系统中同步硝化反硝化的产生可降低出水中NOx--N(NO2--N和NO3--N)的含量，在提高脱氮效率的同时，减少NOx--N对下一反应周期厌氧段释磷过程的影响。另外，如果将同步硝化反硝化除磷过程中氨氮氧化过程控制在亚硝酸盐阶段，可在提高氮去除率的基础上进一步降低曝气能耗。厌氧氨氧化为自养脱氮技术，可实现低碳污水高效、经济地脱氮过程。与传统的硝化反硝化生物脱氮过程相比，厌氧氨氧化脱氮过程无需外加有机碳源，无需酸碱中和试剂，污泥产量少，且氧耗、能耗低，可显著降低运行费用，并避免二次污染。但是，目前尚未见有将同步短程硝化反硝化除磷技术与厌氧氨氧化技术并联用于处理低碳污水的公开报道或使用，前者可充分利用污水中的有机物进行脱氮除磷，后者可通过自养脱氮过程实现氮的进一步去除，进而可实现无外加碳源条件下低碳污水的深度除磷，是一项节能、降耗的污水处理新工艺。此外，将同步短程硝化反硝化除磷和厌氧氨氧化分别在两个SBR反应器内进行，可以从根本上解决聚磷菌和厌氧氨氧化菌之间在污泥龄上的矛盾;同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器采用多段排水的方式，可为后续厌氧氨氧化SBR提供稳定的氨氮和亚硝酸盐进水;厌氧氨氧化SBR出水中的硝酸盐回流至同步短程硝化反硝化除磷SBR可通过反硝化除磷过程和内源反硝化过程实现氮磷的深度去除。
因此，寻求一种同步短程硝化反硝化除磷与厌氧氨氧化组合的设备和工艺实现低碳污水的深度脱氮除磷，结合强化生物除磷、同步短程硝化反硝化除磷工艺和厌氧氨氧化三者各自的优点，且运行费用低，能耗氧耗低。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，解决传统脱氮除磷工艺处理低碳污水时能耗氧耗高、碳源不足、脱氮除磷不完全等问题，提供一种多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的装置和方法，针对低碳污水的水质特点，结合了同步硝化反硝化除磷、短程硝化、厌氧氨氧化等新型生物脱氮除磷技术，在充分利用原水碳源的基础上，实现低碳污水的深度脱氮除磷，并在同步短程硝化反硝化除磷SBR工艺中采用厌氧、好氧分段排水的方式为后续厌氧氨氧化SBR提供稳定的氨氮和亚硝酸盐进水;同时将同步短程硝化反硝化除磷污泥与厌氧氨氧化污泥分开培养，解决其在污泥龄方面的矛盾，具有工艺流程简单、能耗低等优点。
为了实现上述目的，本发明所述多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的装置主体结构包括低碳污水原水水箱、同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器、第一中间水箱、第二中间水箱、厌氧氨氧化SBR反应器、在线监测和反馈控制系统;低碳污水原水水箱的左侧上部设有第一溢流管，低碳污水原水水箱通过第一进水泵与同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器相连接;同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内安装有第一搅拌桨，第一搅拌桨的顶部伸出同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器并与第一搅拌器连接，第一搅拌桨的下部安装有曝气头，曝气头与安装在同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器左侧的气体流量计连接，气体流量计与气泵连接;同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内部左侧安装有第一加热棒，右侧安装有均与第一pH/DO测定仪连接的第一pH传感器和第一DO传感器，同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器底端连接有第一放空阀，同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器的左侧下端安装有第三电动排水阀，右侧中间位置开有第一采样口，第一采样口下端自上而下依次设有第一电动排水阀和第二电动排水阀，同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器通过第一电动排水阀和第二电动排水阀分别与第一中间水箱相连接;第一中间水箱的左侧上部与第二溢流管连接;第一中间水箱通过第三进水泵与厌氧氨氧化SBR反应器相连接;厌氧氨氧化SBR反应器通过第四电动排水阀与第二中间水箱的顶部相连接;第二中间水箱的底部设有第二排空阀，并通过回流泵与厌氧氨氧化SBR反应器底部的第三排空阀连接;第二中间水箱的顶部左侧连接有第三溢流管，第二中间水箱通过第二进水泵与同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器相连接;厌氧氨氧化SBR反应器内安装有第二搅拌桨，第二搅拌桨的顶端伸出厌氧氨氧化SBR反应器并与第二搅拌器连接，厌氧氨氧化SBR反应器内安装有均与第二pH/DO测定仪的第二pH传感器和第二DO传感器，厌氧氨氧化SBR反应器的右侧下部设有第二采样口，厌氧氨氧化SBR反应器内部左侧安装有第二加热棒;在线监测和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内置信号转换器DA转换接口和信号转换器AD转换接口，可编程过程控制器左侧自上而下依次设有信号转换器DA转换接口、第一进水继电器、曝气继电器、第一加热继电器、第一搅拌器继电器和第一pH/DO数据信号接口，可编程过程控制器的底部自左向右依次设有第一排水继电器、第二排水继电器和第二进水继电器，可编程过程控制器右侧自下而上依次设有第三进水继电器、第二加热继电器、第二搅拌器继电器、第二pH/DO数据信号接口和信号转换器AD转换接口;其中信号转换器AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将采集到的传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机;计算机通过信号转换器DA转换接口与可编程过程控制器相连接，将计算机的数字指令传递给可编程过程控制器;第一进水继电器与第一进水泵相连接;曝气继电器与气泵相连接;第一加热继电器与第一加热棒;第一搅拌器继电器与第一搅拌器相连接;第一pH/DO数据信号接口通过传感器导线与第一pH/DO测定仪相连接;第一排水继电器与第一电动排水阀相连接;第二排水继电器与第二电动排水阀相连接;第二进水继电器与第二进水泵相连接;第三进水继电器与第三进水泵相连接;第二加热继电器与第二加热棒相连接;第二搅拌器继电器与第二搅拌器相连接;第二pH/DO数据信号接口;通过传感器导线与第二pH/DO测定仪相连接。
本发明处理低碳污水的流程为：低碳污水从低碳污水原水水箱通过第一进水泵进入同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内进行厌氧搅拌，PAOs和聚糖菌(GAOs)将原水中的挥发性脂肪酸(VFA)储存内碳源于体内，同时聚磷菌(PAOs)进行厌氧释磷，厌氧搅拌结束后沉淀排水，出水通过第一电动排水阀排入第一中间水箱;再开启气泵，并调节气体流量计，使同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器进入曝气搅拌阶段;在曝气搅拌阶段，氨氧化细菌(AOB)将低碳污水中的NH4+-N氧化为NO2--N，同时聚磷菌(PAOs)进行好氧吸磷，曝气搅拌结束后沉淀排水，出水通过第二电动排水阀排入第一中间水箱;然后开启第三进水泵，将第一中间水箱中同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器的两次排水抽入厌氧氨氧化SBR反应器，进行厌氧搅拌，厌氧氨氧化菌将其中的NH4+-N和NO2--N转化为少量的NO3--N，厌氧搅拌结束后沉淀排水，出水通过第四电动排水阀排入第二中间水箱;再开启第二进水泵，将第二中间水箱中厌氧氨氧化SBR反应器的排水抽入同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器，进行缺氧搅拌，聚磷菌(PAOs)进行反硝化除磷，同时聚糖菌(GAOs)进行内源反硝化脱氮，实现污水的深度脱氮除磷，缺氧搅拌结束后沉淀排水，出水经第三电动排水阀排出。
本发明所述多段排水式同步短程硝化反硝化除磷并联厌氧氨氧化处理低碳污水的方法的具体步骤为：
(1)将现有具有良好脱氮除磷性能的短程硝化污泥和反硝化除磷污泥按体积比1:2混合后投加至同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器，使同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;并将现有具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化污泥投加至厌氧氨氧化SBR反应器，使厌氧氨氧化SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;
(2)将低碳污水加入低碳污水原水水箱，启动第一进水泵将低碳污水抽入到同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器内，厌氧搅拌60～240min后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入第一中间水箱;再曝气搅拌60～180min，当pH曲线出现拐点后停止曝气搅拌并沉淀排水，排水比为0.2～0.5，出水排入第一中间水箱;此处的曝气搅拌是指DO浓度为0.5～2.0mg/L;
(3)启动第三进水泵将同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器的两次排水从第一中间水箱抽入厌氧氨氧化SBR反应器内，厌氧搅拌60～360min，当pH曲线出现拐点后停止厌氧搅拌后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入第二中间水箱;
(4)启动第二进水泵将厌氧氨氧化SBR反应器的排水从第二中间水箱抽入同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器，缺氧搅拌60～240min后沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水由第三电动排水阀排出，实现低碳污水的处理。
本发明所述同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器运行时需排泥，使同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器悬浮活性污泥浓度维持在2000～4000mg/L范围内。
本发明所述厌氧氨氧化SBR反应器运行时需进行污泥回流，当第二中间水箱中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵，将第二中间水箱中的剩余污泥全部回流至厌氧氨氧化SBR反应器，以防止厌氧氨氧化污泥流失。
本发明与现有技术相比，将同步短程硝化反硝化除磷和厌氧氨氧化分别在两个SBR反应器内进行，可以从根本上解决聚磷菌和厌氧氨氧化菌之间在污泥龄上的矛盾;同步短程硝化反硝化除磷SBR反应器采用多段排水的方式，可为后续厌氧氨氧化SBR提供稳定的氨氮和亚硝酸盐进水;厌氧氨氧化SBR出水中的硝酸盐回流至同步短程硝化反硝化除磷SBR可通过反硝化除磷过程和内源反硝化过程实现氮磷的深度去除;其结构工艺简单，运行费用低，能耗氧耗低，污泥产量少，避免二次污染。