申请日2016.10.19
公开(公告)日2017.01.18
IPC分类号C02F3/28; C02F3/30; C02F9/14
摘要
本发明属于污水 生物处理技术领域，涉及一种强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法，所述装置的主体结构包括城市污水原水水箱、内源反硝化耦合除磷SBR反应器、中间水箱、短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器、出水水箱以及在线监测和反馈控制系统;城市污水进入内源反硝化耦合除磷SBR反应器进行厌氧搅拌，进入短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器先进行曝气搅拌后抽入中间水箱中内源反硝化耦合除磷SBR反应器厌氧搅拌结束后的排水进行间歇式低氧曝气搅拌，再将短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的出水回流至内源反硝化耦合除磷SBR反应器进行低氧曝气搅拌;其氮磷去除率高，氧耗低，能耗低，建设成本和运行成本低，剩余污泥产量少。
摘要附图
权利要求书
1.一种强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置，其特征在于主体结构包括城市污水原水水箱、内源反硝化耦合除磷SBR反应器、中间水箱、短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器、出水水箱以及在线监测和反馈控制系统;城市污水原水水箱的底部右侧设有第一放空管，城市污水原水水箱的左侧上部设有第一溢流管，城市污水原水水箱通过第一进水泵与内源反硝化耦合除磷SBR反应器相连接;城市污水原水水箱通过第三进水泵与短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器;内源反硝化耦合除磷SBR反应器内安装有第一搅拌桨，第一搅拌桨的顶部伸出内源反硝化耦合除磷SBR反应器并与第一搅拌器连接，第一搅拌桨的下部安装有第一曝气头，第一曝气头与安装在内源反硝化耦合除磷SBR反应器左侧的第一气体流量计连接，第一气体流量计通过第一电磁阀与第一气泵连接;内源反硝化耦合除磷SBR反应器内安装有均与第一pH/DO测定仪连接的第一pH传感器和第一DO传感器，内源反硝化耦合除磷SBR反应器底端连接有第二放空管，内源反硝化耦合除磷SBR反应器的右侧中间位置开有第一采样口，第一采样口下端设有第一电动排水阀，内源反硝化耦合除磷SBR反应器通过第一电动排水阀与中间水箱相连接;中间水箱的底部右侧与第三放空管连接，左侧上部与第二溢流管连接;中间水箱通过第四进水泵与短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器相连接;短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内安装有第二搅拌桨，第二搅拌桨的顶端伸出短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器并与第二搅拌器连接，第二搅拌桨的下部设有第二曝气头4.8，第二曝气头与安装在短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器外侧的第二气流流量计连接，第二气体流量计通过第二电磁阀与第二气泵连接，短程硝化厌氧氨氧化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，短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的右侧下部设有第二采样口，第二采样口的上部设有第二电动排水阀，短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器通过第二电动排水阀与出水水箱相连接;出水水箱的上下两端分别设有第三溢流管和第五放空管，出水水箱通过第二进水泵与内源反硝化耦合除磷SBR反应器相连接;出水水箱5通过污泥回流泵与短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器相连接;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，可编程过程控制器的前侧面左部自上而下依次置第一曝气继电器、第一搅拌器继电器和第一pH/DO数据信号接口，右部自上而下依次置有第二曝气继电器、第二搅拌器继电器和第二pH/DO数据信号接口，第一pH/DO数据信号接口和第二pH/DO数据信号接口之间从左到右依次设有信号转换器DA转换接口和信号转换器AD转换接口，信号转换器AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将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;第一曝气继电器与第一电磁阀相连接;第一搅拌器继电器与第一搅拌器相连接;第一pH/DO数据信号接口与第一pH/DO测定仪相连接;第二曝气继电器与第二电磁阀相连接;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所述装置进行强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将现有强化生物除磷系统的剩余污泥投加至内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比1:2混合后投加至短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，使短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;
(2)将城市污水加入城市污水原水水箱，启动第一进水泵将城市污水抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，厌氧搅拌60～240min，沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入中间水箱;启动第三进水泵将城市污水由城市污水原水水箱抽入短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，曝气搅拌20～100min，当pH曲线出现拐点后停止曝气搅拌;
(3)启动第四进水泵将内源反硝化耦合除磷SBR反应器厌氧搅拌结束的排水从中间水箱抽入短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，进行间歇式低氧曝气搅拌，当NH4+-N浓度<1.0mg/L时停止低氧曝气搅拌，沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入出水水箱;此处的间歇式低氧曝气搅拌是指每隔15～30min进行低氧曝气搅拌，且溶解氧浓度为0.3～0.5mg/L;
(4)启动第二进水泵将短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的出水由出水水箱抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，低氧曝气搅拌180～300min后沉淀排水，排水比为0.2～0.5;内源反硝化耦合除磷SBR反应器运行时需排泥，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器内污泥浓度维持在2000～4000mg/L;短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器运行时需进行污泥回流，当出水水箱中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵，将出水水箱中的剩余污泥全部回流至短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器，以防止厌氧氨氧化污泥流失，实现强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水。
说明书
强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法
技术领域：
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种城市污水处理装置及方法，特别是一种强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法。
背景技术：
城市污水是造成水体污染的重要源头，但一些成熟的传统污水脱氮除磷工艺在实际工程运用过程中仍然存在氮、磷的去除率不高，污泥膨胀，能耗高，建设成本和运行成本高以及剩余污泥产量大等问题。因此，根据目前污水处理技术存在的这些瓶颈，需要探索污水处理工艺中的脱氮除磷的新工艺，进而提高污水的处理效果，并在节省能耗的前提下，实现最大的环保效益和经济效益。
考虑到城市污水具有C/N比低，但易生物降解的特点，可以采用强化生物除磷技术进行城市污水的除磷过程，采用短程硝化和厌氧氨氧化技术实现城市污水的脱氮过程，以解决脱氮和除磷过程对碳源的竞争，进而提高氮磷去除率。强化生物除磷技术是通过富集能进行除磷过程的聚磷菌(PAOs)来达到强化和稳定污水除磷效果的目的。但由于强化生物除磷系统中除存在大量PAOs的同时也存在具有内源反硝化功能的聚糖菌，因此，采用强化生物除磷同步内源反硝化实现污水的除磷和部分脱氮，而污水的主要脱氮过程可通过短程硝化和厌氧氨氧化实现。
强化生物除磷同步内源反硝化和短程硝化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氨氧化菌及厌氧氨氧化菌之间在污泥龄上的矛盾。此外，短程硝化厌氧氨氧化脱单技术与传统硝化反硝化脱氮技术相比可节省62.5%的氧耗，不需有机碳源，且污泥产率低;强化生物除磷同步内源反硝化技术，可实现原水中有机碳源的最大储存，并能在保障系统稳定除磷的同时实现部分脱氮。目前，尚未见有将两种技术同时用于城市污水处理的相关报道，因此，寻求一种城市污水处理装置及方法，将强化生物除磷同步内源反硝化技术和短程硝化厌氧氨氧化技术同时用于处理低碳城市污水，实现较高的氮磷去除率，且具有氧耗低、能耗低，建设成本和运行成本低以及剩余污泥产量少等优点，强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化工艺结合了强化生物除磷同步内源反硝化工艺和短程硝化厌氧氨氧化工艺各自的优点，可应用于城市污水的脱氮除磷，且工艺流程简单，运行费用低，剩余污泥产量少。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置和方法，针对城市污水的水质特点，实现城市污水的脱氮除磷，突破采用传统脱氮除磷工艺处理城市污水时碳源不足、氮、磷的去除率不高，污泥膨胀，能耗高，建设成本和运行成本高以及剩余污泥产量大等问题，并结合强化生物除磷同步内源反硝化工艺和短程硝化厌氧氨氧化工艺各自的优点，工艺流程简单，运行费用低，剩余污泥产量少。
为了实现上述目的，本发明所述强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置的主体结构包括城市污水原水水箱、内源反硝化耦合除磷SBR反应器、中间水箱、短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器、出水水箱以及在线监测和反馈控制系统;城市污水原水水箱的底部右侧设有第一放空管，城市污水原水水箱的左侧上部设有第一溢流管，城市污水原水水箱通过第一进水泵与内源反硝化耦合除磷SBR反应器相连接;城市污水原水水箱通过第三进水泵与短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器;内源反硝化耦合除磷SBR反应器内安装有第一搅拌桨，第一搅拌桨的顶部伸出内源反硝化耦合除磷SBR反应器并与第一搅拌器连接，第一搅拌桨的下部安装有第一曝气头，第一曝气头与安装在内源反硝化耦合除磷SBR反应器左侧的第一气体流量计连接，第一气体流量计通过第一电磁阀与第一气泵连接;内源反硝化耦合除磷SBR反应器内安装有均与第一pH/DO测定仪连接的第一pH传感器和第一DO传感器，内源反硝化耦合除磷SBR反应器底端连接有第二放空管，内源反硝化耦合除磷SBR反应器的右侧中间位置开有第一采样口，第一采样口下端设有第一电动排水阀，内源反硝化耦合除磷SBR反应器通过第一电动排水阀与中间水箱相连接;中间水箱的底部右侧与第三放空管连接，左侧上部与第二溢流管连接;中间水箱通过第四进水泵与短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器相连接;短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内安装有第二搅拌桨，第二搅拌桨的顶端伸出短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器并与第二搅拌器连接，第二搅拌桨的下部设有第二曝气头4.8，第二曝气头与安装在短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器外侧的第二气流流量计连接，第二气体流量计通过第二电磁阀与第二气泵连接，短程硝化厌氧氨氧化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，短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的右侧下部设有第二采样口，第二采样口的上部设有第二电动排水阀，短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器通过第二电动排水阀与出水水箱相连接;出水水箱的上下两端分别设有第三溢流管和第五放空管，出水水箱通过第二进水泵与内源反硝化耦合除磷SBR反应器相连接;出水水箱5通过污泥回流泵与短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器相连接;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，可编程过程控制器的前侧面左部自上而下依次置第一曝气继电器、第一搅拌器继电器和第一pH/DO数据信号接口，右部自上而下依次置有第二曝气继电器、第二搅拌器继电器和第二pH/DO数据信号接口，第一pH/DO数据信号接口和第二pH/DO数据信号接口之间从左到右依次设有信号转换器DA转换接口和信号转换器AD转换接口，信号转换器AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将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;第一曝气继电器与第一电磁阀相连接;第一搅拌器继电器与第一搅拌器相连接;第一pH/DO数据信号接口与第一pH/DO测定仪相连接;第二曝气继电器与第二电磁阀相连接;第二搅拌器继电器与第二搅拌器相连接;第二pH/DO数据信号接口与第二pH/DO测定仪相连接。
本发明处理城市污水具体过程为：
(1)城市污水通过第一进水泵和第三进水泵由城市污水原水箱分别抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器和短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器;在内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，进行厌氧搅拌，聚磷菌(PAOs)进行厌氧释磷，聚糖菌(GAOs)进行聚羟基脂肪酸酯(PHA)的储存，实现城市污水中有机碳源向内碳源的转化过程，厌氧搅拌结束后，沉淀排水，出水通过第一电动排水阀排入中间水箱;在短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，进行曝气搅拌，以去除城市污水中的有机物，防止其对后续的厌氧氨氧化过程产生抑制;
(2)开启第四进水泵，将中间水箱中内源反硝化耦合除磷SBR反应器厌氧搅拌结束后的排水抽入短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器;在短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内进行间歇式低氧曝气搅拌，使得氨氧化菌利用原水NH4+-N进行短程硝化作用并将其氧化为NO2--N，厌氧氨氧化菌利用原水NH4+-N和短程硝化过程产生的NO2--N进行厌氧氨氧化作用并将其转化成NO3--N和N2，出水通过第二电动排水阀排入出水水箱;
(3)开启第二进水泵，将短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的排水由出水水箱抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器;在内源反硝化耦合除磷SBR反应器内进行低氧曝气搅拌，氨氧化菌进行硝化，PAOs利用厌氧搅拌阶段储存的内碳源PHA进行好氧吸磷和反硝化除磷，GAOs利用厌氧搅拌阶段储存的内碳源PHA进行内源反硝化脱氮，从而实现氮磷的同步去除，出水通过第一电动排水阀排出，实现城市污水的处理。
本发明采用强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水的装置进行强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水，其具体步骤如下：
(1)将现有强化生物除磷系统的剩余污泥投加至内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比1:2混合后投加至短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，使短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L;
(2)将城市污水加入城市污水原水水箱，启动第一进水泵将城市污水抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，厌氧搅拌60～240min，沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入中间水箱;启动第三进水泵将城市污水由城市污水原水水箱抽入短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，曝气搅拌20～100min，当pH曲线出现拐点后停止曝气搅拌;
(3)启动第四进水泵将内源反硝化耦合除磷SBR反应器厌氧搅拌结束的排水从中间水箱抽入短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器内，进行间歇式低氧曝气搅拌，当NH4+-N浓度<1.0mg/L时停止低氧曝气搅拌，沉淀排水，排水比为0.2～0.7，出水排入出水水箱;此处的间歇式低氧曝气搅拌是指每隔15～30min进行低氧曝气搅拌，且溶解氧(DO)浓度为0.3～0.5mg/L;
(4)启动第二进水泵将短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的出水由出水水箱抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器内，低氧曝气搅拌180～300min后沉淀排水，排水比为0.2～0.5;内源反硝化耦合除磷SBR反应器运行时需排泥，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器内污泥浓度维持在2000～4000mg/L;短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器运行时需进行污泥回流，当出水水箱中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵，将出水水箱中的剩余污泥全部回流至短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器，以防止厌氧氨氧化污泥流失，实现强化生物除磷同步内源反硝化串联厌氧氨氧化处理城市污水。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是采用强化生物除磷技术进行城市污水的除磷过程，采用短程硝化和厌氧氨氧化技术实现城市污水的脱氮过程，解决了脱氮和除磷过程对碳源的竞争，提高了氮磷去除率;二是强化生物除磷同步内源反硝化技术，可实现原水中有机碳源的最大储存，并能在保障系统稳定除磷的同时实现部分脱氮;三是强化生物除磷同步内源反硝化和短程硝化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氨氧化菌及厌氧氨氧化菌之间在污泥龄上的矛盾，四是强化生物除磷同步内源反硝串联厌氧氨氧化技术处理低碳城市污水时，可以实现较高的氮磷去除率，且氧耗低、能耗低，建设成本和运行成本低、剩余污泥产量少。