申请日2016.03.25
公开(公告)日2016.07.13
IPC分类号C02F3/30; C02F101/10; C02F101/16
摘要
本发明涉及一种城镇污水高标准除磷脱氮方法，采用序批式活性污泥反应器，运行工况为进水?厌氧?好氧?缺氧?后好氧?沉淀?排水，在曝气阶段的前端设置厌氧段，通过微生物的吸附与吸收，将水中碳源转化为污泥中的内碳源，同时，通过延长反应器泥龄，泥龄为20 d~150d，富集反应器内的硝化细菌，增强反应器硝化效能，缩短曝气时间，从而为曝气后缺氧段的反硝化脱氮与反硝化除磷提供充足碳源，进而实现在长泥龄条件下氮与磷的深度去除。本发明在短时曝气与长泥龄条件下利用细胞内碳源反硝化及反硝化除磷，具有深度同步除磷脱氮效能高、工艺流程短、操作运行简单、投资及运行成本低的优势，为污水厂深度除磷脱氮开辟了新途径。
权利要求书
1.一种基于长泥龄与短时曝气利用细胞内碳源的城镇污水高标准除磷脱氮方法，其特征在于：所述方法采用单级序批式活性污泥反应器，反应器污泥龄为20d~150d，序批式运行工况为进水-厌氧-好氧-缺氧-后好氧-沉淀-排水，反应器内设搅拌机与曝气装置，间歇进水、间歇出水;在反应器厌氧运行时段，厌氧时间控制在0.5~3h，将污水中的碳源几乎全部转移到污泥之中;在反应器好氧运行时段，好氧时间控制在30min~80min，好氧段DO始终控制在1mg/L以上，通过系统内富集的硝化细菌完成硝化;在反应器缺氧运行时段，缺氧时间控制在2~7h，为充分利用细胞内碳源创造条件，进行反硝化脱氮及除磷;在反应器后好氧运行时段，后好氧时间控制在0.2~0.5h。
2.根据权利要求1所述的城镇污水高标准除磷脱氮方法，其特征在于：所述方法中，在好氧-缺氧之后交替重复运行2~3个阶段的好氧-缺氧，减少胞内碳源消耗。
说明书
一种城镇污水高标准除磷脱氮方法
技术领域
本发明属于污水生物深度处理技术，特别涉及一种在长泥龄与短时曝气条件下利用胞内碳源实现反硝化脱氮与反硝化除磷的城镇污水高标准深度除磷脱氮处理技术。
背景技术
氮、磷均是导致水体富营养化的主要因素，城市污水未经处理直接排放会携带大量的氮、磷等营养物质进入水体，进而会引起水体富营养化，从而使整个水生生态系统和水功能受到破坏。因此，世界各国都规定了越来越严格污水排放标准。相比于物理和化学方法,生物方法因其能耗和经济方面的优势，已成功应用于城市污水厂的除磷脱氮。
现有城镇污水厂采用传统的生物除磷脱氮工艺，一方面，其处理出水中都含有较高的硝氮，排向水体对水环境形成严重威胁;另一方面，回流污泥中也携带了较高浓度的硝态氮，这些硝态氮如果直接回流到厌氧段，将会引起反硝化细菌与聚磷菌对碳源的竞争，从而削弱聚磷菌在系统中的优势程度，影响除磷效果，目前常采用化学协同除磷保证出水磷达标。虽然现有前置缺氧等改良工艺可以缓解回流污泥中的硝态氮对厌氧释磷的影响，但处理效果提升有限。而实现城镇污水的深度脱氮通常需要投加碳源，大幅增加了深度处理的成本，碳源缺乏成为其高标准低成本处理的瓶颈。对此，如果能找到新的低成本碳源来降低污水中的硝氮，不仅可以降低污水厂尾水对水环境的危害，同时还能消除硝氮对聚磷菌除磷系统的影响，从而实现低成本的城市污水高标准深度除磷脱氮。
传统除磷脱氮工艺存在泥龄矛盾，传统脱氮工艺曝气时间长，能耗大，生物除磷脱氮对碳源的竞争，以及深度除磷脱氮碳源缺乏等问题。
细胞内碳源是一种一直被忽视的碳源，其广泛存在于各种微生物中。微生物具有将污水中的碳源转化为细胞内碳源的能力，但在传统脱氮工艺中，长时间的好氧段将微生物的内碳源消耗殆尽，使其无法得到有效利用。微生物将污水中的碳源转化为细胞内碳源后，对系统中碳源的降解速率也将大大降低，由此可降低好氧段对系统中碳源的损耗;同时，通过能提高硝化速率，减少好氧段曝气所需的时间，也将进一步降低系统碳源的损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种城镇污水高标准除磷脱氮方法，在短时曝气与长泥龄条件下，利用细胞内碳源反硝化脱氮及反硝化除磷，对城市污水深度同步除磷脱氮，解决传统工艺深度除磷脱氮工艺流程长，投资运行费用高等问题。
为达到上述目的，本发明采用序批式活性污泥反应器，运行工况为进水-厌氧-好氧-缺氧-后好氧-沉淀-排水，在曝气阶段的前端设置厌氧段，通过微生物的吸附与吸收，可将水中碳源转化为污泥中的内碳源，同时，通过延长反应器泥龄，增强反应器硝化效能，同时缩短曝气时间，不仅可有效降低运行能耗，还能降低曝气对污泥内碳源的消耗，从而为曝气后缺氧段的反硝化吸磷提供充足碳源。
本发明具体技术方案如下：
(1)采用单级序批式活性污泥反应器，序批式运行工况为进水-厌氧-好氧-缺氧-后好氧-沉淀-排水，内设搅拌机与曝气装置，系统间歇进水、间歇出水。反应器污泥泥龄为20d~150d。
(2)在反应器厌氧运行时段，厌氧时间控制在0.5~3h，将污水中的碳源几乎全部转移到污泥之中。
(3)反应器好氧运行时段，好氧时间控制在30min~80min，为保证好氧段的硝化速率，好氧段的DO控制在1mg/L以上，通过系统内富集的硝化细菌完成硝化，同时减少好氧段对内碳源的损耗。
(4)反应器缺氧运行时段，缺氧时间控制在2~7h。反应器好氧段运行完成后，进入一个较长时间的缺氧段，由于利用污泥中内碳源脱氮的速率大大低于污水中的碳源，该阶段的反硝化脱氮及除磷需要一个较长的时间。由于反硝化发生在硝化之后，无需进行消化液回流，可实现氮的去除。
(5)反应器后好氧运行时段，后好氧时间控制在0.2~0.5h;为保证反应器处理效果，在出水之前设置一个短暂的好氧段。
(6)为了更加充分的利用细胞内碳源，以及为微生物创造出更好的生长条件，可以将厌氧段后面的好氧段与缺氧段拆分为2~3个阶段交替进行。
通过本方法构建成功的基于短时曝气与长泥龄条件、利用细胞内碳源进行反硝化脱氮与反硝化除磷的城市污水深度同步除磷脱氮系统，对进水COD280~380mg/L、NH3-N40~50mg/L，TN42~55mg/L、TP为3~5mg/L的城镇污水具有较强的深度同步除磷脱氮的能力。
本方法具有以下优点：
(1)处理效能高、单级反应器实现高标准深度处理
本方法以城镇污水为处理对象，反应器在短时曝气与长泥龄条件下，利用细胞内碳源进行城市污水深度反硝化同步除磷脱氮，可使出水达到地表水环境质量标准。系统在不增加深度处理设施，不补充碳源和投加化学除磷药剂的条件，实现城镇污水的高标准深度处理。
(2)能耗低、投资、运行成本低
本方法对城镇污水的深度除磷脱氮在单级序批式反应器中完成，不需设置有关深度处理设施，大幅节省了污水处理设施的投资;对于污水厂已建的序批式强化二级污水处理设施，只需进行运行工况调整即可实现污水的深度处理，不需新建处理设施;
本方法可有效缩短好氧曝气时间，好氧时间可缩短至80min，甚至可以更短，降低系统运行能耗;
并且，系统利用内碳源进行反硝化深度除磷脱氮，无需外加碳源，节省了碳源投加成本;
同时，系统利用聚磷菌和反硝化聚磷菌强化生物除磷，无需投加化学药剂，大幅降低了污水深度处理的成本。本方法不仅可以通过反硝化聚磷菌来利用细胞内碳源，同时可以也通过反硝化菌来利用细胞内碳源。由于在处理污水过程中，在好氧段和缺氧段，有时会发生磷已经在好氧段得到去除，但是系统中已经存在较多的硝氮，这时候就需要利用反硝化菌来去除污水中的硝氮，由于没有磷的存在，反硝化聚磷菌在这一时刻将无法成为优势，此时需要反硝化菌来利用细胞内碳源实现硝氮的去除。
(3)本方法的泥龄长于传统工艺，通过延长反应器泥龄，泥龄为20d~150d，富集反应器内的硝化细菌，增强反应器硝化效能，缩短曝气时间，不仅可有效降低运行能耗，还能降低曝气对污泥内碳源的消耗，从而为曝气后缺氧段的反硝化脱氮与反硝化除磷提供充足碳源，进而实现了在长泥龄条件下氮与磷的深度去除。解决了传统除磷脱氮工艺的泥龄矛盾。
(4)工艺流程短、运行管理简便
本方法工艺流程短，深度除磷脱氮构筑物为单级反应器，运行管理简便方便。解决了现有城镇污水深度处理工艺流程长、运行管理复杂的问题。
另外，本方法可直接启动，无需预先驯化聚磷菌与外加复合菌剂，通过泥龄调控便可实现系统内细菌的自然富集，同时启动时间可在15d内实现。
综上可见，本发明具有深度同步除磷脱氮效能高、工艺流程短、运行管理简便、投资及运行成本低的优势，为城镇污水高标准深度除磷脱氮开辟了新途径。