申请日2016.01.09
公开(公告)日2016.04.06
IPC分类号C02F9/14
摘要
短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法，属于污水生物处理领域，系统包括原水水箱、除有机物除磷SBR反应器、短程硝化SBR反应器、厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器、第二调节水箱和短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器;将各功能菌群按照其自身的生长特性分别在不同反应器中进行优势培养，解决了脱氮与除磷之间的污泥龄矛盾，增强了处理系统的稳定性。将实时控制应用于短程硝化SBR反应器，解决低氨氮短程硝化难以稳定维持的问题;将短程硝化反应器出水和除有机物反应器出水混合，解决连续流半短程硝化难以维持的问题;将短程反硝化-厌氧氨氧化用于厌氧氨氧化反应器出水的进一步处理，解决厌氧氨氧化产生的硝态氮的问题。
权利要求书
1.短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，包括原水水箱、除有机物SBR反应器、与除有机物SBR反应器并联的短程硝化SBR反应器、短程硝化实时控制系统、第一调节水箱、厌氧氨氧化UASB反应器、第二调节水箱和短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器;其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR以及短程硝化反应器反应器相连;除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连;短程硝化SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连;第一调节水箱通过蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器相连;厌氧氨氧化UASB反应器出水管与第二调节水箱相连;原水水箱通过超越管与第二调节水箱相连连并通过蠕动泵调节进入第二调节水箱的污水流量;第二调节水箱通过蠕动泵与短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器相连。
2.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述除有机物SBR反应器设有搅拌器、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管、和出水阀门。
3.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述的短程硝化SNR反应器设有搅拌器、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。
4.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述短程硝化实时控制系统包括溶解氧DO传感器、pH传感器、DO与pH测定仪、数据信号输入接口、数据信号输出接口、执行机构、进水继电器、出水继电器、曝气继电器、电动搅拌器继电器和信号输出接口。
5.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
6.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述第一调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
7.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
8.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。
9.根据权利要求1所述的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理 城市污水的系统，其特征在于，所述短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流管和出水管。
10.短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的方法，其特征在于，包括：
将城市污水处理厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS=2000-5000mg/L;每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，使得溶解氧DO在2-5mg/L，沉淀排水，排水比在30～70%，当除有机物SBR反应器出水COD<90mg/L，且硝化率<5%，出水P<1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动;出水排入第一调节水箱;
将城市污水处理厂剩余污泥或短程硝化污泥投加至短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS=2000-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从原水水箱抽入反应器;每周期内，缺氧搅拌20～40min，之后开始曝气搅拌，通过配备的实时控制装置控制反应器内溶解氧DO为0.5～2mg/L，在线监测反应器内pH值变化曲线，在pH值变化最低点出现，继续曝气20～30min后停止曝气，开始沉淀，沉淀时间为30～60min，沉淀后排水，排水比为30%～70%，当短程硝化SBR反应器出水NH4+-N<2mg/L，NO2--N积累率>80%，完成短程硝化SBR反应器的启动，出水排入第一调节水箱;
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进水中的NH4+-N与NO2—N转化为N2排出系统，当UASB反应器出水NH4+-N浓度<1mg/L，或NO2--N浓度<1mg/L，完成厌氧氨氧化UASB反应器的启动调试;
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入到UASB反应器，短程反硝化作用将进水中的NO3--N转化为NO2--N，然后通过厌氧氨氧化作用将NO2--N和进水中的NH4+-N转化为N2，当UASB反应器出水中NH4+-N浓度<1mg/L且NO3.--N<1mg/L，完成短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器的启动调试;
各反应器启动成功者之后，系统正式运行，生活污水以不同水量分别进入除有机物SBR反应器、短程硝化SBR、第二调节水箱;在除有机物SBR反应器中，通过厌氧好氧过程的实现磷的释放和吸收，实现磷的去除，其处理出水排入第一调节水箱;在短程硝化SBR反应器内，以缺氧好氧方式运行，在好氧时间段内通过在线实时控制实现污水的全部短程硝化，其出水排入第一调节水箱;通过调节除有机物SBR和短程硝化SBR的处理水量使得第一调节水箱中NH4+-N，NO2--N的质量浓度比例为1:1～1:1.3;将第一调节水箱中的污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器并通过厌氧氨氧化作用将NH4+-N和 NO2+-N去除，其出水排入第二调节水箱，在不断监测第二调节水箱中NH4+-N和NO3--N的浓度的基础上并通过蠕动泵调节原水水箱进入第二调节水箱污水的流量，使得第二调节水箱中NH4+-N和NO3--N的质量浓度比例为1:1-1.3，最终通过短程反硝化-厌氧氨氧化作用将NH4+-N和NO3--N去除。
说明书
短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法。
背景技术
随着我国经济的持续高速发展，城市化的不断推进，国民生活水平不断提高，居民用水量持续增加的同时排放了大量城市生活污水，如果任由这些污水流入河流等自然水体，将会进一步加剧我国自然水体的富营养状况，因而需要污水处理厂将这些污水处理达标后排入水体。但是传统污水处理厂的生物脱氮工艺，普遍以硝化反硝化工艺脱除污水中的总氮，需要大量的有机物为反硝化提供电子供体，但是城市生活污水存在低C/N比的问题，污水中原有的有机物无法满足脱氮的要求，需要投加甲醇、乙醇等外碳源以达到高效率的总氮去除，如此便增加了污水处理厂的运行费用，另外传统处理工艺需要大量曝气，消耗了大量的能源。在排放标准日益严苛的今天，急需开发低耗高效的污水处理工艺。
厌氧氨氧化菌的发现为污水处理领域的技术改革指明了方向，厌氧氨氧化工艺与传统脱氮工艺相比存在显著优势：(1)与传统工艺相比节约60%曝气量;(2)以自养方式脱氮，不需要投加外碳源，节省费用并避免二次污染;(3)可以将原水中的碳源加以回收转化为能源;(4)厌氧氨氧化工艺多采用颗粒污泥和生物膜的形式运行，水力停留时间短，处理负荷高，工艺占地面积小。
目前关于厌氧氨氧化污水脱氮工艺的研究，主要有以下几个特点：(1)高氨氮研究相对比较成熟，实际工程应用也比较多;(2)低氨氮污水的厌氧氨氧化工艺研究逐渐引起各国研究人员重视，相关研究逐渐增多，但距离实际应用还有相当距离;(3)低氨氮厌氧氨氧化工艺研究的主要难点在于短程硝化的实现和稳定维持;(4)低氨氮污水尤其是城市生活污水存在水量大、水质波动大、冬季水温较低的特点，一定程度也限制了厌氧氨氧化在城市污水处理领域的应用。
因而，现阶段需要解决的一个技术问题是：如何开发一种可靠的措施，以解决现存技术中存在的问题。短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化系统利用序批式活性污泥法(SBR)反应器可控性强，易实现短程硝化的特点，并结合短程反硝化节省碳源的特点，将厌氧氨氧化应用于生活污水的深度脱氮处理中，最终以“双短程-厌氧氨氧化”的工艺特点实现低耗高效地生活污水处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法，将短程硝化、厌氧氨氧化、短程反硝化应用于城市污水处理，实现城市污水的低耗高效处理。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水系统，通过在线监测短程硝化反应器的pH值，实现短程硝化的实时控制，保证短程硝化的稳定运行;在厌氧氨氧化反应器后接短程反硝化-厌氧氨氧化反应器，利用短程反硝化和厌氧氨氧化的耦合实现出水总氮的进一步降低，同时节约反硝化所需碳源，该系统包括原水水箱、并联运行的除有机物SBR反应器和短程硝化SBR反应器，以及短程硝化在线控制系统、第一调节水箱、厌氧氨氧化UASB反应器、第二调节水箱、短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器;其中，所述原水水箱通过进水泵与除有机物SBR以及短程硝化反应器反应器相连;除有机物SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连;短程硝化SBR反应器出水阀与第一调节水箱相连;第一调节水箱通过蠕动泵与厌氧氨氧化UASB反应器相连;厌氧氨氧化UASB反应器出水管与第二调节水箱相连;原水水箱通过超越管与第二调节水箱相连连并通过蠕动泵调节进入第二调节水箱的污水流量;第二调节水箱通过蠕动泵与短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器相连。
进一步地，所述除有机物SBR反应器设有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。
进一步地，所述短程硝化SBR反应器设有搅拌装置、曝气头、气体流量计、曝气泵、出水管和出水阀门。
进一步地，所述短程硝化在线监测系统及反馈控制系统包括溶解氧DO传感器、pH 传感器、pH与DO测定仪、数据信号输入接口、计算机、数据输出接口、执行机构、进水继电器、出水继电器、曝气继电器、电动搅拌继电器和信号输出接口。
进一步地，所述原水水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述第一调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述第二调节水箱为封闭箱体，设有溢流管和放空管。
进一步地，所述厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。
进一步地，所述短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器包括三相分离器、排气管、溢流堰和出水管。
本发明还提供了一种短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的方法，包括：
将城市污水处理厂剩余污泥投加至除有机物SBR反应器，使反应器内污泥浓度MLSS=2000-5000mg/L;每周期厌氧搅拌10～30min，随后曝气搅拌30～60min，溶解氧DO维持在2-5mg/L，之后沉淀排水，排水比在30～70%，当除有机物SBR反应器出水COD<90mg/L，且硝化率<5%，出水P<1mg/L时，完成SBR除有机物反应器的启动;出水排入第一调节水箱;
将城市污水处理厂剩余污泥或短程硝化污泥投加至短程硝化SBR反应器，控制反应器内污泥浓度为MLSS=2000-5000mg/L，每周期通过蠕动泵将污水从原水水箱抽入反应器;每周期内，缺氧搅拌20～40min，之后开始曝气搅拌，通过配备的实时控制装置控制反应器内溶解氧DO恒定为0.5～2mg/L，在线监测反应器内pH值变化曲线，在pH值变化最低点出现，继续曝气20～30min后停止曝气，开始沉淀，沉淀时间为30～60min，沉淀后排水，排水比为30%～70%，当短程硝化SBR反应器出水NH4+-N<2mg/L，NO2--N积累率>80%，完成短程硝化SBR反应器的启动，出水排入第一调节水箱;
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用将进水中的NH4+-N与NO2—N转化为N2排出系统，当UASB反应器出水NH4+-N浓度<1mg/L，或NO2--N浓度<1mg/L，完成厌氧氨氧化UASB反应器的启动调试;
将厌氧氨氧化颗粒污泥或絮状污泥投入到UASB反应器，短程反硝化作用将进水中 的NO3--N转化为NO2--N，然后通过厌氧氨氧化作用将NO2--N和进水中的NH4+-N转化为N2，当UASB反应器出水中NH4+-N浓度<1mg/L且NO3.--N<1mg/L，完成短程反硝化-厌氧氨氧化UASB反应器的启动调试;
各反应器启动成功者之后，系统正式运行，生活污水以不同水量分别进入除有机物SBR反应器、短程硝化SBR、第二调节水箱;在除有机物SBR反应器中，通过厌氧好氧过程的实现磷的释放和吸收，实现磷的去除，其处理出水排入第一调节水箱;在短程硝化SBR反应器内，以缺氧好氧方式运行，在好氧时间段内通过在线实时控制实现污水的全部短程硝化，其出水排入第一调节水箱;通过调节除有机物SBR和短程硝化SBR的处理水量使得第一调节水箱中NH4+-N，NO2--N的质量浓度比例为1:1～1:1.3;将第一调节水箱中的污水泵入厌氧氨氧化UASB反应器并通过厌氧氨氧化作用将NH4+-N和NO2+-N去除，其出水排入第二调节水箱，在不断监测第二调节水箱中NH4+-N和NO3--N的浓度的基础上通过蠕动泵调节原水水箱进入第二调节水箱污水的流量使得第二调节水箱中NH4+-N和NO3--N的质量浓度比例为1:1-1.3，最终通过短程反硝化-厌氧氨氧化作用将NH4+-N和NO3--N去除。
综上，本发明提供的短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法，将短程硝化、短程反硝化和厌氧氨氧化应用于生活污水的深度脱氮处理中，相较于传统脱氮工艺，使得耗氧量降低60%，同时无需投加外碳源和中和剂，可以回收一部分能源。
将各功能菌根据生长特性和污泥龄分别在不同的系统中培养：异养菌于除有机物SBR反应器中，硝化菌于短程硝化SBR反应器中，厌氧氨氧化菌于UASB反应器中，如此，可以根据各功能菌的特点给予其最优的生长条件，避免了脱氮与除磷的污泥龄矛盾，同时避免了溶解氧和有机物对厌氧氨氧化菌的影响，各分系统的稳定保证了整体系统的高效稳定运行，实现城市污水的高效低耗处理。
利用序批式活性污泥法(SBR)反应器可控性强，易实现短程硝化的特点，将短程硝化SBR实时控制技术应用于污水的短程硝化，同时将除有机物反应器的出水加入到调节水箱，实现了污水的半短程硝化，解决了连续流半短程硝化难以实现以及出水中氨氮和亚硝的浓度比例难以稳定维持等问题。
利用UASB反应器对污泥持留性强、易于形成颗粒污泥、负荷高的特点进行厌氧氨氧化菌的富集，提高了系统的抗冲击能力。
为了将厌氧氨氧化出水中的硝态氮进一步去除，厌氧氨氧化出水和一定量的原水混合后进入到第二个UASB反应器进行短程反硝化耦合厌氧氨氧化的反应，实现了碳源的节约，同时避免了原水直接进厌氧氨氧化UASB反应器对厌氧氨氧化菌的抑制，增强了系统的稳定性和高效性。