申请日2014.11.29
公开(公告)日2015.04.29
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法。城市污水首先进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，首先生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用;污水再进入缺氧区，生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气;最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮;最终实现连续流城市污水剩余除磷与自养脱氮，降低城市污水厂处理能耗。
权利要求书
1.基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，其特 征在于，应用如下装置：设有城市污水原水箱(1)、生物除磷脱氮反应器(2)、 二沉池(3);城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2);城市污 水原水箱(1)通过进水泵(2.1)与生物除磷脱氮反应器进水管(2.2)相连接; 生物除磷脱氮反应器(2)分为数个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连 接各个格室;第一个格室为设有悬浮填料的厌氧区(2.3)，第二、三格室为设有 悬浮填料的缺氧区(2.4)，其余格室为好氧区(2.5);厌氧区和缺氧区设有搅拌 器(2.10)，好氧区通过设有空压机(2.8)、气体流量计(2.9)、气量调节阀(2.11) 及曝气头(2.12)的曝气系统进行充氧;生物除磷脱氮反应器(2)通过二沉池 连接管(2.13)与二沉池(3)连接;二沉池(3)通过污泥回流泵(2.6)与生物 除磷脱氮反应器进水管(2.2)相连接;硝化液回流泵(2.7)将最后一格好氧区 和第一个缺氧格室连接起来;
方法的步骤为：
1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至生物除磷脱氮反应器(2)， 使污泥浓度为1500-3000mg/L;接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至生 物除磷脱氮反应器的厌氧区和缺氧区，填充体积比为15-40%;
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水与二沉池回流污泥混合后进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区， 该区悬浮填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原 为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮 体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用;厌氧区的泥水混合液和回流硝化液一起进 入缺氧区，该区悬浮填料生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的 硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为 氮气;最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中 剩余的氨氮氧化为硝态氮;
2.2)生物除磷脱氮反应器好氧区污泥回流比为50-100%;通过调整剩余污泥 的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20天;
2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧区的充氧量，控制好氧区前端 溶解氧浓度为0.5-1.5mg/L，好氧区最后一个格室中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/L;
2.4)生物除磷脱氮反应器的水力停留时间为8-14h，其中厌氧水力停留时间 为1.5-3h，缺氧水力停留时间为3-6h;
2.5)硝化液回流比为100-200%;当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/L 时，降低硝化液回流比;当好氧区出水硝态氮浓度大于10mg/L时，提高硝化液 回流比。
说明书
基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法
技术领域
本发明涉及一种基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，属 于污水生物处理技术领域。
背景技术
厌氧氨氧化菌的发现改变了人们对氮循环途径的认识，使污水自养脱氮成为可能。与 传统异养生物脱氮相比，厌氧氨氧化自养脱氮可以节省曝气量，因为仅需将污水中一半的 氨氮氧化为亚硝态氮，而传统异养生物脱氮则需将全部的氨氮氧化为硝态氮;与此同时， 厌氧氨氧化自养脱氮无需有机碳源，因为厌氧氨氧化菌以无机碳作为碳源，这就可以将污 水中的有机物最大程度地用于厌氧产甲烷作用，以提高污水中能量的回收率。
目前污水短程硝化厌氧氨氧化技术主要应用于消化污泥脱水液等高氨氮污水脱氮。若 能将厌氧氨氧化技术推广至城市污水处理，则有望使城市污水厂有能耗大户转变化能量自 给或外供的企业。限制厌氧氨氧化技术在城市污水处理厂应用的瓶颈是厌氧氨氧化反应的 底物亚硝酸盐不能得到稳定供应。目前认为获得亚硝酸盐的主要途径是通过氨氧化菌将污 水中氨氮氧化为亚硝酸盐，同时避免亚硝酸盐进一步被亚硝酸盐氧化菌氧化为硝酸盐，即 实现短程硝化。最新研究表明厌氧环境持留的生物膜可进行短程反硝化作用，即可将硝态 氮还原为亚硝态氮，从而使反硝化过程出现亚硝态氮的积累，从而有望为厌氧氨氧化菌提 供底物亚硝态氮。因此若能基于短程反硝化提供亚硝态氮实现城市污水自养脱氮则可为厌 氧氨氧化技术在城市污水厂的应用提供技术支持。
发明内容
本发明的目的就是针对城市污水处理过程中亚硝态氮难以稳定获取的难题，提出了一 种基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，该方法首先使城市污 水进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，该区生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流 污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮 气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用;污水再进入缺氧区，生物膜上反硝化菌 进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化 菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气;最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸 盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮;最终实现连续流城市污水生物除磷与自养脱 氮，降低城市污水厂处理能耗。
本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污 水生物除磷自养脱氮装置设有城市污水原水箱1、生物除磷脱氮反应器2、二沉池3;城市 污水原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2;城市污水原水箱1通过进水泵2.1与生物除磷 脱氮反应器进水管2.2相连接;生物除磷脱氮反应器2分为数个格室，按照水流方向上下 交错设置过流孔连接各个格室;第一个格室为设有悬浮填料的厌氧区2.3，第二、三格室 为设有悬浮填料的缺氧区2.4，其余格室为好氧区2.5;厌氧区和缺氧区设有搅拌器2.10， 好氧区通过设有空压机2.8、气体流量计2.9、气量调节阀2.11及曝气头2.12的曝气系统 进行充氧;生物除磷脱氮反应器2通过二沉池连接管2.13与二沉池3连接;二沉池3通过 污泥回流泵2.6与生物除磷脱氮反应器进水管2.2相连接;硝化液回流泵2.7将最后一格好 氧区和第一个缺氧格室连接起来。
城市污水在此装置中的处理流程为：城市污水与二沉池回流污泥一起进入生物除磷脱 氮反应器的厌氧区进行短程反硝化、厌氧氨氧化与厌氧释磷;而后与回流硝化液一起进入 缺氧区，发生短程反硝化、厌氧氨氧化与反硝化除磷;然后进入好氧区发生好氧硝化作用， 从而达到将氮从污水中脱除的目的;混合污泥最后进入二沉池进行泥水分离，上清液作为 系统出水排放，部分沉淀污泥作为剩余污泥排放，部分沉淀污泥回流至反应器前端的厌氧 区。
基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮的方法，其特征在于包含 以下内容：
1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至生物除磷脱氮反应器(2)，使污 泥浓度为1500-3000mg/L;接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至生物除磷脱氮反 应器的厌氧区和缺氧区，填充体积比为15-40%。
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水与二沉池回流污泥混合后进入生物除磷脱氮反应器的厌氧区，该区悬浮 填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物 膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧 释磷作用;厌氧区的泥水混合液和回流硝化液一起进入缺氧区，该区悬浮填料生物膜上反 硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧 氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气;最后污水进入好氧区，絮体污泥中的氨氧化菌与 亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮;
2.2)生物除磷脱氮反应器好氧区污泥回流比为50-100%;通过调整剩余污泥的排放量， 控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20天;
2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧区的充氧量，控制好氧区前端溶解氧浓 度为0.5-1.5mg/L，好氧区最后一个格室中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/L;
2.4)生物除磷脱氮反应器的水力停留时间为8-14h，其中厌氧水力停留时间为1.5-3h， 缺氧水力停留时间为3-6h;
2.5)硝化液回流比为100-200%;当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/L时，降 低硝化液回流比;当好氧区出水硝态氮浓度大于10mg/L时，提高硝化液回流比。
本发明基于短程反硝化提供亚硝酸盐的城市污水生物除磷自养脱氮方法，与传统生物 除磷脱氮工艺相比具有以下优势：
1)污水中的氨氮一半通过厌氧氨氧化反应去除，所以仅有剩下的另外一半氨氮进入 好氧区，因此好氧区的需氧量可降低一半，进而可节省系统运行能耗。
2)好氧区氧化的氨氮量降低一半，使得回流的硝化液中的硝态氮浓度降低一半，进 而使得缺氧需要还原的硝态氮的量降低一半;同时硝态氮只需还原为亚硝态氮，无需进一 步还原为氮气，因此可大幅降低反硝化探源需求量。
3)自养脱氮污泥产量低，可减少污水厂污泥处置费用。