申请日2013.10.28
公开(公告)日2015.06.17
IPC分类号C02F9/14
摘要
反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生活污水的装置和方法，属于污水生物处理领域。工艺包括顺序串联的高氨氮进水水箱、一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器、沉淀池、生活污水进水水箱、反硝化除磷脱氮反应器、出水水箱;所述方法为：在一体化反应器内，高氨氮废水通过短程硝化和厌氧氨氧化作用实现氮的有效去除;在反硝化除磷脱氮反应器内，聚磷菌先利用生活污水中的有机碳源厌氧释磷，后利用厌氧氨氧化出水中的硝态氮缺氧反硝化除磷，最后在好氧段对磷进一步吸收，并伴有硝化细菌产生的硝化作用。该方法将厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷耦合应用于污水生物脱氮除磷系统中，有效的利用了厌氧氨氧化过程产生的硝态氮，大大降低了氧耗、能耗。
权利要求书
1.反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生活污水的装置，其特征在 于，包括：高氨氮进水水箱(1)、一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)、 沉淀池(3)、生活污水进水水箱(4)、反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)、出水 水箱(6)，以及厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统(7);其中， 高氨氮进水水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与一体化短程硝化和厌氧氨氧化反 应器(2)相连接;一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器(2)出水阀与沉淀池(3) 相连接;沉淀池(3)放空管通过污泥回流泵(2.12)与一体化短程硝化和厌氧 氨氧化反应器(2)污泥回流管相连接;沉淀池(3)通过第二进水泵(5.2)与 反硝化除磷脱氮反应器(5)相连接;生活污水进水水箱(4)通过第三进水泵(5.1) 与反硝化除磷脱氮反应器(5)相连接;反硝化除磷脱氮反应器(5)出水管与出 水水箱(6)相连接;
所述一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)内置有第一搅拌器(2.2)、 第一搅拌桨(2.3)、第一曝气头(2.7)、加热装置(2.8)、第一出水阀(2.9)、污 泥回流阀(2.10)、第一取样口(2.11)、pH和温度传感器(2.14)、第一DO传 感器(2.15);
所述反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)内置有第二搅拌器(5.3)、第二搅拌 桨(5.4)、第二曝气头(5.8)、第二出水阀(5.9)、排泥阀(5.10)、第二取样口 (5.12)、pH传感器(5.14)和第二DO传感器(5.15);
所述厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统(7)包括计算机 (7.1)和可编程过程控制器(7.2)，可编程过程控制器(7.2)内置信号转换器 AD转换接口(7.3)、信号转换器DA转换接口(7.4)、第一进水继电器(7.5)、 第一曝气继电器(7.6)、温度数据信号接口(7.7)、第一搅拌器继电器(7.8)、 第一pH和DO数据信号接口(7.9)、第一出水继电器(7.10)、污泥回流继电器 (7.11)、第二进水继电器(7.12)、第三进水继电器(7.13)、第二曝气继电器(7.14)、 第二搅拌器继电器(7.15)、第二出水继电器(7.16)和排泥继电器(7.17)、第 二pH和DO数据信号接口(7.18);其中，可编程过程控制器(7.2)上的信号 转换器AD转换接口(7.3)通过电缆线与计算机(7.1)相连接，将传感器模拟 信号转换成数字信号传递给计算机(7.1);计算机(7.1)通过信号转换器DA转 换接口(7.4)与可编程过程控制器(7.2)相连接，将计算机(7.1)的数字指令 传递给可编程过程控制器(7.2);第一进水继电器(7.5)与第一进水泵(2.1) 相连接;第一曝气继电器(7.6)与第一电磁阀(2.5)相连接;温度数据信号接 口(7.7)通过传感器导线与加热装置(2.8)相连接;第一搅拌器继电器(7.8) 与第一搅拌器(2.2)相连接;第一pH和DO数据信号接口(7.9)通过传感器 导线与第一pH和DO测定仪(2.13)相连接;pH和温度传感器(2.14)、DO传 感器(2.15)分别通过传感器导线与第一pH和DO测定仪(2.13)相连接;第 一出水继电器(7.10)与第一出水阀(2.9)相连接;污泥回流继电器(7.11)与 污泥回流阀(2.10)相连接;第二进水继电器(7.12)和第三进水继电器(7.13) 分别与第二进水泵(5.2)和第三进水泵(5.1)相连接;第二曝气继电器(7.14) 与第二电磁阀(5.6)相连接;第二搅拌器继电器(7.15)与第二搅拌器(5.3) 相连接;第二出水继电器(7.16)和排泥继电器(7.17)分别与第二出水阀(5.9) 和排泥阀(5.10)相连接;第二pH和DO数据信号接口(7.18)通过导线与第 二pH和DO测定仪(5.13)相连接;pH传感器(5.14)和第二DO传感器(5.15) 分别通过传感器导线与第二pH和DO测定仪(5.13)相连接。
2.应用权利要求1所述的反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生 活污水的装置的方法，其特征在于，包括以下内容：
1)系统启动：将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比2:1混合后投加 至一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)，使反应器内活性污泥浓度达 到3000～5000mg/L;将城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投 加到反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500 ～4000mg/L;
2)运行时调节操作如下：
一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)启动时，将反应器内温度控 制在30±1℃，通过投加0.1mol/L的HCl将进水pH控制在7.5±0.01;在每个 运行周期先将经除碳处理后的污泥消化液由高氨氮进水水箱(1)经第一进水泵 (2.1)抽入一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)，此时进水游离氨FA 浓度为4～10mg/L，随后进行低氧曝气搅拌10～60min，并通过厌氧氨氧化和反 硝化除磷在线监测和反馈控制系统(7)控制反应器内DO浓度为0.3～0.5mg/L， 而后缺氧搅拌30～120min;此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅 拌pH值曲线出现拐点时停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌直至NO2--N<1mg/L; 最后，沉淀排水，排水比为40～60%，出水排入沉淀池(3);
一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)启动时，为防止污泥流失需 进行污泥回流，出水排入沉淀池(3)并沉淀1天后，并当污泥累积大于1L时， 启动污泥回流泵(2.12)，将沉淀池(3)中的剩余污泥全部回流至一体化短程硝 化和厌氧氨氧化SBR反应器(2);
当一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)出水NH4+-N<1mg/L， NO2--N<1mg/L时，完成一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)的启动; 此时，一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)出水NO3--N与进水NH4+-N 的质量浓度比为0.1～0.13;
反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)启动时，污泥龄为10～20d，水力停留时 间HRT为6～18h;每周期通过第三进水泵(5.1)将生活污水从生活污水进水水 箱(4)抽入反应器，厌氧搅拌60～180min;然后，通过第二进水泵(5.2)将一 体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)的出水从沉淀池(3)抽入反应器， 缺氧搅拌30～180min，当缺氧搅拌pH值曲线出现拐点时停止缺氧搅拌;之后， 再曝气搅拌30～180min，并通过厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系 统(7)控制反应器内DO浓度为2±0.2mg/L，当曝气搅拌NH4+-N<5mg/L时停 止曝气搅拌;最后，沉淀排水，排水比为40～60%;
当反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)出水P<1mg/L，TN<15mg/L时，完 成反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)的启动;
一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器(2)和反硝化脱氮除磷反应器(5)均 成功启动后，系统进入正式运行阶段：
一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)运行时，通过投加0.1mol/L 的HCl将一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)进水pH值控制在7.5 ±0.01，每周期进水结束后进行低氧曝气搅拌10～60min，并通过厌氧氨氧化和 反硝化除磷在线监测和反馈控制系统(7)控制反应器内DO浓度为0.3～0.5mg/L， 而后缺氧搅拌30～120min，此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅 拌pH值曲线出现拐点时停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌至NO2--N<1mg/L，沉 淀排水，排水比为40～60%;正式运行阶段，不再对一体化短程硝化和厌氧氨 氧化SBR反应器(2)内温度值进行调控，并且关闭污泥回流泵(2.12)，不再 对沉淀池(3)中的污泥进行回流;
反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)运行时，污泥龄控制在10～20d，水力停 留时间HRT为6～18h，每周期生活污水进水结束后，厌氧搅拌60～180min，然 后将一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器(2)的出水从沉淀池(3)抽入 反硝化除磷脱氮SBR反应器(5)，缺氧搅拌30～120min，当缺氧搅拌pH值曲 线出现拐点时停止缺氧搅拌，而后通过厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈 控制系统(7)控制反应器内DO浓度为2±0.2mg/L并曝气搅拌30～180min，当 曝气搅拌时NH4+-N<5mg/L时停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为40～60%。
说明书
反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生活污水的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化 出水和生活污水的装置和方法
背景技术
随着人类生活水平的提高、人口的急剧增长，以及工业的迅猛发展，污水的排放量 日趋增多，水环境污染日益严重，污水的脱氮除磷成为国内外专家学者研究的热点。但是， 传统生物脱氮除磷工艺在实际应用过程中，经常会出现脱氮效果和除磷效果不能同时达到 最佳的现象，并且存在耗能大、耗氧大、工艺复杂、脱氮除磷效率低、运行费用高等问题。
厌氧氨氧化是一种新型的生物脱氮技术，与传统硝化-反硝化相比具有耗能低，不需 外加碳源，不需投加酸碱中和试剂，剩余污泥产量少，耗氧减少62.5%等优点。但是，厌 氧氨氧化反应每消耗1mol的NH4+-N和1.32mol的NO2--N就会产生0.26mol的NO3--N， 使得TN去除率难以进一步提高。反硝化除磷技术实现了脱氮和除磷的统一，“一碳两用” 节省了碳源，且可有效的利用厌氧氨氧化过程产生的NO3--N进行反硝化除磷。但目前， 厌氧氨氧化反应过程中产生的硝态氮很少进行下一步的处理，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷 进行同步脱氮除磷的工艺更是极少报道。
因此，提出一种合理、有效的工艺，用于处理厌氧氨氧化出水中所含的硝态氮，是一 个迫在眉睫的问题。反硝化除磷SBR法结合了序批式反应器可操作性强、工艺简单、便于 实现同步脱氮除磷的特点，将SBR实时控制技术应用于反硝化除磷过程中，通过控制厌氧、 缺氧和好氧的运行工序和好氧段DO浓度，实现了污水的脱氮除磷;同时，有效的利用了 厌氧氨氧化过程产生的硝态氮进行反硝化除磷，充分发挥了厌氧氨氧化与反硝化除磷耦合 的优点，对开发运行费用低、投资少的同步脱氮除磷新技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是提供一种反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生活污 水的工艺和方法，实现高氨氮厌氧氨氧化出水中硝态氮的进一步处理，有效的提高系统TN 去除率。此外，结合在线监测反应器中pH值和DO的变化情况，对短程硝化、厌氧氨氧 化和反硝化除磷过程进行实时控制，可有效的维持系统稳定性。该发明不仅解决了厌氧氨 氧化出水硝态氮过高的问题，而且具有工艺流程简单、可控制性强、操作灵活等特点，可 降低工艺运行费用，减少能源消耗。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧 化出水和生活污水的装置，其特征在于，包括：高氨氮进水水箱1、一体化短程硝化和厌 氧氨氧化SBR反应器2、沉淀池3、生活污水进水水箱4、反硝化除磷脱氮SBR反应器5、 出水水箱6，以及厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统7;其中，高氨氮进 水水箱1通过第一进水泵2.1与一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器2相连接;一体化短 程硝化和厌氧氨氧化反应器2出水阀与沉淀池3相连接;沉淀池3通过第二进水泵5.2与 反硝化脱氮除磷反应器5相连接;生活污水进水水箱4通过第三进水泵5.1与反硝化脱氮 除磷反应器5相连接;反硝化除磷脱氮SBR反应器5出水阀与出水水箱6相连接;
所述一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2内置有第一搅拌器2.2、第一搅拌桨 2.3、第一曝气头2.7、加热装置2.8、第一出水阀2.9、污泥回流阀2.10、第一取样口2.11、 pH和温度传感器2.14、第一DO传感器2.15;
所述反硝化除磷脱氮SBR反应器5内置有第二搅拌器5.3、第二搅拌桨5.4、第二曝 气头5.8、第二出水阀5.9、排泥阀5.10、第二取样口5.12、pH传感器5.14和第二DO传 感器5.15;
所述厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统7包括计算机7.1和可编程过 程控制器7.2，可编程过程控制器7.2内置信号转换器AD转换接口7.3、信号转换器DA 转换接口7.4、第一进水继电器7.5、第一曝气继电器7.6、温度数据信号接口7.7、第一搅 拌器继电器7.8、第一pH和DO数据信号接口7.9、第一出水继电器7.10、污泥回流继电 器7.11、第二进水继电器7.12、第三进水继电器7.13、第二曝气继电器7.14、第二搅拌器 继电器7.15、第二出水继电器7.16和排泥继电器7.17、第二pH和DO数据信号接口7.18; 其中，可编程过程控制器7.2上的信号转换器AD转换接口7.3通过电缆线与计算机7.1相 连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机7.1;计算机7.1通过信号转换器 DA转换接口7.4与可编程过程控制器7.2相连接，将计算机7.1的数字指令传递给可编程 过程控制器7.2;第一进水继电器7.5与第一进水泵2.1相连接;第一曝气继电器7.6与第 一电磁阀2.5相连接;温度数据信号接口7.7通过传感器导线与加热装置2.8相连接;第一 搅拌器继电器7.8与第一搅拌器2.2相连接;第一pH和DO数据信号接口7.9通过导线与 第一pH和DO测定仪2.13相连接;pH和温度传感器2.14、DO传感器2.15分别通过传感 器导线与第一pH和DO测定仪2.13相连接;第一出水继电器7.10与第一出水阀2.9相连 接;污泥回流继电器7.11与污泥回流阀2.10相连接;第二进水继电器7.12和第三进水继 电器7.13分别与第二进水泵5.2和第三进水泵5.1相连接;第二曝气继电器7.14与第二电 磁阀5.6相连接;第二搅拌器继电器7.15与第二搅拌器5.3相连接;第二出水继电器7.16 和排泥继电器7.17分别与第二出水阀5.9和排泥阀5.10相连接;第二pH和DO数据信号 接口7.18通过导线与第二pH和DO测定仪5.13相连接;pH传感器5.14和第二DO传感 器5.15分别通过传感器导线与第二pH和DO测定仪5.13相连接。
污水在此装置中的处理流程为：经除碳处理后的污泥消化液通过第一进水泵2.1由高 氨氮进水水箱1抽入一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2内，通过调控pH、游离 氨FA和DO，抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，实现高氨氮废水的短程硝化，并通过低氧搅拌 和缺氧搅拌交替运行，将剩余的NH4+-N和NO2--N经厌氧氨氧化作用转化成N2和部分 NO3--N，出水排入沉淀池;与此同时，生活污水通过第三进水泵5.1被抽入反硝化除磷脱 氮SBR反应器5，反硝化细菌利用上一反应周期残留的NO3--N进行反硝化脱氮，聚磷菌 PAOs则利用污水中的挥发性脂肪酸VFA进行厌氧释磷，同时合成内碳源PHA储存于体 内;待厌氧释磷过程结束后厌氧氨氧化出水被抽入反硝化除磷脱氮SBR反应器5，反硝化 除磷菌DPAOs以NO3--N为电子受体，利用体内合成的内碳源进行缺氧反硝化除磷，此后 进行曝气搅拌，发生硝化作用以及对磷的进一步吸收，出水排入出水水箱。
本发明还提供了一种反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生活污水的 方法，其具体的启动和操作步骤如下：
1)系统启动：将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比2:1混合后投加至一体化短 程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2，使反应器内活性污泥浓度达到3000～5000mg/L;将 城市污水厂剩余污泥或具有脱氮除磷性能的活性污泥投加到反硝化除磷脱氮SBR反应器 5，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L;
2)运行时调节操作如下：
一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2启动时，将反应器内温度控制在30±1℃， 通过投加0.1mol/L的HCl将进水pH控制在7.5±0.01;在每个运行周期先将经除碳处理 后的污泥消化液由高氨氮进水水箱1经第一进水泵2.1抽入一体化短程硝化和厌氧氨氧化 SBR反应器2，此时进水游离氨FA浓度为4～10mg/L，随后进行低氧曝气搅拌10～60min， 并通过厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统7控制反应器内DO浓度为0.3～ 0.5mg/L，而后缺氧搅拌30～120min;此后低氧曝气搅拌和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅 拌pH值曲线出现拐点时停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌直至NO2--N<1mg/L;最后，沉 淀排水，排水比为40～60%，出水排入沉淀池3;
一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2启动时，为防止污泥流失需进行污泥回流， 出水排入沉淀池3并沉淀1天后，并当污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵2.12，将沉 淀池3中的剩余污泥全部回流至一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2;
当一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2出水NH4+-N<1mg/L，NO2--N<1mg/L 时，完成一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2的启动;此时，一体化短程硝化和厌 氧氨氧化SBR反应器2出水NO3--N与进水NH4+-N的质量浓度比为0.1～0.13;
反硝化除磷脱氮SBR反应器5启动时，污泥龄为10～20d，水力停留时间HRT为6～ 18h;每周期通过第三进水泵5.1将生活污水从生活污水进水水箱4抽入反应器，厌氧搅拌 60～180min;然后，通过第二进水泵5.2将一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2的 出水从沉淀池3抽入反应器，缺氧搅拌30～180min，当缺氧搅拌pH值曲线出现拐点时停 止缺氧搅拌;之后，再曝气搅拌30～180min，并通过厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和 反馈控制系统7控制反应器内DO浓度为2±0.2mg/L，当曝气搅拌NH4+-N<5mg/L时停 止曝气搅拌;最后，沉淀排水，排水比为40～60%;
当反硝化除磷脱氮SBR反应器5出水P<1mg/L，TN<15mg/L时，完成反硝化除磷 脱氮SBR反应器5的启动;
一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器2和反硝化脱氮除磷反应器5均成功启动后，系 统进入正式运行阶段：
一体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2运行时，通过投加0.1mol/L的HCl将一 体化短程硝化和厌氧氨氧化SBR反应器2进水pH值控制在7.5±0.01，每周期进水结束后 进行低氧曝气搅拌10～60min，并通过厌氧氨氧化和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统 7控制反应器内DO浓度为0.3～0.5mg/L，而后缺氧搅拌30～120min，此后低氧曝气搅拌 和缺氧搅拌交替，当低氧曝气搅拌pH值曲线出现拐点时停止低氧曝气搅拌，再缺氧搅拌 至NO2--N<1mg/L，沉淀排水，排水比为40～60%;正式运行阶段，不再对一体化短程硝 化和厌氧氨氧化SBR反应器2内温度值进行调控，并且关闭污泥回流泵2.12，不再对沉淀 池3中的污泥进行回流;
反硝化除磷脱氮SBR反应器5运行时，污泥龄控制在10～20d，水力停留时间HRT 为6～18h，每周期生活污水进水结束后，厌氧搅拌60～180min，然后将一体化短程硝化 和厌氧氨氧化SBR反应器2的出水从沉淀池3抽入反硝化除磷脱氮SBR反应器5，缺氧 搅拌30～120min，当缺氧搅拌pH值曲线出现拐点时停止缺氧搅拌，而后通过厌氧氨氧化 和反硝化除磷在线监测和反馈控制系统7控制反应器内DO浓度为2±0.2mg/L并曝气搅拌 30～180min，当曝气搅拌时NH4+-N<5mg/L时停止曝气搅拌，沉淀排水，排水比为40～60%。
本发明的反硝化脱氮除磷处理高氨氮厌氧氨氧化出水和生活污水的装置和方法， 具有以下优点：
1)将全程自养脱氮-短程硝化和厌氧氨氧化应用于高氨氮废水的生物脱氮处理， 与传统硝化反硝化脱氮工艺相比不需外加碳源，不需投加酸碱中和试剂，剩余污泥产量少， 耗氧减少62.5%。
2)回收利用了厌氧氨氧化反应生成的NO3--N，并将其作为反硝化除磷的电子受 体，实现了生活污水的同步脱氮除磷，与传统厌氧释磷、好氧吸磷的除磷工艺相比，“一 碳两用”，有效利用了原水中的碳源，同时大大节省了能耗和氧耗。
3)一体化短程硝化和厌氧氨氧化反应器采用序批式活性污泥法SBR反应器，可 控性强、操作简便，同时结合SBR实时控制技术，可实现污水的全程自养脱氮。
4)将一体化短程硝化和厌氧氨氧化脱氮与反硝化除磷进行耦合，充分发挥了两 种技术的优点，实现了高氨氮废水和生活污水的脱氮除磷，运行费用低。