申请日2013.11.25
公开(公告)日2014.03.26
IPC分类号C02F9/14
摘要
低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置和方法，属于污水生物处理领域，装置包括城市污水原水箱、短程硝化反应器、第一调节水箱、反硝化除磷反应器、第二调节水箱、沉淀池、厌氧氨氧化反应器;城市污水分别进入短程硝化反应器和反硝化除磷反应器，在短程硝化反应器内实现NH4+-N向NO2--N的转变，在反硝化除磷反应器内聚磷菌利用原水中的有机碳源厌氧释磷，两反应器出水分别经调节水箱调节水量后进入厌氧氨氧化反应器实现氮的去除，出水则回流至反硝化除磷反应器内进行反硝化除磷和好氧吸磷。该方法降低了氧耗、能耗，脱氮不需碳源，解决了除磷菌和脱氮菌在碳源、溶解氧、污泥龄等方面的矛盾和竞争，实现了出水中NO3--N的回收利用。
权利要求书
1.低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置， 其特征在于，包括城市污水原水箱(1)、短程硝化SBR反应器(2)、第一调节 水箱(3)、反硝化除磷SBR反应器(4)、第二调节水箱(5)、沉淀池(6)、厌 氧氨氧化ASBR反应器(7);其中所述城市污水原水箱(1)通过第一进水泵(2.1) 与短程硝化SBR反应器(2)相连接;短程硝化SBR反应器(2)第一出水阀(2.8) 与第一调节水箱(3)相连接;城市污水原水箱(1)通过第二进水泵(4.1)与 反硝化除磷SBR反应器(4)相连接;反硝化除磷SBR反应器(4)通过第二出 水阀(4.9)与第二调节水箱(5)相连接;第一调节水箱(3)通过第三进水泵 (5.3)与厌氧氨氧化ASBR反应器(7)相连接;第二调节水箱(5)通过第四 进水泵(7.1)与厌氧氨氧化ASBR反应器(7)相连接;厌氧氨氧化ASBR反应 器(7)第四出水阀(7.4)与沉淀池(6)相连接;沉淀池(6)通过第五进水泵 (4.12)与反硝化除磷SBR反应器(4)相连接;沉淀池(6)第六放空管(6.2) 通过污泥回流泵(7.8)与厌氧氨氧化SBR反应器(7)污泥回流管(7.7)相连 接;
所述短程硝化SBR反应器(2)内置有第一搅拌浆(2.3)、第一气泵(2.4)、 第一气体流量计(2.6)、第一曝气头(2.7)、第一出水阀(2.8)、第一采样口(2.9);
所述反硝化除磷SBR反应器(4)内置有第二搅拌浆(4.3)、第二气泵(4.4)、 第二气体流量计(4.6)、第二曝气头(4.7)、第二采样口(4.8)、第二出水阀(4.9)、 第三出水阀(4.10);
所述厌氧氨氧化ASBR反应器(7)内置有第三搅拌浆(7.3)、第四出水阀 (7.4)、第三采样口(7.5)、第四采样口(7.6)。
2.应用权利要求1所述的低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌 氧氨氧化脱氮的方法，其特征在于，包括以下内容：
1)系统启动：将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加到短程硝化SBR 反应器(2)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/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(4)，使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/L;将厌氧氨氧化 污泥投加到厌氧氨氧化ASBR反应器(7)，使反应器内活性污泥浓度达到3000～ 5000mg/L;
2)运行时调节操作：
将城市污水加入城市污水原水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)和第二进水 泵(4.1)将城市污水分别抽入短程硝化SBR反应器(2)和反硝化除磷SBR反 应器(4);短程硝化SBR反应器(2)运行时，污泥龄控制在10～20d，每周期 曝气搅拌60～180min，并控制短程硝化SBR反应器(2)内溶解氧浓度为0.5～ 1mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为20%～60%，出水排入第一调节水 箱(3);反硝化除磷SBR反应器(5)运行时，每周期厌氧搅拌60～180min， 沉淀排水，排水比为20～60%，出水排入第二调节水箱(5);
启动第三进水泵(5.3)将短程硝化SBR反应器(2)出水由第一调节水箱(2) 抽入厌氧氨氧化ASBR反应器(7)，启动第四进水泵(7.1)将反硝化除磷SBR反 应器(4)出水由第二调节水箱(5)抽入厌氧氨氧化ASBR反应器(7)，通过调 控两者进水体积，使厌氧氨氧化ASBR反应器(7)中NO2--N∶NH4+-N质量浓度 比为1～1.3;当NO2--N∶NH4+-N质量浓度比小于1时，减少反硝化除磷SBR反 应器(2)出水的进水体积，当两者质量浓度比大于1.3时，增大反硝化除磷SBR 反应器(2)出水的进水体积;
厌氧氨氧化ASBR反应器(7)运行时，厌氧搅拌60～330min，沉淀排水， 排水比为40～60%，出水排入沉淀池(6);当沉淀池(6)中污泥累积大于1L 时，启动污泥回流泵(7.8)，将沉淀池(6)中的剩余污泥全部回流至厌氧氨氧 化ASBR反应器(7)，以防止厌氧氨氧化污泥流失;
启动第五进水泵(4.12)将厌氧氨氧化ASBR反应器(7)出水从沉淀池(6) 抽入反硝化除磷SBR反应器(4)，缺氧搅拌直至NO3--N<1mg/L，再控制反硝化 除磷SBR反应器(4)内DO浓度为1～2mg/L并曝气搅拌直至P<0.5mg/L，沉淀 排水，排水比为20～60%;反硝化除磷SBR反应器(4)运行时需排泥，使反硝 化除磷SBR反应器(4)内污泥浓度维持在2500～4000mg/L范围内。
说明书
低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及低CN比污水反硝化除磷与分段式短程 硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置和方法。
背景技术
我国是一个缺水严重的国家，水资源总量为28124亿m3，实际可以利用的水资源总量 只占总量的32%左右，人均水资源总量不到2300m3，仅为世界平均水平的1/4，在世界153 个国家中位居121位;并且，城市化的迅速发展给我国经济带来巨大活力的同时，也给城 市水环境带来巨大的负面影响，城市水资源过度消耗，污水排放量不断增加，由此导致了 水污染，水体富营养化，破坏了水环境，加剧了水资源的供需矛盾。
城市污水是宝贵的城市第二水源，城市污水处理及再利用，是缓解水危机、恢复或维 系社会用水健康循环的重中之重，污水处理技术也逐渐地从以单一去除有机物为目的的阶 段进入同时脱氮除磷的深度处理阶段。在污水生物处理过程中，为了从本质上解决除磷 菌和脱氮菌之间存在的矛盾和竞争，可以将除磷和脱氮过程分别进行。目前，对于生物 除磷，反硝化除磷工艺具有高效、低能耗的特点，在处理碳、氮、磷比例失调和碳源不足 的城市污水方面尤为突出;而对于生物脱氮，短程硝化和厌氧氧氧化组合工艺无疑是最 具有发展前景的脱氮工艺。
两级SBR-ASBR短程硝化厌氧氨氧化脱氮工艺耦合SBR反硝化除磷工艺用于低CN 比城市污水的脱氮除磷，是一种新的脱氮除磷思路，在将其用于碳、氮、磷比例失调且碳 源偏低城市污水的处理中，缩短了脱氮除磷流程，工艺流程简单，可实现高效、低能耗的 脱氮除磷。
一方面，短程硝化与厌氧氨氧化技术实现了最短及高效的氨氮转换为氮气的路径，且 不需要有机碳源，且短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器分开运行，更易于实现稳定的短 程硝化和厌氧氨氧化;另一方面，反硝化除磷技术实现了脱氮和除磷过程的统一，可有效 的利用污水中的碳源和厌氧氨氧化过程产生的NO3--N，使得反硝化和除磷同时发生，使得 污水的同步脱氮除磷更容易实现。
发明内容
本发明的目的就是提供一种低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨 氧化脱氮的装置和方法，实现高效、节能、低成本的低碳氮比城市污水同步脱氮除磷，从 本质上解决除磷菌和脱氮菌之间存在的矛盾和竞争。结合SBR反应器便于实时控制、运行 操作灵活等优点，采用三组SBR反应器对短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷过程分别调 控，易于有效的维持系统运行稳定性，以及亚硝积累率、反硝化除磷率和厌氧氨氧化脱氮 率。该发明可以从根本上解决低碳城市污水处理的难题，同时也为剩余污泥减量化和节约 能耗提供新思路。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：低CN比污水反硝化除磷与分段式短程 硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置，其特征在于，包括城市污水原水箱1、短程硝化SBR反应 器2、第一调节水箱3、反硝化除磷SBR反应器4、第二调节水箱5、沉淀池6、厌氧氨氧 化ASBR反应器7;其中所述城市污水原水箱1通过第一进水泵2.1与短程硝化SBR反应 器2相连接;短程硝化SBR反应器2第一出水阀2.8与第一调节水箱3相连接;城市污水 原水箱1通过第二进水泵4.1与反硝化除磷SBR反应器4相连接;反硝化除磷SBR反应 器4通过第二出水阀4.9与第二调节水箱5相连接;第一调节水箱3通过第三进水泵5.3 与厌氧氨氧化ASBR反应器7相连接;第二调节水箱5通过第四进水泵7.1与厌氧氨氧化 ASBR反应器7相连接;厌氧氨氧化ASBR反应器7第四出水阀7.4与沉淀池6相连接; 沉淀池6通过第五进水泵4.12与反硝化除磷SBR反应器4相连接;沉淀池6第六放空管 6.2通过污泥回流泵7.8与厌氧氨氧化SBR反应器7污泥回流管7.7相连接;
所述短程硝化SBR反应器2内置有第一搅拌浆2.3、第一气泵2.4、第一气体流量 计2.6、第一曝气头2.7、第一出水阀2.8、第一采样口2.9;
所述反硝化除磷SBR反应器4内置有第二搅拌浆4.3、第二气泵4.4、第二气体流量计 4.6、第二曝气头4.7、第二采样口4.8、第二出水阀4.9、第三出水阀4.10;
所述厌氧氨氧化ASBR反应器7内置有第三搅拌浆7.3、第四出水阀7.4、第三采样口 7.5、第四采样口7.6。
污水在此装置中的处理流程为：城市污水分别通过第一进水泵2.1和第二进水泵4.1 由城市污水原水箱1抽入短程硝化SBR反应器2和反硝化除磷SBR反应器4;在短程硝化 SBR反应器2内，通过调控pH、游离氨FA和DO等运行参数，抑制亚硝酸盐氧化菌NOB的 活性，原水中的NH4+-N可在氨氧化菌AOB的作用下被氧化成NO2--N，出水经第一出水阀 2.8排入第一调节水箱3;在反硝化除磷SBR反应器4内，聚磷菌PAOs利用原水中的有机 碳源厌氧释磷，同时合成内碳源，厌氧释磷结束后出水经第二出水阀4.9排入第二调节水 箱5;开启第三进水泵5.3和第四进水泵7.1，分别将短程硝化SBR反应器2的短程硝化出 水和反硝化除磷SBR反应器2厌氧释磷后的出水抽入厌氧氨氧化ASBR反应器7，在厌氧氨 氧化菌ANAMMOX的厌氧氨氧化作用下，混合液中的NH4+-N和NO2--N转化成N2和部分 NO3--N，出水通过第四出水阀7.4排入沉淀池6;开启第五进水泵4.12，将沉淀池6中的 厌氧氨氧化ASBR反应器5出水回抽至反硝化除磷SBR反应器4，反硝化除磷菌DPAOs利用 内碳源和厌氧氨氧化出水中NO3--N进行缺氧反硝化除磷，之后再进行一段时间的微曝气， 对磷的进一步吸收，出水通过第三出水阀4.10排出。
本发明还提供了一种低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的 方法，其具体的启动和操作步骤如下：
1)系统启动：将短程硝化污泥或城市污水厂剩余污泥投加到短程硝化SBR反应器2， 使接种后反应器内活性污泥浓度达到2500～4000mg/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4，使接种后反应器内活性污泥浓 度达到2500～4000mg/L;将厌氧氨氧化污泥投加到厌氧氨氧化ASBR反应器7，使反应器 内活性污泥浓度达到3000～5000mg/L;
2)运行时调节操作：
将城市污水加入城市污水原水箱1，启动第一进水泵2.1和第二进水泵4.1将城市污水 分别抽入短程硝化SBR反应器2和反硝化除磷SBR反应器4;短程硝化SBR反应器2运 行时，污泥龄控制在10～20d，每周期曝气搅拌60～180min，并控制短程硝化SBR反应 器2内溶解氧浓度为0.5～1mg/L，曝气搅拌结束后沉淀排水，排水比为20%～60%，出水 排入第一调节水箱3;反硝化除磷SBR反应器5运行时，每周期厌氧搅拌60～180min， 沉淀排水，排水比为20～60%，出水排入第二调节水箱5;
启动第三进水泵5.3将短程硝化SBR反应器2出水由第一调节水箱2抽入厌氧氨氧化 ASBR反应器7，启动第四进水泵7.1将反硝化除磷SBR反应器4出水由第二调节水箱5抽 入厌氧氨氧化ASBR反应器7，通过调控两者进水体积，使厌氧氨氧化ASBR反应器7中 NO2--N∶NH4+-N质量浓度比为1～1.3;当NO2--N∶NH4+-N质量浓度比小于1时，减少反 硝化除磷SBR反应器2出水的进水体积，当两者质量浓度比大于1.3时，增大反硝化除磷 SBR反应器2出水的进水体积;
厌氧氨氧化ASBR反应器7运行时，厌氧搅拌60～330min，沉淀排水，排水比为40～ 60%，出水排入沉淀池6;当沉淀池6中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵7.8，将沉 淀池6中的剩余污泥全部回流至厌氧氨氧化ASBR反应器7，以防止厌氧氨氧化污泥流失;
启动第五进水泵4.12将厌氧氨氧化ASBR反应器7出水从沉淀池6抽入反硝化除磷 SBR反应器4，缺氧搅拌直至NO3--N<1mg/L，再控制反硝化除磷SBR反应器4内DO浓度 为1～2mg/L并曝气搅拌直至P<0.5mg/L，沉淀排水，排水比为20～60%;反硝化除磷SBR 反应器4运行需排泥，使反硝化除磷SBR反应器4内污泥浓度维持在2500～4000mg/L范 围内。
本发明的低CN比污水反硝化除磷与分段式短程硝化接厌氧氨氧化脱氮的装置和方 法，具有以下优点：
1原水中的氮主要通过短程硝化和厌氧氨氧化过程去除，而短程硝化和厌氧氨氧化反 应均为自养反应，不消耗原水中的有机碳源。因此，原水中的有机碳源均用在除磷上，保 证了除磷过程有足够的有机物，从本质上解决了除磷菌和脱氮菌在碳源方面存在的矛盾和 竞争。
2反硝化除磷、短程硝化、以及厌氧氨氧化分别在三个不同的SBR反应器中进行，解 决了除磷菌和脱氮菌在溶解氧、泥龄等方面的矛盾和竞争，更易于维持系统的脱氮除磷率 和运行稳定性。
3将短程硝化和厌氧氨氧化脱氮技术应用于低碳城市污水的脱氮处理中，实现了最短 及高效的NH4+-N转换为N2的技术路径，不需要有机碳源，减少了化学药品的投加量，污泥 产量也随之减少，减轻了后续污泥的处理成本。
4将反硝化除磷技术应用于低碳城市污水的除磷中，实现了脱氮和除磷的统一，在去 除厌氧氨氧化出水中NO3--N的同时，可实现原水中磷的去除。
总之，短程硝化厌氧氨氧化脱氮和反硝化除磷工艺无论从经济上、运行上、还是脱氮 效率上，都具有较高的应用价值和开发潜力。