两级回流式同步脱氮除磷技术

　　申请日2013.09.03

　　公开(公告)日2014.02.19

　　IPC分类号C02F9/14

　　摘要

　　城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化两级回流式同步脱氮除磷装置及工艺，属于污水处理领域。城市污水经过调节池后，进入厌/缺氧反应器，在厌氧条件下，聚磷菌利用进水中的COD完成PHB的储存和释磷;富磷上清液通过滗水器进入中间储水池，调节水量后由提升泵注入移动床膜生物反应器，通过低氧曝气与缺氧搅拌交替运行，实现短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮;处理后的出水在抽吸泵的作用下，再次进入厌/缺氧反应器，富含PHB的聚磷污泥与含硝态氮的自养脱氮出水混合后，实现反硝化除磷。本发明利用了反硝化除磷、短程硝化和厌氧氨氧化三种功能微生物的耦合，实现了低碳城市污水同步脱氮除磷，具有高效节能，运行稳定和污泥产量少优点。

　　权利要求书

　　1.城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化两级回流式同步脱氮除磷装置，其特征在于，按照水流方向，包括依次连接的污水调节池(1)、厌/缺氧反应器(2)、中间储水池(3)、移动床膜生物反应器(MBMBR)(4);污水调节池(1)中设有提升泵;厌/缺氧反应器内设潜水搅拌机、气泡曝气器、滗水器(13)，同时还设有排泥管、出水管;中间储水池(3)内部设有提升泵(12)，移动床膜生物反应器(MBMBR)(4)内也设置潜水搅拌机和气泡曝气器;膜组件(5)与厌/缺氧反应器(2)连通，所有的气泡曝气器通过各自的气路阀门与鼓风机连接;移动床膜生物反应器(MBMBR)(4)分为悬浮填料区和膜滤出水区，悬浮填料区和膜滤出水区之间设置穿孔隔墙以分离填料，内部投加的填料(11)富集有ANAMMOX菌，并设置膜组件(5)、抽吸泵(8)、潜水搅拌机和气泡曝气器。

　　2.按照权利要求1的装置，其特征在于，移动床膜生物反应器(4)内膜组件(5)采用外压型聚乙烯中空纤维膜，膜孔径为0.1μm，由抽吸泵(8)作用出水，真空表(14)检测出水操作压力。

　　3.采用权利要求1或2的装置进行同步脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

　　1)、污泥的驯化与填料的挂膜

　　厌/缺氧反应器中接种反硝化除磷富集系统的反硝化除磷活性污泥，反硝化除磷活性污泥驯化后浓度为1500-4000mg/L;移动床膜生物反应器(4)中硝化污泥为短程硝化泥或城市污水厂的全程污泥，实现短程效果;移动床膜生物反应器(4)填料中厌氧氨氧化功能菌填充体积比为30%-50%;

　　2)、城市污水首先进入污水调节池(1)，平衡水量水质，再开启污水调节池(1)中的提升泵，提升泵以最大流量进水，在最短的时间内，使厌/缺氧反应器水(2)位提升到最高，由液位控制器控制提升泵停止;同时进水期间，开启厌/缺氧反应器(2)内的潜水搅拌机，进行城市污水和厌/缺氧反应器内的聚磷菌污泥的充分混合，在此厌氧条件下，聚磷菌利用原水中的有机物进行PHB的贮存和释磷，厌氧搅拌70-120min后，关闭潜水搅拌机，厌/缺氧反应器进行沉淀出水，富含氨氮和磷的出水由滗水器进入到中间储水池(3);

　　3)、打开中间储水池(3)内部的提升泵，由中间储水池向移动床膜生物反应器(4)内注水，同时开启移动床膜生物反应器(4)潜水搅拌机，同时搅拌30-45min，然后开启鼓风机和移动床膜生物反应器(4)的气路阀门，污水进入低氧鼓风曝气阶段，由气泡曝气器向反应器内充氧，使原水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，为保证短程效果，反应器处于低氧运行状态，控制反应器内DO不超过0.5mg/l，低氧搅拌30-60min;低氧曝气阶段结束后，关闭气路阀门，反应器进入缺氧搅拌阶段，缺氧搅拌30-120min，移动床膜生物反应器(4)填料中的ANAMMOX菌发挥厌氧氨氧化作用，将氨氮和亚硝酸盐氮转化为氮气;随后再次重复以上过程，进行低氧/缺氧交替运行;其中第一次低氧搅拌时调整曝气量使溶解氧浓度保持在0.15-0.3mg/L之间，之后低氧搅拌时保持曝气量不变;当低氧搅拌时溶解氧浓度上升至0.5mg/L时，即结束曝气;然后再缺氧搅拌30-90min，最后开启抽吸泵，通过膜组件将移动床膜生物反应器(4)内自养脱氮出水回流至闲置状态的厌/缺氧反应器(2);

　　4)、抽吸泵通过膜组件(5)将移动床膜生物反应器(4)内自养脱氮出水回流至闲置状态的厌/缺氧反应器(2)后，厌/缺氧反应器(2)缺氧搅拌160-210min，好氧曝气60-90min，最后通过排水阀排水;污泥龄控制在12-14d。

　　4.按照权利要求3的方法，其特征在于，移动床膜生物反应器(MBMBR)(4)膜滤出水区利用时间控制器控制出水抽吸泵和气路阀门的开停和运行时间，实现低氧和缺氧环境的交替循环。通过在线DO、pH和ORP控制系统的准确性。

　　5.按照权利要求3的方法，其特征在于，利用液位控制器和时间控制器控制进水提升泵和抽吸泵等设备的开停方式和运行时间，实现厌氧和缺氧环境的交替;在线ORP和在线pH监测反应器内部反硝化除磷效果，同时控制气路阀门的开启。

　　6.按照权利要求3的方法，其特征在于，厌/缺氧反应器内的含磷剩余污泥由气提泵定期排至污泥浓缩池，使其浓缩、减容，上清液返回调节池，与城市污水混合进行再处理。

　　说明书

　　城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化两级回流式同步脱氮除磷装置及工艺

　　技术领域

　　本发明涉及一种城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化的两级回流式同步脱氮除磷工艺，属于污水处理领域。

　　背景技术

　　随着污水处理技术的不断发展，污水处理的对象早已由传统的有机物可视污染转为不可视的氮磷元素污染，而且污水中有机物的角色也由污染物质变为了可被利用的碳源物质。但是传统城市污水厂的处理工艺往往不可避免地将有机物在曝气池中进行了降解，即使是前置反硝化工艺，也没有充分利用到有机物的价值。

　　近年来，一批新型的污水生物脱氮除磷工艺得到了大力的发展和应用，诸如同步硝化反硝化工艺、短程硝化反硝化工艺、全程自养脱氮工艺、厌氧氨氧化工艺和反硝化除磷工艺。特别是全程自养脱氮工艺的研究，不仅不需要外碳源的投加，而且还解放了污水中有机物的利用，使其不必仅仅被用来作为反硝化的碳源，还可以作为能源的载体，进行厌氧发酵产甲烷或被聚磷菌利用形成PHB贮存于细胞内，进而进行好氧或缺氧吸磷。

　　传统城市污水处理具有高能耗、出水稳定性差等问题，这些新型生物脱氮除磷工艺的应用为城市污水处理降低能耗、减少费用提供了可能。但针对城市污水低碳氮比的现实，为达到高效的脱氮除磷效果，它们的应用依然存在一些问题有待解决。因此，结合各项生物脱氮除磷工艺的优点，充分利用原水中的有机碳源，研发出结构简单、运行费用低、处理效果好、能够实现同步脱氮除磷的新型组合工艺，已成为城市污水处理发展的必然方向。

　　发明内容

　　本发明专利的目的在于提出一套针对低碳氮比城市污水，结合反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化的同步脱氮除磷工艺。该工艺实行生物相分离，将反硝化除磷菌与硝化菌和厌氧氨氧化菌分开，充分利用原水中的有机物进行厌氧释磷和PHB的贮存，而后污水通过短程硝化厌氧氨氧化进行自养脱氮，脱氮出水再回流至厌/缺氧反应器进行反硝化吸磷，同时为保证除磷效果，适当进行曝气，从而实现氮磷的高效去除。

　　为达到高效的同步脱氮除磷效果，本发明采用的城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化两级回流式同步脱氮除磷装置，其特征在于，按照水流方向，包括依次连接的污水调节池(1)、厌/缺氧反应器(2)、中间储水池(3)、移动床膜生物反应器(MBMBR)(4);污水调节池(1)中设有提升泵;厌/缺氧反应器内设潜水搅拌机、气泡曝气器、滗水器(13)，同时还设有排泥管、出水管;中间储水池(3)内部设有提升泵(12)，移动床膜生物反应器(MBMBR)(4)内也设置潜水搅拌机和气泡曝气器;膜组件(5)通过抽吸泵(8)与厌/缺氧反应器(2)连通，所有的气泡曝气器通过各自的气路阀门与鼓风机连接。移动床膜生物反应器(MBMBR)(4)分为悬浮填料区和膜滤出水区，悬浮填料区和膜滤出水区之间设置穿孔隔墙以分离填料，保证出水效果，而且为日后膜组件的维护提供方便。悬浮填料区为该工艺的脱氮主体结构，内部投加的填料(11)富集有ANAMMOX菌，低氧运行，实现短程、缺氧搅拌，利用厌氧氨氧化作用进行脱氮，并设置膜组件(5)、抽吸泵(8)、潜水搅拌机和气泡曝气器。移动床膜生物反应器(4)内膜组件(5)优选采用外压型聚乙烯中空纤维膜，膜孔径为0.1μm，由抽吸泵8作用出水，真空表14检测出水操作压力。

　　本发明采用的城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化两级回流式同步脱氮除磷装置进行脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

　　1)、污泥的驯化与填料的挂膜

　　厌/缺氧反应器中接种反硝化除磷富集系统的反硝化除磷活性污泥，反硝化除磷活性污泥驯化后浓度为1500-4000mg/L;移动床膜生物反应器(4)中硝化污泥为短程硝化污泥或城市污水厂的全程污泥，实现短程效果;移动床膜生物反应器(4)中厌氧氨氧化功能菌填料的填充体积比为30%-50%，优选来自于厌氧氨氧化富集系统的挂膜填料;

　　进一步移动床膜生物反应器(MBMBR)(4)膜滤出水区利用时间控制器控制出水抽吸泵和气路阀门的开停和运行时间，实现低氧和缺氧环境的交替循环。通过在线DO、pH和ORP控制系统的准确性，为后期达到良好及稳定的运行效果奠定基础。

　　利用液位控制器和时间控制器控制进水提升泵和抽吸泵等设备的开停方式和运行时间，实现厌氧和缺氧环境的交替;在线ORP和在线pH监测反应器内部反硝化除磷效果，同时控制气路阀门的开启，利用好氧吸磷的手段保证污水中磷元素的高效去除。

　　厌/缺氧反应器内的含磷剩余污泥由气提泵定期排至污泥浓缩池，使其浓缩、减容，上清液返回调节池，与城市污水混合进行再处理。

　　厌/缺氧反应器(2)实现有机物降解，厌氧释磷，反硝化除磷及好氧除磷，移动床膜生物反应器(4)实现短程硝化，厌氧氨氧化。

　　厌/缺氧反应器(2)与移动床膜生物反应器(4)由中间储水池(3)与自养脱氮出水回流管衔接，形成一个回流式的循环，通过提升泵(12)和抽吸泵(8)，控制污水在两反应器之间循环。

　　移动床膜生物反应器(4)进行低氧/缺氧运行以达到将氮从污水中脱除的目的。由于厌氧氨氧化作用会产生一部分硝态氮，再结合未反应完全的亚硝态氮，为反硝化除磷菌提供了电子受体。故在自养脱氮运行结束后，开启出水抽吸泵，将自养脱氮出水注入到处于闲置阶段的厌/缺氧反应器，同时开启潜水搅拌机，以形成缺氧环境，进行聚磷菌的反硝化除磷，在线ORP和在线pH实时监测反应器内部的缺氧状态，间接反映反应器内反硝化吸磷效果;为保证除磷的高效性和稳定性，反硝化除磷结束后，开启气路阀门，适当曝气，进行常规好氧吸磷，使之达到高效的同步脱氮除磷效果。

　　1)、设备的组装与调试

　　为达到预期的处理效果，反应器及其设备的安装与调试具有关键性的作用。故需按照规范的要求，将工艺所需的潜水搅拌机、曝气系统、进出水系统，以及控制系统安装到位，并在正式启动之前，进行清水试验，检验各项设备的性能，特别需检测在线DO、pH和ORP控制系统的准确性，为后期达到良好及稳定的运行效果奠定基础。

　　2)、污泥的驯化与填料的挂膜

　　启动前，厌/缺氧反应器接种反硝化除磷富集系统的反硝化除磷活性污泥，污泥浓度为1500-4000mg/L;短程硝化污泥的种泥为城市污水厂的全程污泥，以在线实时控制实现短程效果;厌氧氨氧化功能菌来自于厌氧氨氧化富集系统的挂膜填料，其填充比为30%-50%。

　　3)、启动运行与操作

　　当设备的组装、污泥的驯化与填料的挂膜完成后，就可以开始准备反应器的启动运行。厌/缺氧反应器进水完毕后，厌氧搅拌70-120min，沉淀出水，进入闲置阶段。

　　4)、设备的稳定运行

　　反应器成功启动之后，通过出水水质指标稳定维持反应器运行，保证各项运行参数稳定。统计反应器各项参数规律，根据原水水质适当进行调控，实现反应器的长期稳定高效运行。

　　城市污水经过调节池后，首先进入厌/缺氧反应器，在厌氧条件下，聚磷菌利用进水中的COD完成PHB的储存和释磷;富磷上清液通过滗水器进入中间储水池，调节水量后由提升泵注入移动床膜生物反应器，通过低氧曝气与缺氧搅拌交替运行，实现短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮;处理后的出水在抽吸泵的作用下，再次进入厌/缺氧反应器，富含PHB的聚磷污泥与含硝态氮的自养脱氮出水混合后，实现以NO2/NO3为电子受体的反硝化除磷，且为保证除磷效果，可适当曝气，进行常规好氧吸磷。本发明利用了反硝化除磷、短程硝化和厌氧氨氧化三种功能微生物的耦合，从而实现了低碳比城市污水的同步脱氮除磷，而且具有高效节能，运行稳定和污泥产量少等优点。

　　本发明城市污水反硝化除磷和短程硝化厌氧氨氧化两级回流式同步脱氮除磷工艺，与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：

　　1)、本发明专利采用生物相分离技术，有效耦合了反硝化除磷技术、短程硝化技术和厌氧氨氧化技术。运行过程中，短程硝化为厌氧氨氧化提供电子受体，剩余的硝化产物又与厌氧氨氧化产物一同在反硝化除磷过程中得到了降解，而且厌氧氨氧化和反硝化除磷产生的碱度又有效的平衡了短程硝化消耗的碱度。

　　2)、节省了有机碳源和曝气量，减少剩余污泥的排放量，降低能耗，运行费用低。本发明专利采用前置厌氧区，利用聚磷菌厌氧释磷，合成PHB的特点，最大程度地利用了原水中的有机碳源，避免了外碳源的投加;厌氧氨氧化菌和短程硝化菌均为自养菌，以CO2为无机碳源;短程硝化相对于全程硝化可节约25%的曝气量，厌氧氨氧化和反硝化除磷的反应均无需氧气的参与;反硝化除磷菌具有“一碳两用”的特点，同时具备脱氮和除磷的作用;本工艺运行时有机碳源参与较少，可大大降低剩余污泥的排放，降低处理费用。

　　3)、生物自养脱氮效果好，厌氧氨氧化活性高。移动床膜生物反应器采用低氧短程硝化与厌氧氨氧化多次交替运行方式，有效避免了反应器中亚硝酸盐的积累，降低了亚硝酸盐的浓度，从而避免使厌氧氨氧化菌活性受到抑制。

　　4)、出水效果稳定，温室气体排放少。本发明考虑到自养脱氮具有一定的硝酸盐产物，利用反硝化除磷进一步降低水体中的总氮，保证出水总氮达标，效果稳定;短程硝化厌氧氨氧化自养脱氮以无机碳做为碳源，同时厌氧氨氧化菌代谢过程中无N2O生成，因此本工艺温室气体排放少。