申请日2009.07.24
公开(公告)日2010.01.20
IPC分类号C02F9/14; C02F3/12; C02F3/28; C02F3/30
摘要
本发明属于污水处理领域，提供了以颗粒污泥为介质短程反硝化除磷双污泥工艺与装置。该装置依次包括原水管、进水水箱，进水阀，其特征在于：还依次包括通过管路连接的厌氧/缺氧SBR反应器，中间水箱;短程硝化SBR反应器，回流水箱;中间水箱连接短程硝化SBR反应器，回流水箱连接厌氧/缺氧SBR反应器;厌氧/缺氧SBR反应器和短程硝化SBR反应器内设有搅拌装置，厌氧/缺氧SBR反应器设有排水管;短程硝化SBR内设有曝气装置;厌氧/缺氧SBR反应器中投放已经驯化好的具有反硝化除磷功能的颗粒污泥，短程硝化SBR反应器中投放已经驯化好的具有短程硝化功能的颗粒污泥。本发明解决污水脱氮除磷效果不稳定、出水悬浮物含量高以及达标率较低的问题，用于低C/N废水处理。
权利要求书
1.以颗粒污泥为介质短程反硝化除磷的装置，依次包括原水管、进水水 箱，进水阀，其特征在于：还依次包括通过管路连接的厌氧/缺氧SBR反应器， 中间水箱;短程硝化SBR反应器，回流水箱;中间水箱连接短程硝化SBR反 应器，回流水箱连接厌氧/缺氧SBR反应器;厌氧/缺氧SBR反应器和短程硝 化SBR反应器内设有搅拌装置，厌氧/缺氧SBR反应器设有排水管;短程硝化 SBR内设有曝气装置;
厌氧/缺氧SBR反应器中投放已经驯化好的具有反硝化除磷功能的颗粒污 泥，短程硝化SBR反应器中投放已经驯化好的具有短程硝化功能的颗粒污泥。
2.应用权利要求1的装置进行短程反硝化除磷的双污泥工艺，其特征在 于，包括以下步骤：
(1)培养反硝化除磷颗粒污泥以及短程硝化颗粒污泥;
(2)厌氧/缺氧SBR反应器中投放已经驯化好的具有反硝化除磷功能的 颗粒污泥，短程硝化SBR反应器中投放已经驯化好的具有短程硝化功能的颗 粒污泥;
(3)反硝化除磷颗粒污泥和短程硝化颗粒污泥的耦合：
3.1厌氧释磷阶段：采用瞬时进水方式向厌氧/缺氧SBR反应器中加入生 活污水，同时搅拌，控制pH值为7.5-8.5;该阶段完成COD的去除、磷的释 放和PHB的存储，厌氧释磷后，沉淀，含氨氮和富磷的污水经过中间水箱泵 入到短程硝化SBR反应器内;
3.2短程硝化阶段：控制溶解氧在1.0mg/L和pH值为7.5-8.0，来自厌 氧/缺氧SBR反应器的含氨氮和富磷的污水在短程硝化SBR反应器发生剩余有 机物进一步降解和短程硝化作用，氨氮被氧化成亚硝酸盐;短程硝化作用结 束后，沉淀，进行泥水分离，上清液中含有富磷和亚硝酸盐;
3.3缺氧反硝化吸磷阶段：短程硝化SBR反应器的上清液经过回流水箱 泵入厌氧/缺氧SBR反应器中;此阶段，反硝化聚磷菌利用上清液中的亚硝酸 盐作为电子氧化细胞内的PHB从废水中吸磷，完成同步脱氮除磷，反应结束 后，沉淀排水。
说明书
以颗粒污泥为介质短程反硝化除磷双污泥工艺与装置
技术领域
要求保护的技术方案所属的技术领域为：含氮、磷富营养化污水处理技 术领域，涉及一种高效的氮、磷污水处理方法，解决污水脱氮除磷效果不稳 定、出水悬浮物含量高以及达标率较低的问题，适用于低C/N废水处理。
背景技术
氮、磷污染引起的水体富营养化问题一直都是世界各国面临的主要问题 之一，也是水处理的难点和重点。传统的脱氮除磷机理中脱氮除磷必须分别 由专性的反硝化菌和专性的聚磷菌独立完成，且需要涉及硝化、反硝化、释 磷、吸磷等多个生化过程。基于传统的脱氮除磷理论开发出的污水处理工艺 虽然取得了一些成果，但是还存在着一些弊端，主要表现在：(1)、硝化菌、 反硝化菌和聚磷菌这三类微生物的生理习性及对环境条件的要求各不相同， 尤其是在污泥龄控制方面，成混合悬浮生长的这三种微生物无法在各自最佳 的环境下生长，因而无法最大程度的发挥各自的处理能力，使得处理效果变 差，同时系统排泥难以控制;(2)、由于生活污水COD/TN低，反硝化菌和聚 磷菌在对碳源的利用上存在着竞争;(3)、厌氧区硝酸盐含量的控制问题，更 是目前同步除磷脱氮工艺需要研究和解决的一大难题。由于厌氧区硝酸盐的 存在，反硝化菌会与聚磷菌竞争污水中的有机基质，并优先于聚磷菌利用这 些有机基质进行反硝化;另一方面，硝酸盐的存在还会被部分聚磷菌利用作 为电子受体进行反硝化，从而影响其对有机物的发酵产酸作用;(4)、剩余污 泥产量大。这些原因都使得氮和磷的去除成为对立矛盾的方面，使出水氨氮、 TN和TP去除不彻底，含氮、磷富营养化污水处理效率低，处理时间长、能 耗高，且脱氮除磷效果不稳定和达标率较低。为此，前人也作了一些努力， 如投加碳源和改变流程等，但是这些方法增加了能源的浪费。
反硝化聚磷菌理论的提出为脱氮除磷掀开了新的篇章，即以厌氧时合成 的PHB为内碳源，在缺氧段以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，实现同步脱氮 除磷。与传统的脱氮除磷工艺相比可节省50%COD消耗量，30%曝气量，50% 剩余污泥产量。因此反硝化除磷工艺被视为一种可持续污水处理新工艺。连 续流双污泥脱氮除磷工艺根据反硝化除磷菌理论，综合考虑了生物脱氮除磷 对环境条件的要求，充分利用了反硝化菌和硝化菌的生理特征，而提出来的 一种改进工艺，解决了上述单级污泥工艺运行中存在的一些问题。然而该工 艺由于反应载体为絮状污泥，中间沉淀池泥水分离效果不理想，厌氧释磷后 的污泥要回流到缺氧区参与吸磷反应，不可避免的将污水中的部分氨氮一同 汇流到缺氧区，而此部分氨氮由于无法得到硝化而存在着出水中氨氮浓度高 的缺点。要想去除剩余的氨氮需再加一个后曝气池，因此该工艺存在着工艺 流程复杂、基建和运行费用高的问题。
发明内容
本发明者经过长期的探索研究，结合颗粒污泥技术、短程硝化技术和反 硝化除磷技术开发一种以颗粒污泥为介质厌氧/缺氧和硝化双污泥短程反硝化 除磷脱氮新工艺。本工艺借助两个SBR反应器，分别培养短程硝化颗粒污泥 和反硝化除磷颗粒污泥。短程硝化颗粒污泥将氨氧化控制在NO2 - -N阶段，为 反硝化聚磷菌(DPAO)提供电子受体;反硝化颗粒污泥以厌氧/缺氧方式运 行，在厌氧段，原水中的有机物合成PHB储存在聚磷菌体内，为缺氧段反硝 化贮存了碳源，即“一碳两用”，同时实现了以NO2 --N为电子受体的反硝化 脱氮和吸磷。
该工艺变连续流双污泥工艺为间歇流工艺，简化了工艺流程，减少了一 个中间沉淀池，也减少一套污泥回流系统和排泥系统，降低了基建成本和运 行费用，同时也增加了系统的处理能力和运行稳定性。同时将微生物自絮凝 原理应用于反应系统中，实现污泥颗粒化，充分发挥颗粒污泥沉速快、活性 高、结构密实、微生物浓度及容积负荷高等优点，简化出水的分离和净化过 程，增大了处理水量和排水比，使得厌氧/缺氧SBR在厌氧阶段之后DPAO污 泥中残余的氨氮量减少，从而解决了普通间歇式双污泥系统和连续流双污泥 系统中氨氮不能进入硝化反应器出水氨氮较高的问题。
本发明其特征在于：
(1)以颗粒污泥为介质，充分发挥了颗粒污泥沉速快、泥水分离效果好、 反应器排水比高等优点，反应效率提高、反应器容积缩小;
(2)反硝化除磷过程以NO2 --N作为电子受体，将反硝化脱氮和除磷两个 独立的过程有机结合在一起，以“一碳两用”方式利用胞内PHB为碳源和能 源进行同步脱氮除磷，使DPAO同时完成过量吸磷和反硝化而达到脱氮除磷的 双重目的，很好的实现了碳源和能源的节省和剩余污泥的减量;
(3)同时通过改变连续流双污泥反硝化除磷系统的运行方式为间歇式， 减少了一个中间沉淀池，也减少一套污泥回流系统和排泥系统，简化了工艺 流程。
本发明以颗粒污泥为介质短程反硝化除磷双污泥工艺装置，依次包括原 水管1、进水水箱2，进水阀3，其特征在于：还依次包括通过管路连接的厌 氧/缺氧SBR反应器5，中间水箱6;短程硝化SBR反应器9，回流水箱10; 中间水箱6连接短程硝化SBR反应器9，回流水箱10连接厌氧/缺氧SBR反应 器5;厌氧/缺氧SBR反应器和短程硝化SBR反应器内设有搅拌装置，厌氧/ 缺氧SBR反应器设有排水管4;短程硝化SBR内设有曝气装置;厌氧/缺氧SBR 反应器5中投放已经驯化好的具有反硝化除磷功能的颗粒污泥，短程硝化SBR 反应器9中投放已经驯化好的具有短程硝化功能的颗粒污泥。
发明的工作原理及过程：
本发明耦合了颗粒污泥技术，短程硝化技术，反硝化除磷技术，采用两 个串联的SBR反应器，实现了氮、磷的同步高效去除。
本发明以颗粒污泥为介质短程反硝化除磷双污泥工艺，其特征在于：分 为以下3个步骤：
(1)培养反硝化除磷颗粒污泥以及短程硝化颗粒污泥;
(2)厌氧/缺氧SBR反应器5中投放已经驯化好的具有反硝化除磷功能 的颗粒污泥，短程硝化SBR反应器9中投放已经驯化好的具有短程硝化功能 的颗粒污泥。
(3)反硝化除磷颗粒污泥和短程硝化颗粒污泥的耦合：
3.1厌氧释磷阶段：采用瞬时进水方式向厌氧/缺氧SBR反应器中加入生 活污水，同时搅拌，控制pH值为7.5-8.5;该阶段完成COD的去除、磷的释 放和PHB的存储，厌氧释磷后，沉淀，含氨氮和富磷的污水经过中间水箱泵 入到短程硝化SBR反应器内;
3.2短程硝化阶段：控制溶解氧在1.0mg/L和pH值为7.5-8.0，来自厌 氧/缺氧SBR反应器的含氨氮和富磷的污水在短程硝化SBR反应器发生剩余有 机物进一步降解和短程硝化作用，氨氮被氧化成亚硝酸盐。短程硝化作用结 束后，沉淀，进行泥水分离，上清液中含有富磷和亚硝酸盐。
3.3缺氧反硝化吸磷阶段：短程硝化SBR反应器的上清液经过回流水箱 泵入厌氧/缺氧SBR反应器中。此阶段，反硝化聚磷菌利用上清液中的亚硝酸 盐作为电子氧化细胞内的PHB从废水中吸磷，完成同步脱氮除磷，反应结束 后，沉淀排水。
本发明设计的以颗粒污泥为介质的短程反硝化除磷脱氮污水处理工艺与 现有技术相比，具有下列优点：
(1)同步脱氮除磷效果好，出水氨氮小于3mg/L，总氮小于10mg/L，总 磷小于0.5mg/L，2002年国家颁布的排污标准中，对城镇污水最严格的排放 标准为出水氨氮小于5mg/L、总氮小于15mg/L，本发明的出水氨氮、总氮和 总磷远低于国家颁布的排污标准。
(2)该工艺以颗粒污泥为介质，将微生物自絮凝原理应用于反应系统 中，实现污泥颗粒化，充分发挥颗粒污泥沉速快、活性高、结构密实、微生 物浓度及容积负荷高等优点，简化出水的分离和净化过程，增大了处理水量 和排水比，可在一定程度上弥补传统絮状活性污泥的不足。
(3)该工艺变连续流双污泥工艺为间歇流工艺，简化了工艺流程，降低 了基建成本和运行费用，从而增加了系统的处理能力和运行稳定性。
(4)COD消耗量少。COD最大程度地被DPAO在厌氧段用于PHB的 合成，由于该工艺的特殊布置，合成的PHB被DPAOB同时用于完成反硝化 和吸磷，通过“一碳两用”的方式实现了系统的脱氮除磷;
(5)节省供氧曝气的动力消耗。将短程硝化和反硝化除磷技术结合起 来，一方面短程脱氮具有降低需氧量、减少碳源投加量、工艺流程短、反应 效率提高、反应器容积缩小等特点;另一方面，亚硝酸盐充当除磷的电子受 体进行反硝化除磷，具有运行周期短、吸磷放磷速率快等优点。
(6)该工艺为双污泥系统，硝化菌和反硝化聚磷菌各自在自己适宜的环 境中生长，这不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的环境，增加了 系统中硝化菌的生物量并提高了硝化率，也缩短了水力停留时间并减小了反 应器的体积，硝化反应已经不再是工艺运行的限制性因素;另一方面，两者 的分离解决了传统工艺中聚磷菌和硝化菌对污泥龄不同的要求，两种菌群都 在各自最佳的环境中生长，更加有利于维持除磷脱氮系统运行的稳定性，系 统的可控制性也得到提高;
(7)污泥产量低，减少污泥后续处理费用。