申请日2018.03.26
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号C02F3/28; C02F3/30
摘要
分段出水反硝化除磷‑短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的装置与方法，属污水领域。装置包括原水水箱，反硝化除磷‑短程硝化生物膜反应器，调节水箱，厌氧氨氧化反应器，出水水箱。生活污水首先进入反硝化除磷‑短程硝化生物膜反应器，进行厌氧搅拌释磷及内碳源的储存;随后进行第一次排水，为厌氧氨氧化提供底物NH4+‑N;之后曝气进行好氧吸磷、短程硝化，第二次排水为厌氧氨氧化反应提供底物NO2‑‑N;与此同时，在第二次排水结束后将上一周期厌氧氨氧化反应器出水回流，反硝化聚磷菌利用贮存的内碳源将厌氧氨氧化出水中的NO3‑‑N转化为氮气并进行缺氧吸磷。本发明利用了生活污水中的有机物实现了一碳两用，且能够高效节能的实现深度脱氮除磷。
权利要求书
1.一种分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的装置，其特征在于：设有原水箱(1)、反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)、第一中间水箱(3)、第二中间水箱(4)、厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5);原水箱(1)设有进水泵Ⅰ(1.1);反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)中含直径为20～50mm的聚丙烯的空心环填料、密度为0.9～1.0g/cm3、孔隙率为94%～96%、用以富集氨氧化细菌(AOB)、搅拌装置(2.1)、pH/DO测定仪(2.2)、曝气装置(2.3)、气体流量计(2.4)、空气泵(2.5)、排水阀Ⅰ(2.6)、排水阀Ⅱ(2.7)、排泥阀Ⅰ(2.8);第一中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ(3.1);第二中间水箱(4)设有进水泵Ⅲ(4.1);厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5)设有搅拌装置(5.1)、pH/DO测定仪(5.2)、温控装置(5.3)、排水阀Ⅲ(5.4)、排泥阀Ⅱ(5.5);
所述原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)进水口相连;反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)出水口通过排水阀Ⅰ(2.6)、排水阀Ⅱ(2.7)与第一中间水箱(3)相连;厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与第一中间水箱(3)相连;厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5)出水口通过排水阀Ⅲ(5.4)与第二中间水箱(4)相连;第二中间水箱(4)通过进水泵Ⅲ(4.1)与反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器相连。
2.应用如权利要求1所述装置进行分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)系统的启动：
1.1)反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器的启动：接种挂好短程硝化污泥的生物膜填料，填充比为30%～50%，同时接种反硝化除磷污泥 ，控制污泥浓度为2500～4000mg/L，水力停留时间4～8h，污泥龄15～20d;
1.2)厌氧氨氧化颗粒污泥的启动：接种具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，平均粒径为0.5～0.9mm;控制污泥浓度为4000～5000mg/L，污泥龄为20～30d;通过温控装置控制反应器内温度为30±2℃;
2)启动成功后的运行操作：
1.1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器中，开启搅拌装置进行厌氧释磷及内碳源的储存，反应时间为1～1.5h;反应结束后关闭搅拌装置，静置沉淀30min～60min后开启排水阀，排水比为25%～50%，进行第一次排水进入第一中间水箱;随后，开启搅拌装置与空气泵，通过气体流量计控制DO维持在1～1.5mg/L，进行短程硝化反应，根据pH变化曲线出现由下降转上升的“氨氮谷点”控制曝气时间，当pH变化到达“氨氮谷点”时，关闭搅拌装置与空气泵，静置沉淀30～60min后开启排水阀，进行第二次排水进入第一中间水箱;随后将上一周期厌氧氨氧化反应器出水回流至反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器中，缺氧搅拌进行反硝化吸磷，静置沉淀30～60min后，出水排放;通过定期排泥控制污泥龄为15～20d;
1.2)厌氧氨氧化颗粒污泥反应器通过进水泵将第一中间水箱的水泵入反应器内，进水结束后，开启搅拌装置，进行厌氧氨氧化反应将NH4+-N与NO2--N转化为N2，反应时间2～3h;反应结束后，静置沉淀30～60min，通过排水阀Ⅲ将出水排入第二中间水箱。
说明书
分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的装置与方法
技术领域
本发明所涉及的分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的装置与方法，属污水生物处理领域，适用于低C/N比城市生活污水脱氮除磷。
背景技术
传统的生物脱氮技术虽能够有效地处理污水，但由于硝化过程需要曝气，反硝化过程需要外加碳源，导致污水处理厂运行成本较高。与传统的生物脱氮技术相比，新兴的厌氧氨氧化技术是目前最为高效节能的脱氮技术，具有不需外加碳源、曝气能耗低、污泥产量小和脱氮负荷高等诸多优点。但厌氧氨氧化技术在实际运用过程中还存在以下问题：首先，由于厌氧氨氧化菌倍增时间长，对环境因素较为敏感，难以快速富集;研究表明，厌氧氨氧化菌有聚集生长的趋势，可通过投加填料，形成生物膜或培养厌氧氨氧化颗粒污泥实现其高效持留;厌氧氨氧化工程化应用的另一个瓶颈则是底物NO2--N的稳定获得。目前主要通过短程硝化(PN)和短程反硝化(PD)实现。短程硝化是指将传统的硝化过程控制在氨氧化阶段，可通过实时控制的方式实现，即在硝化过程中，当氨氧化反应结束时，系统内不再产生H+，pH值变化曲线会出现由下降转为上升的拐点，即“氨氮谷点”，因此可实时监测系统内pH变化，在pH曲线达到“氨氮谷点”时停止曝气将硝化反应控制在氨氧化阶段，为厌氧氨氧化反应提供底物NO2--N。
此外，厌氧氨氧化菌对环境因素敏感，生活污水中有机物的存在会对其产生影响，反硝化除磷技术的出现使得上述问题得到解决。反硝化除磷菌可将生活污水中的有机物贮存为内碳源并以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体进行反硝化吸磷。通过反硝化除磷与厌氧氨氧化的有机结合，不但为厌氧氨氧化菌解除了有机物抑制，还实现了“一碳两用”同步脱氮除磷;同时，为解决反硝化聚磷菌与硝化菌在泥龄上的矛盾，可通过投加填料富集并持留硝化菌的方式，实现硝化菌与反硝化聚磷菌泥龄的分离。
本发明通过将反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器与厌氧氨氧化反应器进行有机结合，充分发挥了反硝化除磷，短程硝化及厌氧氨氧化三种工艺的优势，为三种功能菌创造了有利的生存条件，实现了低碳氮比城市生活污水的深度脱氮除磷，具有高效节能，运行费用低，污泥产量小的优点。
发明内容
本发明提供的是一种分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的装置与方法，目的是解决传统污水处理工艺中泥龄矛盾及碳源不足的问题。
1.本发明提供的分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的装置，其特征在于：设有原水箱(1)、反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)、第一中间水箱(3)、第二中间水箱(4)、厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5);原水箱(1)设有进水泵Ⅰ(1.1);反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)中含直径为20～50mm的聚丙烯的空心环填料、密度为0.9～1.0g/cm3、孔隙率为94%～96%、用以富集氨氧化细菌(AOB)、搅拌装置(2.1)、pH/DO测定仪(2.2)、曝气装置(2.3)、气体流量计(2.4)、空气泵(2.5)、排水阀Ⅰ(2.6)、排水阀Ⅱ(2.7)、排泥阀Ⅰ(2.8);第一中间水箱(3)设有进水泵Ⅱ(3.1);第二中间水箱(4)设有进水泵Ⅲ(4.1);厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5)设有搅拌装置(5.1)、pH/DO测定仪(5.2)、温控装置(5.3)、排水阀Ⅲ(5.4)、排泥阀Ⅱ(5.5)。
所述原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(1.1)与反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)进水口相连;反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器(2)出水口通过排水阀Ⅰ(2.6)、排水阀Ⅱ(2.7)与第一中间水箱(3)相连;厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5)进水口通过进水泵Ⅱ(3.1)与第一中间水箱(3)相连;厌氧氨氧化颗粒污泥反应器(5)出水口通过排水阀Ⅲ(5.4)与第二中间水箱(4)相连;第二中间水箱(4)通过进水泵Ⅲ(4.1)与反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器相连;
同时还提供了一种分段出水反硝化除磷-短程硝化生物膜耦合厌氧氨氧化处理城市生活污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.系统的启动：
1)反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器的启动：接种挂好短程硝化污泥的生物膜填料，填充比为30%～50%，同时接种反硝化除磷污泥，控制污泥浓度为2500～4000mg/L，水力停留时间4～8h，污泥龄15～20d。
2)厌氧氨氧化颗粒污泥的启动：接种具有厌氧氨氧化活性的颗粒污泥，平均粒径为0.5～0.9mm;控制污泥浓度为4000～5000mg/L，污泥龄为20～30d;通过温控装置控制反应器内温度为30±2℃。
2.启动成功后的运行操作：
1)生活污水通过进水泵Ⅰ进入反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器中，开启搅拌装置进行厌氧释磷及内碳源的储存，反应时间为1～1.5h;反应结束后关闭搅拌装置，静置沉淀30min～60min后开启排水阀，排水比为25%～50%，进行第一次排水进入第一中间水箱;随后，开启搅拌装置与空气泵，通过气体流量计控制DO维持在1～1.5mg/L，进行短程硝化反应，根据pH变化曲线出现由下降转上升的“氨氮谷点”控制曝气时间，当pH变化到达“氨氮谷点”时，关闭搅拌装置与空气泵，静置沉淀30～60min后开启排水阀，进行第二次排水进入第一中间水箱;随后将上一周期厌氧氨氧化反应器出水回流至反硝化除磷-短程硝化生物膜反应器中，缺氧搅拌进行反硝化吸磷，静置沉淀30～60min后，出水排放;通过定期排泥控制污泥龄为15～20d。
2)厌氧氨氧化颗粒污泥反应器通过进水泵将第一中间水箱的水泵入反应器内，进水结束后，开启搅拌装置，进行厌氧氨氧化反应将NH4+-N与NO2--N转化为N2，反应时间2～3h;反应结束后，静置沉淀30～60min，通过排水阀将出水排入第二中间水箱。
本发明提供的是一种反硝化除磷耦合短程硝化及厌氧氨氧化的方法，与传统的硝化反硝化污水处理工艺相比，具有以下优点：
1)充分利用原水中有机物作为碳源进行反硝化除磷，实现了一碳两用，解决了反硝化菌与聚磷菌竞争碳源的问题;
2)通过厌/好/缺氧交替运行的方式，创造了有利于氨氧化菌(AOB)的生长条件，并通过生物膜实现了AOB的富集，有利于短程硝化的稳定维持;
3)将厌氧氨氧化颗粒污泥独立于一个反应器内，避免了其他菌与其竞争底物的可能，有利于厌氧氨氧化系统的稳定;
4)通过出水回流能够进一步降低了厌氧氨氧化反应器中出水硝态氮含量，提高了系统出水水质。