申请日2018.04.11
公开(公告)日2018.08.21
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14
摘要
本发明属于废水或污水的生物处理领域，具体涉及一种改良A2O与硫自养联合脱氮除磷反应器及污水处理方法。本发明的反应器包括改良A2O工艺段和硫自养工艺段，其中改良A2O工艺段有包括预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区和二沉池。反应器由于结合异养‑自养反硝化可使脱氮效率达到95%以上，对低碳氮比市政污水具有较好的适用性。此外，可适当提高分段进水进入厌氧区的比例以保证生物除磷效果。
权利要求书
1.一种改良A2O与硫自养联合脱氮除磷反应器，其特征在于，所述反应器包括改良A2O工艺段与硫自养工艺段，其中，
所述改良A2O工艺段包括反应池与二沉池，所述反应池顺次包括预缺氧区、厌氧区、缺氧区与好氧区;所述好氧区的出水口连接二沉池的入水口，二沉池的底部设有污泥出口，二沉池出水口连接中间水箱，所述污泥出口与预缺氧底部的进泥口相连;所述好氧区上部设置有硝化液回流管路连接于缺氧区;
所述硫自养工艺段包括填充床反应器，所述填充床反应器底部的入水口与中间水箱的出水口相连。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述填充床反应器内含有填料，所述填料为硫磺颗粒与石灰石的混合物，其中，硫磺颗粒与石灰石的质量比为0.5:1-2:1。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述预缺氧区、厌氧区、缺氧区与好氧区的两两之间设有穿孔隔板，其中，所述预缺氧区与厌氧区之间的穿孔隔板下部开孔，所述厌氧区与缺氧区之间的穿孔隔板上部开孔，所述缺氧区与好氧区之间的穿孔隔板下部开孔。
4.根据权利要求1-3任一所述的反应器，其特征在于，所述好氧区的池底设有曝气装置。
5.根据权利要求1-3任一所述的反应器，其特征在于，所述预缺氧区、厌氧区与缺氧区内均设置搅拌桨。
6.一种基于权利要求1-5任一所述反应器的污水处理方法，包括以下步骤：
1)向改良A2O工艺段的预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区同时加入污水与活性污泥混合物，随后改良A2O工艺段连续进水运行，并使二沉池内的污泥回流入预缺氧区，好氧区的硝化液回流至缺氧区;
2)活性污泥中的反硝化菌在预缺氧区去除回流污泥携带的硝酸盐，去除完硝态氮的泥水混合物经穿孔隔板下部进入厌氧区;
活性污泥中的聚磷菌利用分段进水中的有机物在厌氧区进行磷的释放过程，随后泥水混合物经穿孔隔板上部进入缺氧区;
活性污泥中的反硝化除磷菌及反硝化菌利用分段进水中的有机物进行反硝化除磷及反硝化反应，随后泥水混合物经穿孔隔板下部进入好氧区;
在好氧区，活性污泥中的聚磷菌完成过量吸磷以及硝化菌完成氨氮至硝态氮的转化，随后泥水混合物进入二沉池;
3)泥水混合物在二沉池内完成泥水分离，形成上部的上清液与底部的污泥;
4)二沉池内的上清液进入中间水箱，并泵入硫自养工艺段的含有驯化后污泥的填充床反应器内，在自养反硝化菌的作用下进行自养反硝化反应进行脱氮，处理后的污水排出。
7.根据权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，好氧区内反应生成的硝化液回流入缺氧区，回流比为150%-250%。
8.根据权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，步骤1)的预缺氧区、厌氧区与缺氧区的进水比例分别为20%-30%、40%-60%与20%-30%;二沉池内的污泥回流入预缺氧区的回流比为70%-150%。
9.根据权利要求6-8任一所述的污水处理方法，其特征在于，改良A2O工艺段的污泥浓度在2500-3500mg/L;预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区、二沉池的水力停留时间分别为1.0-2.0h、1.5-3.0h、2.0-4.0h、4.0-6.0h、1.5-3.0h;好氧区溶解氧浓度维持在2.0±0.3mg/L，污泥龄维持在20-30d。
10.根据权利要求6-8任一所述的污水处理方法，其特征在于，填充床反应器内填料空隙率为40%-50%;初始活性污泥量为4-8g/L填料;填充床反应器内空床停留时间为10-40min。
说明书
一种改良A2O与硫自养联合脱氮除磷反应器及污水处理方法
技术领域
本发明属于废水或污水的生物处理领域，具体涉及一种改良A2O与硫自养联合脱氮除磷反应器及污水处理方法。
背景技术
污水处理设施对于保障我国城镇化的发展日益重要，提高现有污水处理设施的处理能力，应对高排放标准的要求并逐步改善流域水环境质量，对于我国城镇化发展战略的顺利实施具有重要作用。但随着人民生活水平的不断提高，污水中蛋白质及氨基酸类物质的含量不断增加。加之城镇排水管网输送距离不断加大，造成污水在管网中厌氧输送距离和滞留时间较长，水解现象明显，COD大幅降解，使得污水处理厂的进水逐渐呈现出低碳氮比的水质特性。传统的厌氧/缺氧/好氧生物脱氮除磷工艺逐渐呈现出有机物不足的现象，导致生物脱氮除磷效果不佳等问题。国家“水污染防治行动计划”也将污水处理厂对氮磷污染物的高效去除列为重要主题之一。
近年来研究人员在重新审视传统生物脱氮除磷技术不足的基础上，不断研发针对低碳氮比污水的脱氮除磷新技术，如同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、反硝化除磷以及厌氧氨氧化脱氮技术等。但是，这些新型脱氮工艺的应用往往需要精确控制运行条件，如温度、pH、碱度、溶解氧等，严格的运行条件限制了新型脱氮工艺的应用范围。因此，亟需开发去除性能稳定、适应性强、成本低的脱氮除磷新工艺，实现低碳氮比进水条件下脱氮污染物的高效稳定去除。基于厌氧/缺氧/好氧及硫自养反硝化工艺的研究成果和处理低碳氮比污水的工程实践，构建有机物、氮、磷污染物高效去除的改良A2O-硫自养高效脱氮除磷反应器，是低碳氮比市政污水实现高效脱氮除磷的有效途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改良A2O-硫自养联合反应器及其高效去除低碳比市政污水中氮磷污染的方法。该反应器将改良A2O工艺段与硫自养反硝化工艺段有机结合，并通过分段进水的运行策略调控进水碳源的分配，实现有机物、氮、磷污染物的协同高效去除。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种改良A2O与硫自养联合脱氮除磷反应器，包括改良A2O异养脱氮除磷工艺段、硫自养强化脱氮工艺段，并结合分段进水运行策略合理分配进水中有限的碳源。
具体地，所述改良A2O与硫自养联合脱氮除磷反应器，包括改良A2O工艺段与硫自养工艺段，其中，
所述改良A2O工艺段包括反应池与二沉池，所述反应池顺次包括预缺氧区、厌氧区、缺氧区与好氧区;所述好氧区的出水口连接二沉池的入水口，二沉池的底部设有污泥出口，二沉池出水口连接中间水箱，所述污泥出口与预缺氧底部的进泥口相连;所述好氧区上部设置有硝化液回流管路连接于缺氧区;
所述硫自养工艺段包括填充床反应器，所述填充床反应器底部的入水口与中间水箱的出水口相连。
本发明的改良A2O工艺段的反应池为开放式，进入反应池内各区的污水与活性污泥，可以从各区的上部池口直接进入，也可以在侧壁开入水口，由入水口进入。
根据本发明所述的反应器，其中，所述填充床反应器内含有填料，所述填料为硫磺颗粒与石灰石的混合物，其中作为优选，硫磺颗粒与石灰石的质量比为0.5:1-2:1，硫磺颗粒与石灰石的粒径均为2-3mm。
根据本发明所述的反应器，其中，所述预缺氧区、厌氧区、缺氧区与好氧区的两两之间设有穿孔隔板，其中，所述预缺氧区与厌氧区之间的穿孔隔板下部开孔，所述厌氧区与缺氧区之间的穿孔隔板上部开孔，所述缺氧区与好氧区之间的穿孔隔板下部开孔。孔直径3-5mm，相邻两孔中心距离为10-20mm，开孔区域面积为穿孔隔板浸水面积的1/3-1/4。上部开孔的隔板，自液面处开始开孔;下部开孔的隔板，自板底开始开孔。
根据本发明所述的反应器，其中，所述好氧区的池底设有曝气装置，可选择地，所述曝气池为曝气头。
作为优选地，在本发明所述的反应器中，所述预缺氧区、厌氧区与缺氧区内均设置搅拌桨，有利于泥水混合、促进污染物与活性污泥的接触、防止污泥大量沉淀。
进一步地，本发明所述二沉池优选为竖流式二沉池，所述填充床反应器优选为升流式填充床反应器。
进一步作为优选地，在本发明所述的反应器中，在各个污水或污泥的输入段均可以设置泵，便于输水或输泥。例如，在改良A2O工艺段各区的入水口处，好氧区的出水口与二沉池的入水口之间，二沉池的底部污泥出口与预缺氧底部的进泥口之间，好氧区与缺氧区之前的硝化液回流管路上，上述各区间段均可以根据需要设置一个或多个泵。
本申请还提供了一种基于上述反应器的污水处理方法，包括以下步骤：
1)向改良A2O工艺段的预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区同时加入污水与活性污泥混合物，随后改良A2O工艺段连续进水运行，并使二沉池内的污泥回流入预缺氧区，好氧区的硝化液回流至缺氧区;
2)活性污泥中的反硝化菌在预缺氧区去除回流污泥携带的硝酸盐，去除完硝态氮的泥水混合物经穿孔隔板下部进入厌氧区;
活性污泥中的聚磷菌利用分段进水中的有机物在厌氧区进行磷的释放过程，随后泥水混合物经穿孔隔板上部进入缺氧区;
活性污泥中的反硝化除磷菌及反硝化菌利用分段进水中的有机物进行反硝化除磷反应，随后泥水混合物经穿孔隔板下部进入好氧区;
在好氧区，活性污泥中的聚磷菌完成过量吸磷以及硝化菌完成氨氮至硝态氮的转化，随后泥水混合物进入二沉池;
3)泥水混合物在二沉池内完成泥水分离，形成上部的上清液与底部的污泥;
4)二沉池内的上清液进入中间水箱，并泵入硫自养工艺段的含有驯化后污泥的填充床反应器内，在自养反硝化菌的作用下进行自养反硝化反应进行脱氮，处理后的污水排出。
根据本发明所述的污水处理方法，其中优选地，好氧区内反应生成的硝化液回流入缺氧区，回流比为150%-250%。活性污泥中的反硝化菌利用进水中的有机物及经硝化液回流至缺氧区的硝态氮进行聚磷及反硝化反应。
根据本发明所述的污水处理方法，其中优选地，步骤1)的预缺氧区、厌氧区与缺氧区的进水比例分别为20%-40%、40%-60%与20%-30%;二沉池内的污泥回流入预缺氧区的回流比为70%-150%。
根据本发明所述的污水处理方法，其中优选地，改良A2O工艺段的污泥浓度在2500-3500mg/L;预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区、二沉池的水力停留时间分别为1.0-2.0h、1.5-3.0h、2.0-4.0h、4.0-6.0h、1.5-3.0h;好氧区溶解氧浓度维持在2.0±0.3mg/L，污泥龄维持在20-30d。
根据本发明所述的污水处理方法，其中优选地，填充床反应器内填料空隙率为40%-50%;初始活性污泥量为4-8g/L填料;填充床反应器内空床停留时间为10-40min。
本发明所处理的污水为本领域公知的市政污水，尤其是，低碳氮比市政污水。本申请所接种的活性污泥为本领域公知的普通的市政污水厂剩余污泥。
本发明改良A2O工艺段设置预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区。预缺氧区接收回流污泥及部分市政污水，预缺氧区微生物利用进水中的有机物将回流污泥中携带的硝酸盐经反硝化被还原为氮气，为后续厌氧区聚磷菌的释磷过程消除硝酸盐的影响。厌氧区接收大部分进水及预缺氧区经去除硝酸盐的回流污泥，该区中的聚磷菌利用进水中的有机物进行磷的释放过程，随后泥水混合物流入缺氧区。在缺氧区接收好氧区的回流硝化液，在反硝化聚磷菌与反硝化菌进行反硝化除磷和反硝化反应。好氧区进行聚磷反应及硝化反应，将磷过量吸收以去除以及将氨氮转化为硝态氮，并通过硝化液回流将硝态氮回流至缺氧区进行氮的去除。好氧区出水进入二沉池进行泥水分离，并将污泥回流至预缺氧区以保证改良A2O工艺段的污泥浓度。
本发明的硫自养段，首先将作为填料的硫颗粒和石灰石按质量比混匀，备用，然后取经过沉降的活性污泥接种至所述填料、混匀，该区的空床停留时间设置为10-40min。
采用本发明的上述技术方案产生的有益效果在于：(1)本发明设置改良A2O与硫自养工艺段，耦合异养与自养反硝化技术，保证的低碳氮比条件下氮污染的去除效率。试验结果表明改良A2O-硫自养系统在进水COD/N比4-6之间时，对氮的处理效率可稳定达到95%以上，出水总氮浓度维持在2mg/L以下;(2)结合分段进水的运行策略，20%-30%进水进入预缺氧区可保证回流污泥携带的硝态氮的去除，避免对后续厌氧区释磷的影响。40%-60%的进水进入厌氧区获得足够的有机物以完成释磷过程。另外20%-30%的进水进入缺氧区，以去除经硝化液回流至缺氧区的硝酸盐;(3)采用硫磺-石灰石为载体的自养工艺段，保证脱氮效率，减少出水硝态氮浓度;(4)本发明操作简单，运行成本较低，启动快，易于在实际中应用。