CN105906044B - 厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法，属于污水生物处理领域。城市污水进入内源反硝化耦合除磷SBR反应器进行厌氧搅拌，反硝化聚糖菌分解细胞内的糖原提供能量，吸收污水中的挥发性脂肪酸VFA合成内碳源PHA储存于体内，同时反硝化聚磷菌进行厌氧释磷，并吸收污水中的VFA合成PHA储存于体内，厌氧搅拌结束后，沉淀排水，出水排入中间水箱；之后，将中间水箱中含有氨氮和磷的水进入一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器中，进行间歇低氧曝气搅拌出水排入出水水箱；将一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器的出水进入内源反硝化耦合除磷SBR反应器中进行低氧曝气搅拌。该方法实现了原水中的有机碳源的高效利用并节省了曝气量。

Description

厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污 水的装置和方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法。

背景技术

污水氮磷的不达标排放是造成水体富营养化的直接原因。据统计，全球范围内30％～40％的湖泊和水库遭受不同程度富营养化影响，且我国已成为国际上湖泊富营养化严重国家之一。据调查的26个湖泊，在70年代末富营养化湖泊只占27％，80年代末达61％，90年代末高达85％，2000年以后发展更为迅速。如：云南滇池、巢湖、太湖等都受到了较为明显的污染，出现了水体富营养化现象。因此，污水的脱氮除磷已成为污水处理研究领域的热点。

城市污水具有C/N比低，但易生物降解的特点。因此针对低C/N比城市污水的水质特点，提出一种用于低碳污水同步脱氮除磷的工艺迫在眉睫。考虑到强化生物除磷(EBPR)***内聚磷菌(PAOs)富集程度高，可实现污水的高效除磷，且同步硝化反硝化(SND)工艺可在低氧条件下实现氮的去除，在降低出水NO_x ^--N的同时，可减少厌氧段NO_x ^--N对PAOs释磷的影响。因此，将EBPR与SND耦合，即SNDPR工艺，可在一个反应器的厌氧段实现释磷和内碳源的储存，在其低氧段实现硝化、内源反硝化、好氧吸磷和反硝化除磷的同时进行，从而实现污水中氮和磷的去除。此外，考虑到SND工艺的脱氮性能有一定的局限性，因此，将短程硝化厌氧氨氧化工艺耦合SNDPR工艺可实现氮磷的同步去除。由于原水中的有机碳源主要用于除磷过程，氮的去除主要是通过短程硝化厌氧氨氧化过程实现的，因而避免了脱氮过程与除磷过程对有机碳源的竞争。

综上可知，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化工艺结合了同步硝化反硝化除磷SNDPR工艺和短程硝化厌氧氨氧化工艺各自的优点，可应用于低C/N比污水的脱氮除磷，且工艺流程简单，运行费用低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法，实现无外加碳源的条件下低C/N比城市污水的同步脱氮除磷，解决传统脱氮除磷工艺中存在碳源不足、脱氮和除磷不能同时达到最佳等问题。此外，该发明结合了同步硝化反硝化除磷工艺与短程硝化厌氧氨氧化工艺的优点，可在最大程度利用原水碳源进行除磷的同时，实现城市污水中氮的高效去除。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置，其特征在于，包括城市污水原水水箱1、内源反硝化耦合除磷SBR反应器2、中间水箱3、出水水箱4、一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5、在线监测和反馈控制***6；其中所述城市污水原水水箱1通过第一进水泵2.1与内源反硝化耦合除磷SBR反应器2相连接；内源反硝化耦合除磷SBR反应器2通过第一电动排水阀2.5与中间水箱3相连接；中间水箱3通过第三进水泵5.1与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5相连接；一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5通过第二电动排水阀5.8与出水水箱4相连接；出水水箱4通过第二进水泵2.2与内源反硝化耦合除磷SBR反应器2相连接；出水水箱4通过污泥回流泵5.11与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5相连接；

所述内源反硝化耦合除磷SBR反应器2设置有第一搅拌桨2.4、第一电动排水阀2.5、第一采样口2.6、第一pH传感器2.9、第一DO传感器2.10；

所述一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5设置有第二搅拌桨5.3、气泵5.4、气体流量计5.6、曝气头5.7、第二电动排水阀5.8、第二采样口5.9、第二pH传感器5.13、第二DO传感器5.14；

所述在线监测和反馈控制***6包括计算机6.1和可编程过程控制器6.2，可编程过程控制器6.2设置信号转换器DA转换接口6.3、信号AD转换接口6.4、第一搅拌器继电器6.5、第一pH/DO数据信号接口6.6、进水继电器6.7、曝气继电器6.8、第二搅拌器继电器6.9、第二pH/DO数据信号接口6.10；其中，可编程过程控制器6.2上的信号AD转换接口6.4通过电缆线与计算机6.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机6.1；计算机6.1通过信号转换器DA转换接口6.3与可编程过程控制器6.2相连接，将计算机6.1的数字指令传递给可编程过程控制器6.2；第一搅拌器继电器6.5与第一搅拌器2.3相连接；第一pH/DO数据信号接口6.6与第一pH/DO测定仪2.8相连接；进水继电器6.7与第二进水泵2.2相连接；曝气继电器6.8与电磁阀5.5相连接；第二搅拌器继电器6.9与第二搅拌器5.2相连接；第一pH传感器2.9和第一DO传感器2.10分别与第一pH/DO测定仪2.8相连接；第二pH/DO数据信号接口6.10与第二pH/DO测定仪5.12相连接；第二pH传感器5.13和第二DO传感器5.14分别与第二pH/DO测定仪5.12相连接。

污水在此装置中的处理流程为：城市污水通过第一进水泵2.1由城市污水原水箱1抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器2；在内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，聚糖菌分解细胞内的糖原提供能量，吸收污水中的挥发性脂肪酸(VFA)合成内碳源PHA储存于体内，同时，PAOs进行厌氧释磷，并吸收污水中的VFA合成PHA储存于体内，厌氧搅拌结束后，沉淀排水，出水通过第一电动排水阀2.5排入中间水箱3；开启第三进水泵5.1，将中间水箱3中内源反硝化耦合除磷SBR反应器2厌氧反应结束后含有NH₄ ⁺-N和磷的出水抽入一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5；在一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5中，氨氧化菌通过短程硝化作用将原水NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^--N，厌氧氨氧化菌将原水NH₄ ⁺-N和短程硝化过程产生亚硝态氮转化成NO₃ ^--N和N₂，出水通过第二电动排水阀5.8排入出水水箱4；开启第二进水泵2.2，将一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5含有NO₃ ^--N的出水抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，聚磷菌利用厌氧反应过程中储存的内碳源PHA进行好氧吸磷和反硝化除磷，同时，反硝化聚糖菌利用厌氧反应过程中储存的内碳源PHA进行内源反硝化脱氮，从而将厌氧氨氧化过程产生的NO₃ ^--N去除，出水通过第一电动排水阀2.5排出。

本发明还提供了厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的方法，其具体的启动和操作步骤如下：

1)***的启动：

将反硝化除磷污泥投加至内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，使接种后内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比1:2混合后投加至一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5内，使接种后一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥质量浓度都为2000～4000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵2.1将城市污水抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，厌氧搅拌60～180min，沉淀、排水，排水比为0.2～0.4，出水排入中间水箱3；

启动第三进水泵5.1将内源反硝化耦合除磷SBR反应器2厌氧搅拌结束的排水从中间水箱3抽入一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5内，进行间歇式低氧曝气搅拌，当NH₄ ⁺-N浓度＜1.0mg/L时停止低氧曝气搅拌，沉淀、排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱4；此处的间歇式低氧曝气搅拌是指每隔15～30min进行低氧曝气，且DO浓度为0.3～0.5mg/L；

启动第二进水泵2.2将一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5的出水由出水水箱4抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，低氧曝气搅拌180～300min，沉淀、排水，排水比为0.2～0.4；低氧曝气时DO浓度为0.3～0.5mg/L；

内源反硝化耦合除磷SBR反应器2运行时需排泥，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内污泥浓度维持在2000～4000mg/L；

一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5运行时需进行污泥回流，当出水水箱4中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵5.11，将出水水箱4中的剩余污泥全部回流至一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5，以防止厌氧氨氧化污泥流失。

本发明厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置和方法，具有以下优点：

1)将短程硝化与厌氧氨氧化技术联合应用于低碳氮比城市污水的脱氮过程中，不需要有机碳源，且厌氧氨氧化过程产生的NO₃ ^--N可用作反硝化除磷过程的电子受体；

2)将强化生物除磷EBPR技术与同步硝化内源反硝化SNED技术相耦合，由于***内聚磷菌和聚糖菌富集程度较高，可在厌氧/低氧条件下实现城市污水的高效、稳定脱氮除磷；

3)内源反硝化耦合除磷SBR反应器在低氧曝气段可实现硝化、内源反硝化、好氧吸磷和反硝化除磷的同时进行，保证了脱氮除磷过程的进行。

附图说明

图1为本发明厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水装置的结构示意图。

图1中1为城市污水原水水箱；2为内源反硝化耦合除磷SBR反应器；3为中间水箱；4为出水水箱；5为一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器；6为在线监测和反馈控制***；1.1为第一溢流管；1.2第一放空管；2.1为第一进水泵；2.2为第二进水泵；2.3为第一搅拌器；2.4为第一搅拌桨；2.5为第一电动排水阀；2.6为第一采样口；2.7为第一排泥管；2.8为第一pH/DO测定仪；2.9为第一pH传感器；2.10为第一DO传感器；3.1为第二溢流管；3.2第二放空管；4.1为第三溢流管；4.2第三放空管；5.1为第三进水泵；5.2为第二搅拌器；5.3为第二搅拌桨；5.4为气泵；5.5为电磁阀；5.6为气体流量计；5.7为曝气头；5.8为第二电动排水阀；5.9为第二采样口；5.10为第二排泥管；5.11为污泥回流泵；5.12为第二pH/DO测定仪；5.13为第二pH传感器；5.14为DO传感器；6.1为计算机；6.2为可编程过程控制器；6.3为信号转换器DA转换接口；6.4为信号AD转换接口；6.5为第一搅拌器继电器；6.6为第一pH/DO数据信号接口；6.7为进水继电器；6.8为曝气继电器；6.9为第二搅拌器继电器；6.10为第二pH/DO数据信号接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：如图1所示，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的装置，包括城市污水原水水箱1、内源反硝化耦合除磷SBR反应器2、中间水箱3、出水水箱4、一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5、在线监测和反馈控制***6；其中所述城市污水原水水箱1通过第一进水泵2.1与内源反硝化耦合除磷SBR反应器2相连接；内源反硝化耦合除磷SBR反应器2通过第一电动排水阀2.5与中间水箱3相连接；中间水箱3通过第三进水泵5.1与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5相连接；一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5通过第二电动排水阀5.8与出水水箱4相连接；出水水箱4通过第二进水泵2.2与内源反硝化耦合除磷SBR反应器2相连接；出水水箱4通过污泥回流泵5.11与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5相连接；

所述内源反硝化耦合除磷SBR反应器2设置有第一搅拌桨2.4、第一电动排水阀2.5、第一采样口2.6、第一pH传感器2.9、第一DO传感器2.10；

所述一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5设置有第二搅拌桨5.3、气泵5.4、气体流量计5.6、曝气头5.7、第二电动排水阀5.8、第二采样口5.9、第二pH传感器5.13、第二DO传感器5.14；

所述在线监测和反馈控制***6包括计算机6.1和可编程过程控制器6.2，可编程过程控制器6.2设置信号转换器DA转换接口6.3、信号AD转换接口6.4、第一搅拌器继电器6.5、第一pH/DO数据信号接口6.6、进水继电器6.7、曝气继电器6.8、第二搅拌器继电器6.9、第二pH/DO数据信号接口6.10；其中，可编程过程控制器6.2上的信号AD转换接口6.4通过电缆线与计算机6.1相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机6.1；计算机6.1通过信号转换器DA转换接口6.3与可编程过程控制器6.2相连接，将计算机6.1的数字指令传递给可编程过程控制器6.2；第一搅拌器继电器6.5与第一搅拌器2.3相连接；第一pH/DO数据信号接口6.6与第一pH/DO测定仪2.8相连接；进水继电器6.7与第二进水泵2.2相连接；曝气继电器6.8与电磁阀5.5相连接；第二搅拌器继电器6.9与第二搅拌器5.2相连接；第一pH传感器2.9和第一DO传感器2.10分别与第一pH/DO测定仪2.8相连接；第二pH/DO数据信号接口6.10与第二pH/DO测定仪5.12相连接；第二pH传感器5.13和第二DO传感器5.14分别与第二pH/DO测定仪5.12相连接。

试验过程中，试验用水取自北京工业大学家属区生活污水，具体水质如下：COD浓度为178.2～262.0mg/L，NH4+-N浓度为43.4～67.4mg/L，NO₂ ^--N浓度<0.5mg/L，NO₃ ^--N浓度<1mg/L，P浓度为4.6～7.4mg/L。试验***如图1所示，反应器为有机玻璃材质，内源反硝化耦合除磷SBR反应器2有效容积为10L，一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5有效容积为10L。

具体的运行操作如下：

1)***的启动：

将反硝化除磷污泥投加至内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，使接种后内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内活性污泥浓度达到3000mg/L；将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比1:2混合后投加至一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5内，使接种后一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5内活性污泥浓度达到3000mg/L；短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥质量浓度都为3000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水水箱1，启动第一进水泵2.1将4L城市污水抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，厌氧搅拌180min，沉淀、排水，排水比为0.4，出水排入中间水箱3；

启动第三进水泵5.1将内源反硝化耦合除磷SBR反应器2厌氧搅拌结束的排水从中间水箱3抽入一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5内，进行每隔15min进行间歇式低氧曝气搅拌，并控制DO浓度为0.3mg/L，当NH₄ ⁺-N浓度＜1.0mg/L时停止低氧曝气搅拌，沉淀、排水，排水比为0.4，出水排入出水水箱4；启动第二进水泵2.2将一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5的出水由出水水箱4抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内，低氧曝气搅拌240min，沉淀、排水，排水比为0.4；低氧曝气时DO浓度为0.3mg/L；

内源反硝化耦合除磷SBR反应器2运行时需排泥，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器2内污泥浓度维持在3000mg/L；

一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5运行时需进行污泥回流，当出水水箱4中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵5.11，将出水水箱4中的剩余污泥全部回流至一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5，以防止厌氧氨氧化污泥流失。

试验结果表明：运行稳定后，一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器5出水NH₄ ⁺-N浓度＜1mg/L，NO₂ ^--N为＜1mg/L，NO₃ ^--N＜8mg/L；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器2出水COD浓度为36～49mg/L，NH₄ ⁺-N浓度＜3mg/L，NO₂ ^--N为＜1mg/L，NO₃ ^--N＜5mg/L，TN浓度＜10mg/L，PO₄ ^3--P浓度＜0.5mg/L。

Claims (1)

1.厌氧氨氧化耦合反硝化除磷同步内源反硝化处理低碳城市污水的方法，应用如下装置，该装置包括城市污水原水水箱(1)、内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)、中间水箱(3)、出水水箱(4)、一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)、在线监测和反馈控制***(6)；其中所述城市污水原水水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)相连接；内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)通过第一电动排水阀(2.5)与中间水箱(3)相连接；中间水箱(3)通过第三进水泵(5.1)与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)相连接；一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)通过第二电动排水阀(5.8)与出水水箱(4)相连接；出水水箱(4)通过第二进水泵(2.2)与内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)相连接；出水水箱(4)通过污泥回流泵(5.11)与一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)相连接；

所述内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)设置有第一搅拌桨(2.4)、第一电动排水阀(2.5)、第一采样口(2.6)、第一pH传感器(2.9)、第一DO传感器(2.10)；

所述一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)设置有第二搅拌桨(5.3)、气泵(5.4)、气体流量计(5.6)、曝气头(5.7)、第二电动排水阀(5.8)、第二采样口(5.9)、第二pH传感器(5.13)、第二DO传感器(5.14)；

所述在线监测和反馈控制***(6)包括计算机(6.1)和可编程过程控制器(6.2)，可编程过程控制器(6.2)设置信号转换器DA转换接口(6.3)、信号AD转换接口(6.4)、第一搅拌器继电器(6.5)、第一pH/DO数据信号接口(6.6)、进水继电器(6.7)、曝气继电器(6.8)、第二搅拌器继电器(6.9)、第二pH/DO数据信号接口(6.10)；其中，可编程过程控制器(6.2)上的信号AD转换接口(6.4)通过电缆线与计算机(6.1)相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(6.1)；计算机(6.1)通过信号转换器DA转换接口(6.3)与可编程过程控制器(6.2)相连接，将计算机(6.1)的数字指令传递给可编程过程控制器(6.2)；第一搅拌器继电器(6.5)与第一搅拌器(2.3)相连接；第一pH/DO数据信号接口(6.6)与第一pH/DO测定仪(2.8)相连接；进水继电器(6.7)与第二进水泵(2.2)相连接；曝气继电器(6.8)与电磁阀(5.5)相连接；第二搅拌器继电器(6.9)与第二搅拌器(5.2)相连接；第一pH传感器(2.9)和第一DO传感器(2.10)分别与第一pH/DO测定仪(2.8)相连接；第二pH/DO数据信号接口(6.10)与第二pH/DO测定仪(5.12)相连接；第二pH传感器(5.13)和第二DO传感器(5.14)分别与第二pH/DO测定仪(5.12)相连接；

其特征在于，包括以下内容：

1)***的启动：

将反硝化除磷污泥投加至内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)内，使接种后内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；将短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥按体积比1:2混合后投加至一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)内，使接种后一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；

2)运行时调节操作：

将城市污水加入城市污水原水水箱(1)，启动第一进水泵(2.1)将城市污水抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)内，厌氧搅拌60～180min，沉淀、排水，排水比为0.2～0.4，出水排入中间水箱(3)；

启动第三进水泵(5.1)将内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)厌氧搅拌结束的排水从中间水箱(3)抽入一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)内，进行间歇式低氧曝气搅拌，当NH₄ ⁺-N浓度＜1.0mg/L时停止低氧曝气搅拌，沉淀、排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱(4)；此处的间歇式低氧曝气搅拌是指每隔15～30min进行低氧曝气，且DO浓度为0.3～0.5mg/L；

启动第二进水泵(2.2)将一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)的出水由出水水箱(4)抽入内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)内，低氧曝气搅拌180～300min，沉淀、排水，排水比为0.2～0.4；低氧曝气时DO浓度为0.3～0.5mg/L；

内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)运行时需排泥，使内源反硝化耦合除磷SBR反应器(2)内污泥浓度维持在2000～4000mg/L；

一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)运行时需进行污泥回流，当出水水箱(4)中污泥累积大于1L时，启动污泥回流泵(5.11)，将出水水箱(4)中的剩余污泥全部回流至一体化短程硝化厌氧氨氧化SBR反应器(5)。