CN110002591A - 一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法 - Google Patents

一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法 Download PDF

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Abstract

一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法，属于生物污水处理的领域。该工艺在一个短程硝化耦合反硝化除磷的SBR反应器中实现。首先通过蠕动泵将城市生活污水泵入SBR反应器，通过厌氧搅拌使除磷菌(PAOs和DPAOs)、聚糖菌(GAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内，同时除磷菌进行厌氧释磷。然后进入低氧缺氧/好氧交替阶段，好氧段发生短程硝化、亚硝态氮途径的内源反硝化、好氧吸磷以及反硝化除磷。缺氧段发生内源反硝化和反硝化除磷。缺氧/好氧交替结束后持续低氧曝气，通过DO和pH实时控制停止曝气。低溶解氧和缺氧/好氧交替有利于维持短程硝化的稳定。

Description

一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合 反硝化除磷的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
水体中的营养元素如氮、磷含量过多时会超过水体自身的自净能力和承受能力，从而导致水体的富营养化，藻类和浮游生物过量生长，这些藻类和浮游生物在生长的过程中会分泌毒素，同时在呼吸的过程中会消耗掉大量的DO使水中生物因过度厌氧而死亡。水体水质得更加浑浊恶臭，生态***稳定性下降，对水资源的利用影响巨大，限制了工业农业畜牧业的发展甚至对人类的身体健康造成威胁。当前，我国大多数污水处理厂都存在氮磷不能同时达标的问题。传统生物脱氮除磷工艺在实际应用过程中，经常会出现脱氮效果和除磷效果不能同时达到最佳的现象，并且存在曝气和碳源消耗大、工艺复杂、脱氮除磷效率低、运行费用高等问题。
短程硝化反硝化脱氮的基本原理是通过控制温度、溶解氧、pH、污泥龄等条件，抑制亚硝酸盐氧化菌生长，使硝化反应在生成亚硝酸盐的时候停止，不再进一步氧化成硝酸盐而是直接作为电子受体进行反硝化从而出去废水中的氮。短程硝化反硝化可以削减需氧的量(约25％)和有机碳源(约40％)，从而削减了运行能耗和运行费用。
强化生物除磷(EBPR)技术，可以在污水处理***中通过富集的PAOs和DPAOs在厌氧条件下，吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内同时进行磷的释放，然后在好氧条件下以氧气为电子受体进行磷的吸收，并最终通过排放富磷剩余污泥的方式实现***中磷的去除。同时在缺氧的条件下，DPAOs可以以亚硝态氮或者硝态氮为电子受体，进行反硝化除磷。反硝化除磷实现了“一碳两用”，有效的实现氮磷的同步去除和碳源的节约。此外，在EBPR***内，当PAOs富集的同时会存在GAOs的富集。GAOs具有与聚磷菌相似的代谢机理，其可以在厌氧条件下吸收污水中的有机碳源并以内碳源PHA的形式储存于体内，而当在缺氧条件下，GAOs可以以亚硝态氮或者硝态氮为电子受体分解体内的PHA产能进行反硝化脱氮。
本发明提出缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的新工艺。短程硝化耦合反硝化除磷工艺可以使短程硝化过程、反硝化过程、除磷过程和除碳的过程都在同一个反应器同时发生，使得所需氧气的量大大降低，从而节省能源消耗。PAOs、DPAOs、GAOs和DGAOs在厌氧段消耗COD而贮存的内碳，能够有效的节省碳源，从而能更好的处理低C/N比的污水。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法，解决目前污水处理碳源不足，出水不达一级A及其处理费用高等问题，实现稳定的脱氮除磷。首先通过蠕动泵将城市生活污水泵入SBR反应器，通过厌氧搅拌使除磷菌(PAOs和DPAOs)、聚糖菌(GAOs)和反硝化聚糖菌(DGAOs)吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内，同时除磷菌进行厌氧释磷。然后进入低氧缺氧/好氧交替阶段，该过程采用周期性曝气，一共四个周期，好氧段发生短程硝化、亚硝态氮途径的内源反硝化、好氧吸磷以及反硝化除磷。缺氧段发生内源反硝化和反硝化除磷。缺氧/好氧交替结束后持续低氧曝气，通过DO和pH实时控制停止曝气。低溶解氧和缺氧/好氧交替有利于维持短程硝化的稳定。PAOs、DPAOs、GAOs和DGAOs在厌氧段消耗COD而贮存的内碳能够有效的节省碳源，从而能更好的处理低C/N比的污水，达到强化生物除磷的效果，相比传统脱氮除磷的工艺，该工艺具有节约曝气量，无需外加碳源的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
基于缺氧/好氧交替实现同步短程硝化反硝化除磷的装置，其特征在于：其所用装置包括城市污水原水箱(1)，进水蠕动泵(2.1)和进水阀(2.2)连接的缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)设置搅拌器(2.4)连接搅拌桨(2.5)、曝气头(2.6)、气体流量计(2.7)、进气阀(2.8)、气泵(2.9)、DO传感器(2.10)、pH传感器(2.11)、DO/pH测定仪(2.12)、溢水阀(2.13)、第一排水阀(2.14)、第二排水阀(2.15)、排泥阀(2.16)。缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)通过排泥蠕动泵(2.17)与排泥箱(3)连接；通过排水蠕动泵(2.18)与排水箱(4)连接。
工艺包括以下步骤：
1)反应器启动阶段：缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)
中接种处理生活污水反应器中的短程硝化污泥和含有PAOs、DPAOs、GAOs和DGAO的污泥，体积比为2：1，污泥浓度控制在2500-3000mg/L。在室温的条件下启动缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)。
2)运行过程操作调节如下：将城市污水原水箱(1)中的生活污水通过进水蠕动泵(2.1)泵入缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)。进水结束后，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)开始厌氧搅拌2.5h，通过厌氧搅拌使PAOs、DPAOs、GAOs和DGAOs吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内，同时PAOs和DPAOs进行厌氧释磷。进入缺氧/好氧交替阶段，缺氧/好氧交替过程采用周期性的第一个周期低氧曝气2h，然后缺氧搅拌20min，后面三个周期均低氧曝气1h缺氧搅拌20min，一共四个周期。
在好氧阶段，通过曝气使进水中的氨氮短程硝化氧化为亚硝态氮的同时PAOs进行好氧吸磷。低氧曝气创造了缺氧微环境，DPAOs以亚硝态氮为电子受体，以厌氧段储存的PHA为电子供体进行反硝化除磷。同理DGAOs以亚硝态氮为电子受体，以厌氧段储存的PHA为电子供体进行内源反硝化。在缺氧阶段以同样的原理进一步内源反硝化和反硝化除磷，实现深度脱氮除磷的效果。在缺氧/好氧交替的缺氧阶段，AOB和NOB的活性受到抑制，但是在好氧段AOB的恢复速率比NOB的恢复速率快，同时通过好氧段产生的亚硝酸盐在缺氧段反硝化为氮气，减少了NOB的底物，因此缺氧/好氧交替有利于短程硝化的稳定维持。
在缺氧/好氧交替之后持续低氧曝气30min—50min，通过观察DO突越点(dDO/dt＞1)并且pH氨谷点(dpH/dt≥0)时实时控制停止曝气，曝气过程中曝气量通过气体流量计(2.7)调节使缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)内DO控制在0.2-0.3mg/L。最后沉淀20min后进入排水阶段，曝气停止后通过第二排水阀(2.15)将水排入排水箱(4)，排水比为60％-70％。
缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)在运行过程中需要排泥，开启排泥泵(2.17)并且控制排泥时间，保证缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)内的活性污泥龄保持在12-15天。
一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法，具有以下优点：
1)通过缺氧/好氧交替，有利于短程硝化的稳定，缺氧段强化了反硝化和反硝化除磷，进一步提高了氮和磷的去除率。
2)低氧缺氧/好氧交替，能够有效节约能源，厌氧段储存内碳源进行反硝化除磷，达到“一碳两用”的效果，无需外加碳源，节约成本。
3)本发明在一个SBR反应器完成脱氮除磷，工艺简单易控，操作方便。
附图说明
图1为本发明一种缺氧/好氧交替条件下实现同步短程硝化反硝化除磷的装置与方法的结构示意图。
图1中：1为城市污水原水箱、2.1为进水蠕动泵、2.2为进水阀、2.3为缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR、2.4为搅拌器、2.5为搅拌桨、2.6为曝气头、2.7为气体流量计、2.8为进气阀、2.9为气泵、2.10为DO传感器、2.11为pH传感器、2.12为DO/pH测定仪、2.13为溢水阀、2.14为第一排水阀、2.15为第二排水阀、2.16为排泥阀、2.17为排泥蠕动泵、2.18为排水蠕动泵、3为排泥箱、4为排水箱。
图2是缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的运行时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
如图1所示一种缺氧/好氧交替条件下实现城市生活污水短程硝化耦合反硝化除磷的装置与方法，其特征在于：其所用装置包括城市污水原水箱(1)，进水蠕动泵(2.1)和进水阀(2.2)连接的缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)设置搅拌器(2.4)连接搅拌桨(2.5)、曝气头(2.6)、气体流量计(2.7)、进气阀(2.8)、气泵(2.9)、DO传感器(2.10)、pH传感器(2.11)、DO/pH测定仪(2.12)、溢水阀(2.13)、第一排水阀(2.14)、第二排水阀(2.15)、排泥阀(2.16)。缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)通过排泥蠕动泵(2.17)与排泥箱(3)连接；通过排水蠕动泵(2.18)与排水箱(4)连接。
以北京某大学家属区生活污水，考察***的脱氮除磷除碳性能，原水具体水质如下：COD浓度为120～260mg/L，NH4 +-N浓度为50～75mg/L，NO2 --N浓度<0.1mg/L，NO3 --N浓度<0.8mg/L，P浓度为5～7mg/L，pH为7～8。试验***如图1所示，反应器采用有机玻璃制作，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)，有效容积为10L
具体运行操作如下：
1)反应器启动阶段：缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)
中接种处理生活污水反应器中的短程硝化污泥和含有PAOs、DPAOs、GAOs和DGAO的污泥，体积比为2：1，污泥浓度控制在2500-3000mg/L。在室温的条件下启动缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)。
2)运行过程操作调节如下：将城市污水原水箱(1)中的生活污水通过进水蠕动泵(2.1)泵入缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)。进水结束后，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)开始厌氧搅拌2.5h，通过厌氧搅拌使PAOs、DPAOs、GAOs和DGAOs吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内，同时PAOs和DPAOs进行厌氧释磷。进入缺氧/好氧交替阶段，缺氧/好氧交替过程采用周期性的第一个周期低氧曝气2h，然后缺氧搅拌20min，后面三个周期均低氧曝气1h缺氧搅拌20min，一共四个周期。加上最后的曝气如何控制停反应
在好氧阶段，通过曝气使进水中的氨氮短程硝化氧化为亚硝态氮的同时PAOs进行好氧吸磷。低氧曝气创造了缺氧微环境，DPAOs以亚硝态氮为电子受体，以厌氧段储存的PHA为电子供体进行反硝化除磷。同理DGAOs以亚硝态氮为电子受体，以厌氧段储存的PHA为电子供体进行内源反硝化。在缺氧阶段以同样的原理进一步内源反硝化和反硝化除磷，实现深度脱氮除磷的效果。在缺氧/好氧交替的缺氧阶段，AOB和NOB的活性受到抑制，但是在好氧段AOB的恢复速率比NOB的恢复速率快，同时通过好氧段产生的亚硝酸盐在缺氧段反硝化为氮气，减少了NOB的底物，因此缺氧/好氧交替有利于短程硝化的稳定维持。
在缺氧/好氧交替之后持续低氧曝气30min—50min，通过观察DO突越点(dDO/dt＞1)并且pH氨谷点(dpH/dt≥0)时实时控制停止曝气，曝气过程中曝气量通过气体流量计(2.7)调节使缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)内DO控制在0.2-0.3mg/L。最后沉淀20min后进入排水阶段，曝气停止后通过第二排水阀(2.15)将水排入排水箱(4)，排水比为60％-70％。
缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)在运行过程中需要排泥，开启排泥泵(2.17)并且控制排泥时间，保证缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)内的活性污泥龄保持在12-15天。
连续实验结果表明：在该运行条件下，最终出水平均COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、TP分别为34.51mg/L、3.44mg/L、5.06mg/L、0.52mg/L、9.02mg/L、0.358mg/L。出水各水质指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

Claims (2)

1.基于缺氧/好氧交替实现同步短程硝化反硝化除磷的装置，其特征在于：其所用装置包括城市污水原水箱(1)，进水蠕动泵(2.1)和进水阀(2.2)连接的缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)设置搅拌器连接搅拌桨(2.5)，同时连接曝气头(2.6)、气体流量计(2.7)、进气阀(2.8)、气泵(2.9)、DO传感器(2.10)、pH传感器(2.11)、DO/pH测定仪(2.12)、溢水阀(2.13)、第一排水阀(2.14)、第二排水阀(2.15)、排泥阀(2.16)；缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)通过排泥蠕动泵(2.17)与排泥箱(3)连接；通过排水蠕动泵(2.18)与排水箱(4)连接。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)反应器启动阶段：缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)中接种处理生活污水反应器中的短程硝化污泥和含有PAOs、DPAOs、GAOs和DGAO的污泥，体积比为2：1，污泥浓度控制在2500-3000mg/L；在室温的条件下启动缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)；
2)运行过程操作调节如下：将城市污水原水箱(1)中的生活污水通过进水蠕动泵(2.1)泵入缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)；进水结束后，缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)开始厌氧搅拌2.5h，通过厌氧搅拌使PAOs、DPAOs、GAOs和DGAOs吸收污水中的有机碳源并合成内碳源PHA储存于体内，同时PAOs和DPAOs进行厌氧释磷；进入缺氧/好氧交替阶段，缺氧/好氧交替过程采用周期性的第一个周期低氧曝气2h，然后缺氧搅拌20min，后面三个周期均低氧曝气1h缺氧搅拌20min，一共四个周期；
在缺氧/好氧交替之后持续低氧曝气30min—50min，当dDO/dt＞1并且dpH/dt≥0时实时控制停止曝气时控制停止曝气，曝气过程中曝气量通过气体流量计(2.7)调节使缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)内DO控制在0.2-0.3mg/L；最后沉淀20min后入排水阶段，曝气停止后通过第二排水阀(2.15)将水排入排水箱(4)，排水比为60％-70％；
缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)在运行过程中需要排泥，开启排泥泵(2.17)并且控制排泥时间，保证缺氧/好氧交替短程硝化耦合反硝化除磷SBR(2.3)内的活性污泥龄保持在12-15天。
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