一種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置與方法
【專利摘要】一種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置與方法屬于城市污水處理與資源再生領(lǐng)域。所述裝置包括序批式反應(yīng)器、攪拌機、曝氣設(shè)備等。方法：利用控制污泥齡、選擇性排泥，維持低溶解氧，時控半亞硝化，保留聚磷菌，抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，富集氨氧化細(xì)菌，快速啟動了以聚磷菌和氨氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)，并優(yōu)化聚磷菌與氨氧化細(xì)菌共存的微環(huán)境，使出水磷含量達到一級A標(biāo)準(zhǔn)、亞硝酸鹽氮與氨氮的比值約為1：1。在沉淀排水之后，創(chuàng)新性地對沉淀污泥進行缺氧攪拌，利用內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣。本發(fā)明解決了聚磷菌與氨氧化細(xì)菌不能和諧共存于單污泥系統(tǒng)中的問題，為除磷自養(yǎng)脫氮工藝提供一種新思路。
【專利說明】一種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于城市生活污水處理與再生領(lǐng)域。具體是通過改進工藝的調(diào)控手段，同時富集聚磷菌和氨氧化細(xì)菌，從而在單污泥系統(tǒng)中實現(xiàn)除磷與短程硝化同時進行的目的，為生物除磷與自養(yǎng)脫氮提供新思路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟水平的增長，人類活動的加劇，水體污染越來越嚴(yán)重，其中磷元素和氮元素污染是一項主要的危害，對自然環(huán)境及人類的健康影響極大。目前，針對于磷元素和氮元素的去除，城市污水處理廠多采用基于傳統(tǒng)強化生物除磷和硝化-反硝化原理的脫氮工藝，如A2/0、氧化溝等。這些工藝雖然對于磷元素和氮元素有一定的去除效果，但是在過程中需要外加有機碳源，消耗大量的堿度和能源，且基建投資及運營成本較高。
[0003]因此，近幾年來，研究者不斷地尋找新型的除磷脫氮工藝，以期克服傳統(tǒng)除磷脫氮工藝的缺點，達到高效節(jié)能的目的。1989年，荷蘭TNO研究人員Mubler在厭氧流化床進行氮平衡計算時，發(fā)現(xiàn)其中存在大量的氮損失(最大可達90%)不能用傳統(tǒng)硝化-反硝化來解釋。于是，他推斷在厭氧狀態(tài)下，可能存在一種無需碳源便能將NH4+-N氧化為N2的過程，便為此將這一轉(zhuǎn)化過程申報了專利。隨著研究不斷深入，這種無需碳源的脫氮工藝厭氧氨氧化工藝因為其相比于傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝脫氮方式具有明顯的優(yōu)點，而漸漸應(yīng)用到實際污水處理工程之中。
[0004]厭氧氨氧化工藝并不能在污水處理中至直接一步實現(xiàn)，所有的形式都要先有約50%的NH/-N被氨氧化細(xì)菌氧化為Ν02_-Ν，才能在厭氧氨氧化細(xì)菌作用下生成N2。由于氨氮氧化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌都是自養(yǎng)菌，所以生活污水中的碳源就可以全部提供給聚磷菌用來生物除磷。因此，“強化生物除磷+短程硝化+厭氧氨氧化技術(shù)”為耦合的污水處理工藝因為其不需要外加碳源，低能耗、具有明顯的可持續(xù)性，而成為研究者們不斷探索的熱點。`
[0005]但是，以“強化生物除磷+短程硝化+厭氧氨氧化”直接耦合的工藝，仍然有它無法避免的缺陷。首先，強化生物除磷階段在沉淀過程中容易二次釋磷，所以生物除磷很難達到國家一級A標(biāo)準(zhǔn)(P ( 0.5mg/L);其次，短程硝化的穩(wěn)定性并不容易控制。曝氣量過大，污泥齡過短，延時曝氣等都有可能造成短程硝化的破壞；最后，以“強化生物除磷+短程硝化+厭氧氨氧化”直接耦合的工藝，其基建投資比較高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，處理過程冗長。而本專利的提出，將從很大程度上解決這三個問題。
[0006]本專利創(chuàng)新性地將聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌富集在單污泥系統(tǒng)中，同時發(fā)揮其強化生物除磷和短程硝化的作用，并取得良好的效果。首先，短程硝化產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮對沉淀階段聚磷菌的釋磷有抑制作用，使生物除磷的出水磷含量達到一級A標(biāo)準(zhǔn)得到了保證；其次，前置厭氧攪拌有利于氨氧化細(xì)菌利用“飽食饑餓性”抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，從而提高了短程硝化的穩(wěn)定性；最后，本專利將強化生物除磷和短程硝化在一個反應(yīng)器中實現(xiàn)，這對于節(jié)省基建投資，簡化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和處理過程有很大現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種在低碳城市污水條件下同時富集聚磷菌和氨氧化細(xì)菌，集生物除磷與短程硝化于一體的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置與方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的: [0009]本發(fā)明提供一種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置。該裝置設(shè)有1-進水水箱、2-進水泵、3-序批式反應(yīng)器(SBR)、4-空氣泵、5-轉(zhuǎn)子流量計、6-攪拌機、7-定時控制器、8-虹吸排泥器。生活污水從進水水箱由進水泵抽污水進入序批式反應(yīng)器，攪拌機將污水與序批式反應(yīng)器中的活性污泥混合均勻，再由空氣提供曝氣所需要的空氣，并由轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量的大小。所有的進水、攪拌、曝氣、排水都由定時控制器控制；
[0010]I)進水水箱底部設(shè)置放空管，進水管由上部伸入進水水箱。進水水箱后面由進水管連接進水泵，再接入序批式反應(yīng)器。
[0011]2)序批式反應(yīng)器(SBR)上部有可調(diào)轉(zhuǎn)速的攪拌機，底部有曝氣盤。曝氣盤由曝氣管外接曝氣泵，中間由轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量。在序批式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有虹吸排泥器，可以靈活地吸取吸取反應(yīng)器內(nèi)任何部位的污泥。
[0012]3 )序批式反應(yīng)器(SBR)中下部有出水口，出水口由出水管連接排水電磁閥，再接出序批式反應(yīng)器。
[0013]4)所有的控制儀器，包括進水泵、攪拌機、曝氣泵、排水電磁閥均由定時控制器來控制。
[0014]本發(fā)明提供一種在該裝置實現(xiàn)污水生物除磷與短程硝化的方法，它包括兩部分，快速啟動方法和穩(wěn)定運行方法。
[0015]快速啟動方法:
[0016]I)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi):反應(yīng)器所接種的污泥為市政污水處理廠A2/0池內(nèi)的回流污泥，接種污泥濃度為4.0~5.0g/L ；
[0017]2)將城市生活污水加入進水水箱，換水比為1/3，調(diào)節(jié)定時控制器，按照運行策略準(zhǔn)備運行。具體生活污水水質(zhì)如下:C0D為120~280mg/L，總磷濃度(TP)為6~8.5mg/L,氨氮濃度(NH4+-N)為50~75mg/L,亞硝酸鹽氮濃度< lmg/L,硝酸鹽氮濃度< lmg/L,堿度以 CaCO3 計為 300 ~450mg/L, pH 為 7.00 ~7.5，SS 為 60 ~138mg/L。
[0018]3)分階段啟動策略:
[0019]第一階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min。控制溶解氧DO為0.5~1.5mg/L,當(dāng)氨氧化率(AOR)達到70%以上，標(biāo)志第一階段完成。
[0020]第二階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min。降低溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,當(dāng)氨氧化率超過60%，亞硝酸鹽氮積累率(NAR)達到95%以上，第二階段完成。
[0021]第三階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌延長至4小時。曝氣攪拌的時間在4~6小時調(diào)節(jié)，以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63%。沉淀I小時，排水20min。保持溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,亞硝酸鹽氮積累率達到95%以上，出水磷含量小于0.5mg/L,第三階段完成，這也標(biāo)志著以聚磷菌(paos)和氨氧化細(xì)菌(AOB)為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)啟動成功。
[0022]穩(wěn)定運行方法:
[0023]進水20min,厭氧攪拌4小時,曝氣攪拌的時間在4~6小時調(diào)節(jié)，以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63%。保持溶解氧DO為0.2~0.5mg/L。曝氣攪拌結(jié)束后，沉淀I小時，排水20min。沉淀排水之后，進行排泥。取下排泥器，利用虹吸抽吸污泥，排掉表層(沉淀污泥厚度上部10%以內(nèi))污泥，保留底層污泥，控制污泥齡為20±2天。排水后，對反應(yīng)器內(nèi)沉淀的泥水混合液進行缺氧攪拌，利用高污泥濃度條件下的內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣，保證下一個周期的釋磷階段的完全厭氧環(huán)境。
[0024]注意事項:穩(wěn)定運行過程中，隨著進水水質(zhì)的波動，以及氣候溫度的變化等一些外部不可抗拒的影響因素，除磷效果與亞硝酸鹽氮積累率基本沒有太大的變化，但是氨氧化率并不能完全保持在60%，這個時候就需要稍微調(diào)節(jié)曝氣時間。曝氣攪拌的時間以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63%。
[0025]本發(fā)明與傳統(tǒng)城市污水脫氮處理方法相比較，具有以下優(yōu)點:
[0026]I)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，自動化程度高，快速啟動方法和穩(wěn)定運行方法易于控制。
[0027]2)實現(xiàn)以聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的單污泥微生物系統(tǒng)的快速啟動。
[0028]3)穩(wěn)定運彳丁之后，除憐效果效果好，出水總憐含星小于0.5mg/L,達到國豕一級A標(biāo)準(zhǔn)。出水COD —般在35~50mg/L，且大部分都是難生物降解的有機物。
[0029]4)短程硝化效果穩(wěn)定，亞硝酸鹽氮積累率一直持續(xù)在95%以上，氨氧化率保持在60%左右，出水亞氮與氨氮的比值在1.2~1.4之間，能夠為厭氧氨氧化工藝提供適宜比例的進水。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0030]圖1是序批式反應(yīng)裝置示意圖。
[0031]圖2是沉淀后表層污泥和底層污泥在相同條件下單位懸浮污泥濃度的最大釋磷量和亞硝酸鹽氮生成速率變化圖。
[0032]圖3是啟動過程中氨氧化率、亞硝酸鹽氮積累率、進出水總磷濃度變化圖。
[0033]圖4是穩(wěn)定運行過程中氨氧化率(A0R)、亞硝酸鹽氮積累率(NAR)、出水總磷濃度(TP)、出水COD濃度變化圖。
[0034]圖5是穩(wěn)定運行過程中一個典型周期的氨氮濃度、亞硝酸鹽氮濃度、硝酸鹽氮濃度、氨氧化率(AOR)、亞硝酸鹽氮積累率(NAR)、出水總磷濃度(TP )、COD變化圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0036]本發(fā)明低碳碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置與方法，結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明做進一步說明:如圖1所示，低碳碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置包括1-進水水箱、2-進水泵、3-序批式反應(yīng)器(SBR)、4-空氣泵、5-轉(zhuǎn)子流量計、6-攪拌機、7-定時控制器、8-虹吸排泥器。
[0037]I)進水水箱水位由浮球閥控制，水位的變化會導(dǎo)致進水泵流量的波動，從而導(dǎo)致進水不穩(wěn)，影響反應(yīng)器的處理效果。水箱底部設(shè)置排空管，因為進水為生活污水，水中雜質(zhì)較多，設(shè)置排空管有利于水箱的經(jīng)常清洗維修。
[0038]2)進水泵必須工況穩(wěn)定，由定時控制器控制其開關(guān)。在進水泵和序批式反應(yīng)器之間有一閘閥，其作用在于可以微調(diào)進水流量的大小。
[0039]3)序批式反應(yīng)器的尺寸對于混合液的氧傳質(zhì)效率有不可忽視的影響，本發(fā)明所采用的反應(yīng)器的尺寸為內(nèi)徑250mm，高度350mm，有效容積15L。
[0040]4)空氣泵必須工況穩(wěn)定，由定時控制器控制其開關(guān)。在空氣泵和序批式反應(yīng)器之間有一轉(zhuǎn)子流量計，曝氣量的大小由轉(zhuǎn)子流量計來控制。
[0041]5)攪拌機必 須工況穩(wěn)定，由定時控制器控制其開關(guān)。攪拌的速度不能太快，否則在厭氧釋磷階段和缺氧反硝化階段會混進空氣中的氧氣，而不能保持其厭氧與缺氧的環(huán)境。這一點在缺氧反硝化階段對沉淀污泥的攪拌更加明顯。
[0042]6)虹吸排泥器原理是利用虹吸將沉淀后的污泥抽出序批式反應(yīng)器，從而達到排泥的目的。本發(fā)明需要排走的是沉淀后表層的污泥，即沉淀泥層厚度上部10%以內(nèi)的污泥。這需要虹吸排泥器足夠靈活地吸取污泥，而不是僅僅停留在一個點抽吸污泥。抽吸污泥的量由污泥齡控制，本發(fā)明穩(wěn)定運行采用的污泥齡為20±2天。
[0043]本發(fā)明在單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置中實現(xiàn)低碳碳城市污水除磷與短程硝化的方法，其思路為:
[0044]I)快速啟動方法:
[0045]取自污水處理廠除磷工藝中的活性污泥，利用前置厭氧攪拌與低溶解氧曝氣，保留聚磷菌，抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)的生長，富集氨氮氧化細(xì)菌，實現(xiàn)以聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)的快速啟動。本發(fā)明的啟動，與只富集聚磷菌和只富集氨氮氧化細(xì)菌的啟動不同，它需要在單污泥系統(tǒng)中同時富集聚磷菌和氨氧化細(xì)菌。本發(fā)明接種的污泥為污水處理廠除磷工藝中的活性污泥，污泥中存在著大量的聚磷菌，少量的硝化細(xì)菌。因此，在本發(fā)明在啟動的第一階段就是培養(yǎng)硝化細(xì)菌的階段。
[0046]第一階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min?？刂迫芙庋鮀O為0.5~1.5mg/L,當(dāng)氨氧化率達到70%以上，標(biāo)志第一階段完成。第一階段就是在保留聚磷菌的同時，富集硝化細(xì)菌。當(dāng)氨氧化率達到70%以上，即意味著反應(yīng)器內(nèi)的硝化細(xì)菌達到了一定的量，可以進入啟動的下一個階段。
[0047]第二階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min。降低溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,當(dāng)氨氧化率超過60%，亞硝化率達到95%以上，第二階段完成。本階段的主要目的是保留聚磷菌，富集氨氮氧化細(xì)菌，抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌。通過降低曝氣量，達到低溶解氧，利用氨氧化細(xì)菌比硝化菌更好的氧親和力，從而抑制硝化菌的生長，產(chǎn)生亞硝酸鹽氮積累，當(dāng)亞硝酸鹽氮積累率達到95%以上時，標(biāo)志第二階段完成，短程硝化啟動成功。
[0048]第三階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌延長至4小時。曝氣攪拌的時間以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時,延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63%。沉淀I小時，排水20min。保持溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,亞硝化率達到95%以上，出水磷含量小于0.5mg/L,第三階段完成，這也標(biāo)志著以聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)啟動成功。第三階段的主要目的是恢復(fù)聚磷菌的活性，進一步淘洗硝化菌，控制氨氧化率，維持短程硝化的穩(wěn)定，為穩(wěn)定運行打下基礎(chǔ)。
[0049]在啟動過程中，洗泥這個步驟不可缺少。如果沒有洗泥，上一個周期產(chǎn)生的亞硝酸鹽和硝酸鹽會殘留到下一個周期。有亞硝酸鹽和硝酸鹽的存在，會破壞釋磷階段需要的厭氧環(huán)境，從而惡化聚磷菌的生長環(huán)境，造成除磷效果難以恢復(fù)。通過這三個階段的啟動，以聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)才算完全建立，啟動階段完成。
[0050]2)穩(wěn)定運行方法:
[0051]利用控制污泥齡、選擇性排泥，維持低曝氣量，時控半亞硝化技術(shù)，在厭氧/曝氣序批式反應(yīng)器中優(yōu)化聚磷菌與氨氮氧化細(xì)菌共存的微環(huán)境，達到除磷效果良好，短程硝化穩(wěn)定目的。并且在沉淀排水之后，創(chuàng)新性地對沉淀污泥進行缺氧攪拌，利用內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣，保證下一個周期釋磷階段的完全厭氧環(huán)境。
[0052]運行方法:進水20min,厭氧攪拌4小時,曝氣攪拌4小時,沉淀I小時,排水20min。沉淀排水之后，進行排泥。打開底層的排泥口，排掉表層(沉淀污泥厚度上部10%以內(nèi))污泥，保留低層污泥，控制污泥齡為20±2天。排泥后，對沉淀的污泥進行缺氧攪拌，利用高污泥濃度條件下的內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣，保證下一個周期的釋磷階段的完全厭氧環(huán)境。
[0053]本發(fā)明所采用的排泥方式比較特殊，經(jīng)過長期穩(wěn)定運行發(fā)現(xiàn)排表層污泥更容易達到更好的除磷效果，并且短程硝化的負(fù)荷更高。除此之外，還設(shè)計了試驗來驗證:
[0054](I)試驗一:沉淀之后，取相近濃度的底層污泥和表層污泥，分析它們在相同條件下單位懸浮污泥濃度的最大釋磷量。經(jīng)多次試驗結(jié)果表明，表層單位污泥濃度的最大釋磷量大于底層單位污泥濃度的最大釋磷量。
[0055](2)試驗二:沉淀之后，取相近濃度的底層污泥和表層污泥，分析它們在相同條件下單位懸浮污泥濃度的氨氮氧化負(fù)荷:經(jīng)多次試驗結(jié)果表明結(jié)果表明，表層單位污泥濃度的氨氧化速率小于底層單位污泥濃度的氨氧化速率。
[0056](3)分析結(jié)果:排表層污泥相比于排混合均勻的污泥，在相同的污泥齡下，能夠排出更多的聚磷菌，更少的氨氧化細(xì)菌。從而實現(xiàn)要求短污泥齡的聚磷菌和要求長污泥齡的氨氧化細(xì)菌的和諧共存。
[0057]排泥后，對沉淀的污泥進行缺氧攪拌，利用高污泥濃度條件下的內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣。缺氧攪拌的時候，攪拌速度不能太快，否則容易混進空氣中的氧氣，達不到缺氧環(huán)境。攪拌的時間根據(jù)殘留溶液中的亞硝酸鹽氮含量來確定，將污水中的亞硝酸鹽氮還原，保證下一個周期進水后混合液的亞硝酸鹽氮的含量為零。
[0058]本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，自動化程度高，快速啟動方法和穩(wěn)定運行方法易于控制。穩(wěn)定運彳丁之后，除憐效果效果好，出水憐含量小于0.5mg/L，達到國豕一級A標(biāo)準(zhǔn)。出水COD —般在35~50mg/L，且大部分都是難生物降解的有機物。短程硝化效果穩(wěn)定，亞硝化率一直持續(xù)在95%以上，氨氧化率保持在57%左右，出水亞氮與氨氮的比值在1.2~1.4之間。但是，本方法仍有很多可以改進的地方，例如厭氧攪拌的時間可以適當(dāng)減少，好氧曝氣的曝氣量可以適當(dāng)調(diào)整，進水排水時間可以進一步優(yōu)化，排泥的自動化程度需要提高。
[0059]具體實施例:
[0060]接種的市政污水處理廠A2/0池內(nèi)的回流污泥，接種污泥濃度為4.5g/L,接種量為15L。本發(fā)明用水采用小區(qū)居民城市生活污水，具體生活污水水質(zhì)如下:C0D為120~280mg/L,總磷濃度為6~8.5mg/L,氨氮濃度為50~75mg/L,亞硝酸鹽氮濃度< lmg/L,硝酸鹽氮濃度< lmg/L，堿度以 CaCO3 計為 300 ~450mg/L, pH 為 7.00 ~7.5，SS 為 60 ~138mg/L。
[0061]反應(yīng)器采用有機玻璃柱加工而成的序批式反應(yīng)器，內(nèi)徑250mm，總高度350mm，有效體積15L。如圖1所示，低碳碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置包括1-進水水箱、2-進水泵、3-序批式反應(yīng)器(SBR)、4-空氣泵、5-轉(zhuǎn)子流量計、6-攪拌機、7-定時控制器、8-虹吸排泥器。
[0062]快速啟動:
[0063]I)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi):反應(yīng)器所接種的污泥為市政污水處理廠A2/0池內(nèi)的回流污泥，接種污泥濃度為4.5g/L ；
[0064]2)將城市生活污水加入進水水箱，換水比為1/3，調(diào)節(jié)定時控制器，按照運行策略準(zhǔn)備運行。
[0065]3)分階段啟動策略:
[0066]第一階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min?？刂迫芙庋鮀O為0.5~1.5mg/L,當(dāng)運行到第9天，氨氧化率達到70%以上，標(biāo)志第一階段完成。
[0067]第二階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min。降低溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,當(dāng)運行到22天，氨氧化率超過57%，亞硝酸鹽氮積累率達到95%以上，第二階段完成。
[0068]第三階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘。運行:進水20min，厭氧攪拌延長至4小時，曝氣攪拌的時間剛開始為5小時，下次曝氣以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63%。沉淀I小時,排水20min。保持溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,亞硝酸鹽氮積累率達到95%以上，當(dāng)運行到35天，出水磷含量小于0.5mg/L,第三階段完成，這也標(biāo)志著以聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)啟動成功。關(guān)于氨氧化率、亞硝酸鹽氮積累率和出水總磷濃度的數(shù)據(jù)變化見圖3。
[0069]穩(wěn)定運行方法:
[0070]I)原理:利用控制污泥齡、選擇性排泥，維持低曝氣量，時控半亞硝化技術(shù)，在厭氧/曝氣序批式反應(yīng)器中優(yōu)化聚磷菌與氨氧化細(xì)菌共存的微環(huán)境，達到除磷效果良好，短程硝化穩(wěn)定目的。并且在沉淀排水之后，創(chuàng)新性地對沉淀污泥進行缺氧攪拌，利用內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣，保證下一個周期釋磷階段的完全厭氧環(huán)境。
[0071]2)運行方法:進水20min，厭氧攪拌4小時，剛開始為5小時，下次曝氣以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63%。曝氣攪拌至氨氧化率為60%左右，沉淀I小時，排水20min。沉淀排水之后，進行排泥。取下排泥器，利用虹吸抽吸污泥，排掉表層(沉淀污泥厚度上部10%以內(nèi))污泥，保留底層污泥，控制污泥齡為20±2天。排泥后，對沉淀的污泥進行缺氧攪拌，利用高污泥濃度條件下的內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣，保證下一個周期的釋磷階段的完全厭氧環(huán)境。
[0072]3)運行過程:
[0073]在I~30天，本實例不斷優(yōu)化排水后對污泥的缺氧攪拌。缺氧攪拌的時候，攪拌速度不能太快，否則容易混進空氣中的氧氣，達不到缺氧環(huán)境。攪拌的時間根據(jù)殘留溶液中的亞硝酸鹽氮含量來確定，將污水中的亞硝酸鹽氮還原，保證下一個周期進水后混合液的亞硝酸鹽氮的含量為零，實例中采用的缺氧攪拌時間為I小時。
[0074]在30天以后，本實例采用降梯度選擇污泥齡的方法，來確定本發(fā)明最適合的污泥齡，并不斷優(yōu)化排泥方式，得出排表層污泥優(yōu)于排底層污泥的結(jié)論。30~60天，采用排泥方式為排底層污泥，控制污泥齡為40天。保持氨氧化率為60%左右，亞氮積累率在95%以上，穩(wěn)定之后，出水磷含量平均值在3.609mg/L。61~91天，采用排泥方式為排底層污泥，控制污泥齡為20天。保持氨氧化率為60%左右，亞氮積累率在95%以上，穩(wěn)定之后，出水磷含量平均值在1.439mg/L。92~122天，采用排泥方式為排底層污泥，控制污泥齡為10天。保持氨氧化率為60%左右，亞氮積累率在95%以上，穩(wěn)定之后，出水磷含量平均值在0.927mg/L。123~153天，采用排泥方式為排表層污泥，控制污泥齡為40天。保持氨氧化率為60%左右，亞氮積累率在95%以上，穩(wěn)定之后，出水磷含量平均值在2.769mg/L。154~214天，采用排泥方式為排表層污泥，控制污泥齡為20天。保持氨氧化率為60%左右，亞氮積累率在95%以上，10天之后達到穩(wěn)定狀態(tài)，出水磷含量平均值在0.245mg/L。穩(wěn)定運行過程中氨氧化率(A0R)、亞硝酸鹽氮積累率(NAR)、出水總磷濃度(TP)、出水COD濃度的數(shù)據(jù)變化見圖4。
[0075] 在穩(wěn)定運行了了近2個月之后，對一個典型周期，做了一次關(guān)于氨氮濃度、亞硝酸鹽氮濃度、硝酸鹽氮濃度、氨氧化率(AOR)、亞硝酸鹽氮積累率(NAR)、總磷(TP)、COD的數(shù)據(jù)分析(見圖5)。從數(shù)據(jù)可以看出，穩(wěn)定運行之后，除磷效果效果好，出水磷含量小于0.5mg/L，達到國家一級A標(biāo)準(zhǔn)。出水COD —般在35~50mg/L，且大部分都是難生物降解的有機物。短程硝化效果穩(wěn)定，亞硝化率一直持續(xù)在95%以上，氨氧化率保持在57%左右，出水亞氮與氨氮的比值在1.2~1.4之間。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，自動化程度高，快速啟動方法和穩(wěn)定運行方法易于控制。創(chuàng)新性地將聚磷菌和氨氮氧化細(xì)菌富集在單污泥系統(tǒng)中，同時發(fā)揮其強化生物除磷和短程硝化的作用，并取得良好的效果。這種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置與方法能夠有很好的應(yīng)用前景在于它一下優(yōu)點:首先，短程硝化產(chǎn)生的亞硝酸鹽對沉淀階段聚磷菌的釋磷有抑制作用，使生物除磷的出水磷含量達到一級A標(biāo)準(zhǔn)得到了保證；其次，前置厭氧攪拌有利于氨氧化細(xì)菌利用“飽食饑餓性”抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，從而提高了短程硝化的穩(wěn)定性；最后，本專利將強化生物除磷和短程硝化在一個反應(yīng)器中實現(xiàn)，這對于節(jié)省基建投資，簡化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和處理過程有很大現(xiàn)實意義。
【權(quán)利要求】
1.一種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置，其特征在于:設(shè)有1-進水水箱、2-進水泵、3-序批式反應(yīng)器、4-空氣泵、5-轉(zhuǎn)子流量計、6-攪拌機、7-定時控制器、8-虹吸排泥器； 1)進水水箱底部設(shè)置放空管，進水管由上部伸入進水水箱；進水水箱通過進水管連接進水泵，再接入序批式反應(yīng)器； 2)序批式反應(yīng)器上部有可調(diào)轉(zhuǎn)速的攪拌機，底部有曝氣盤；曝氣盤由曝氣管外接曝氣泵，中間由轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量；在序批式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有可吸取吸取反應(yīng)器內(nèi)任何部位的污泥的虹吸排泥器；序批式反應(yīng)器中下部有出水口，出水口由出水管連接排水電磁閥，再接出序批式反應(yīng)器； 3)所有的控制儀器，包括進水泵、攪拌機、曝氣泵、排水電磁閥均由定時控制器來控制。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種低碳城市污水除磷與短程硝化的單污泥系統(tǒng)序批式反應(yīng)裝置，實現(xiàn)污水生物除磷與短程硝化的方法，其特征包括以下步驟: 快速啟動方法: 1)首先接種污泥于反應(yīng)器內(nèi):反應(yīng)器所接種的污泥為市政污水處理廠A2/0池內(nèi)的回流污泥，接種污泥濃度為4.0~5.0g/L ； 2)將城市生活污水加入進水水箱，換水比為1/3，調(diào)節(jié)定時控制器，按照運行策略準(zhǔn)備運行；具體生活污水水質(zhì)如下:C0D為120~280mg/L，總磷濃度為6~8.5mg/L，氨氮濃度為50~75mg/L,亞硝酸鹽氮濃度< lmg/L,硝酸鹽氮濃度< lmg/L,堿度以CaCO3計為300~450mg/L, pH 為 7.00 ~7.5，SS 為 60 ~138mg/L ； 3)分階段啟動策略: 第一階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘；運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min ;控制溶解氧DO為0.5~1.5mg/L,當(dāng)氨氧化率達到70%以上，標(biāo)志第一階段完成； 第二階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘；運行:進水20min，厭氧攪拌30min,曝氣攪拌5小時,沉淀I小時,排水20min ;降低溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,當(dāng)氨氧化率超過60%，亞硝酸鹽氮積累率達到95%以上，第二階段完成； 第三階段:洗泥:進水20分鐘，沉淀I小時，排水20分鐘；運行:進水20min，厭氧攪拌4小時；曝氣攪拌的時間在4~6小時調(diào)節(jié)，以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63% ;沉淀I小時，排水20min ;保持溶解氧DO為0.2~0.5mg/L,亞硝酸鹽氮積累率達到95%以上，出水磷含量小于0.5mg/L,第三階段完成，這也標(biāo)志著以聚磷菌和氨氧化細(xì)菌為主導(dǎo)的微生物系統(tǒng)啟動成功； 穩(wěn)定運行方法: 進水20min,厭氧攪拌4小時，曝氣攪拌的時間在4~6小時調(diào)節(jié)，以IOmin為單位進行微調(diào)，當(dāng)氨氧化率小于60%時，延長曝氣攪拌的時間；當(dāng)氨氧化率大于60%時，縮短曝氣時間，控制氨氧化率為57%~63% ;保持溶解氧DO為0.2~0.5mg/L ;曝氣攪拌結(jié)束后，沉淀I小時，排水20min ;沉淀排水之后，進行排泥；取下排泥器，利用虹吸抽吸污泥，排掉表層即沉淀污泥厚度上部10%以內(nèi)污泥，保留底層污泥，控制污泥齡為20±2天；排水后，對反應(yīng)器內(nèi)沉淀的泥水混合液進行缺氧攪拌，利用高污泥濃度條件下的內(nèi)源反硝化將殘留的亞硝酸鹽氮還原成氮氣 ，保證下一個周期的釋磷階段的完全厭氧環(huán)境。
【文檔編號】C02F3/30GK103708615SQ201310741838
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
【發(fā)明者】李冬, 周元正, 梁雨雯, 衛(wèi)家駒, 路健, 張金庫, 姜沙沙, 楊杰, 范丹, 梁瑜海, 曾輝平, 張 杰 申請人:北京工業(yè)大學(xué)