本發(fā)明涉及一種一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器裝置及其方法，屬于城市污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們的飲食習(xí)慣的改變，城市污水的組成與比例也逐漸發(fā)生變化，低c/n比城市污水越來越普遍，目前，我國大部分污水處理廠都面臨著原水碳源不足的問題，嚴(yán)重影響污水處理廠的處理效果。如果大量加入外碳源，如乙酸鈉等，會(huì)帶來巨大的運(yùn)行費(fèi)用。并且，污水廠產(chǎn)生的大量的剩余污泥得不到妥善的處理，造成的環(huán)境問題也比較顯著。
傳統(tǒng)的aao脫氮除磷系統(tǒng)中聚磷菌、反硝化菌和硝化菌共存，存在泥齡上的矛盾和碳源上的競爭，使得聚磷菌厭氧釋磷效率不高，硝化菌硝化效率低，曝氣能耗大，很難在單一的生化系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)獲得脫氮除磷的良好效果；并且，好氧區(qū)出水中的硝態(tài)氮在二沉池內(nèi)易發(fā)生反硝化，使污泥上浮，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
氨氧化菌(aob)將硝化過程控制在產(chǎn)亞硝階段，與傳統(tǒng)的硝化過程相比可節(jié)約25％的曝氣量，節(jié)約了能源消耗；厭氧氨氧化菌是一種自養(yǎng)菌，可在厭氧條件下一亞硝酸鹽為電子受體氧化銨鹽，最終產(chǎn)生氮?dú)夂蜕倭康南跛猁}，與傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)相比，厭氧氨氧化可節(jié)省60％左右的曝氣量和100％的有機(jī)碳源，并減少溫室氣體的排放。
本發(fā)明將同步短程硝化厭氧氨氧化技術(shù)與雙污泥反硝化除磷脫氮技術(shù)相耦合，一方面利用氨氧化菌(aob)將硝化過程控制在產(chǎn)亞硝階段，并為厭氧氨氧化菌提供底物，另一方面直接減少了剩余污泥的產(chǎn)生量，降低了運(yùn)行能耗，提高了系統(tǒng)脫氮除磷的效率，是一種符合我國可持續(xù)發(fā)展的綠色工藝，具有非常大的潛在應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)城市污水c/n比低的問題，再不投加外灘源的基礎(chǔ)上，提出了一種一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器裝置及其方法，節(jié)約了運(yùn)行成本，減少了剩余污泥的產(chǎn)生量，實(shí)現(xiàn)了氮磷污染物的同步深度去除。
本發(fā)明提供的是一種基于同步短程硝化厭氧氨氧化的雙污泥反硝化除磷脫氮的裝置和方法，所用的裝置主要包括原水水箱(1)、aao反應(yīng)器(2)、沉淀池(3)、中間水箱(4)、一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)，其特征在于：所述原水水箱(1)通過第一進(jìn)水泵(6)與aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)連接；所述厭氧區(qū)(7)與缺氧區(qū)(8)連接；所述缺氧區(qū)(8)與好氧區(qū)(9)連接；所述aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)：缺氧區(qū)(8)：好氧區(qū)(9)的容積比為2:3:2；所述好氧區(qū)(9)與沉淀池(3)連接；所述沉淀池(3)與中間水箱(4)連接；所述中間水箱(4)通過第二進(jìn)水泵(10)與一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)連接；所述一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)的出水通過回流泵(13)與aao反應(yīng)器(2)的缺氧區(qū)(8)第一格室連接；所述沉淀池(3)底部出泥口通過污泥回流泵(14)與aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)連接；
所述aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)及缺氧區(qū)(8)內(nèi)均設(shè)有攪拌器(16)，好氧區(qū)(9)內(nèi)設(shè)有曝氣頭(21)，通過氣泵(15)提供氧氣；
所述一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)內(nèi)前三個(gè)格室設(shè)有海綿填料，填充比30-40％，氨氧化菌與厭氧氨氧化菌以固定膜的形態(tài)生長于活性生物填料上，一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有曝氣頭(22)，通過氣泵(15)提供氧氣；
本發(fā)明提供的是一種基于同步短程硝化厭氧氨氧化的雙污泥反硝化除磷脫氮的裝置和方法，該方法主要包括以下步驟：
1)所述一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)內(nèi)設(shè)有海綿填料，填充比30-40％，氨氧化菌與厭氧氨氧化菌以固定膜的形態(tài)生長于活性生物填料上，中間水箱(4)中的上清液經(jīng)第二進(jìn)水泵(10)注入一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)，通過氣泵(15)提供氧氣，控制do在0.5～1.5mg/l，然后一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)出水一部分按回流比300～400％經(jīng)回流泵(13)回流至aao反應(yīng)器(2)的缺氧區(qū)(8)第一格室，另一部分由沉淀區(qū)(12)經(jīng)第二排放口(19)排放；
2)系統(tǒng)啟動(dòng)連續(xù)運(yùn)行后，原水經(jīng)第一進(jìn)水泵(6)與來自沉淀池(3)經(jīng)污泥泵(14)送來的回流污泥一同進(jìn)入aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)首段，污泥回流比80～120％，同時(shí)開啟攪拌器(16)，進(jìn)行厭氧攪拌，厭氧hrt為1～1.5h；
3)然后混合液從厭氧區(qū)(7)末端流入缺氧區(qū)(8)首端，同時(shí)注入來自一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)經(jīng)回流泵(13)送來的出水，回流比300～400％，利用攪拌器(16)缺氧攪拌，缺氧hrt為3.2～4h；
4)隨后混合液從缺氧區(qū)(8)末端流入好氧區(qū)(9)首端，開啟氣泵(15)，通過曝氣頭(21)進(jìn)行曝氣，控制do為2～3mg/l，好氧hrt為1.6～2h；
5)接著混合液從好氧區(qū)(9)末端進(jìn)入沉淀池(3)進(jìn)行泥水分離后，上清液流入中間水箱(4)后經(jīng)第二進(jìn)水泵(10)進(jìn)入一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)，然后沉淀池(3)中的污泥一部分經(jīng)污泥回流泵(14)回流至aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)首端，回流比80～120％，另一部分剩余污泥經(jīng)第一排放口(20)排放，控制aao反應(yīng)器(2)的污泥齡在10～15d。
本發(fā)明提供的是一種基于同步短程硝化厭氧氨氧化的雙污泥反硝化除磷脫氮的裝置和方法，具體有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1)反硝化除磷實(shí)現(xiàn)“一碳兩用”，節(jié)省碳源，適合低c/n比生活污水。
2)創(chuàng)造聚磷菌與氨氧化菌和厭氧氨氧化菌各自的最佳生長環(huán)境，解決泥齡矛盾。
3)同步短程硝化厭氧氨氧化，降低了曝氣量，減少了外加碳源的使用量，節(jié)約運(yùn)行成本。
4)氨氧化菌(aob)將原水中的氨氮氧化為亞硝后可直接被厭氧氨氧化菌利用，因此系統(tǒng)內(nèi)無明顯的亞硝積累，使亞硝酸鹽氧化菌(nob)無充足的亞硝作為底物而生長受到抑制。
5)污泥產(chǎn)率低，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，運(yùn)行管理方便，能耗低、效率高。
附圖說明
圖1為基于同步短程硝化厭氧氨氧化雙污泥反硝化除磷脫氮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1為原水水箱；2為aao反應(yīng)器；3為沉淀池；4為中間水箱；5為一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器；6為第一進(jìn)水泵；7為厭氧區(qū)；8為缺氧區(qū)；9為好氧區(qū)；10為第二進(jìn)水泵；11為好氧區(qū)；12為沉淀區(qū)；13為回流泵；14為污泥回流泵；15為氣泵；16為攪拌器；17為第一氣體流量計(jì)，18為第二氣體流量計(jì)；19為出水口；20為排泥口；21為曝氣頭；22為曝氣頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)專利作進(jìn)一步說明：
如圖1所示，一種基于同步短程硝化厭氧氨氧化的雙污泥反硝化除磷脫氮的裝置，主要包括原水水箱(1)、aao反應(yīng)器(2)、沉淀池(3)、中間水箱(4)、一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)，其特征在于：所述原水水箱(1)通過第一進(jìn)水泵(6)與aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)連接；所述厭氧區(qū)(7)與缺氧區(qū)(8)連接；所述缺氧區(qū)(8)與好氧區(qū)(9)連接；所述aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)：缺氧區(qū)(8)：好氧區(qū)(9)的容積比為2:3:2；所述好氧區(qū)(9)與沉淀池(3)連接；所述沉淀池(3)與中間水箱(4)連接；所述中間水箱(4)通過第二進(jìn)水泵(10)與一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)連接；所述一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)的出水通過回流泵(13)與aao反應(yīng)器(2)的缺氧區(qū)(8)第一格室連接；所述沉淀池(3)底部出泥口通過污泥回流泵(14)與aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)連接；
所述aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)及缺氧區(qū)(8)內(nèi)均設(shè)有攪拌器(16)，好氧區(qū)(9)內(nèi)設(shè)有曝氣頭(21)，通過氣泵(15)提供氧氣；
所述一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)內(nèi)前三個(gè)格室設(shè)有海綿填料，填充比30-40％，氨氧化菌與厭氧氨氧化菌以固定膜的形態(tài)生長于活性生物填料上，一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有曝氣頭(22)，通過氣泵(15)提供氧氣；
試驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)用水取自某高校教工住宅小區(qū)化糞池的生活污水，其水質(zhì)特點(diǎn)如下：cod濃度為158～225mg/l,氨氮濃度為50.6～70.5mg/l，亞硝濃度低于1mg/l，硝氮濃度為0.1～1.05mg/l，磷的濃度為4.7～6.5mg/l，c/n比約為3.0，c/p比約為40.36。試驗(yàn)裝置如圖1所示，各反應(yīng)器均采用有機(jī)玻璃制作，aao反應(yīng)器(2)共7個(gè)格室，每個(gè)格室hrt為0.8～1h，厭氧區(qū)(7)：缺氧區(qū)(8)：好氧區(qū)(9)的容積比為2:3:2，總有效容積為40.3l；一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)共四個(gè)格室，總有效容積為23l，hrt為3.2～4h，填料體積為9.2l。
試驗(yàn)期間系統(tǒng)具體運(yùn)行操作如下：
1)系統(tǒng)啟動(dòng)連續(xù)運(yùn)行后，原水經(jīng)第一進(jìn)水泵(6)與來自沉淀池(3)經(jīng)污泥回流泵(14)送來的回流污泥一同進(jìn)入aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)首端，污泥回流比100％，同時(shí)開啟攪拌器(16)進(jìn)行厭氧攪拌，厭氧hrt為1.5～2h，進(jìn)水流量為4l/h，聚磷菌利用原水中的碳源厭氧釋磷，同時(shí)儲(chǔ)存pha，此階段大部分cod被去除；
2)然后通過回流泵(13)將一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)的一部分出水回流至aao反應(yīng)器(2)的缺氧區(qū)(8)首端，回流比300％，利用攪拌器(16)缺氧攪拌，缺氧hrt3.6～4.8h，dpaos以回流的硝態(tài)氮為電子受體，體內(nèi)儲(chǔ)存的pha為電子供體反硝化除磷脫氮，此階段大部分的硝態(tài)氮和磷被去除；
3)隨后混合液從缺氧區(qū)(8)末端進(jìn)入好氧區(qū)(9)首端，開啟氣泵(15)，通過曝氣頭(21)進(jìn)行曝氣，控制do為2～3mg/l，好氧hrt為2.4～3.6h，完成缺氧區(qū)(8)剩余磷的吸收及吹脫氮?dú)猓?/p>
4)接著混合液從好氧區(qū)(9)末端進(jìn)入沉淀池(3)進(jìn)行泥水分離，上清液進(jìn)入中間水箱(4)后經(jīng)第二進(jìn)水泵(10)進(jìn)入一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器(5)，然后沉淀池(3)中的污泥一部分經(jīng)污泥回流泵(14)回流至aao反應(yīng)器(2)的厭氧區(qū)(7)首端，回流比100％，另一部分則由第一排放口(20)排放，此過程中氨氧化菌將原水中的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝的同時(shí)，厭氧氨氧化菌利用這部分亞硝與原水中的氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)；
試驗(yàn)結(jié)果表明：運(yùn)行穩(wěn)定后，一體式厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮生物膜反應(yīng)器的出水cod濃度為30～46mg/l，氨氮濃度低于1mg/l，亞硝濃度低于1mg/l，硝氮濃度低于8mg/l，總磷濃度低于0.5mg/l，總氮濃度低于10mg/l，穩(wěn)定達(dá)到國家一級(jí)a排放標(biāo)準(zhǔn)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明,便于該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明，不能認(rèn)為本發(fā)明的具體實(shí)施方式只限于這些，因此該領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明所做的簡單的改進(jìn)都在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。