Sbr短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)裝置與方法，屬于污水 生物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于低C/N的城市生活污水同步脫氮除磷。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，盡管?chē)?guó)內(nèi)污水處理率不斷提高，但是由氮磷污染引起的水體富營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題不 僅沒(méi)有解決，而且有日益嚴(yán)重的趨勢(shì)，影響了水資源的利用，降低了水功能的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià) 值。另外，以高能耗為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的污水處理率的提高，一方面實(shí)現(xiàn)了"污染物減排"，另一方 面卻消耗了大量電能和外加碳源，"增排了溫室氣體"。一些發(fā)達(dá)國(guó)家的污水處理廠(chǎng)正在由 基本的生物脫氮除磷（BNR)向強(qiáng)化脫氮除磷（ENR)和節(jié)能降耗的方向發(fā)展。因此，為改善 我國(guó)水環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，污廢水處理的主要矛盾已由有機(jī)污染物的去除轉(zhuǎn)變?yōu)榈?、?污染物的去除。
[0003] 污水的脫氮除磷一直是污水研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，現(xiàn)有污水處理工藝的研究也正在朝 著高效、低能耗的方向發(fā)展。由于傳統(tǒng)的污水脫氮除磷工藝中存在各種矛盾，如：聚磷菌 PAOs與硝化菌對(duì)D0和污泥齡的競(jìng)爭(zhēng)，PAOs與反硝化菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，使得污水的同步脫氮 除磷難以實(shí)現(xiàn)。并且在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，進(jìn)水中可利用有機(jī)碳源的不足，導(dǎo)致95%的污水處 理廠(chǎng)（WWTPs)的氮和磷的排放都難以達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。這些矛盾在處理碳、氮、磷 比例失調(diào)和碳源不足的城市污水（尤其是我國(guó)南方地區(qū)）時(shí)變得尤為明顯，碳源不足已成 為現(xiàn)行傳統(tǒng)脫氮除磷工藝在處理低碳氮比城市污水時(shí)的"瓶頸"。因此，研發(fā)低C/N城市生 活污水低耗高效的同步脫氮除磷新工藝勢(shì)在必行。
[0004] 反硝化除磷技術(shù)代表了當(dāng)前污水脫氮除磷領(lǐng)域的最新理論和技術(shù)，利用DAPOs吸 收污水中有限碳源，以"一碳兩用"的方式，實(shí)現(xiàn)了脫氮和除磷過(guò)程的統(tǒng)一，解決了傳統(tǒng)的脫 氮除磷工藝中（如A 20工藝）存在的除磷不佳或脫氮不充分的問(wèn)題；短程硝化與厭氧氨氧 化脫氮技術(shù)實(shí)現(xiàn)了最短及高效的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾耐緩?，減少了 25%的曝氣量，且不需要 有機(jī)碳源，不需要投加酸堿中和劑；序批式反應(yīng)器（SBR)工藝由于具有投資省、工藝簡(jiǎn)單、 操作靈活和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，在中小型城市污水處理廠(chǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。SBR工藝可以通 過(guò)時(shí)間上的靈活控制，實(shí)現(xiàn)厭氧/缺氧/好氧狀態(tài)的交替環(huán)境條件，強(qiáng)化了生物除磷系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明公布的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化工藝，通過(guò)設(shè)計(jì)三個(gè)獨(dú)立的 SBR反應(yīng)器，創(chuàng)造反硝化除磷菌、亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌有利的微生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)該三種 功能菌在脫氮除磷方面的協(xié)調(diào)耦合作用；通過(guò)反硝化除磷，利用DPAOs有效的利用污水中 的碳源和短程硝化過(guò)程中產(chǎn)生的N0 2 -N，使得反硝化和除磷同時(shí)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)"一碳兩用"， 解決反硝化菌與除磷菌對(duì)碳源競(jìng)爭(zhēng)的矛盾；通過(guò)短程硝化和厭氧氨氧化作用，實(shí)現(xiàn)生活污 水的全程自養(yǎng)脫氮，為保證系統(tǒng)除磷的高效性和穩(wěn)定性，降低傳統(tǒng)脫氮除磷過(guò)程中所需的 曝氣量，在反硝化除磷過(guò)程結(jié)束后進(jìn)行一段時(shí)間的微曝氣；本發(fā)明具有處理效果穩(wěn)定、投資 省、工藝簡(jiǎn)單、操作靈活和管理方便等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明專(zhuān)利的目的是提供一種SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的裝置和方 法，實(shí)現(xiàn)低碳氮比城市污水穩(wěn)定高效的同步脫氮除磷，解決傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中存在碳源 不足、脫氮和除磷不能同時(shí)達(dá)到最佳等問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明提供的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)裝置，其特征在于：該 系統(tǒng)主要由生活污水原水箱（1)、A 2/0-SBR反硝化除磷反應(yīng)器（2)、N-SBR短程硝化反應(yīng)器 (3)、中間水箱（4)、厭氧氨氧化反應(yīng)器（5)依次連接組成；原水箱（1)通過(guò)第一進(jìn)水栗（6) 和進(jìn)水閥（21)與A2/0-SBR反應(yīng)器（2)連接；A2/0-SBR反應(yīng)器的出水閥（22)通過(guò)第二進(jìn)水 栗⑶與N-SBR反應(yīng)器的進(jìn)水閥（23)連接；N-SBR反應(yīng)器的出水經(jīng)出水閥（24)和電磁閥 (10)與中間水箱⑷連接沖間水箱⑷通過(guò)第三進(jìn)水栗（11)和回流栗（20)分別與厭氧 氨氧化反應(yīng)器（5)和A2/0-SBR反應(yīng)器（2)連接；系統(tǒng)的出水最后經(jīng)厭氧氨氧化反應(yīng)器出水 閥（26)和電磁閥（13)排出；
[0008] SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)裝置，其特征在于：A2/0-SBR反硝化 除磷反應(yīng)器（2)設(shè)有第一攪拌槳（7)，第一曝氣頭（16)、第一氣體流量計(jì)（15)和第一溢流 管（27) ;N-SBR短程硝化反應(yīng)器（3)設(shè)有第二攪拌槳（9)、第二曝氣頭（19)、第二氣體流量 計(jì)（18)和第二溢流管（28);厭氧氨氧化反應(yīng)器設(shè)有第三攪拌槳（12)和第三溢流管（29); 第一氣體流量計(jì)（15)連接第一氣栗（14)和第一曝氣頭（16)，第二氣體流量計(jì)（18)連接第 二氣栗（17)和第二曝氣頭（19);
[0009] SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)裝置，其特征在于：A2/0-SBR反應(yīng)器 (2)中的聚磷菌包括反硝化聚磷微生物和普通聚磷微生物，反硝化菌包括反硝化聚磷菌和 普通的異養(yǎng)反硝化菌。
[0010] 本發(fā)明提供的SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)方法，主要包括以下步 驟：
[0011] 系統(tǒng)啟動(dòng)：在反硝化脫氮除磷SBR反應(yīng)器（2)中接種反硝化除磷污泥，使反應(yīng)器 內(nèi)污泥濃度達(dá)到3000~3500mg/L ;在短程硝化SBR反應(yīng)器（3)中接種短程硝化絮體污泥， 使反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度達(dá)到3000~3500mg/L ;在厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器中接種厭氧氨氧化 顆粒污泥，使污泥濃度達(dá)到3000~4000mg/L ;生活污水首先進(jìn)入A20-SBR進(jìn)行有機(jī)物的降 解、反硝化脫氮除磷，其去除了有機(jī)物和磷、富含氨氮的出水作為短程硝化SBR反應(yīng)器的進(jìn) 水，進(jìn)行部分短程硝化，而后進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器中完成自養(yǎng)脫氮，待反應(yīng)結(jié)束后，沉淀 排水，當(dāng)系統(tǒng)總氮去除率達(dá)85%以上，磷去除率達(dá)95%以上，即認(rèn)為SBR反硝化除磷耦合一 體化厭氧氨氧化系統(tǒng)啟動(dòng)成功；
[0012] 周期運(yùn)行操作步驟如下：
[0013] 1)生活污水由原水水箱（1)經(jīng)進(jìn)水栗（6)栗入AV0-SBR反硝化除磷反應(yīng)器（2)， 充水比0. 3~0. 4 ;進(jìn)水結(jié)束后，啟動(dòng)攪拌槳（7)，厭氧攪拌1. 5~2h，反硝化聚磷菌（DPAOs) 充分利用原水中的揮發(fā)性脂肪酸（VFAs)合成內(nèi)碳源PHA，同時(shí)釋放磷，根據(jù)pH和0RP曲線(xiàn) 上的拐點(diǎn)，控制厭氧釋磷時(shí)間，A 2/0-SBR反硝化除磷反應(yīng)器（2)運(yùn)行時(shí)，每天排泥，使污泥齡 為10~15d，污泥濃度維持在3000~3500mg/L ;
[0014] 2)厭氧段反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)蠕動(dòng)栗（20)將N-SBR短程反硝化反應(yīng)器（3)的出水從 中間水箱（4)回流至A 2/0-SBR反硝化除磷反應(yīng)器（2)中，為反硝化除磷提供必要條件；在 此過(guò)程中，反硝化聚磷菌（DPAOs)以硝化液中回流的N02 -N為電子受體，以厭氧段貯存的內(nèi) 碳源PHA為電子供體，發(fā)生缺氧反硝化除磷反應(yīng)，回流比為50 %~100%，反應(yīng)時(shí)間為3~ 4h ；
[0015] 3)缺氧段反應(yīng)結(jié)束后，開(kāi)啟氣栗（14)對(duì)N-SBR反應(yīng)器（3)進(jìn)行曝氣，完成剩余磷 的吸收以及吹脫缺氧段反硝化產(chǎn)生的氮?dú)?，反?yīng)時(shí)間為0.5~lh，通過(guò)氣體流量計(jì)（15)調(diào) 節(jié)氣體流量，控制D0 = 2~3mg/L ;
[0016] 4)曝氣結(jié)束后，關(guān)閉氣栗（14)，靜止沉淀排水，排水比為0.6,富含NH/-N的上清 液通過(guò)進(jìn)水栗（8)栗入N-SBR短程硝化反應(yīng)器（3)中，而后開(kāi)啟氣栗（17)對(duì)N-SBR短程硝 化反應(yīng)器（3)進(jìn)行曝氣，曝氣時(shí)間為1. 5-2h，通過(guò)氣體流量計(jì)（18)調(diào)節(jié)曝氣量，控制D0 = 1~2mg/L，N-SBR短程硝化反應(yīng)器（3)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行排泥，控制污泥齡在15~20d，污泥濃 度在 2500 ~3000mg/L ;
[0017] 5)曝氣攪拌結(jié)束后，靜止沉淀排水，排水比0. 6，N-SBR短程硝化反應(yīng)器⑶的出水 經(jīng)出水閥（24)和電磁閥（10)進(jìn)入中間水箱（4)，而后通過(guò)回流栗（20)和第三進(jìn)水栗（11) 將短程硝化反應(yīng)器的出水從中間水箱（4)分別栗入A 2/0-SBR反硝化除磷反應(yīng)器和厭氧氨 氧化反應(yīng)器中，體積比為1:2 ;
[0018] 6)硝化液進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器（5)后，厭氧攪拌3~4h，而后沉淀排水，控制污 泥濃度在3000~3500mg/L，排水比0. 3~0. 4,而后系統(tǒng)進(jìn)入下一周期，重復(fù)以上步驟。
[0019] 本發(fā)明SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的試驗(yàn)裝置與方法，與現(xiàn)有傳統(tǒng)生物 脫氮除磷工藝相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0020] 1)實(shí)現(xiàn)了原水碳源利用率的最大化。生活污水進(jìn)入系統(tǒng)后，反硝化除磷菌充分利 用污水中的有機(jī)物，合成內(nèi)碳源PHA，同時(shí)釋放磷
[0021] 2)實(shí)現(xiàn)了污水處理碳源使用量的最小化。反硝化除磷技術(shù)"一碳兩用"，實(shí)現(xiàn)了脫 氮除磷的統(tǒng)一，短程硝化與厭氧氨氧化反應(yīng)均為自養(yǎng)反應(yīng)，不消耗原水中的有機(jī)碳源
[0022] 3)解決了傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中除磷菌和反硝化菌碳源競(jìng)爭(zhēng)、除磷菌與硝化菌長(zhǎng)短 污泥齡、溶解氧方面的矛盾。通過(guò)設(shè)計(jì)三個(gè)獨(dú)立的SBR反應(yīng)器，使反硝化除磷菌、亞硝化菌 和厭氧氨氧化菌分別在各宜適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中生長(zhǎng)。
[0023] 4)工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便。該工藝的主體反應(yīng)器只有反硝化除磷反應(yīng)器、短 程硝化反應(yīng)器、厭氧氨氧化反應(yīng)器；SBR反應(yīng)器運(yùn)行方式靈活，有利于實(shí)時(shí)過(guò)程控制。
[0024] 5)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，脫氮除磷效率高。反硝化除磷、短程硝化、厭氧氨氧化分別在三 個(gè)不同的SBR反應(yīng)器中進(jìn)行，創(chuàng)造了有利于該三種功能菌生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)三種功能 菌在脫氮除磷方面的協(xié)調(diào)耦合作用，更易于維持系統(tǒng)的脫氮除磷率和運(yùn)行穩(wěn)定性。
[0025] 6)降低了基建和運(yùn)行費(fèi)用。回流的硝化液中含有的NH/-N，增大了下一周期進(jìn)入 短程硝化反應(yīng)器的NH/-N負(fù)荷，提高了反應(yīng)速率，縮短了反應(yīng)時(shí)間，從而減少了反應(yīng)器容積 和占地面積。短程硝化和厭氧氨氧化實(shí)現(xiàn)了最短及高效的NH/-N轉(zhuǎn)換為N 2的技術(shù)路徑，最 大限度地節(jié)省曝氣量，減少污泥產(chǎn)量，降低運(yùn)行成本。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為SBR短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
[0027] 圖中：1 -原水水箱；2-A2/0-SBR反硝化除磷反應(yīng)器；3-N-SBR短程硝化反應(yīng)器； 4-中間水箱；5-厭氧氨氧化反應(yīng)器；6-第一進(jìn)水栗；7-第一攪拌槳；8-第二進(jìn)水栗；9-第 二攪拌槳；10-第一電磁閥；11-第三進(jìn)水栗；12-第三攪拌槳；13-第二電磁閥；14-第一 氣栗；15-第一氣體流量計(jì)；16-第一曝氣頭；17-第二氣栗；18-第二氣體流量計(jì)；19-第 二曝氣頭；20-回流栗；21-第一進(jìn)水閥；22-第一出水閥；23-第二進(jìn)水閥；24-第二出水 閥；25-第三進(jìn)水閥；26-第三出水閥；27-第一溢流管；28-第二溢流管；29-第三溢流管； 30-第四進(jìn)水閥；31-第一 pH傳感器；32-第一 ORP傳感器；33-第一溶氧儀；34-第一 NH/-N 傳感器；35-第二DO