一种基于短程反硝化反应的除磷脱氮装置及其方法与流程

本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种脱氮的装置与方法，特别涉及一种基于短程反硝化反应的除磷脱氮装置及其方法。

背景技术：

厌氧氨氧化菌的发现改变了人们对氮循环途径的认识，使污水高浓度厌氧氨氧化菌群脱氮成为可能。厌氧氨氧化菌科(anammoxaceae)，共6个属性，分别为candidatusbrocadia、candidatuskuenenia、candidatusanammoxoglobus、candidatusjettenia、candidatusanammoximicrobiummoscowii及candidatusscalindua。由于厌氧氨氧化工艺是在厌氧条件下直接将氨氮和亚硝氮转化成氮气，同时在好氧段只需将氨氮氧化为亚硝氮，省略后续亚硝氮氧化为硝态氮，所以节省了曝气量；厌氧氨氧化菌将传统反硝化过程所需的外加碳源全部省略，污水中的有机物可最大限度的进行回收产甲烷，而不是被氧化成二氧化碳。产生的甲烷又可以作为能源重新利用，从而使污水变废为宝，成为“液体黄金”。

目前污水短程硝化厌氧氨氧化技术主要应用于消化污泥脱水液等高氨氮污水脱氮，若能将厌氧氨氧化技术推广至城市污水、工业污水、畜禽养殖污水和垃圾渗滤液等水处理，则有望使城市污水、工业污水、畜禽养殖污水或垃圾渗滤液厂有能耗大户转变化能量自给或外供的企业。限制厌氧氨氧化技术在城市污水、工业污水、畜禽养殖污水和垃圾渗滤液处理厂应用的瓶颈是厌氧氨氧化反应的底物亚硝酸盐不能得到稳定供应。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对城市污水、工业污水、畜禽养殖污水或垃圾渗滤液处理过程中亚硝态氮难以稳定获取的难题，提出了一种基于短程反硝化反应的除磷脱氮装置，以及一种基于短程反硝化反应的脱氮方法，使得城市污水、工业污水、畜禽养殖污水和垃圾渗滤液处理等实现生物除磷与高浓度厌氧氨氧化菌群脱氮，降低城市污水、工业污水、畜禽养殖污水和垃圾渗滤液处理等能耗。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种除磷脱氮装置，其特征在于，包括厌氧氨氧化菌生物发生器、集水池、移动床生物反应池与二沉池，所述的厌氧氨氧化菌生物发生器与移动床生物反应池之间设置有射流器，所述的集水池与移动床生物反应池之间连接有第一连接管，所述的移动床生物反应池与二沉池之间连接有第二连接管，所述二沉池的底端设置有三通阀，所述三通阀的一端与第一连接管相连通，其另一端用于排泥。

在上述的一种除磷脱氮装置中，所述的移动床生物反应池由若干个水池组成，自左向右第一个为厌氧池，第二、三个为缺氧池，剩余的为好氧池，所述的厌氧池与缺氧池内均具有悬浮填料，每个所述的好氧池内均设置有曝气头以及与曝气头相配合使用的气量调节阀，所述调节阀的尾端设置有气体流量计与风机。

在上述的一种除磷脱氮装置中，所述的射流器一端与厌氧氨氧化菌生物发生器相连通，其另一端与移动床生物反应池内的厌氧池相连通。

在上述的一种除磷脱氮装置中，每个所述的厌氧池与缺氧池内均设置有若干个水下推流器，每个所述的推进器设置于水池的侧壁上。

在上述的一种除磷脱氮装置中，水池之间按照水流方向可设计成i型或s型或折流型，且各个水池之间通过过流孔连接。

在上述的一种除磷脱氮装置中，所述的集水池与移动床生物反应池之间的第一连接管上设置有进水泵。

在上述的一种除磷脱氮装置中，所述的集水池上设置有溢流阀与放空管，所述的溢流阀设置与集水池的上端，所述的放空管位于集水池的底部。

在上述的一种除磷脱氮装置中，最后一个好氧池和第一个缺氧池设置有回流装置，所述的回流装置为硝化液回流泵或回流堰。

在上述的一种除磷脱氮装置中，所述的三通阀与第一连接管的连接管路上设置有回流污泥阀与与污泥回流泵，所述的回流污泥阀与污泥回流泵相互串连，且回流污泥阀位于靠近三通阀一侧。

在上述的一种除磷脱氮装置中，每个所述好氧池内的曝气头与相配合的气量调节阀之间串连设置，各个气量调节阀之间并合连接之后再与风机相串连。

在上述的一种除磷脱氮装置中，所述的二沉池的底端呈锥形。

一种基于短程反硝化反应的除磷脱氮方法，方法的步骤为：

1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至移动床生物反应池，使污泥浓度为1500-3000mg/l；启动厌氧氨氧化菌生物发生器，向厌氧池源源不断的输送2×10⁶cfu/ml以上的高浓度厌氧氨氧化菌群或接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至移动床生物反应池的厌氧池和缺氧区，悬浮填料填充体积比为15-40％；

2)运行调节：

2.1)城市污水、工业污水、畜禽养殖污水或垃圾渗滤液的污水与二沉池回流污泥混合后进入移动床生物反应池的厌氧池，利用厌氧氨氧化菌生物发生器深层发酵产生的高浓度厌氧氨氧化菌群或厌氧池悬浮填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；厌氧池的泥水混合液和回流硝化液一起进入缺氧区，该池悬浮填料生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧池，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；

2.2)移动床生物反应池好氧池污泥回流比为50-200％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20天；

2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧池的充氧量，控制好氧池前端溶解氧浓度为0.5-1.5mg/l，好氧池最后一个水池中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/l；

2.4)移动床生物反应池的城市污水水力停留时间为8-14h，工业污水水力停留时间为1-3d，畜禽养殖污水水力停留时间为2-4d，垃圾渗滤液污水水力停留时间为4-6d。其中城市污水厌氧水力停留时间为1.5-3h，缺氧水力停留时间为3-6h；工业污水厌氧水力停留时间为10-24h，缺氧水力停留时间为1-2d；畜禽养殖污水厌氧水力停留时间为1-2d，缺氧水力停留时间为1-2d；垃圾渗滤液污水厌氧水力停留时间为1-2d，缺氧水力停留时间为2-4d；

2.5)硝化液回流比为100-200％；当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/l时，降低硝化液回流比；当好氧池出水硝态氮浓度大于10mg/l时，提高硝化液回流比。

与现有技术相比，本发明基于短程反硝化反应的除磷脱氮方法，与传统生物除磷脱氮工艺相比具有以下优势：

1)污水中的氨氮60％通过厌氧氨氧化反应去除，所以仅有剩下的40％氨氮进入好氧池，因此好氧池的需氧量可降低一半以上，进而可节省系统运行能耗。

2)好氧池氧化的氨氮量降低60％，使得回流的硝化液中的硝态氮浓度降低60％，进而使得缺氧需要还原的硝态氮的量降低60％；同时硝态氮只需还原为亚硝态氮，无需进一步还原为氮气，因此可大幅降低反硝化碳源需求量。

3)高浓度厌氧氨氧化菌群脱氮污泥产量低，可减少污水厂污泥处置费用。

附图说明

图1是本除磷脱氮装置的结构示意图。

图中，1、厌氧氨氧化菌生物发生器；2、集水池；3、移动床生物反应池；4、二沉池；5、射流器；6、第一连接管；7、第二连接管；8、三通阀；9、厌氧池；10、缺氧池；11、好氧池；12、曝气头；13、气量调节阀；14、气体流量计；15、风机；16、水下推流器；17、进水泵；18、溢流阀；19、放空管；20、回流装置；21、回流污泥阀；22、污泥回流泵。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本基于短程反硝化反应的除磷脱氮方法包括厌氧氨氧化菌生物发生器1、集水池2、移动床生物反应池3与二沉池4，集水池2设有溢流管和放空管19；集水池2通过进水泵17与第一连接管6相连接；移动床生物反应池3分为数个水池，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个水池；第一个水池为设有悬浮填料的厌氧池9，第二、三水池为设有悬浮填料的缺氧区，其余水池为好氧池11；厌氧池9和缺氧区设有水下推流器16，好氧池11通过设有风机15、气体流量计14、气量调节阀13及曝气头的曝气系统进行充氧；移动床生物反应池3通过第二连接管7与二沉池4连接；二沉池4通过污泥回流泵22与第一连接管6相连接；硝化液回流泵将最后一格好氧池11和第一个缺氧池10连接起来。

本除磷脱氮装置的工作原理为：城市污水、工业污水、畜禽养殖污水或垃圾渗滤液与二沉池4回流污泥一起进入移动床生物反应池3的厌氧池9进行短程反硝化、厌氧氨氧化与厌氧释磷；而后与回流硝化液一起进入缺氧区，发生短程反硝化、厌氧氨氧化与反硝化除磷；然后进入好氧池11发生好氧硝化作用，从而达到将氮从污水中脱除的目的，混合污泥最后进入二沉池4进行泥水分离，上清液作为系统出水排放，部分沉淀污泥作为剩余污泥排放，部分沉淀污泥回流至反应器前端的厌氧池9。

进一步细说，移动床生物反应池3由若干个水池组成，自左向右第一个为厌氧池9，第二、三个为缺氧池10，剩余的为好氧池11，厌氧池9与缺氧池10内均具有悬浮填料，每个好氧池11内均设置有曝气头12以及与曝气头12相配合使用的气量调节阀13，调节阀的尾端设置有气体流量计14与风机15。

进一步细说，射流器5一端与厌氧氨氧化菌生物发生器1相连通，其另一端与移动床生物反应池3内的厌氧池9相连通。

每个厌氧池9与缺氧池10内均设置有若干个水下推流器16，每个推进器设置于水池的侧壁上，推流器的设置用于池中水循环，以及为硝化、脱氮和除磷阶段创建水流。

进一步细说，水池之间按照水流方向可设计成i型或s型或折流型，且各个水池之间通过过流孔连接。

进一步细说，集水池2与移动床生物反应池3之间的第一连接管6上设置有进水泵17。

进一步细说，集水池2上设置有溢流阀18与放空管19，溢流阀18设置与集水池2的上端，所述的放空管19位于集水池2的底部。

进一步细说，最后一个好氧池11和第一个缺氧池10设置有回流装置20，回流装置20为硝化液回流泵或回流堰。

进一步细说，三通阀8与第一连接管6的连接管路上设置有回流污泥阀21与与污泥回流泵22，回流污泥阀21与污泥回流泵22相互串连，且回流污泥阀21位于靠近三通阀8一侧。

进一步细说，每个好氧池11内的曝气头12与相配合的气量调节阀13之间串连设置，各个气量调节阀13之间并合连接之后再与风机15相串连。

二沉池4的底端呈锥形，锥形的收敛底部可以提高二沉池4底部的沉淀效果，也有利于沉淀物的及时排出。

试验系统如图1所示，各反应器均采用pvc板制成，移动床生物反应池有效体积为500l，均分为7个水池，试验采用某畜禽养殖污水作为原水，具体水质如下：cod浓度为4200mg/l，氨氮浓度为1460mg/l，总磷浓度为80mg/l。

具体运行操作如下：

1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至移动床生物反应池，使污泥浓度为3000mg/l；接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的悬浮填料至移动床生物反应池的厌氧池和缺氧区，填充体积比为40％。

2)运行时调节操作如下：

2.1)城市污水、工业污水、畜禽养殖污水或垃圾渗滤液与二沉池回流污泥混合后进入移动床生物反应池的厌氧池，该池悬浮填料生物膜上的反硝化菌进行短程反硝化，将回流污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，生物膜上的厌氧氨氧化菌再将亚硝态氮和氨氮转化为氮气，而后絮体污泥中的聚磷菌发生厌氧释磷作用；厌氧池的泥水混合液和回流硝化液一起进入缺氧区，该池悬浮填料生物膜上反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝态氮还原为亚硝态氮，而后生物膜中的厌氧氨氧化菌将亚硝态氮和氨氮转化为氮气；最后污水进入好氧池，絮体污泥中的氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌将污水中剩余的氨氮氧化为硝态氮；

2.2)移动床生物反应池好氧池污泥回流比为100％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15天；

2.3)通过调整气量调节阀的开启度，调控好氧池的充氧量，控制好氧池前端溶解氧浓度为0.5-1.0mg/l，好氧池最后一个水池中溶解氧浓度为0.3-0.6mg/l；

2.4)移动床生物反应池的水力停留时间为2d，其中厌氧水力停留时间为1d，缺氧水力停留时间为1d；

2.5)硝化液回流比为200％；当缺氧区出水硝态氮或亚硝态氮大于3mg/l时，降低硝化液回流比；当好氧池出水硝态氮浓度大于200mg/l时，提高硝化液回流比。

试验结果表明：运行稳定后，进水cod浓度为4200mg/l,氨氮浓度1460g/l，总磷浓度为80mg/l；加强型移动床生物膜反应器出水cod浓度为860mg/l,氨氮浓度5mg/l，总磷浓度为4mg/l。

移动床生物膜反应器+厌氧氨氧化菌生物反应器技术的应用基本杜绝了传统处理技术中出现的污泥膨胀的问题，且实现了增加消化作用和延长泥龄的目的。移动床生物膜反应器可基本实现反消化细菌和消化细菌的生长空间相对独立，不互相影响，极大程度地优化了这两种生物菌种的生存环境，两种反应同时存在于移动床生物膜反应器工艺中，使其具有强大的脱氮除磷能力。实验证明，总磷去除率提高了95％，氨氮去除率提高了96.5％左右。可在不改变原污水处理系统有效容积的前提下，提高污水处理效率，抗冲击能力和处理深度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了厌氧氨氧化菌生物发生器1、集水池2、移动床生物反应池3、二沉池4、射流器5、第一连接管6、第二连接管7、三通阀8、厌氧池9、缺氧池10、好氧池11、曝气头12、气量调节阀13、气体流量计14、风机15、水下推流器16、进水泵17、溢流阀18、放空管19、回流装置20、回流污泥阀21、污泥回流泵22等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。