专利名称：一种反硝化除磷反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反硝化除磷反应器，具体是一种通过在厌氧/好氧序批式除磷反 应器厌氧结束时添加NaN03溶液，使反应器在缺氧状态下，以N03—-N代替02为电子受体的反 硝化除磷脱氮。
背景技术：
反硝化除磷(Denitrifying d印hosphatation)技术是指反硝化除磷菌 (DenitrifyingPhosphorus removal Bacteria,简称DPB)经厌氧释磷后，在缺氧条件下以 硝酸盐作为吸磷的电子受体，同步实现脱氮和除磷。反硝化除磷菌被证实具有和好氧除磷 菌极为相似的代谢特征。因为反硝化除磷菌可以在缺氧环境摄磷，这就使得摄磷和反硝化 脱氮这两个生物过程借助同一类微生物在同一种环境下一并完成只消耗单独生物除磷所 需的有机物量，就可达到氮磷的同步去除；而且摄磷在缺氧环境下由硝酸盐代替氧气作为 吸收磷酸盐的电子受体，节省了曝气量；反硝化和除磷由同类菌完成，还可减少污泥产量。 这种新型污水处理技术相当适合当前污水处理向可持续发展转变的要求能脱氮除磷净化 水质、动力消耗少、污泥产量少、C0D消耗少。是一种新型的高效低能耗的生物脱氮除磷技 术。但是当前的反硝化除磷反应器基本都是手动装置，耗费大量不必要的人力，而且难以精 确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以N03—-N为电子受体实现同步反硝化除磷，且由PLC 可编程控制器自动控制运行的反硝化除磷反应器。
本发明的目的通过如下技术方案实现 —种反硝化除磷反应器，包括反硝化除磷反应器筒体、进水箱、进水泵、鼓风机、搅 拌器、出水口 ；进水箱通过进水泵与反硝化除磷反应器筒体连接；连接鼓风机的管道深入 反硝化除磷反应器筒体内，筒体内设有搅拌器，恒温水浴与反硝化除磷反应器筒体连接；出 水口设在筒体上；所述反硝化除磷反应器还包括加药箱、加药泵和PLC可编程控制器，加药 箱通过加药泵与反硝化除磷反应器筒体连接；PLC可编程控制器分别与进水泵、加药泵、鼓 风机、排水阀和搅拌器连接。 所述反硝化除磷反应器还设有取样口 ，取样口设在筒体上外壁垂直方向，从圆柱
体底部每隔10 15cm设一个取样口 。 所述反硝化除磷反应器内还装有温度计。 所述反应器还保护水封瓶，水封瓶通过管道与反硝化除磷反应器筒体连接。
本发明通过在原厌氧/好氧序批式反应器厌氧结束时添加NaN03溶液，使反应器 在缺氧状态下，以N03—-N代替02为电子受体反硝化除磷脱氮。本发明在厌氧段实现磷的释 放和C0D的去除；厌氧结束时，通过添加了 NaN03溶液使反应器处于缺氧状态，在缺氧段以 N03—-N代替02为电子受体实现磷的过量吸收和硝态氮的反硝化；在好氧段吹脱反硝化产生的氮气，改善污泥沉降性能，而且在硝态氮电子受体不足时，可以02为第二电子受体好氧除 磷。本发明只消耗单独生物除磷所需的有机物量，就可以达到氮磷的同步去除，而且在缺氧 环境下由硝态氮代替氧气作为吸收磷酸盐的电子受体，节省了曝气量。 作为厌氧/好氧序批式反应器的改进，反硝化除磷反应器在缺氧段反硝化除磷完
成以后，设有短时间的好氧曝气阶段。 作为上述技术方案的进一步改进，反硝化除磷反应器还设有可调节温度的恒温水
浴保证反应器温度。 作为上述技术方案的进一步改进，还设有水封装置以避免厌氧和缺氧阶段氧气进 入反硝化除磷反应器。 反硝化除磷反应器设计运行周期6h，其中厌氧段120min(含进水20min)，缺氧段 和好氧段共180min，沉淀时间40min，排水20min。每周期开始时加入6L人工合成废水，经 过2h厌氧搅拌后，加入NaN03液进行缺氧搅拌，随后好氧曝气。在好氧结束时通过排泥水 混合液达到控制泥龄的目的。总水力停留时间12h，充水比0.5。采用PLC可编程控制器自 动控制SBR反应器的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水及NaN03的添加，并可根据实际需要调整 各反应阶段的运行时间。采用恒温水浴控制反应器内的温度在3(TC左右。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果 (1)本发明反硝化除磷反应器在现有技术的基础上增加了 PLC可编程控制器用以 控制反应器的自动运行；设有可调节温度的恒温水浴保证反应器温度，还设有水封瓶以避 免厌氧和缺氧阶段氧气进入反硝化除磷反应器。 (2)本发明在厌氧/好氧序批式反应器厌氧结束时添加NaN03溶液，使反应器在缺 氧状态下，以N03—-N代替02为电子受体反硝化除磷脱氮。只需消耗单独生物除磷所需的有 机物，减少了反硝化所需要的有机物量，生物除磷和脱氮过程都需要有机物，但污水中所含 的有机物数量通常是有限的，如果有限的有机物可同时用于除磷和脱氮两个目的，则可以 减少因其不足而引发的竞争性矛盾。尤其为低C/N和C/P比的我国南方城市生活污水同时 脱氮除磷提供了新的思路。 (3)本发明用N03—-N代替氧作为电子受体，还可以减少曝气量和污泥产量，节省投 资和运行费用。 (4)本发明反硝化除磷反应器工艺对COD、氨氮和磷都具有很好的去除效果，出水 COD在20mg/L以下(人工模拟生活污水，处理规模24L/d)，氨氮在4mg/L以下；TP在0. 5mg/ L以下，去除效果均达到国家一级排放标准。
图1为本发明反硝化除磷反应器示意图； 图2为本发明反硝化除磷反应流程图； 图3为本发明反硝化除磷反应器对CODGr的去除效果示意图； 图4为本发明反硝化除磷反应器对氨氮的去除效果示意图； 图5为本发明反硝化除磷反应器对TP的去除效果示意图； 图6为本发明反硝化除磷反应器典型周期水质变化示意图。
具体实施例方式
以下结合说明书附图来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不 局限于具体实施方式
中所描述的范围。 作为厌氧/好氧序批式反应器的改进，反硝化除磷反应器在运行的缺氧段反硝化 除磷完成以后，保留有短时间的好氧曝气阶段。如图l所示，一种反硝化除磷反应器包括进 水箱1、进水泵2、加药箱3、加药泵4、鼓风机5、取样口6、搅拌器7、温度计8、出水口9 ;水封 瓶10及恒温水浴11和PLC可编程控制器14。进水箱1通过进水泵2与反硝化除磷反应器 筒体13连接；加药箱3通过加药泵4与反硝化除磷反应器筒体13连接。鼓风机5通过管 道深入反硝化除磷反应器筒体13内，筒体13内设有搅拌器7，取样口 6和出水口 9设在筒 体13上，水封瓶10和恒温水浴11与反硝化除磷反应器筒体13连接，筒体13内还装有温 度计8，实时反映反应器中的温度。恒温水浴可调节温度，保证反应器温度。PLC可编程控 制器14分别与进水泵2、加药泵4、鼓风机5、设置在取样口 6处的排水阀和搅拌器7连接， 自动控制SBR反应器的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水及NaN03的添加；并可根据实际需要调 整各反应阶段的运行时间。PLC可编程控制器14还可通过与恒温水浴11连接，控制水浴温 度。取样口 6设在筒体13上外壁垂直方向，从圆柱体底部每隔10 15cm设一个取样口。
反硝化除磷反应器还设有水封装置以避免厌氧和缺氧阶段氧气进入反硝化除磷 反应器。水封装置主要为水封瓶IO，水封瓶10为一锥形瓶，内装有蒸馏水，在反硝化除磷反 应器筒的上部开一小孔，用管道与水封瓶连接，管线插入水封瓶中蒸馏水水面下方，这样既 可以排除反硝化除磷反应器中的气体，又避免了空气进入反应器(有水阻隔)。
PLC可编程控制器14具体可选用海维深公司生产的V80系列的PLC可编程控制 器。 应用时，包括如下步骤 (1)厌氧段原水由进水泵2加入序批式反应器，厌氧搅拌，反硝化除磷菌吸收大
量的有机底物并以PHB(胞内聚P-羟基丁)的形式贮存在体内，同时释放出大量的磷； (2)缺氧段上述序批式反应器缺氧搅拌，反硝化除磷菌以体内的PHB为电子供
体，以加药泵提供的N03—-N为电子受体，同时完成缺氧反硝化脱氮和过量吸磷。
(3)好氧段序批式反应器短时吹脱曝气，以利于氮气的排除和加强磷的去除效
果，防止磷的"二次释放"。 作为一个具体的实例，序批式反应器13为有机玻璃容器，上部为双层有机玻璃圆 柱体，外直径22cm，内直径20cm，高55cm。下部为圆台形，高10cm，上面直径20cm，下面直径 5cm。在反应器圆柱体部分外壁垂直方向，从圆柱体底部每隔7cm设一个出口 ，共7个，用于 取样；在取样口另一侧，从圆柱体底部每隔5cm设一个出口，共5个，用于排水。圆台下部有 一个出口 ，用于排空。所有出口均与直径15cm的阀门连接。 反应周期开始时，进水由进水泵2打入反应器(进水时间20min)，同时搅拌器7开 始厌氧搅拌，持续时间120min，接着加药泵4开始工作将NaN03溶液加入反应器内，此时搅 拌器7开始缺氧搅拌，持续时间150min，之后鼓风机5开始向反应器内鼓入空气，曝气持续 时间30min，后沉淀40min，排水20min。 一个周期6个小时，循环运行。
反硝化除磷反应器设计运行周期6h，其中厌氧段120min(含进水20min)，缺氧段 和好氧段共180min，沉淀时间40min，排水20min。每周期开始时加入6L人工合成废水，经过2h厌氧搅拌后，加入NaN03溶液进行缺氧搅拌150min，好氧曝气30min。在好氧结束时 通过排泥水混合液达到控制泥龄的目的。总水力停留时间12h，充水比0. 5。
如图2所示，应用本发明反硝化除磷反应器除磷时，在厌氧、缺氧、曝气、沉淀和排 水各阶段，可采用PLC可编程控制器自动控制SBR反应器的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水及 NaN03的添加，并可根据实际需要调整各反应阶段的运行时间。采用恒温水浴控制反应器内 的温度在3(TC左右。反应器有效容积为12L，试验采用模拟生活污水(用乙酸钠作碳源，易 生物降解)进行。
实施效果 设计四个不同的时间组合方案，分别考察了反硝化除磷反应器的实施效果。厌氧 时间控制在120min，缺氧段时间从lh增加到1. 5h、2h、2. 5h，相应的好氧段时间从2h减少 到1. 5h、lh、0. 5h。 一个反应周期6h。 本发明实施效果分为4个阶段考察，第一阶段为缺氧段时间是lh，好氧段时间为 2h ;系统处理效果稳定后，经过20天的运行后，进行第二个阶段即缺氧段时间增加到1. 5h， 好氧段时间相应减少到1. 5h对系统处理效果的影响，运行15天；第三个阶段即缺氧段时间 增加到2h，好氧段时间相应减少到lh对系统处理效果的影响，运行20天；第四阶段即缺氧 段时间增加到2. 5h，好氧段时间相应减少到0. 5h对系统处理效果的影响，运行20天后，系 统处理效果稳定，厌氧结束时添加30mg/LNaN03溶液，使反应器在缺氧状态下，以N03—-N代 替02为电子受体反硝化除磷脱氮，考察以N03—-N代替02为电子受体反硝化除磷脱氮效果。
进水采用人工配制的合成废水，主要成分为250mgC0D/L NaAc，9mgTP/LKH2P04， 15NH+4-Nmg/L NH4C1，0. 038g/LCaCl2 2H20，0. 15g/LMgS04 7H20，0. 3ml/L微量元素 溶液。微量元素溶液成分为(IL蒸馏水中):10gEDTA，1.5gFeCl3*6H20，0.15gH3B03， 0. 03gCuS04 5H20，0. 18gKI，0. 12gMnCl2 4H20，0. 06gNaMo04 2H20，0. 12gZnS04 7H20， 0. 15gCoCl2 6H20。试验接种污泥取自广州市某污水处理厂。 分析方法COD :XJ-1型COD消解仪消解，重铬酸钾法；TP :钼锑抗分光光度法； NH4+-N :纳氏试剂光度法；N02—N :N-(1-萘基)-乙二胺光度法；N03—N :紫外分光光度法。
1、C0D的去除效果 由附图3可以看出反硝化除磷反应器对COD有很好的处理效果。对于处理模拟的 生活污水(由乙酸钠配制)，一体化氧化沟的出水C0D保持在25mg/L以下。由附图5可知 在厌氧段几乎所有的COD都被去除，这是由于实验采用的碳源是乙酸钠是生物快速降解碳 源，有研究表明乙酸盐是剌激和达到过量生物除磷的最佳底物。缺氧反应开始时，体系的 COD浓度均接近于零，反应体系中几乎不存在常规反硝化菌(即只有反硝化功能而没有吸 磷功能的细菌)和反硝化除磷菌之间对硝酸盐的竞争，反硝化聚磷菌正是在这样的环境中 得到选择和富集，成为反应体系的优势菌种。
2、氨氮的去除效果 由附图4可以看出，随着好氧时间的减少，出水氨氮浓度呈上升趋势，其去除率不 断下降。这是因为氨氮的去除主要靠好氧硝化作用，随着好氧时间减少，硝化作用减弱，导 致氨氮去除率下降。反硝化除磷反应器对于氨氮的硝化作用是与好氧时间相关。反硝化除 磷反应器在处理人工模拟生活污水的过程中，进水氨氮为20mg/L，最终出水氨氮都保持在 4mg/L以下，去除率在80%以上。
3、P的去除 由附图5可以看出，看出在每个阶段开始的几天，出水磷的浓度均有不同程度的 提升，5-10天后出水磷的浓度逐渐稳定。这表明在每个阶段开始时，由于好氧时间的减少， 好氧除磷作用减弱，导致除磷率下降。随着反应周期的增加，除磷率逐渐上升并达到稳定， 这说明缺氧吸磷作用增大。可以看到在好氧时间0. 5h的阶段，除磷效果依然良好，出水磷 浓度稳定在0. 46mg/L，且反应器运行稳定，表明缺氧段反硝化除磷效果逐渐显著，不受好氧 段的影响。 4、反硝化除磷反应器周期水质变化示意图 从附图6中可看到典型的厌氧释磷现象，在厌氧结束时系统中磷的浓度达到 38. 44mg/L，由图中N03—-N和TP的浓度变化均可以看到磷的吸收和硝酸盐还原同步进行的 现象，即发生了反硝化除磷反应。 综合上述实验，本发明反硝化除磷反应器对污染物的去除效果如下对C0D、和磷 的去除效果好，出水COD在25mg/L以下，磷出水在0. 5mg/L以下；氨氮去除率在80%左右。 出水氨氮在4mg/L以下。
权利要求
一种反硝化除磷反应器，包括反硝化除磷反应器筒体、进水箱、进水泵、鼓风机、搅拌器；进水箱通过进水泵与反硝化除磷反应器筒体连接；连接鼓风机的管道深入反硝化除磷反应器筒体内，筒体内设有搅拌器，恒温水浴与反硝化除磷反应器筒体连接；出水口设在筒体上；其特征在于，所述反硝化除磷反应器还包括加药箱、水封瓶、加药泵和PLC可编程控制器，加药箱通过加药泵与反硝化除磷反应器筒体连接，将NaNO3加入反硝化除磷反应器筒体内；水封瓶为一锥形瓶，内装有蒸馏水，在反硝化除磷反应器筒的上部开一小孔，用管道与水封瓶连接，管线插入水封瓶中蒸馏水水面下方；PLC可编程控制器分别与进水泵、加药泵、鼓风机、排水阀和搅拌器连接。
2. 根据权利要求1所述的种反硝化除磷反应器，其特征在于所述反硝化除磷反应器还 设有取样口，取样口设在筒体上外壁垂直方向，从圆柱体底部每隔10 15cm设一个取样 □。
3. 根据权利要求1所述的种反硝化除磷反应器，其特征在于所述反硝化除磷反应器内 还装有温度计。
4. 根据权利要求1所述的反硝化除磷反应器，其特征在于所述PLC可编程控制器为 V80系列的PLC可编程控制器。
全文摘要
本发明公开了一种反硝化除磷反应器。该反应器进水箱通过进水泵与反硝化除磷反应器筒体连接；连接鼓风机的管道深入反硝化除磷反应器筒体内，筒体内设有搅拌器，恒温水浴与反硝化除磷反应器筒体连接；出水口设在筒体上；其特征在于，所述反硝化除磷反应器还包括加药箱、加药泵和PLC可编程控制器，加药箱通过加药泵与反硝化除磷反应器筒体连接；PLC可编程控制器分别与进水泵、加药泵、鼓风机、排水阀和搅拌器连接。本发明在以NO3--N为电子受体实现同步反硝化除磷，且由PLC可编程控制器自动控制运行的反硝化除磷反应，减少了厌氧/好氧序批式除磷反应器好氧段的时间，减少了曝气量和动力消耗。
文档编号C02F3/30GK101708922SQ200910193450
公开日2010年5月19日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者周少奇, 张晓洁 申请人:华南理工大学