连续流A2/O短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化实现城市污水深度脱氮除磷的装置和方法

本发明涉及一种污水高效深度脱氮除磷的装置与方法，属于生物法污水处理，适用于新建污水厂及老污水厂的提标改造、市政污水和工业废水的处理等实际应用场景。

背景技术：

1、生物法污水处理技术是目前传统污水处理厂广泛采用来进行脱氮除磷的方法，也是最经济可行的技术。然而，对于我国的城镇污水，普遍具有进水有机物较低的特点，造成当前污水处理厂需要投加大量碳源才能满足脱氮除磷的要求。此外，硝化和去除过剩有机物的过程需要大量充氧曝气，以及能源消耗，占到污水处理厂总能耗的50％以上。尽管采用传统生物法来对污水进行脱氮除磷能够满足排放标准，但无疑会消耗大量能源和资源，是不可持续的，违背了当前建设“碳中和”污水处理厂的愿景。因此，谋求一种更加可持续的脱氮除磷技术对于实现污水处理的“碳中和”极其迫切。

2、厌氧氨氧化作为一种新型脱氮技术，具有节约曝气能耗和有机碳源，污泥产量低，不产生n2o气体等诸多优势。在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌可利用亚硝酸盐为电子供体直接将氨氮氧化为氮气，是一种完全的自养脱氮技术。厌氧氨氧化技术在高氨氮废水处理的应用中已经十分广泛，大大减少了高氨氮废水处理的成本和碳足迹。然而，在水量更大的主流低氨氮城市污水处理中，厌氧氨氧化技术仍然面临诸多应用难题，如亚硝酸盐的供给难和厌氧氨氧化菌的持留难等。因此，寻求一定策略攻克上述应用难题对推动厌氧氨氧化技术在主流污水处理中的应用具有重要实践意义。

3、研究表明，生物膜可以为低生长速率的微生物提供载体，能够在一定程度上解决厌氧氨氧化菌在系统中持留的难题。而将氨氮好氧氧化暂停至亚硝酸盐阶段(即短程硝化)和将硝酸盐还原暂停至亚硝酸盐阶段(即短程反硝化)均可以为厌氧氨氧化菌提供重要的底物亚硝酸盐，将二者同时与厌氧氨氧化耦合可以最大程度提高厌氧氨氧化的脱氮贡献比例。此外，a2/o及其改良工艺是国内大中型污水处理厂中应用最为广泛的工艺，以该工艺为基础进一步促进厌氧氨氧化脱氮将更加具有工程实践意义。因此，以生物膜为载体在连续流a2/o工艺中实现短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化将有望进一步推动厌氧氨氧化技术在城镇污水处理厂实际应用，实现可持续的污水处理。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种以连续流a2/o工艺为基础实现短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化脱氮除磷的装置和方法。主要针对厌氧氨氧化技术应用过程中厌氧氨氧化菌富集持留难以及底物亚硝供给难的瓶颈。在a2/o工艺的全流程均配置有生物膜以充分持留厌氧氨氧化菌，确保反应器中厌氧氨氧化能够维持一个高丰度。同时在厌/缺氧区通过短程反硝化为厌氧氨氧化菌供给底物亚硝酸盐，而在好氧区则通过短程硝化为厌氧氨氧化菌供给底物亚硝酸盐，进而使a2/o工艺全流程均能实现厌氧氨氧化脱氮。氮素大部分通过厌氧氨氧化过程去除，使得余下的碳源可以用于生物除磷，进一步避免了脱氮与除磷在碳源竞争上的矛盾问题，从而实现同步深度脱氮与除磷。

2、连续流a2/o短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化实现城市污水深度脱氮除磷的装置，其特征在于：主体装置由市政污水进水箱(1)、a2/o反应装置(3)、二沉池(13)和plc控制系统(17)构成。其中a2/o反应装置(3)包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；进水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接，混合液依次上下交错流过每个格室；好氧区(6)混合液出水流入二沉池(13)；二沉池(13)底部浓缩污泥经过污泥回流泵(14)进入厌氧区(4)；硝化液回流泵(16)将好氧区(6)最后一格室的混合液回流至缺氧区(5)第一格室；厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)内均投加有厌氧氨氧化载体生物膜(8)，填充比为10％～30％；厌氧区(4)与缺氧区(5)内安装搅拌器(7)，用于液体混合与载体生物膜(8)的流化；好氧区(6)内安装曝气盘(11)用于充氧曝气和载体生物膜(8)的流化，通过空气压缩机(9)和电磁流量计(10)来控制供氧速率；好氧区(6)设有在线监测仪(12)，可实时监测好氧区的do和ph。所有仪器设备均与plc控制系统(17)连接，实现自动控制，并通过显示器(18)实现数字可视化。

3、连续流a2/o短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化实现城市污水深度脱氮除磷的装置，其特征在于，包括以下步骤：

4、1)系统启动：a2/o反应装置(3)接种传统污水处理厂二沉池剩余活性污泥，污泥浓度为3000～4000mg/l；厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)投加厌氧氨氧化载体生物膜(8)，填充比为10％～30％；系统以实际市政污水为原水进行启动运行；

5、2)正式运行：

6、系统运行共分为两个阶段：阶段一，水力停留时间设定为12h，污泥龄控制在8～10天，运行60天以上，总氮去除率达到75％以上，磷酸盐去除率达到90％以上。阶段二，逐步加大进水量来缩短系统总的水力停留时间，每两周缩短1h，耗时14周，最终系统的水力停留时间为5h，总氮去除率和磷酸盐去除率与阶段一保持一致。

7、运行时调节控制策略如下：

8、污泥回流比在50％～100％范围内调控，当厌氧区(4)释磷量高于20mg/l时，提高污泥回流比，当厌氧区(4)释磷量低于10mg/l时，降低污泥回流比；硝化液回流比在100％～200％范围内调控，当缺氧区(5)出水的硝酸盐与亚硝酸盐浓度之和高于3mg/l，降低硝化液回流比，当缺氧区(5)出水的硝酸盐与亚硝酸盐浓度之和低于1mg/l，提高硝化液回流比；好氧区(6)中溶解氧浓度在0.5～1mg/l范围内调控，当好氧区(6)出水氨氮与亚硝酸盐浓度之和高于2mg/l时，提高溶解氧浓度，当好氧区(6)出水氨氮与亚硝酸盐浓度之和低于1mg/l时，降低溶解氧浓度。

9、连续流a2/o短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化实现城市污水深度脱氮除磷的装置和方法，具体技术原理如下：城市污水与二沉池回流污泥一同进入a2/o反应装置(3)的厌氧区(4)，该区一方面聚磷菌利用原水中有机物发生厌氧释磷作用，另一方面反硝化菌利用原水中有机物进行短程反硝化将回流污泥中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时载体生物膜(8)上的厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体，将混合液中的氨氮直接氧化为氮气；厌氧区(4)的泥水混合液与回流硝化液一同进入缺氧区(5)，该区中反硝化菌进行短程反硝化，将回流硝化液中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时载体生物膜(8)上的厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体，将混合液中的氨氮直接氧化为氮气；悬浮污泥中的聚磷菌进行一定的反硝化除磷作用；最后混合液进入好氧区(6)，该区一方面硝化菌进行短程硝化将混合液中的氨氮氧化为亚硝酸盐，而后载体生物膜(8)上的厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体，将混合液中的氨氮直接氧化为氮气，另一方面聚磷菌在好氧条件下进行过量吸磷，完成对磷酸盐的去除。在缩短水力停留时间的过程中，进水氮负荷也在不断提高，最终系统保持在一个较高的氮负荷条件下运行，不仅有利于稳定维持短程硝化，而且促进了厌氧氨氧化菌的增殖。

10、连续流a2/o短程反硝化及短程硝化双耦合厌氧氨氧化实现城市污水深度脱氮除磷的装置和方法相对现有技术具有以下优势：

11、1)通过短程反硝化及短程硝化双路径供给亚硝酸盐，最大程度提高厌氧氨氧化的脱氮贡献率；

12、2)厌/缺氧区和好氧区均充分持留厌氧氨氧化菌，保证系统中厌氧氨氧化菌维持在高丰度水平；

13、3)通过逐步缩短水力停留时间可以在主流低基质浓度条件下实现高负荷的脱氮除磷；

14、4)在实际操作过程中，不改变主体构筑物原有结构和设备设施，不停产实施，可广泛应用于新建污水厂及老污水厂的提标改造；