连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置与方法
【专利摘要】连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置与方法，属于污水处理领域。该装置主要有污水原水箱、多级缺/好氧格组成的生物脱氮除磷AA/O反应器、沉淀池组成。生活污水由原水箱进入生物脱氮除磷AA/O反应器的厌氧段，厌氧段的反硝化聚磷菌进行厌氧释磷反应后进入缺氧段再进行反硝化吸磷反应，然后进入好氧段发生部分短程硝化反应，再进入缺氧段，固着在填料上的厌氧氨氧化菌利用NH4+和NO2?发生厌氧氨氧化反应，再依次进入后续的好氧段与缺氧段，重复上述过程，在好/缺氧段交替过程中反硝化聚磷菌继续吸磷，最终实现去除水中氮、磷的目的。此发明在不需外加碳源、低氧曝气的条件下进行，具有节能降耗、同步脱氮除磷的特点。
【专利说明】
连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置与方法
技术领域
[0001]本发明涉及连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的方法与装置，属于污水处理领域。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的提高，水体富营养化的现象日益严重，这主要是因为大量富含氮、磷等元素的生活污水和工业废水排放到河流、湖泊等自然水体中，超出了水体自净能力。水质发生恶化，对人们的生产生活以及可持续发展造成了严重的影响。因此，水体富营养化问题已经引起了广泛的关注和重视。近年来，我国已投入大量资金治理太湖、滇池等水体的富营养化。然而，要想恢复到污染前的状况仍然十分困难。解决水体富营养化问题的根本方法，在于对污水进行深度脱氮除磷后再排放到自然水体。目前，如何在实现高效脱氮除磷的同时降低能耗、费用，对污水生物处理具有重要意义。
[0003]短程硝化是在好氧条件下，氨氧化菌将氨氮氧化成亚硝态氮，厌氧氨氧化是以氨氮为电子供体，亚硝态氮为电子受体，将两种氮素同时转化为氮气和硝态氮的生物反应过程。该过程产生的能量可供厌氧氨氧化菌在厌氧条件下生存。厌氧氨氧化是自养的微生物过程，不需要投加有机物以维持反硝化，污泥产率低。短程硝化与厌氧氨氧化工艺，适用于高氨氮废水和低C0D/N污废水的处理。但是，短程硝化厌氧氨氧化工艺还会生成约进水总氮浓度10 %的硝态氮，这不但提高了出水总氮浓度，还会造成资源浪费。
[0004]反硝化除磷的原理则是反硝化聚磷菌在厌氧条件下利用原水中的有机物来合成内碳源PHA，同时释放体内的磷元素，而在缺氧条件下，以硝酸盐为电子受体分解体内的PHA完成过量吸磷反应，完成“一碳两用”过程，从而实现将氮、磷同时从水中去除的目的。反硝化除磷工艺的提出解决了聚磷菌和反硝化菌在由于城市污水碳源不足而存在的竞争矛盾。
[0005]连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷工艺将反硝化除磷与短程硝化厌氧氨氧化有机结合在一起，实现了污水同步脱氮除磷的目的。反硝化聚磷菌利用污水中的有机物与厌氧氨氧化反应生成的产物硝态氮进行反硝化除磷，完成“一碳两用”过程，实现碳源的高效利用，节省了投加外碳源的费用，防止了有机物对厌氧氨氧化菌的抑制，同时将厌氧氨氧化反应生成的产物硝态氮在缺氧段反硝化吸磷去除，高效利用资源并降低出水硝态氮浓度。因此，连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷工艺适合我国低C/N比城市生活污水现状，有利于实现城市生活污水同步深度脱氮除磷。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是在去除污水中氮、磷元素的同时降低城市污水厂的能源消耗与费用，而提出了连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的方法与装置。该装置中，生活污水首先由原水箱进入生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的厌氧段，厌氧段的反硝化聚磷菌利用生活污水中的有机物合成体内PHA，同时进行厌氧释磷;而后混合液进入缺氧段，反硝化聚磷菌再利用硝化液回流中的N03—作为电子受体进行反硝化吸磷，然后进入好氧段发生部分短程硝化反应即短程硝化菌将部分NH4+转化为NO2-，随后进入缺氧段，固着在填料上的厌氧氨氧化菌利用混合液中NH4+和NO2-发生厌氧氨氧化反应生成N#PN03—，然后再依次进入后续的好氧段与缺氧段，通过短程硝化与厌氧氨氧化交替实现自养脱氮。在好/缺氧反应区交替过程中反硝化聚磷菌继续吸磷，最终实现去除水中氮、磷的目的。此方法与装置在低氧曝气、好缺氧交替的条件下实现短程硝化，同时利用填料有效持留富集厌氧氨氧化菌，在不外加碳源的情况下有效提高了生物脱氮除磷效果。
[0007]连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置，其特征在于:包括顺序连接的城市污水原水箱(I)、生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)、沉淀池(3);城市污水原水箱(I)包括溢流管(1.1)和放空管(1.2);城市污水原水箱(I)通过进水管(2.1)和进水栗
(2.2)与生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)相连;生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)包括9个格室，按水流方向，共分为一格厌氧段、两格缺氧段、三格交替好氧/缺氧段，各个格室通过按水流方向上下交错的水流孔连接以防止短流现象的发生;好氧段(2.5)采用空压机(2.10)和曝气管(2.9)、曝气头(2.8)持续低氧曝气;缺氧段(2.6)放有附着厌氧氨氧化菌的填料(2.11);生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的每格分别设有搅拌器(2.7);生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)通过出水管(3.1)与沉淀池(3)连接;污泥回流管(3.2)与污泥回流栗(3.3)与生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的第一格厌氧段(2.3)连接，沉淀池设有污泥排放管(3.6);硝化液回流管
(3.4)和硝化液回流栗(3.5)与ΑΑ/0反应器(2)的第二格缺氧段(2.4)连接。
[0008]城市污水在此装置的处理流程为:生活污水首先由原水箱进入生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的厌氧段，厌氧段的反硝化聚磷菌利用生活污水中的有机物合成PHA，同时进行厌氧释磷;而后混合液进入缺氧段，反硝化聚磷菌再利用硝化液出水回流中的N03—作为电子受体进行反硝化吸磷从而去除污水中的磷与硝化液回流中硝态氮;然后进入好氧段发生部分短程硝化反应即短程硝化菌将部分NH4+转化为N02—，随后进入缺氧段，固着在填料上的厌氧氨氧化菌利用混合液中的NH4+和NO2-发生厌氧氨氧化反应生成他和勵3—，最后再依次进入后续的好氧段与缺氧段，通过短程硝化与厌氧氨氧化交替进行实现生物自养脱氮;在好/缺氧反应区交替过程中反硝化聚磷菌继续吸磷，最终实现同步去除水中氮、磷的目的。
[0009]本发明提供了连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的方法与装置，其特征在于包括以下内容:
[0010]I)启动阶段:接种城市污水厂反硝化除磷污泥于生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)中的厌氧段(2.3)和缺氧段(2.4);将城市污水厂的短程硝化污泥接种到ΑΑ/0反应器(2)中好/缺氧交替的好氧段(2.5)，保持厌氧段(2.3)、缺氧段(2.4)和好氧段(2.5)的污泥浓度在2500-4000mg/L;将富集厌氧氨氧化菌的填料投放于生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)中好/缺氧交替的缺氧段(2.6)，填料填充比为30%-35%。在此阶段，城市污水按水流方向依次上下通过生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的厌氧段、缺氧段与好/缺氧交替区，分别进行厌氧释磷、好氧吸磷与短程硝化厌氧氨氧化反应，将污水中的有机物、氨氮与磷去除。当生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的有机物、总氮与总磷去除率分别达到80 %，80 %，95 %以上，即可认为连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷系统启动成功。
[0011]2)正常运行阶段:
[0012](I)将生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的污泥回流到第一格厌氧段(2.3)，污泥回流比为100%-200%，以维持生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的厌氧段(2.3)、缺氧段(2.4)和好氧段(2.5)污泥浓度在2500-300011^/1。
[0013](2)将生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的出水用硝化液回流管(3.4)和硝化液回流栗
(3.5)回流到4六/0反应器(2)的第二格缺氧段(2.4)，硝化液回流比为100%-300%，当出水中硝态氮浓度大于10mg/L时，将硝化液回流比设为300%;水力停留时间为8-10h;污泥龄为10-12d。连续运行生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器装置，当二沉池出水水质中COD彡50mg/L、NH4+_N彡5mg/L，P043—-P彡0.5mg/L并稳定维持15-20天后，即认为系统达到了稳定状态。
[0014](3)厌氧释磷区(2.3)体积:缺氧反硝化吸磷区(2.4)体积:短程硝化厌氧氨氧化好氧(2.5)/缺氧(2.6)交替区体积为1:2:6。
[0015](4)好氧/缺氧段交替区的好氧段(2.5)溶解氧浓度控制在0.4-0.8mg/L，当出水中NH4+-N浓度大于5mg/L时，增大好氧段(2.4)溶解氧浓度到0.8-1.5mg/L。
[0016]本发明连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的方法与装置，与现有工艺相比具有以下优势:
[0017](I)城市污水中的有机物充分被反硝化聚磷菌利用，减少了后续有机物对厌氧氨氧化菌的影响，在除磷的同时将厌氧氨氧化反应产生的部分硝态氮反硝化去除，完成“一碳两用”过程，实现了同步脱氮除磷的目的。
[0018](2)生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的好氧短程硝化区溶解氧浓度控制在0.4-0.8mg/L，相对于传统硝化节省了 60%的曝气量，后续的厌氧氨氧化反应不需要碳源，并且厌氧氨氧化菌生长缓慢，污泥产量低，所以在脱氮过程中降低了成本。
[0019](3)好/缺氧反应区交替，有利于短程硝化与厌氧氨氧化的顺利进行，出水回流至缺氧段，使出水中氨氮、亚硝态氮、硝态氮浓度较低，保证了出水的质量。
[0020](4)厌氧氨氧化菌固定在填料上，可通过排泥控制污泥龄来淘洗NOB，从而有利于进一步维持城市生活污水短程硝化。
【附图说明】
[0021]图1为连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置结构示意图。
[0022]图1中:I为原水水箱，2为生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器，3为沉淀池，1.1为原水水箱溢流管，1.2为原水水箱放空管，2.1为进水管，2.2为进水栗，2.3为厌氧段，2.4为缺氧段，2.5为好氧段，2.6为缺氧段，2.7为搅拌器，2.8为曝气头，2.9为曝气管，2.10为空压机，2.11为填料，3.1为出水管，3.2为污泥回流管，3.3为污泥回流栗，3.4为出水回流管，3.5为出水回流栗，3.6为污泥排放管。
【具体实施方式】
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[0023]连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置，其特征在于:包括顺序连接的城市污水原水箱(I)、生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)、沉淀池(3);城市污水原水箱(I)包括溢流管(1.1)和放空管(1.2);城市污水原水箱(I)通过进水管(2.1)和进水栗
(2.2)与生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)相连;生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)包括9个格室，按水流方向，共分为一格厌氧段、两格缺氧段、三格交替好氧/缺氧段，各个格室通过按水流方向上下交错的水流孔连接以防止短流现象的发生;好氧段(2.5)采用空压机(2.10)和曝气管(2.9)、曝气头(2.8)持续低氧曝气;缺氧段(2.6)放有附着厌氧氨氧化菌的填料(2.11);生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的每格分别设有搅拌器(2.7);生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)通过出水管(3.1)与沉淀池(3)连接;污泥回流管(3.2)与污泥回流栗(3.3)与生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的第一格厌氧段(2.3)连接，沉淀池设有污泥排放管(3.6);硝化液回流管
(3.4)和硝化液回流栗(3.5)与ΑΑ/0反应器(2)的第二格缺氧段(2.4)连接。
[0024]以北京某高校家属区化粪池废水为处理对象，具体水质如下:C0D为150-300mg/L，順4+为40-85mg/L，N03—彡1.0mg/L，N02—彡0.5mg/L，磷为5-lOmg/L。试验系统如图1所示，生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器有效容积54L，均分为9格，每格有效容积6L，反应器均采用有机玻璃制成。
[0025]具体操作如下:
[0026]I)启动阶段:接种城市污水厂反硝化除磷污泥于生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)中的厌氧段(2.3)和缺氧段(2.4);将城市污水厂的短程硝化污泥接种到ΑΑ/0反应器(2)中好/缺氧交替的好氧段(2.5)，保持厌氧段(2.3)、缺氧段(2.4)和好氧段(2.5)的污泥浓度在3000mg/L;将富集厌氧氨氧化菌的填料投放于生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)中好/缺氧交替的缺氧段(2.6)，填料填充比为30%。在此阶段，城市污水按水流方向依次上下通过生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的厌氧段、缺氧段与好/缺氧交替区，分别进行厌氧释磷、好氧吸磷与短程硝化厌氧氨氧化反应，将污水中的有机物、氨氮与磷去除。当生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的有机物、总氮与总磷去除率分别达到80%，80%，95%以上，即可认为连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷系统启动成功。
[0027]2)正常运行阶段:
[0028](I)将生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的污泥回流到第一格厌氧段(2.3)，污泥回流比为100%-200%，以维持生物脱氮除磷44/0反应器(2)的厌氧段(2.3)、缺氧段(2.4)和好氧段(2.5)污泥浓度在2500-300011^/1。
[0029](2)将生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的出水用硝化液回流管(3.4)和硝化液回流栗
(3.5)回流到ΑΑ/0反应器(2)的第二格缺氧段(2.4)，硝化液回流比为200%，当出水中硝态氮浓度大于10mg/L时，将硝化液回流比设为300 % ;水力停留时间为1h;污泥龄为12d。连续运行生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器装置，当二沉池出水水质中⑶50mg/L、NH4+-N彡5mg/L，PO43—-P彡0.5mg/L并稳定维持15-20天后，即认为系统达到了稳定状态。
[0030](3)厌氧释磷区(2.3)体积:缺氧反硝化吸磷区(2.4)体积:短程硝化厌氧氨氧化好氧(2.5)/缺氧(2.6)交替区体积为1:2:6。
[0031](4)好氧/缺氧段交替区的好氧段(2.5)溶解氧浓度控制在0.5mg/L，当出水中顺+_N浓度大于5mg/L时，增大好氧段(2.4)溶解氧浓度到1.0mg/L。
[0032]试验结果表明:运行稳定后，城市污水通过生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器厌氧段后COD为45-55mg/L，NH/为 24_45mg/L，N03—为 0.1-2.0mg/L，NO2—为 0.1-0.5mg/L，磷为 10-17mg/L ；经过缺氧段后磷为0.2-2mg/L;最后经过短程硝化厌氧氨氧化后⑶D为40-50mg/L，NH4+为0-6mg/L，NO3—为l_5mg/L，NO2—为0_4mg/L，磷为0-0.4mg/L ；出水COD、ΝΗ/-Ν、TN、TP等技术指标均稳定达到国家一级A排放标准。
【主权项】
1.连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷的装置，其特征在于:包括顺序连接的城市污水原水箱(I)、生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)、沉淀池(3);城市污水原水箱(I)包括溢流管(1.1)和放空管(1.2);城市污水原水箱(I)通过进水管(2.1)和进水栗(2.2)与生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)相连;生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)包括9个格室，按水流方向，共分为一格厌氧段、两格缺氧段、三格交替好氧/缺氧段，各个格室通过按水流方向上下交错的水流孔连接以防止短流现象的发生；好氧段(2.5)采用空压机(2.10)和曝气管(2.9)、曝气头(2.8)持续低氧曝气;缺氧段(2.6)放有附着厌氧氨氧化菌的填料(2.11);生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的每格分别设有搅拌器(2.7);生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)通过出水管(3.1)与沉淀池(3)连接;污泥回流管(3.2)与污泥回流栗(3.3)与生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的第一格厌氧段(2.3)连接，沉淀池设有污泥排放管(3.6);硝化液回流管(3.4)和硝化液回流栗(3.5)与ΑΑ/0反应器(2)的第二格缺氧段(2.4)连接。2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)启动阶段:接种城市污水厂反硝化除磷污泥于生物脱氮除磷AA/0反应器(2)中的厌氧段(2.3)和缺氧段(2.4);将城市污水厂的短程硝化污泥接种到ΑΑ/0反应器(2)中好/缺氧交替的好氧段(2.5)，保持厌氧段(2.3)、缺氧段(2.4)和好氧段(2.5)的污泥浓度在2500-4000mg/L;将富集厌氧氨氧化菌的填料投放于生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)中好/缺氧交替的缺氧段(2.6)，填料填充比为30%-35%;在此阶段，城市污水按水流方向依次上下通过生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的厌氧段、缺氧段与好/缺氧交替区，分别进行厌氧释磷、好氧吸磷与短程硝化厌氧氨氧化反应，将污水中的有机物、氨氮与磷去除；当生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的有机物、总氮与总磷去除率分别达到80%，80%，95%以上，即可认为连续流城市污水短程硝化厌氧氨氧化耦合反硝化除磷系统启动成功； 2)正常运行阶段: 将生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器(2)的污泥回流到第一格厌氧段(2.3)，污泥回流比为100%-200%，以维持生物脱氮除磷44/0反应器(2)的厌氧段(2.3)、缺氧段(2.4)和好氧段(2.5)污泥浓度在2500-300011^/1; 将生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器的出水用硝化液回流管(3.4)和硝化液回流栗(3.5)回流到ΑΑ/0反应器(2)的第二格缺氧段(2.4)，硝化液回流比为100%-300%，当出水中硝态氮浓度大于10mg/L时，将硝化液回流比设为300% ;水力停留时间为8-1011;污泥龄为10-12(1;连续运行生物脱氮除磷ΑΑ/0反应器，当二沉池出水水质中COD彡50mg/L、NH/-N彡5mg/L，PO43--Ρ^ΞΟ.5mg/L并稳定维持15-20天后，即认为系统达到了稳定状态； 厌氧释磷区(2.3)体积:缺氧反硝化吸磷区(2.4)体积:短程硝化厌氧氨氧化好氧(2.5)/缺氧(2.6)交替区体积为1:2:6; 好氧/缺氧段交替区的好氧段(2.5)溶解氧浓度控制在0.4-0.8mg/L，当出水中NH/-N浓度大于5mg/L时，增大好氧段(2.4)溶解氧浓度到0.8-1.5mg/L。
【文档编号】C02F3/34GK105884028SQ201610440562
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】彭永臻, 张婷, 张健伟, 王淑莹
【申请人】北京工业大学