短程硝化-反硝化除磷耦合装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种短程硝化?反硝化除磷耦合装置及方法，该装置包括原水水箱，A2?SBR反应器和N?SBBR反应器。污水首先进入A2?SBR反应器，进行吸收外碳源合成PHB及释磷反应，控制pH=7.5～7.8，DO≤0.2mg/L，然后静置沉淀；上清液进入N?SBBR反应器，间歇曝气发生短程硝化反应，含有NO2??N的上清液重新回流到A2?SBR反应器，发生反硝化吸磷反应。附属设备包括：电动搅拌机、在线溶解氧仪、在线pH计、回流泵、曝气泵、温控装置。该工艺应用短程硝化和反硝化除磷技术，将硝化菌与反硝化聚磷菌分别在两个不同的SBR反应器中进行驯化，节约能耗，实现了高效稳定脱氮除磷。
【专利说明】
短程硝化-反硝化除磷耦合装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及低C/N比市政污水处理领域，尤其是涉及短程硝化-反硝化除磷耦合装 置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着水体富营养化问题日趋严重，导致水体生态系统退化和生态环境遭到迫害， 加剧水资源供需矛盾，在水环境污染日益严重化、污水处理排放标准严格化，节水问题尖锐 化背景下，研究和开发经济高效的污水深度脱氮除磷工艺技术已成为水污染控制领域重要 目标。短程硝化-反硝化除磷耦合工艺流程简单，节约占地面积，基建及运行费用低，尤其适 用于低C/N比城市市政污水处理。
[0003] 短程反硝化聚磷菌可利用NO2--N作为电子受体进行缺氧吸磷，短程反硝化除磷的 发现，解决了传统聚磷菌与反硝化菌碳源竞争和污泥龄差异的矛盾，实现了 "一碳两用"，减 小了传统聚磷菌因曝气而产生的动力消耗，还可以减少一半的污泥产量。
[0004] 短程硝化将硝化反应控制在亚硝态氮阶段，与全程硝化相比可以节约25%的曝气 量，减少了运行费用。短程硝化反应器中添加悬浮的生物填料，有利于微生物生长附着，大 大增加了微生物含量，提高污水处理效率，而且生物膜内部易形成缺氧环境，避免亚硝态氮 进一步被氧化，易于亚硝态氮的积累，有利于短程硝化反应的进行。
[0005] 尽管这项技术有这么多优点，但由于工艺、底物浓度、污水基质种类不同，NOiT-N浓 度毒性临界值有较大分歧，并且实际上目前短程反硝化除磷研究仍然普遍依靠传统聚磷菌 培养经验实施，本发明在前人研究基础上，旨在为短程硝化-反硝化除磷工艺运行提供控制 方法及运行参数，为短程硝化-反硝化除磷工艺经济高效稳定运行提供理论依据，最终实现 其工业化应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种短程硝化-反硝化除磷耦合装置及方法，该方法利用实 时控制技术对反应过程及参数进行优化调控，适用于低C/N比市政污水处理领域，是一种经 济高效同步深度脱氮除磷耦合工艺。
[0007] 为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是： 短程硝化-反硝化除磷耦合装置，包括有原水水箱、A2-SBR反应器和N-SBBR反应器;原 水水箱连接A2-SBR反应器，A2-SBR反应器与N-SBBR反应器相连接;在原水水箱与A 2-SBR反应 器之间设置有时控器和电池阀； 所述A2-SBR反应器由双层有机玻璃圆柱制成，内部设置有时控器和电动搅拌机;在线 溶解氧仪电极用支架固定于A2-SBR反应器中，用时控器控制在线溶解氧仪启闭；在线pH计 电极用支架固定于A 2-SBR反应器中，在线pH计同时连接有时控器、第一加酸栗和第一加碱 栗；第一加酸栗的一端通过乳胶管与A 2-SBR反应器相连，另一端通过乳胶管与HCl溶液相 连;第一加碱栗一端通过管路与A2-SBR反应器相连，另一端与NaOH溶液相连;A 2-SBR反应器 上设置有接样阀、出水阀和最终排水阀；出水阀和最终排水阀分别各自与时控器、电磁阀相 连，通过管路与N-SBBR反应器进水阀相连;A2-SBR反应器底部设置有排泥阀；温控水浴锅通 过管路与潜水栗、A 2-SBR反应器外壁相连； 所述N-SBBR反应器由双层有机玻璃圆柱制成，内部设置有时控器和电动搅拌机;在线 溶解氧仪电极用支架固定于N-SBBR反应器中，时控器控制在线溶解氧仪启闭;HCl溶液通过 第二加酸栗管路与N-SBBR反应器相连;NaOH溶液通过第二加碱栗管路与N-SBBR反应器相 连;在线pH计电极用支架固定于N-SBBR反应器中；在线pH计同时与时控器、第二加酸栗、第 二加碱栗相连;N-SBBR反应器上设置有接样阀;N-SBBR反应器出水口连接电磁阀、时控器和 蠕动栗，通过管路将N-SBBR反应器与A 2-SBR反应器相连通;N-SBBR反应器的下部设置有曝 气盘，曝气盘依次与气体流量计、时控器和曝气栗相连;N-SBBR反应器的外壁通过管路与温 控水浴锅相连;N-SBBR反应器底部设置有排泥阀;N-SBBR反应器内设有生物填料。
[0008] 所述的生物填料为聚氨酯材料，呈网状多孔结构，孔隙率大于90%，比表面积大于 5000m2/m3，孔径2~2.5mm，填充率 30% ~35%。
[0009] 短程硝化-反硝化除磷耦合方法，包括有以下步骤： ⑴原水由原水水箱重力流进入A2-SBR反应器，电动搅拌机开始搅拌2h，电动搅拌机转 速 30 ~40r/min，D0 控制 0.2mg/L 以下； ⑵厌氧反应结束后停止搅拌，静沉0.5h，上清液重力流进入N-SBBR反应器，启动电动搅 拌机和曝气栗，发生短程硝化反应，通过底部曝气盘曝气，DO控制为2~4mg/L，N〇2_-N浓度20 ~25 mg/L，反应时间为2h; (3)短程硝化结束后，静沉0.5h，上清液通过回流栗注入A2-SBR反应器，短程反硝化聚磷 菌以亚硝态氮作为电子受体、PHB作为电子供体，发生缺氧反硝化吸磷反应，pH控制在7.5~ 7.8； ⑷反硝化吸磷反应结束后，静沉〇.5h，上清液经排水阀排出，污泥由底部排泥阀排出， 污泥浓度2500~3000mg/L; (5)原水重力流瞬时进入A2-SBR反应器，进水结束后发生厌氧释磷反应，电动搅拌机开 启2h，静置沉淀0.5h，上清液通过重力流进入N-SBBR反应器，发生短程硝化反应，电动搅拌 机启动2h，曝气栗间歇曝气2h，静置沉淀0.5h，含有NO 2--N的上清液经回流栗回流A2-SBR反 应器，发生缺氧反硝化除磷反应，电动搅拌机重新开启2h，静置沉淀0.5h，上清液经排水阀 排出，剩余污泥经排泥阀排出，A 2-SBR反应器与N-SBBR反应器重复以上运行方式。
[0010] 所述的步骤⑵采用间歇曝气的方式，曝气栗每间隔30min启动一次，每次曝气 30min〇
[0011]本发明所具有的优点与效果是： 本发明采用短程硝化耦合反硝化除磷工艺进行同步脱氮除磷，是一种适用于处理低C/ N比污水的微生物处理方法，该工艺包括原水水箱，一个A2-SBR反应器，一个N-SBBR反应器。 污水首先进入A 2-SBR反应器，进行吸收外碳源合成PHB及释磷反应，控制pH=7.5~7.8，DOS 0.2mg/L，然后静置沉淀;上清液进入N-SBBR反应器，间歇曝气发生短程硝化反应，含有NOiT-N的上清液重新回流到A 2-SBR反应器，发生反硝化吸磷反应。该工艺应用短程硝化和反硝化 除磷技术，将硝化菌与反硝化聚磷菌分别在两个不同的SBR反应器中进行驯化，节约能耗， 实现了高效稳定脱氮除磷。短程硝化-反硝化除磷工艺与控制方法，具有以下优点：亚硝化 细菌与反硝化聚磷菌在两个不同SBR中生长，避免两种细菌互相竞争，可以大大提高脱氮除 磷反应效率;SBR反应器安装实时控制系统进行调控，运行方式灵活多变，保证系统高效稳 定运行，并且节约了基建及运行费用;通过间歇曝气的方式控制溶解氧，将硝化反应控制在 亚硝化阶段，减少曝气量、反应时间和污泥产量，节约能耗;短程硝化反应器设置生物填料， 填料内部可形成相对缺氧区，避免亚硝态氮进一步被氧化，提高亚硝态氮积累率;采用聚氨 酯生物填料，形状规格灵活多变，比表面积大于5000m 2/m3，填充率30%~35%，亚硝酸盐积累 量20~25 mg/L;采用亚硝化液回流的方式，进行缺氧反硝化吸磷反应，实现了"一碳两用"， 避免碳源竞争，适合低C/N比生活污水。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明短程硝化-反硝化除磷耦合装置的示意图； 图2是本发明短程硝化-反硝化除磷耦合方法一个周期运行模式图。
[0013] 图中I-A2-SBR; Π -N-SBBR; 1-原水水箱;2-时控器;3-电池阀；4-在线溶解氧仪;5-电动搅拌机;6-在线pH计；37-第一加酸栗;38-第一加碱栗;9-HC1溶液；IO-NaOH溶液；11-接样阀；12-最终排水阀；13-出水阀；14-排泥阀；15-进水阀；16-温控水浴锅；17-潜水栗； 18-蠕动栗；19-曝气盘;20-气体流量计;21-曝气栗;22-生物填料;47-第二加酸栗;48-第二 加碱栗。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和实例对本发明进行详细说明： 如图1所示，本发明短程硝化-反硝化除磷耦合装置，主要包括有原水水箱I、A2-SBR反 应器I和N-SBBR反应器Π ;原水水箱1连接A2-SBR反应器，A2-SBR反应器与N-SBBR反应器相连 接;在原水水箱1与A 2-SBR反应器之间设置有时控器2和电池阀3。
[0015]所述N-SBBR反应器由双层有机玻璃圆柱制成，内部设置有电动搅拌机5。在线溶解 氧仪4电极用支架固定于A2-SBR反应器中，用时控器2控制在线溶解氧仪4启闭；在线pH计6 电极用支架固定于A 2-SBR反应器中，在线pH计6-端与时控器2相连，另一端与第一加酸栗 37和第一加碱栗38相连;第一加酸栗37通过乳胶管一端与A 2-SBR反应器相连，另一端与HCl 溶液9相连；第一加碱栗38通过乳胶管一端与A2-SBR反应器相连，另一端与NaOH溶液10相 连;A 2-SBR反应器上设置有接样阀11、出水阀12和最终排水阀13;出水阀12和最终排水阀13 分别各自与时控器2、电磁阀3相连，通过管路与N-SBBR反应器进水阀15相连;A 2-SBR反应器 底部设置有排泥阀14;温控水浴锅16通过管路与潜水栗17、A2-SBR反应器外壁相连； 如图2所示，所述A2-SBR反应器反应模式:瞬时进水-厌氧2h-缺氧2h-沉淀0.5h-排水。
[0016] 所述N-SBBR反应器由双层有机玻璃圆柱制成，内部设置有时控器2和电动搅拌机 5;在线溶解氧仪4电极用支架固定于N-SBBR反应器中，时控器2控制在线溶解氧仪4启闭； HCl溶液9通过第二加酸栗47的管路与N-SBBR反应器相连;NaOH溶液10通过第二加碱栗48的 管路与N-SBBR反应器相连;在线pH计6电极用支架固定于N-SBBR反应器中；在线pH计6分别 与时控器2、第二加酸栗47和第二加碱栗48相连;N-SBBR反应器上设置有接样阀11 ;N-SBBR 反应器出水口 13分别连接电磁阀3、时控器2和蠕动栗18,通过管路将N-SBBR反应器与A2-SBR反应器相连通;N-SBBR反应器的下部设置有曝气盘19，曝气盘19依次与气体流量计20、 时控器2和曝气栗21相连;N-SBBR反应器的外壁通过管路与温控水浴锅16相连;N-SBBR反应 器底部设置有排泥阀14;N-SBBR反应器内设有生物填料22。生物填料22为聚氨酯材料，呈网 状多孔结构，孔隙率大于90%，比表面积大于5000m 2/m3，孔径2~2.5mm，形状规格灵活多变， 填充率30%~35%。
[0017] 如图2所示，N-SBBR反应器运行模式:瞬时进水-好养间歇曝气2h-沉淀0.5h-排水。
[0018] 本发明短程硝化-反硝化除磷耦合方法，包括有以下步骤： 采用上述装置处理生活污水，两个有机玻璃SBR反应器各自单独启动，接种来城市居民 区生活污水，取沈阳北部污水处理厂二沉池污泥驯化亚硝化细菌和短程反硝化聚磷菌， MLSS为2500~3000 mg/L，耦合系统每天运行2个周期，A2-SBR反应器每个周期运行5h，N-SBBR反应器每个周期运行3h，日处理水量40L/d。反应过程中，厌氧条件由电动搅拌机将泥 水混合均匀，好氧条件由曝气栗和曝气盘提供好养曝气，通过DO探测仪和气体流量计控制 反应器内的溶解氧值，由pH计、加酸栗和加碱栗调控系统内的pH值，温度由水浴加热来控 制，整个过程由时控器和电池阀自动调控。
[0019] 1)原水由原水水箱重力流进入A2-SBR反应器，进水结束后，电动搅拌机开始搅拌， 短程反硝化聚磷菌吸收外碳源并合成PHB储存于胞内，同时发生厌氧释磷反应，为保证厌氧 环境，电动搅拌机转速30~40r/min，搅拌速度以泥水混合均匀且不破坏污泥颗粒为宜。控 制DO小于0.2mg/L，pH探测仪和酸碱栗联合控制PH为7.5~7.8，水浴加热调控温度22~24 °C，反应时间为2h; 2) 厌氧反应结束后，静沉0.5h，上清液重力流进入N-SBBR反应器，进水结束后，启动电 动搅拌机和曝气栗，发生短程硝化反应，通过底部曝气盘曝气，为避免亚硝态氮进一步氧 化，采用间歇曝气的方式，曝气栗每间隔30min启动一次，每次曝气30min，DO检测仪和气体 流量计控制DO为2~4mg/L，反应时间为2h; 3) N-SBBR反应器内设生物填料，生物填料材质为聚氨酯，比表面积大于5000m2/m3，孔 径2~2.5mm，形状规格灵活多变，可根据填料流化状态，选择合适的生物填料尺寸，填充率 30%~35%;生物填料的设置增加了微生物的附着生长量，再加上反应器采用间歇曝气方式 运行，在填料内部可形成相对缺氧环境，避免亚硝态氮的进一步氧化，提高了亚硝态氮转化 率，亚硝酸盐积累量20~25 mg/L; 4) 短程硝化结束后，静沉0.5h，上清液通过回流栗注入A2-SBR反应器，进水结束后，启 动电动搅拌机，短程反硝化聚磷菌以亚硝态氮NOf-N作为电子受体、PHB作为电子供体，发生 缺氧反硝化吸磷反应，pH控制在7.5~7.8;反硝化吸磷反应时间为2h，此工艺适合低C/N比 市政污水同步脱氮除磷，降低了污水处理能耗； 5) 反硝化吸磷反应结束后，静沉0.5h，上清液经排水阀排出，污泥由底部排泥阀排出， 污泥浓度2500~3000mg/L，SRT控制为20~23d。
[0020] 6)原水重力流瞬时进入A2-SBR反应器，进水结束后发生厌氧释磷反应，电动搅拌 机开启2h，静置沉淀0.5h，上清液通过重力流进入N-SBBR反应器，发生短程硝化反应，电动 搅拌机启动2h，曝气栗间歇曝气2h，静置沉淀0.5h，含有Ν0Γ-Ν的上清液经回流栗回流A 2-SBR反应器，发生缺氧反硝化除磷反应，电动搅拌机重新开启2h，静置沉淀0.5h，上清液经最 终排水阀排出，剩余污泥经排泥阀排出，A 2-SBR反应器与N-SBBR反应器重复以上运行方式。
[0021] 以实验室周边某小区生活污水为处理对象，考察短程硝化-反硝化除磷系统脱氮 除憐性能。
[0022] 试验期间污水水质如下：
试验期间运行参数： A2-SBR有效容积20L; 厌氧阶段:反应时间2h，pH=7 · 5~7 · 8，DO彡0 · 2mg/L，进水量20L; 缺氧阶段:反应时间2h，DO=O. 2~0.5，温度22~24 °C，搅拌机转速30~40r/min; 静沉30min，污泥龄20~23d，污泥浓度2800~3200mg/L; N-SBBR有效容积20L，生物填料填充率30%~35%。
[0023] 亚硝化阶段:反应时间2h，D0=2~4mg/L，pH=7.4~8.3，生物填料填充率30%~35%。
[0024] 静沉30min，污泥龄20~23d，污泥浓度3000~3500mg/L; 在该运行条件下，反应系统出水⑶D、NH4+-N、N〇2--N、N〇3--N、TP分别为25.33、4.82、 3.26、1.23、0.37mg/L，各出水指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
【主权项】
1. 短程硝化-反硝化除磷耦合装置，其特征在于包括有原水水箱、A2-SBR反应器和N-SBBR反应器；原水水箱连接A 2-SBR反应器，A2-SBR反应器与N-SBBR反应器相连接;在原水水 箱与A2-SBR反应器之间设置有时控器和电磁阀； 所述A2-SBR反应器由双层有机玻璃圆柱制成，内部设置有时控器和电动搅拌机;在线溶 解氧仪电极用支架固定于A2_SBR反应器中，用时控器控制在线溶解氧仪启闭；在线pH计电 极用支架固定于A 2_SBR反应器中，在线pH计同时连接有时控器、第一加酸栗和第一加碱栗； 通过乳胶管，第一加酸栗一端与A 2-SBR反应器相连，另一端与HC1溶液相连;第一加碱栗一 端与A2-SBR反应器相连，另一端与NaOH溶液相连;A 2-SBR反应器上设置有接样阀、出水阀和 最终排水阀；出水阀和最终排水阀分别各自与时控器、电磁阀相连，通过管路与N-SBBR反应 器进水阀相连;A 2-SBR反应器底部设置有排泥阀；温控水浴锅通过管路与潜水栗、A2-SBR反 应器外壁相连； 所述N-SBBR反应器由双层有机玻璃圆柱制成，内部设置有时控器和电动搅拌机;在线 溶解氧仪电极用支架固定于N-SBBR反应器中，时控器控制在线溶解氧仪启闭;HC1溶液通过 第二加酸栗管路与N-SBBR反应器相连;NaOH溶液通过第二加碱栗管路与N-SBBR反应器相 连;在线pH计电极用支架固定于N-SBBR反应器中；在线pH计同时与时控器、第二加酸栗、第 二加碱栗相连;N-SBBR反应器上设置有接样阀;N-SBBR反应器出水口连接电磁阀、时控器和 蠕动栗，通过管路将N-SBBR反应器与A 2-SBR反应器相连通;N-SBBR反应器的下部设置有曝 气盘，曝气盘依次与气体流量计、时控器和曝气栗相连;N-SBBR反应器的外壁通过管路与温 控水浴锅相连;N-SBBR反应器底部设置有排泥阀;N-SBBR反应器内设有生物填料。2. 根据权利要求1所述的短程硝化-反硝化除磷耦合装置，其特征在于所述的生物填料 为聚氨酯材料，呈网状多孔结构，孔隙率大于90%，比表面积大于5000m 2/m3，孔径2~2.5mm， 填充率30%~35%。3. 短程硝化-反硝化除磷耦合方法，其特征在于包括有以下步骤： ⑴原水由原水水箱重力流进入A2-SBR反应器，电动搅拌机开始搅拌2h，电动搅拌机转速 30 ~40r/min，D0 控制 0.2mg/L 以下； ⑵厌氧反应结束后停止搅拌，静沉0.5h，上清液重力流进入N-SBBR反应器，启动电动搅 拌机和曝气栗，发生短程硝化反应，通过底部曝气盘曝气，DO控制为2~4mg/L，N〇2_-N浓度20 ~25 mg/L，反应时间为2h; (3)短程硝化结束后，静沉0.5h，上清液通过回流栗注入A2-SBR反应器，短程反硝化聚磷 菌以亚硝态氮作为电子受体、PHB作为电子供体，发生缺氧反硝化吸磷反应，pH控制在7.5~ 7.8； ⑷反硝化吸磷反应结束后，静沉〇.5h，上清液经排水阀排出，污泥由底部排泥阀排出， 污泥浓度2500~3000mg/L; (5)原水重力流瞬时进入A2-SBR反应器，进水结束后发生厌氧释磷反应，电动搅拌机开启 2h，静置沉淀0.5h，上清液通过重力流进入N-SBBR反应器，发生短程硝化反应，电动搅拌机 启动2h，曝气栗间歇曝气2h，静置沉淀0.5h，含有N0 2--N的上清液经回流栗回流A2-SBR反应 器，发生缺氧反硝化除磷反应，电动搅拌机重新开启2h，静置沉淀0.5h，上清液经排水阀排 出，剩余污泥经排泥阀排出，A 2-SBR反应器与N-SBBR反应器重复以上运行方式。4. 根据权利要求3所述的短程硝化-反硝化除磷耦合方法，其特征在于所述的步骤⑵采 用间歇曝气的方式，曝气栗每间隔30min启动一次，每次曝气30min。
【文档编号】C02F101/10GK106006974SQ201610582533
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】李微, 高原, 陆征然, 刘静, 孟海停
【申请人】沈阳建筑大学