短程硝化-反硝化除磷耦合裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種短程硝化?反硝化除磷耦合裝置及方法，該裝置包括原水水箱，A2?SBR反應器和N?SBBR反應器。污水首先進入A2?SBR反應器，進行吸收外碳源合成PHB及釋磷反應，控制pH=7.5～7.8，DO≤0.2mg/L，然后靜置沉淀；上清液進入N?SBBR反應器，間歇曝氣發(fā)生短程硝化反應，含有NO2??N的上清液重新回流到A2?SBR反應器，發(fā)生反硝化吸磷反應。附屬設備包括：電動攪拌機、在線溶解氧儀、在線pH計、回流泵、曝氣泵、溫控裝置。該工藝應用短程硝化和反硝化除磷技術，將硝化菌與反硝化聚磷菌分別在兩個不同的SBR反應器中進行馴化，節(jié)約能耗，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定脫氮除磷。
【專利說明】
短程硝化-反硝化除磷耦合裝置及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及低C/N比市政污水處理領域，尤其是涉及短程硝化-反硝化除磷耦合裝 置及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴重，導致水體生態(tài)系統(tǒng)退化和生態(tài)環(huán)境遭到迫害， 加劇水資源供需矛盾，在水環(huán)境污染日益嚴重化、污水處理排放標準嚴格化，節(jié)水問題尖銳 化背景下，研究和開發(fā)經濟高效的污水深度脫氮除磷工藝技術已成為水污染控制領域重要 目標。短程硝化-反硝化除磷耦合工藝流程簡單，節(jié)約占地面積，基建及運行費用低，尤其適 用于低C/N比城市市政污水處理。
[0003] 短程反硝化聚磷菌可利用NO2--N作為電子受體進行缺氧吸磷，短程反硝化除磷的 發(fā)現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)聚磷菌與反硝化菌碳源競爭和污泥齡差異的矛盾，實現(xiàn)了 "一碳兩用"，減 小了傳統(tǒng)聚磷菌因曝氣而產生的動力消耗，還可以減少一半的污泥產量。
[0004] 短程硝化將硝化反應控制在亞硝態(tài)氮階段，與全程硝化相比可以節(jié)約25%的曝氣 量，減少了運行費用。短程硝化反應器中添加懸浮的生物填料，有利于微生物生長附著，大 大增加了微生物含量，提高污水處理效率，而且生物膜內部易形成缺氧環(huán)境，避免亞硝態(tài)氮 進一步被氧化，易于亞硝態(tài)氮的積累，有利于短程硝化反應的進行。
[0005] 盡管這項技術有這么多優(yōu)點，但由于工藝、底物濃度、污水基質種類不同，NOiT-N濃 度毒性臨界值有較大分歧，并且實際上目前短程反硝化除磷研究仍然普遍依靠傳統(tǒng)聚磷菌 培養(yǎng)經驗實施，本發(fā)明在前人研究基礎上，旨在為短程硝化-反硝化除磷工藝運行提供控制 方法及運行參數(shù)，為短程硝化-反硝化除磷工藝經濟高效穩(wěn)定運行提供理論依據(jù)，最終實現(xiàn) 其工業(yè)化應用。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種短程硝化-反硝化除磷耦合裝置及方法，該方法利用實 時控制技術對反應過程及參數(shù)進行優(yōu)化調控，適用于低C/N比市政污水處理領域，是一種經 濟高效同步深度脫氮除磷耦合工藝。
[0007] 為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明采用的技術方案是： 短程硝化-反硝化除磷耦合裝置，包括有原水水箱、A2-SBR反應器和N-SBBR反應器;原 水水箱連接A2-SBR反應器，A2-SBR反應器與N-SBBR反應器相連接;在原水水箱與A 2-SBR反應 器之間設置有時控器和電池閥； 所述A2-SBR反應器由雙層有機玻璃圓柱制成，內部設置有時控器和電動攪拌機;在線 溶解氧儀電極用支架固定于A2-SBR反應器中，用時控器控制在線溶解氧儀啟閉；在線pH計 電極用支架固定于A 2-SBR反應器中，在線pH計同時連接有時控器、第一加酸栗和第一加堿 栗；第一加酸栗的一端通過乳膠管與A 2-SBR反應器相連，另一端通過乳膠管與HCl溶液相 連;第一加堿栗一端通過管路與A2-SBR反應器相連，另一端與NaOH溶液相連;A 2-SBR反應器 上設置有接樣閥、出水閥和最終排水閥；出水閥和最終排水閥分別各自與時控器、電磁閥相 連，通過管路與N-SBBR反應器進水閥相連;A2-SBR反應器底部設置有排泥閥；溫控水浴鍋通 過管路與潛水栗、A 2-SBR反應器外壁相連； 所述N-SBBR反應器由雙層有機玻璃圓柱制成，內部設置有時控器和電動攪拌機;在線 溶解氧儀電極用支架固定于N-SBBR反應器中，時控器控制在線溶解氧儀啟閉;HCl溶液通過 第二加酸栗管路與N-SBBR反應器相連;NaOH溶液通過第二加堿栗管路與N-SBBR反應器相 連;在線pH計電極用支架固定于N-SBBR反應器中；在線pH計同時與時控器、第二加酸栗、第 二加堿栗相連;N-SBBR反應器上設置有接樣閥;N-SBBR反應器出水口連接電磁閥、時控器和 蠕動栗，通過管路將N-SBBR反應器與A 2-SBR反應器相連通;N-SBBR反應器的下部設置有曝 氣盤，曝氣盤依次與氣體流量計、時控器和曝氣栗相連;N-SBBR反應器的外壁通過管路與溫 控水浴鍋相連;N-SBBR反應器底部設置有排泥閥;N-SBBR反應器內設有生物填料。
[0008] 所述的生物填料為聚氨酯材料，呈網(wǎng)狀多孔結構，孔隙率大于90%，比表面積大于 5000m2/m3，孔徑2~2.5mm，填充率 30% ~35%。
[0009] 短程硝化-反硝化除磷耦合方法，包括有以下步驟： ⑴原水由原水水箱重力流進入A2-SBR反應器，電動攪拌機開始攪拌2h，電動攪拌機轉 速 30 ~40r/min，D0 控制 0.2mg/L 以下； ⑵厭氧反應結束后停止攪拌，靜沉0.5h，上清液重力流進入N-SBBR反應器，啟動電動攪 拌機和曝氣栗，發(fā)生短程硝化反應，通過底部曝氣盤曝氣，DO控制為2~4mg/L，N〇2_-N濃度20 ~25 mg/L，反應時間為2h; (3)短程硝化結束后，靜沉0.5h，上清液通過回流栗注入A2-SBR反應器，短程反硝化聚磷 菌以亞硝態(tài)氮作為電子受體、PHB作為電子供體，發(fā)生缺氧反硝化吸磷反應，pH控制在7.5~ 7.8； ⑷反硝化吸磷反應結束后，靜沉〇.5h，上清液經排水閥排出，污泥由底部排泥閥排出， 污泥濃度2500~3000mg/L; (5)原水重力流瞬時進入A2-SBR反應器，進水結束后發(fā)生厭氧釋磷反應，電動攪拌機開 啟2h，靜置沉淀0.5h，上清液通過重力流進入N-SBBR反應器，發(fā)生短程硝化反應，電動攪拌 機啟動2h，曝氣栗間歇曝氣2h，靜置沉淀0.5h，含有NO 2--N的上清液經回流栗回流A2-SBR反 應器，發(fā)生缺氧反硝化除磷反應，電動攪拌機重新開啟2h，靜置沉淀0.5h，上清液經排水閥 排出，剩余污泥經排泥閥排出，A 2-SBR反應器與N-SBBR反應器重復以上運行方式。
[0010] 所述的步驟⑵采用間歇曝氣的方式，曝氣栗每間隔30min啟動一次，每次曝氣 30min〇
[0011]本發(fā)明所具有的優(yōu)點與效果是： 本發(fā)明采用短程硝化耦合反硝化除磷工藝進行同步脫氮除磷，是一種適用于處理低C/ N比污水的微生物處理方法，該工藝包括原水水箱，一個A2-SBR反應器，一個N-SBBR反應器。 污水首先進入A 2-SBR反應器，進行吸收外碳源合成PHB及釋磷反應，控制pH=7.5~7.8，DOS 0.2mg/L，然后靜置沉淀;上清液進入N-SBBR反應器，間歇曝氣發(fā)生短程硝化反應，含有NOiT-N的上清液重新回流到A 2-SBR反應器，發(fā)生反硝化吸磷反應。該工藝應用短程硝化和反硝化 除磷技術，將硝化菌與反硝化聚磷菌分別在兩個不同的SBR反應器中進行馴化，節(jié)約能耗， 實現(xiàn)了高效穩(wěn)定脫氮除磷。短程硝化-反硝化除磷工藝與控制方法，具有以下優(yōu)點：亞硝化 細菌與反硝化聚磷菌在兩個不同SBR中生長，避免兩種細菌互相競爭，可以大大提高脫氮除 磷反應效率;SBR反應器安裝實時控制系統(tǒng)進行調控，運行方式靈活多變，保證系統(tǒng)高效穩(wěn) 定運行，并且節(jié)約了基建及運行費用;通過間歇曝氣的方式控制溶解氧，將硝化反應控制在 亞硝化階段，減少曝氣量、反應時間和污泥產量，節(jié)約能耗;短程硝化反應器設置生物填料， 填料內部可形成相對缺氧區(qū)，避免亞硝態(tài)氮進一步被氧化，提高亞硝態(tài)氮積累率;采用聚氨 酯生物填料，形狀規(guī)格靈活多變，比表面積大于5000m 2/m3，填充率30%~35%，亞硝酸鹽積累 量20~25 mg/L;采用亞硝化液回流的方式，進行缺氧反硝化吸磷反應，實現(xiàn)了"一碳兩用"， 避免碳源競爭，適合低C/N比生活污水。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明短程硝化-反硝化除磷耦合裝置的示意圖； 圖2是本發(fā)明短程硝化-反硝化除磷耦合方法一個周期運行模式圖。
[0013] 圖中I-A2-SBR; Π -N-SBBR; 1-原水水箱;2-時控器;3-電池閥；4-在線溶解氧儀;5-電動攪拌機;6-在線pH計；37-第一加酸栗;38-第一加堿栗;9-HC1溶液；IO-NaOH溶液；11-接樣閥；12-最終排水閥；13-出水閥；14-排泥閥；15-進水閥；16-溫控水浴鍋；17-潛水栗； 18-蠕動栗；19-曝氣盤;20-氣體流量計;21-曝氣栗;22-生物填料;47-第二加酸栗;48-第二 加堿栗。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和實例對本發(fā)明進行詳細說明： 如圖1所示，本發(fā)明短程硝化-反硝化除磷耦合裝置，主要包括有原水水箱I、A2-SBR反 應器I和N-SBBR反應器Π ;原水水箱1連接A2-SBR反應器，A2-SBR反應器與N-SBBR反應器相連 接;在原水水箱1與A 2-SBR反應器之間設置有時控器2和電池閥3。
[0015]所述N-SBBR反應器由雙層有機玻璃圓柱制成，內部設置有電動攪拌機5。在線溶解 氧儀4電極用支架固定于A2-SBR反應器中，用時控器2控制在線溶解氧儀4啟閉；在線pH計6 電極用支架固定于A 2-SBR反應器中，在線pH計6-端與時控器2相連，另一端與第一加酸栗 37和第一加堿栗38相連;第一加酸栗37通過乳膠管一端與A 2-SBR反應器相連，另一端與HCl 溶液9相連；第一加堿栗38通過乳膠管一端與A2-SBR反應器相連，另一端與NaOH溶液10相 連;A 2-SBR反應器上設置有接樣閥11、出水閥12和最終排水閥13;出水閥12和最終排水閥13 分別各自與時控器2、電磁閥3相連，通過管路與N-SBBR反應器進水閥15相連;A 2-SBR反應器 底部設置有排泥閥14;溫控水浴鍋16通過管路與潛水栗17、A2-SBR反應器外壁相連； 如圖2所示，所述A2-SBR反應器反應模式:瞬時進水-厭氧2h-缺氧2h-沉淀0.5h-排水。
[0016] 所述N-SBBR反應器由雙層有機玻璃圓柱制成，內部設置有時控器2和電動攪拌機 5;在線溶解氧儀4電極用支架固定于N-SBBR反應器中，時控器2控制在線溶解氧儀4啟閉； HCl溶液9通過第二加酸栗47的管路與N-SBBR反應器相連;NaOH溶液10通過第二加堿栗48的 管路與N-SBBR反應器相連;在線pH計6電極用支架固定于N-SBBR反應器中；在線pH計6分別 與時控器2、第二加酸栗47和第二加堿栗48相連;N-SBBR反應器上設置有接樣閥11 ;N-SBBR 反應器出水口 13分別連接電磁閥3、時控器2和蠕動栗18,通過管路將N-SBBR反應器與A2-SBR反應器相連通;N-SBBR反應器的下部設置有曝氣盤19，曝氣盤19依次與氣體流量計20、 時控器2和曝氣栗21相連;N-SBBR反應器的外壁通過管路與溫控水浴鍋16相連;N-SBBR反應 器底部設置有排泥閥14;N-SBBR反應器內設有生物填料22。生物填料22為聚氨酯材料，呈網(wǎng) 狀多孔結構，孔隙率大于90%，比表面積大于5000m 2/m3，孔徑2~2.5mm，形狀規(guī)格靈活多變， 填充率30%~35%。
[0017] 如圖2所示，N-SBBR反應器運行模式:瞬時進水-好養(yǎng)間歇曝氣2h-沉淀0.5h-排水。
[0018] 本發(fā)明短程硝化-反硝化除磷耦合方法，包括有以下步驟： 采用上述裝置處理生活污水，兩個有機玻璃SBR反應器各自單獨啟動，接種來城市居民 區(qū)生活污水，取沈陽北部污水處理廠二沉池污泥馴化亞硝化細菌和短程反硝化聚磷菌， MLSS為2500~3000 mg/L，耦合系統(tǒng)每天運行2個周期，A2-SBR反應器每個周期運行5h，N-SBBR反應器每個周期運行3h，日處理水量40L/d。反應過程中，厭氧條件由電動攪拌機將泥 水混合均勻，好氧條件由曝氣栗和曝氣盤提供好養(yǎng)曝氣，通過DO探測儀和氣體流量計控制 反應器內的溶解氧值，由pH計、加酸栗和加堿栗調控系統(tǒng)內的pH值，溫度由水浴加熱來控 制，整個過程由時控器和電池閥自動調控。
[0019] 1)原水由原水水箱重力流進入A2-SBR反應器，進水結束后，電動攪拌機開始攪拌， 短程反硝化聚磷菌吸收外碳源并合成PHB儲存于胞內，同時發(fā)生厭氧釋磷反應，為保證厭氧 環(huán)境，電動攪拌機轉速30~40r/min，攪拌速度以泥水混合均勻且不破壞污泥顆粒為宜?？?制DO小于0.2mg/L，pH探測儀和酸堿栗聯(lián)合控制PH為7.5~7.8，水浴加熱調控溫度22~24 °C，反應時間為2h; 2) 厭氧反應結束后，靜沉0.5h，上清液重力流進入N-SBBR反應器，進水結束后，啟動電 動攪拌機和曝氣栗，發(fā)生短程硝化反應，通過底部曝氣盤曝氣，為避免亞硝態(tài)氮進一步氧 化，采用間歇曝氣的方式，曝氣栗每間隔30min啟動一次，每次曝氣30min，DO檢測儀和氣體 流量計控制DO為2~4mg/L，反應時間為2h; 3) N-SBBR反應器內設生物填料，生物填料材質為聚氨酯，比表面積大于5000m2/m3，孔 徑2~2.5mm，形狀規(guī)格靈活多變，可根據(jù)填料流化狀態(tài)，選擇合適的生物填料尺寸，填充率 30%~35%;生物填料的設置增加了微生物的附著生長量，再加上反應器采用間歇曝氣方式 運行，在填料內部可形成相對缺氧環(huán)境，避免亞硝態(tài)氮的進一步氧化，提高了亞硝態(tài)氮轉化 率，亞硝酸鹽積累量20~25 mg/L; 4) 短程硝化結束后，靜沉0.5h，上清液通過回流栗注入A2-SBR反應器，進水結束后，啟 動電動攪拌機，短程反硝化聚磷菌以亞硝態(tài)氮NOf-N作為電子受體、PHB作為電子供體，發(fā)生 缺氧反硝化吸磷反應，pH控制在7.5~7.8;反硝化吸磷反應時間為2h，此工藝適合低C/N比 市政污水同步脫氮除磷，降低了污水處理能耗； 5) 反硝化吸磷反應結束后，靜沉0.5h，上清液經排水閥排出，污泥由底部排泥閥排出， 污泥濃度2500~3000mg/L，SRT控制為20~23d。
[0020] 6)原水重力流瞬時進入A2-SBR反應器，進水結束后發(fā)生厭氧釋磷反應，電動攪拌 機開啟2h，靜置沉淀0.5h，上清液通過重力流進入N-SBBR反應器，發(fā)生短程硝化反應，電動 攪拌機啟動2h，曝氣栗間歇曝氣2h，靜置沉淀0.5h，含有Ν0Γ-Ν的上清液經回流栗回流A 2-SBR反應器，發(fā)生缺氧反硝化除磷反應，電動攪拌機重新開啟2h，靜置沉淀0.5h，上清液經最 終排水閥排出，剩余污泥經排泥閥排出，A 2-SBR反應器與N-SBBR反應器重復以上運行方式。
[0021] 以實驗室周邊某小區(qū)生活污水為處理對象，考察短程硝化-反硝化除磷系統(tǒng)脫氮 除憐性能。
[0022] 試驗期間污水水質如下：
試驗期間運行參數(shù)： A2-SBR有效容積20L; 厭氧階段:反應時間2h，pH=7 · 5~7 · 8，DO彡0 · 2mg/L，進水量20L; 缺氧階段:反應時間2h，DO=O. 2~0.5，溫度22~24 °C，攪拌機轉速30~40r/min; 靜沉30min，污泥齡20~23d，污泥濃度2800~3200mg/L; N-SBBR有效容積20L，生物填料填充率30%~35%。
[0023] 亞硝化階段:反應時間2h，D0=2~4mg/L，pH=7.4~8.3，生物填料填充率30%~35%。
[0024] 靜沉30min，污泥齡20~23d，污泥濃度3000~3500mg/L; 在該運行條件下，反應系統(tǒng)出水⑶D、NH4+-N、N〇2--N、N〇3--N、TP分別為25.33、4.82、 3.26、1.23、0.37mg/L，各出水指標均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。
【主權項】
1. 短程硝化-反硝化除磷耦合裝置，其特征在于包括有原水水箱、A2-SBR反應器和N-SBBR反應器；原水水箱連接A 2-SBR反應器，A2-SBR反應器與N-SBBR反應器相連接;在原水水 箱與A2-SBR反應器之間設置有時控器和電磁閥； 所述A2-SBR反應器由雙層有機玻璃圓柱制成，內部設置有時控器和電動攪拌機;在線溶 解氧儀電極用支架固定于A2_SBR反應器中，用時控器控制在線溶解氧儀啟閉；在線pH計電 極用支架固定于A 2_SBR反應器中，在線pH計同時連接有時控器、第一加酸栗和第一加堿栗； 通過乳膠管，第一加酸栗一端與A 2-SBR反應器相連，另一端與HC1溶液相連;第一加堿栗一 端與A2-SBR反應器相連，另一端與NaOH溶液相連;A 2-SBR反應器上設置有接樣閥、出水閥和 最終排水閥；出水閥和最終排水閥分別各自與時控器、電磁閥相連，通過管路與N-SBBR反應 器進水閥相連;A 2-SBR反應器底部設置有排泥閥；溫控水浴鍋通過管路與潛水栗、A2-SBR反 應器外壁相連； 所述N-SBBR反應器由雙層有機玻璃圓柱制成，內部設置有時控器和電動攪拌機;在線 溶解氧儀電極用支架固定于N-SBBR反應器中，時控器控制在線溶解氧儀啟閉;HC1溶液通過 第二加酸栗管路與N-SBBR反應器相連;NaOH溶液通過第二加堿栗管路與N-SBBR反應器相 連;在線pH計電極用支架固定于N-SBBR反應器中；在線pH計同時與時控器、第二加酸栗、第 二加堿栗相連;N-SBBR反應器上設置有接樣閥;N-SBBR反應器出水口連接電磁閥、時控器和 蠕動栗，通過管路將N-SBBR反應器與A 2-SBR反應器相連通;N-SBBR反應器的下部設置有曝 氣盤，曝氣盤依次與氣體流量計、時控器和曝氣栗相連;N-SBBR反應器的外壁通過管路與溫 控水浴鍋相連;N-SBBR反應器底部設置有排泥閥;N-SBBR反應器內設有生物填料。2. 根據(jù)權利要求1所述的短程硝化-反硝化除磷耦合裝置，其特征在于所述的生物填料 為聚氨酯材料，呈網(wǎng)狀多孔結構，孔隙率大于90%，比表面積大于5000m 2/m3，孔徑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驟： ⑴原水由原水水箱重力流進入A2-SBR反應器，電動攪拌機開始攪拌2h，電動攪拌機轉速 30 ~40r/min，D0 控制 0.2mg/L 以下； ⑵厭氧反應結束后停止攪拌，靜沉0.5h，上清液重力流進入N-SBBR反應器，啟動電動攪 拌機和曝氣栗，發(fā)生短程硝化反應，通過底部曝氣盤曝氣，DO控制為2~4mg/L，N〇2_-N濃度20 ~25 mg/L，反應時間為2h; (3)短程硝化結束后，靜沉0.5h，上清液通過回流栗注入A2-SBR反應器，短程反硝化聚磷 菌以亞硝態(tài)氮作為電子受體、PHB作為電子供體，發(fā)生缺氧反硝化吸磷反應，pH控制在7.5~ 7.8； ⑷反硝化吸磷反應結束后，靜沉〇.5h，上清液經排水閥排出，污泥由底部排泥閥排出， 污泥濃度2500~3000mg/L; (5)原水重力流瞬時進入A2-SBR反應器，進水結束后發(fā)生厭氧釋磷反應，電動攪拌機開啟 2h，靜置沉淀0.5h，上清液通過重力流進入N-SBBR反應器，發(fā)生短程硝化反應，電動攪拌機 啟動2h，曝氣栗間歇曝氣2h，靜置沉淀0.5h，含有N0 2--N的上清液經回流栗回流A2-SBR反應 器，發(fā)生缺氧反硝化除磷反應，電動攪拌機重新開啟2h，靜置沉淀0.5h，上清液經排水閥排 出，剩余污泥經排泥閥排出，A 2-SBR反應器與N-SBBR反應器重復以上運行方式。4. 根據(jù)權利要求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驟⑵采 用間歇曝氣的方式，曝氣栗每間隔30min啟動一次，每次曝氣30min。
【文檔編號】C02F101/10GK106006974SQ201610582533
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發(fā)明人】李微, 高原, 陸征然, 劉靜, 孟海停
【申請人】沈陽建筑大學