本發(fā)明涉及生活污水一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于水體“富營(yíng)養(yǎng)化”問題愈發(fā)突出，污水排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，污水脫氮問題成為了水污染控制中的熱點(diǎn)
厭氧氨氧化技術(shù)，是指在厭氧條件下，以氨氮為電子供體、亞硝態(tài)氮為電子受體，將氨氮與亞硝態(tài)氮同時(shí)轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程，期間不消耗有機(jī)碳源，克服了傳統(tǒng)脫氮工藝碳源不足的缺點(diǎn)，而且可以節(jié)省曝氣所需要的能源，剩余污泥量也大大降低。
一體化厭氧氨氧化(即同步短程硝化厭氧氨氧化)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的脫氮工藝，和常規(guī)的生物脫氮工藝相比，該工藝能節(jié)省100％的碳源，同時(shí)具有曝氣量低、污泥生成量少等一系列優(yōu)點(diǎn)，此外，短程硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)在相同的條件和系統(tǒng)中進(jìn)行，簡(jiǎn)化了操作的難度。因而近年來成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
sbbr反應(yīng)器是在sbr(序批式活性污泥反應(yīng)器)中引入生物膜而開發(fā)出來的一種新型復(fù)合式生物膜反應(yīng)器，除保留了sbr基建費(fèi)用少，操作簡(jiǎn)單、靈活，能有效脫氮除磷等優(yōu)點(diǎn)之外，還具有諸如生物相更多、更復(fù)雜、易于生長(zhǎng)世代時(shí)間長(zhǎng)的微生物；污泥產(chǎn)量少，生物量多，處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
生物膜技術(shù)因所占空間小及固液分離良好而在廢水處理中的應(yīng)用不斷增加。與活性污泥相比，生物膜具有更高的微生物活性、微生物相多樣化、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而且隨著生物膜厚度的增加其傳質(zhì)阻力相應(yīng)增加，沿傳質(zhì)方向逐漸形成外層為好氧層、內(nèi)層為缺/厭氧層的微環(huán)境。好氧層主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，缺氧層主要進(jìn)行厭氧氨氧化與反硝化作用，缺氧層的形成有利于加強(qiáng)生物厭氧氨氧化能力，可在好氧反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行短程硝化和厭氧氨氧化作用，強(qiáng)化系統(tǒng)整體的脫氮能力。
本發(fā)明通過生物填料掛膜，形成對(duì)短程硝化菌、反硝化菌及厭氧氨氧化各自有利的微環(huán)境，增強(qiáng)菌群間的協(xié)作，并通過控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制變量，優(yōu)化運(yùn)行方案，從而實(shí)現(xiàn)氮的高效去除。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)當(dāng)前生活污水碳氮比(c/n)低，傳統(tǒng)脫氮工藝脫氮效果不好，能耗大等問題，本發(fā)明提供的是一種以一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，在解決傳統(tǒng)脫氮工藝碳源不足問題的同時(shí)，可以節(jié)省曝氣所需要的能源，同時(shí)采用實(shí)時(shí)控制，提高裝置的可控性和靈活性，實(shí)現(xiàn)氮的深度去除。
生活污水一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)，其特征在于：包括生活污水水箱(1)、sbbr反應(yīng)器(2)、plc控制箱(15)、計(jì)算機(jī)(16)；其中所述生活污水水箱(1)通過進(jìn)水泵(3)與sbbr反應(yīng)器(2)相連接；所述sbbr反應(yīng)器(2)設(shè)有填料支架(4)、生物填料(5)、氣泵(6)、氣體流量計(jì)(7)、曝氣盤(8)、排水閥(9)、排泥閥(10)、do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)、攪拌器(17)；所述生物填料(5)呈立方體狀，材質(zhì)為聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面積20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龍繩將其穿掛在填料支架(4)上，均勻分布于sbbr反應(yīng)器(2)中，微生物附著生長(zhǎng)在填料上形成生物膜；所述plc控制箱(15)連接do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)和計(jì)算機(jī)(16)；所述計(jì)算機(jī)(16)實(shí)時(shí)接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號(hào)，在線監(jiān)測(cè)sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。
利用一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，主要包括以下步驟：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)經(jīng)進(jìn)水泵(3)進(jìn)入sbbr反應(yīng)器(2)，進(jìn)水結(jié)束后，攪拌器(17)開啟，使生活污水與生物填料(5)上附著生長(zhǎng)的微生物充分接觸，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物將上一反應(yīng)周期殘余的少量亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮去除，同時(shí)將剩余的有機(jī)物儲(chǔ)存至細(xì)菌體內(nèi)合成內(nèi)碳源，no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，當(dāng)二者濃度均小于0.5mg/l時(shí)認(rèn)為反硝化作用完成；控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，避免轉(zhuǎn)速過快將空氣帶入水中，破壞缺/厭氧環(huán)境，do<0.2mg/l，以保證良好的缺氧反硝化與厭氧內(nèi)碳源儲(chǔ)存條件，反應(yīng)時(shí)間90～120min；
2)上述反應(yīng)結(jié)束后，氣泵(6)開啟，通過氣體流量計(jì)(7)控制do為0.5～2mg/l，由于填料上形成的生物膜，其表面到內(nèi)部存在do濃度梯度，可形成好氧—缺氧區(qū)域微環(huán)境，此時(shí)，主要在生物膜外表面(好氧層)生長(zhǎng)的短程硝化菌進(jìn)行短程硝化反應(yīng)，將污水中的氨氮氧化為亞硝態(tài)氮；與此同時(shí)，主要生長(zhǎng)在生物膜內(nèi)部(缺氧層)的厭氧氨氧化菌利用短程硝化菌提供的亞硝態(tài)氮與污水中剩余的氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化作用，并生成少量的硝態(tài)氮；
3)do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的do、氨氮、亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，并將采集到的信號(hào)傳輸至plc控制箱(15)和計(jì)算機(jī)(16)；
4)計(jì)算機(jī)(16)實(shí)時(shí)接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號(hào)，在線監(jiān)測(cè)sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮濃度和硝態(tài)氮濃度，當(dāng)硝態(tài)氮濃度大于5mg/l時(shí)，減小曝氣量，控制do為0.5～1mg/l，以保證良好的短程硝化與厭氧氨氧化反應(yīng)，反之，維持現(xiàn)狀即可；當(dāng)氨氮濃度小于1mg/l時(shí)停止曝氣，好氧反應(yīng)結(jié)束；
5)氣泵(6)關(guān)閉，攪拌器(17)開啟，此時(shí)反硝化菌利用體內(nèi)儲(chǔ)存的內(nèi)碳源進(jìn)行內(nèi)源反硝化作用，進(jìn)一步降低反應(yīng)器中硝態(tài)氮濃度，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時(shí)間90～120min，反應(yīng)結(jié)束后，靜置沉淀5min進(jìn)行泥水分離，上清液通過排水閥(9)排出，排放的水量等于系統(tǒng)最初的進(jìn)水量；脫落的生物膜經(jīng)排泥閥(10)排出。
以一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，具有下列優(yōu)點(diǎn)：
1)將生物膜法與同步短程硝化厭氧氨氧化脫氮技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)充分利用污水中的有機(jī)物強(qiáng)化內(nèi)源反硝化，在單一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了低碳氮比生活污水的深度脫氮。
2)微生物附著生長(zhǎng)在生物填料上，可維持較長(zhǎng)的生物固體停留時(shí)間，為世代時(shí)間長(zhǎng)、增殖速度慢的厭氧氨氧化菌的生存提供了良好的生存環(huán)境。
3)與活性污泥相比，生物膜更耐沖擊負(fù)荷、微生物活性高、微生物相多樣化，通過菌群間的協(xié)作可實(shí)現(xiàn)氮的高效去除。
4)短程硝化與厭氧氨氧化相結(jié)合，可顯著的節(jié)省碳源和曝氣量，同時(shí)通過在線實(shí)時(shí)控制，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，自動(dòng)化程度高，可控性好。
5)生物膜具有較強(qiáng)的吸附與攔截污染物的能力，系統(tǒng)出水清澈。
附圖說明
圖1為生活污水一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中：1-生活污水水箱；2-sbbr反應(yīng)器；3-進(jìn)水泵；4-填料支架；5-生物填料；6-氣泵；7-氣體流量計(jì)；8-曝氣盤；9-排水閥；10-排泥閥；11-do傳感器；12-nh4+傳感器；13-no2-傳感器；14-no3-傳感器；15-plc控制箱；16-計(jì)算機(jī)；17-攪拌器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案。
如圖1所示，生活污水一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)，主要包括生活污水水箱(1)、sbbr反應(yīng)器(2)、plc控制箱(15)、計(jì)算機(jī)(16)。反應(yīng)器主體由有機(jī)玻璃制成，有效容積10l。所述生活污水水箱(1)通過進(jìn)水泵(3)與sbbr反應(yīng)器(2)相連接；所述sbbr反應(yīng)器(2)設(shè)有填料支架(4)、生物填料(5)、氣泵(6)、氣體流量計(jì)(7)、曝氣盤(8)、排水閥(9)、排泥閥(10)、do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)、攪拌器(17)；所述生物填料(5)呈立方體狀，材質(zhì)為聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面積20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龍繩將其穿掛在填料支架(4)上，均勻分布于sbbr反應(yīng)器(2)中，供微生物附著生長(zhǎng)形成生物膜；所述plc控制箱(15)連接do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)和計(jì)算機(jī)(16)；所述計(jì)算機(jī)(16)實(shí)時(shí)接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號(hào)，在線監(jiān)測(cè)sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。
利用一體化厭氧氨氧化強(qiáng)化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，主要包括以下步驟：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)經(jīng)進(jìn)水泵(3)進(jìn)入sbbr反應(yīng)器(2)，進(jìn)水結(jié)束后，攪拌器(17)開啟，使生活污水與生物填料(5)上附著生長(zhǎng)的微生物充分接觸，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物將上一反應(yīng)周期殘余的少量亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮去除，同時(shí)將剩余的有機(jī)物儲(chǔ)存至細(xì)菌體內(nèi)合成內(nèi)碳源，no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，當(dāng)二者濃度均小于0.5mg/l時(shí)認(rèn)為反硝化作用完成；控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，避免轉(zhuǎn)速過快將空氣帶入水中，破壞缺/厭氧環(huán)境，do<0.2mg/l，以保證良好的缺氧反硝化與厭氧內(nèi)碳源儲(chǔ)存條件，反應(yīng)時(shí)間90～120min；
2)上述缺/厭氧反應(yīng)結(jié)束后，攪拌器(17)關(guān)閉，氣泵(6)開啟，通過氣體流量計(jì)(7)控制do為0.5～2mg/l，由于生物膜的表面到內(nèi)部存在do濃度梯度，可形成好氧—缺氧區(qū)域微環(huán)境，此時(shí)，主要在生物膜外部(好氧層)生長(zhǎng)的短程硝化菌將污水中的氨氮氧化為亞硝態(tài)氮；與此同時(shí)，主要生長(zhǎng)在生物膜內(nèi)部(缺氧層)的厭氧氨氧化菌以短程硝化菌產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮為電子受體，以污水中剩余的氨氮為電子供體，進(jìn)行厭氧氨氧化作用，將氨氮與亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馊コ?，并生成少量的硝態(tài)氮；
3)do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的do、氨氮、亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，并將采集到的信號(hào)傳輸至plc控制箱(15)和計(jì)算機(jī)(16)；
4)計(jì)算機(jī)(16)實(shí)時(shí)接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號(hào)，在線監(jiān)測(cè)sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮濃度和硝態(tài)氮濃度，當(dāng)硝態(tài)氮濃度大于5mg/l時(shí)，減小氣體流量計(jì)(7)的流量，控制do為0.5～1mg/l，以保證良好的短程硝化與厭氧氨氧化反應(yīng)，反之，維持現(xiàn)狀即可；當(dāng)氨氮濃度小于1mg/l時(shí)氣泵(6)關(guān)閉，好氧反應(yīng)結(jié)束；
5)攪拌器(17)開啟，進(jìn)行缺氧攪拌，此時(shí)反硝化菌利用體內(nèi)儲(chǔ)存的內(nèi)碳源進(jìn)行內(nèi)源反硝化作用，進(jìn)一步去除反應(yīng)器中由于一體化厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的硝態(tài)氮，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時(shí)間90～120min；反應(yīng)結(jié)束后，靜置沉淀5min進(jìn)行泥水分離，上清液通過排水閥(9)排出，排放的水量等于系統(tǒng)最初的進(jìn)水量；脫落的生物膜經(jīng)排泥閥(10)排出。
以實(shí)驗(yàn)室周邊某住宅小區(qū)生活污水為處理對(duì)象，考察該系統(tǒng)的脫氮性能。
實(shí)驗(yàn)期間進(jìn)水水質(zhì)如下：
實(shí)驗(yàn)期間運(yùn)行參數(shù)：
sbbr反應(yīng)器(有效容積10l)
缺/厭氧階段：進(jìn)生活污水5l，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時(shí)間90～120min；
好氧階段：自動(dòng)調(diào)整do濃度與曝氣時(shí)間，一般曝氣時(shí)間為240～300min，do為0.5～2mg/l；
后置缺氧階段：控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時(shí)間120min；
靜沉階段：靜置沉淀5min，排水5l。
在該運(yùn)行條件下，出水平均cod、nh4+-n、no2--n、no3--n、tn分別為33.59、0.82、0.26、3.34、4.92mg/l，達(dá)到了深度脫氮的效果。
以上是本發(fā)明的具體實(shí)施例，便于該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能更好的理解和應(yīng)用本發(fā)明，本發(fā)明的實(shí)施不限于此，因此該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明所做的簡(jiǎn)單改進(jìn)都在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
該系統(tǒng)充分發(fā)揮sbbr系統(tǒng)、一體化厭氧氨氧化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并充分利用污水中的有機(jī)物，在節(jié)能降耗的同時(shí)，采用實(shí)時(shí)控制，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)低c/n生活污水氮的深度去除，應(yīng)用前景十分廣闊。