Sbr部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置與方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種強(qiáng)化低C/N的城市生活污水同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]污水中可利用COD的量是影響脫氮除磷工藝中厭氧釋磷和反硝化脫氮的關(guān)鍵因素。但是傳統(tǒng)城市污水廠的處理工藝往往不可避免地將有機(jī)物在曝氣池中進(jìn)行了降解，即使是前置反硝化工藝，也沒有充分利用到有機(jī)物的價(jià)值。因此，進(jìn)水中可利用有機(jī)碳源的不足，將導(dǎo)致許多污水處理廠(WWTPs)不能夠有效去除富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)氮和磷。處理低碳氮比污廢水時(shí)，需要尋求能夠有效利用有限碳源的新技術(shù)。
[0003]厭氧氨氧化是指在厭氧或缺氧條件下，厭氧氨氧化菌以亞硝酸鹽氮為電子受體，直接與氨氮發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾纳镞^程，其反應(yīng)方程式如式(I)所示。以厭氧氨氧化為核心的全程自養(yǎng)脫氮技術(shù)與傳統(tǒng)硝化-反硝化脫氮技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì):厭氧氨氧化菌是化能自養(yǎng)菌，以無機(jī)碳作為碳源，因此可節(jié)省100%的外加碳源，可大大減少污水處理工程的運(yùn)行費(fèi)用；硝化過程中只需將約50%的氨氮氧化至亞硝酸鹽氮，需氧量和供氧能耗大幅下降；脫氮效率和去除負(fù)荷較高，且污泥產(chǎn)量少；減少溫室氣體氧化亞氮的排放。
[0004]NH4"+1.32N02>0.066HC03>0.13H+—
[0005]0.066CH200 5\ 15+1.02N2+0.26NCV-N+2.03H20 (I)
[0006]從生物脫氣途徑【硝化過程:NH4+— NO 2 — NO 3 ;反硝化過程:N03-— NO 2 - NO-N2O-N2]上分析，我們發(fā)現(xiàn):通過控制適宜的運(yùn)行條件，不僅在硝化過程中能實(shí)現(xiàn)N02_積累，而且在反硝化過程中也能實(shí)現(xiàn)N02_積累。已有研宄表明:相對(duì)于短程硝化而言，部分反硝化(N03_還原過程控制在N02_階段)不受DO的影響，更容易穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)較高的N02_積累，并且反應(yīng)過程控制簡(jiǎn)單。
[0007]SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷工藝處理城市生活污水，是一種新的脫氮除磷思路，在將其用于碳、氮、磷比例失調(diào)且碳源偏低城市污水的處理中，縮短了脫氮除磷流程，工藝流程簡(jiǎn)單，顯著提高了脫氮除磷效果，大大降低了出水氮、磷濃度，實(shí)現(xiàn)了高效、低能耗的脫氮除磷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明專利針對(duì)傳統(tǒng)脫氮除磷工藝同步脫氮除磷效果不佳，現(xiàn)有污水處理廠污水處理成本高，污水處理穩(wěn)定性差，出水TN濃度不達(dá)標(biāo)等問題，提出了 SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置與方法。該工藝實(shí)行生物相分離，將反硝化菌/除磷菌等異養(yǎng)菌和自養(yǎng)型厭氧氨氧化菌分開，使各自在最佳的環(huán)境中生長(zhǎng)，并充分發(fā)揮了部分反硝化、反硝化除磷和厭氧氨氧化技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)，不僅節(jié)約了運(yùn)行成本，而且達(dá)到了同步深度脫氮除磷。生活污水首先進(jìn)入AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器，強(qiáng)化了原水中碳源的利用和生物除磷效果。DPAOs和部分反硝化菌充分利用原水中的有機(jī)物進(jìn)行厭氧釋磷和PHA的貯存，而后以厭氧氨氧化反應(yīng)器出水回流的硝態(tài)氮為電子受體，以厭氧段儲(chǔ)存的PHA為電子供體，進(jìn)行部分反硝化和缺氧吸磷，將硝態(tài)氮還原為亞硝態(tài)氮，實(shí)現(xiàn)亞硝態(tài)積累，同時(shí)為了保證除磷效果和使厭氧氨氧化氨氮和亞硝的濃度比為1:1.32，進(jìn)行后曝氣，完成剩余磷的吸收和部分氨氧化。富含氨氮和亞硝態(tài)氮的出水進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器進(jìn)行自養(yǎng)脫氮，實(shí)現(xiàn)深度脫氮。
[0009]為達(dá)到高效的同步脫氮除磷效果，本發(fā)明采用的SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括城市污水原水箱(I)、AVO-SBR反硝化除磷反應(yīng)器(2)、第一中間水箱(3)、厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(4)、第二中間水箱(5)、計(jì)算機(jī)(6)、PLC控制箱(7);其中AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)內(nèi)設(shè)有氣體流量計(jì)(9)、第一攪拌槳(10)、曝氣頭(11)、氣泵(12)、第一 pH傳感器(13)、DO傳感器(14)、第一 WTW溶氧儀
(15)、第一取樣口(16)、回流硝化液進(jìn)水閥(17)、第一出水閥(18)、第一電磁閥(19);厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(4)內(nèi)置有第二攪拌槳(22)、第二 pH傳感器(23)、第一 ORP傳感器(24)、第二 WTW溶氧儀(25)、第二取樣口(26)、第二出水閥(27)、第二電磁閥(28) ;PLC控制箱
(7)內(nèi)設(shè)有信號(hào)轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換接口(30)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器(DA)轉(zhuǎn)換接口(31)、曝氣繼電器、第一攪拌繼電器、第一 PH和DO數(shù)據(jù)信號(hào)接口 ；第二攪拌繼電器、第二 pH和第一 ORP數(shù)據(jù)信號(hào)接口 ；
[0010]SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置，其特征在于:城市污水原水箱(I)通過第一進(jìn)水泵(8)與AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接；A2/0-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器⑵第一出水閥(18)經(jīng)第一電磁閥(19)與第一中間水箱(3)相連接；第一中間水箱(3)通過第二進(jìn)水泵(20)與厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(4)相連接；厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(4)第二出水閥(27)經(jīng)第二電磁閥(28)與第二中間水箱(5)相連接；第二中間水箱(5)通過硝化液回流泵(21)與AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)硝化液回流進(jìn)水閥(17)相連接；
[0011]SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置，其特征在于:PLC控制箱(7)上的信號(hào)轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換接口(30)通過電纜線與計(jì)算機(jī)(6)相連接，將傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)￠)，計(jì)算機(jī)(6)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器DA轉(zhuǎn)換接口(31)與PLC控制箱(7)相連接，將計(jì)算機(jī)￠)的數(shù)字指令傳遞給PLC控制箱(7)，進(jìn)而對(duì)處理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；
[0012]本發(fā)明還提供了一種SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容:
[0013]SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容:
[0014]系統(tǒng)啟動(dòng):將反硝化除磷污泥和亞硝酸鹽氮積累率在70%?80%的部分反硝化污泥(其污泥濃度分別為6000?8000mg/L、3000?4000mg/L)，按體積比為1:2接種到部分反硝化除磷A2/0-SBR反應(yīng)器(2)，使反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為3500mg/L ;在厭氧氨氧化反應(yīng)器(4)中接種厭氧氨氧化顆粒污泥，使反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度達(dá)到3000?4000mg/L，當(dāng)系統(tǒng)總氮去除率達(dá)85%以上，磷去除率達(dá)95%以上，即認(rèn)為SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化系統(tǒng)啟動(dòng)成功。
[0015]周期運(yùn)行操作步驟如下:
[0016]I)將生活污水加入原水水箱(I)，經(jīng)第一進(jìn)水泵(8)進(jìn)入AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)，進(jìn)水結(jié)束后，開啟第一攪拌器(8)，厭氧攪拌I?2h，當(dāng)厭氧攪拌pH值曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)停止攪拌；
[0017]2)厭氧結(jié)束后，啟動(dòng)硝化液回流泵(21)將1/3?2/3的厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(4)出水從第二中間水箱(5)回流到AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)，缺氧攪拌I?2h,當(dāng)缺氧攪拌時(shí)pH值曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)停止缺氧攪拌；
[0018]3)缺氧反應(yīng)結(jié)束后，啟動(dòng)氣泵(12)，通過氣體流量計(jì)(9)調(diào)節(jié)氣體流量，曝氣攪拌I?1.5h，并通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)控制DO濃度為1.5?2.0mg/L，而后靜止沉淀30min，出水經(jīng)第一出水閥(18)和第一電磁閥(19)排入第一中間水箱(3)，排水比為
0.4 ?0.6 ;
[0019]4)啟動(dòng)第二進(jìn)水泵(20)將AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器⑵出水從第一中間水箱(3)抽入?yún)捬醢毖趸疭BR反應(yīng)器(4)，進(jìn)水結(jié)束后，開啟第二攪拌槳(20)，缺氧攪拌3?4h ；
[0020]5)厭氧氨氧化反應(yīng)結(jié)束后，靜止沉淀30min后排水，排水比為0.4?0.6，其出水排入第二中間水箱(5)后，再經(jīng)硝化液回流泵(21)回流到AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)和經(jīng)排水口(32)排出系統(tǒng)，其體積比控制在0.5?2 ;而后系統(tǒng)進(jìn)入下一周期，重復(fù)以上步驟；
[0021]AVO-SBR部分反硝化除磷反應(yīng)器(2)運(yùn)行時(shí)每天排泥，使SRT為10?15d，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度維持在3000?4000mg/L范圍內(nèi)；厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(4)運(yùn)行時(shí)，每天清洗第二中間水箱(5)，將沉淀在其底部的污泥倒回厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器(5)，以防止厭氧氨氧化污泥流失；
[0022]本發(fā)明SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置與方法，與現(xiàn)有傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝相比具有以下優(yōu)勢(shì):
[0023]I)從本質(zhì)上解決了除磷菌和脫氮菌在碳源方面存在的矛盾和競(jìng)爭(zhēng)
[0024]原水中的氮主要通過厭氧氨氧化過程去除，而厭氧氨氧化反應(yīng)為自養(yǎng)反應(yīng)，不消耗原水中的有機(jī)碳源。與完全反硝化除磷相比，部分反硝化除磷大大減少了碳源的消耗量，從而保證了除磷過程中有足夠的有機(jī)物，從本質(zhì)上解決了除磷菌和脫氮菌在碳源方面存在的矛盾和競(jìng)爭(zhēng)。
[0025]2)解決了除磷菌和脫氮菌在溶解氧方面的矛盾和競(jìng)爭(zhēng)
[0026]采用生物相分離技術(shù)，有效耦合了反硝化除磷技術(shù)、部分反硝化技術(shù)和厭氧氨氧化技術(shù)。解決了除磷菌和脫氮菌在溶解氧方面的矛盾和競(jìng)爭(zhēng)，更易于維持系統(tǒng)的脫氮除磷率和運(yùn)行穩(wěn)定性。
[0027]3)節(jié)省有機(jī)碳源、節(jié)約曝氣量，減少剩余污泥產(chǎn)量，降低能耗和運(yùn)行費(fèi)用
[0028]生活污水首先進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器，厭氧攪拌，最大程度地利用了原水中的有機(jī)碳源，“一碳兩用”進(jìn)行同步脫氮除磷，避免了外碳源的投加，并且厭氧氨氧化菌為自養(yǎng)菌，以CO2為無機(jī)碳源，不消耗原水中的有機(jī)物；厭氧氨氧化和反硝化除磷的反應(yīng)均無需氧氣的參與；本工藝運(yùn)行時(shí)有機(jī)碳源參與較少，可大大降低剩余污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用。
[0029]4)工藝流程簡(jiǎn)單，出水效果穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)高效、低能耗的脫氮除磷
[0030]本發(fā)明的主要反應(yīng)裝置僅有部分反硝化除磷AVO-SBR和厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器，具有可控制性強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。一方面，前置部分反硝化除磷實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的亞硝態(tài)氮積累，相比前置完全反硝化除磷對(duì)厭氧氨氧化出水中硝酸鹽氮的脫氮處理方式，減少碳源的耗量，從而節(jié)約運(yùn)行成本，另外還能減少反硝化過程溫室氣體的排放量及污泥產(chǎn)量；另一方面，反硝化除磷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了脫氮和除磷過程的統(tǒng)一，可有效的利用污水中的碳源和厭氧氨氧化過程產(chǎn)生的no3_-n，使得反硝化和除磷同時(shí)發(fā)生，使得污水的同步脫氮除磷更容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
:
[0031]圖1為本發(fā)明SBR部分反硝化除磷/厭氧氨氧化同步脫氮除磷的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖1中城市污水原水箱；2-A2/0-SBR反應(yīng)器；3_第一中間水箱；4_厭氧氨氧化SBR反應(yīng)器；5_第二中間水箱；6_計(jì)算機(jī)；7-PLC控制箱；8_第一進(jìn)水泵；9_氣體流量計(jì)；10-第一攪拌槳；11-曝氣頭；12_氣泵；13-第一 pH傳感器；14-D0傳感器；15-第一 WTW溶氧儀；16-第一取樣口 ；17-硝化液回流進(jìn)水閥；18-第一出水閥；19-第一電磁閥；20_第二進(jìn)水泵；21_硝化液回流