專利名稱：一種反硝化同時脫氮除磷裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種反硝化同時脫氮除磷設備，具體是采用活性污泥法和生物膜
法相結合的技術，將硝化菌和反硝化除磷菌在不同的污泥系統(tǒng)中分別進行培養(yǎng)，為硝化菌 和反硝化除磷菌創(chuàng)造各自最佳的生長環(huán)境，提高脫氮除磷的效果。
背景技術：
反硝化除磷(Denitrifying d印hosphatation)技術是指反硝化除磷菌 (DenitrifyingPhosphorus removal Bacteria,簡稱DPB)經(jīng)厭氧釋磷后，在缺氧條件下以 硝酸鹽作為吸磷的電子受體，同步實現(xiàn)脫氮和除磷。反硝化除磷菌被證實具有和好氧除磷 菌極為相似的代謝特征。因為反硝化除磷菌可以在缺氧環(huán)境攝磷，這就使得攝磷和反硝化 脫氮這兩個生物過程借助同一類微生物在同一種環(huán)境下一并完成只消耗單獨生物除磷所 需的有機物量，就可達到氮磷的同步去除；而且攝磷在缺氧環(huán)境下由硝酸鹽代替氧氣作為 吸收磷酸鹽的電子受體，節(jié)省了曝氣量；反硝化和除磷由同類菌完成，還可減少污泥產(chǎn)量。 這種新型污水處理技術相當適合當前污水處理向可持續(xù)發(fā)展轉變的要求能脫氮除磷凈化 水質、動力消耗少、污泥產(chǎn)量少、C0D消耗少。是一種新型的高效低能耗的生物脫氮除磷技 術。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種可在一套設備同時實現(xiàn)硝化菌和反硝化除磷菌 的一種反硝化同時脫氮除磷裝置。 本實用新型采用活性污泥法和生物膜法相結合的技術，將硝化菌和反硝化除磷菌
在不同的污泥系統(tǒng)中分別進行培養(yǎng)，為硝化菌和反硝化除磷菌創(chuàng)造各自最佳的生長環(huán)境，
實現(xiàn)理想的硝化和反硝化除磷，達到提高脫氮除磷效果的目的。 為達到上述實用新型目的，本實用新型采取了如下工藝技術方案 —種反硝化同時脫氮除磷裝置，包括1#序批式反應器、2#序批式反應器和硝酸鹽
交換器；1#序批式反應器通過管道與第一進水泵連接，還通過第一排水閥與硝酸鹽交換器
連通；硝酸鹽交換器通過第三進水泵與1#序批式反應器連接，還通過第二進水泵與2#序批
式反應器連接，2#序批式反應器還通過第二排水閥與硝酸鹽交換器連通；所述1#序批式反
應器和2#序批式反應器內(nèi)分別設有第二鼓風機和第一鼓風機。 所述Is序批式反應器還設有攪拌器。 所述1#序批式反應器和2#序批式反應器為雙層圓柱體結構，中間設有用于盛放熱 水的空腔，恒溫水浴鍋通過管道分別與1#序批式反應器和2#序批式反應器的雙層圓柱體中 間空腔連通。 所述設備還包括PLC可編程控制器，可編程控制器分別與第一進水泵、第二進水 泵、第三進水泵、第一鼓風機、第一排水閥、第二排水閥、攪拌器和第二鼓風機連接。 所述Is序批式反應器或2#序批式反應器為有機玻璃制備。
3[0011] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下有益效果 (1)本實用新型采用兩臺序批式反應器和一個硝酸鹽交換器，其中2個反應器只 是在反應周期內(nèi)互換上清液，并不交換各自的活性污泥，構成雙泥系統(tǒng)，結構簡單，運行維 護方便。
(2) 2#序批式反應器為獨立的好氧硝化池，采用膜法硝化，加入纖維膜作為填料以 利于硝化菌的生長繁殖，這樣可以不受泥齡的限制，給硝化菌的生長創(chuàng)造了穩(wěn)定條件。 (3) C0D在1#序批式反應器厭氧階段幾乎全部去除，C0D去除與硝化部分分離，減 少了 C/N比對生物硝化的影響，在正常運行情況下，2#序批式反應器進水有機物含量很低， 抑制了異氧菌的生長，保證了硝化菌的優(yōu)勢菌群地位。 (4)本實用新型的一種反硝化同時脫氮除磷裝置對COD、氨氮和磷都具有很好的 效果，出水COD在20mg/l以下，磷在0. 5mg/1以下；氨氮在3mg/1以下。

圖1為本實用新型一種反硝化同時脫氮除磷裝置結構示意圖； 圖2為本實用新型所用PLC程序控制器示意圖 圖3為一種反硝化同時脫氮除磷裝置對C0Dto的去除效果示意圖； 圖4為一種反硝化同時脫氮除磷裝置對氨氮的去除效果示意圖； 圖5為一種反硝化同時脫氮除磷裝置對P的去除效果示意圖； 圖6為一種反硝化同時脫氮除磷裝置對典型運行周期水質變化示意圖,
具體實施方式以下結合說明書附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型所要求 保護的范圍并不局限于具體實施方式
中所描述的范圍。 如圖1所示，一種反硝化同時脫氮除磷裝置包括1#序批式反應器2、2#序批式反應 器5和硝酸鹽交換器9 ; 1#序批式反應器2通過管道與第一進水泵1連接，還通過第一排水 閥11與硝酸鹽交換器9連通；硝酸鹽交換器9通過進水泵第三7與1#序批式反應器2連 接，還通過進水泵第二進水泵4與2#序批式反應器5連接，2#序批式反應器5還通過第二排 水閥12與硝酸鹽交換器9連通。1#序批式反應器2通過通風管與第二鼓風機8相連，第二 鼓風機8向1#序批式反應器2鼓風曝氣。1#序批式反應器2頂部安裝有攪拌器3，在厭氧、 缺氧段攪拌1#序批式反應器2中的混合液。2#序批式反應器5通過通風管與第一鼓風機6 相連，第一鼓風機6向2#序批式反應器5鼓風曝氣。1#序批式反應器2通過排水閥13向 外界排水。兩臺恒溫水浴鍋設在反應裝置的附近，通過管道將恒溫水分別輸送到1#序批式 反應器2和2#序批式反應器5的雙層圓柱體中間連接。可編程控制器10分別通過電線與 第一進水泵1、第二進水泵4、第三進水泵7、第一鼓風機6、攪拌器3和鼓風機第二 8連接， 控制進水、排水、鼓風曝氣、攪拌的開始時間和結束時間?？删幊炭刂破?0可選用V80系列 可編程控制器，其主要功能是控制器通過輸入接口 (I/O)讀取不同輸入裝置(如各種開關 與傳感器)的信號，執(zhí)行儲存于內(nèi)存的梯形圖程序，并通過輸出接口 (1/0)將結果送至輸出 裝置(如電磁閥、泵等)。 作為一個具體的實例，1#序批式反應器2為有機玻璃容器，上部為雙層有機玻璃圓
422cm，內(nèi)直徑20cm，高55cm。下部為圓臺形，高10cm，上面直徑20cm，下面直 徑5cm。在反應器圓柱體部分外壁垂直方向，從圓柱體底部每隔10cm設一個出口，共5個， 用于取樣；在取樣口另一側，從圓柱體底部每隔4cm設一個出口，共4個，用于排水。圓臺下 部有一個出口，用于排空。所有出口均與直徑15cm的閥門連接。2#序批式反應器5為有機 玻璃容器，上部為雙層有機玻璃圓柱體，外直徑22cm，內(nèi)直徑20cm，高55cm。下部為圓臺形， 高10cm，上面直徑20cm，下面直徑5cm。在反應器圓柱體部分外壁垂直方向，從圓柱體底部 每隔10cm設一個出口 ，共5個，用于取樣；在取樣口另一側，從圓柱體底部每隔4cm設一個 出口，共4個，用于排水。圓臺下部有一個出口，用于排空。所有出口均與直徑15cm的閥門 連接。硝酸鹽交換器9為桶形容器，設進水口兩個，出水口兩個，通過管道與1#序批式反應 器2、2#序批式反應器5連接。 具體過程包括如下步驟 (1)厭氧段原水由進水泵1加入1#序批式反應器，厭氧攪拌，反硝化除磷菌吸收 大量的有機底物并以PHB(胞內(nèi)聚P-羥基丁)的形式貯存在體內(nèi)，同時釋放出大量的磷； 隨后"序批式反應器沉淀排水泥水分離，富含氨氮和磷的上清液從"序批式反應器排至 硝酸鹽交換器； (2)好氧段硝酸鹽交換器中富含氨氮和磷的水用第二進水泵4加至2#序批式反 應器，在2#序批式反應器中曝氣進行硝化反應，NH4+-N全部轉化為N03—-N ;隨后2#序批式反 應器沉淀排水將上述富含N03—-N的硝化液排至硝酸鹽交換器；接著1#序批式反應器再次 充水用第三進水泵7將上述硝化液從硝酸鹽交換器加回至1#序批式反應器； (3)缺氧段上述"序批式反應器缺氧攪拌，反硝化除磷菌以體內(nèi)的PHB為電子供
體，以2#序批式反應器提供的N03 ..為電子受體，同時完成缺氧反硝化脫氮和過量吸磷。 (4)好氧段1#序批式反應器短時吹脫曝氣，以利于氮氣的排除和加強磷的去除效 果，防止磷的"二次釋放";1#序批式反應器沉淀排水上述"序批式反應器沉淀排水。這樣 2個反應器只是在反應周期內(nèi)互換上清液，并不交換各自的活性污泥，構成雙泥系統(tǒng)。 如圖2所示，V80系列可編程控制器控制本實用新型厭氧攪拌、沉淀、排水、曝氣、 曝氣后的沉淀各個進程的時間以及相關操作的開啟。具體過程如下2臺序批式反應器有 效容積均為12L，整個系統(tǒng)設計運行周期12h，每周期開始時加入9L人工合成廢水，1#序批 式反應器厭氧攪拌140min(含進水20min)，沉淀35min泥水分離，排水15min，富含磷和氨 氮的上清液排入硝酸鹽交換器；2#序批式反應器從硝酸鹽交換器中進水20min，鼓風曝氣 200min (含進水時間)，好氧結束后2#序批式反應器反應器靜止沉淀35min，沉淀后的硝化 液排入硝酸鹽交換器，排水時間15min ;"序批式反應器反應器缺氧攪拌200min(含進硝化 液時間20min)，短時曝氣30min，沉淀35min、最后排水閥打開，將9L上清液從反應器排出， 排水時間15min。在1#序批式反應器好氧結束時通過排泥水混合液達到控制1#序批式反 應器泥齡的目的，泥齡控制在10天左右，2#序批式反應器不排泥，污泥濃度均在2. 2-2. 5g/ L。用恒溫水浴控制反應器內(nèi)的溫度在3(TC左右。采用PLC可編程控制器自動控制兩個序 批式反應器的進水、曝氣、攪拌、沉淀、排水等運行。 實施效果 單泥生物脫氮除磷工藝中除磷菌、反硝化菌、硝化菌等共同存在于同一活性污泥 系統(tǒng)中，必然存在這硝化菌和除磷菌的不同泥齡之爭，使除磷和硝化作用相互干擾，同時因為硝化菌是自養(yǎng)型專性好氧微生物，反硝化菌和除磷菌是異養(yǎng)型兼生菌，系統(tǒng)的A/A/0交 替運行對除磷和反硝化都比較有利，但是對硝化菌來說卻不是合適的生長環(huán)境。根據(jù)反硝 化脫氮除磷理論，設計了一個能長期穩(wěn)定運行的雙泥膜法SBR反硝化生物脫氮除磷工藝， 把硝化菌和反硝化除磷菌(DPB)在不同的污泥系統(tǒng)分別進行培養(yǎng)，即可以避免傳統(tǒng)脫氮 除磷工藝中反硝化菌和DPB對有機物的競氧也避免了兩種細菌泥齡的差異。在雙泥膜法 SBR(序批式反應器)反硝化除磷脫氮系統(tǒng)中硝化反應所需的最小SRT不再是反硝化除磷過 程的控制因素，可根據(jù)實際要求而改變各自的SRT，為硝化菌和DPB創(chuàng)造了各自最佳的生長 環(huán)境，因而可以實現(xiàn)理想的硝化和反硝化除磷。 本實用新型實施效果分為6個階段考察，第一階段為試運行階段；經(jīng)過32天的試 運行，系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定后，進行第二個階段即泥齡減少到5天考察超短泥齡對系統(tǒng)處理 效果的影響；第三個階段是系統(tǒng)恢復階段，經(jīng)過3天的短泥齡運行，泥量損失較多，系統(tǒng)回 復到10天泥齡運行20天；第四階段是系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定后，將泥齡提高到20天，以考察系 統(tǒng)的運行情況；第五階段將COD濃度降低到150mg/L，考察低C/N比對反硝化除磷效果的影 響。第六階段1#序批式反應器的水溫在17t:左右，考察了低溫對反硝化除磷效果的影響。 進水采用人工配制的合成廢水，主要成分為250mgC0D/L NaAc，0. 028g/LK2HP04， 0. 022g/LKH2P04，0. 115g/LNH4Cl， 0. 035g/LCaCl2 2H20，0. 15g/LMgS04 7H20，0. 3ml/L微量 元素溶液。微量元素溶液成分為(1L蒸餾水中):10gEDTA， 1. 5gFeCl3 6H20，0. 15gH萬， 0. 03gCuS04 5H20，0. 18gKI，0. 12gMnCl2 4H20，0. 06gNaMo04 2H20，0. 12gZnS04 7H20， 0. 15gCoCl2 6H20。試驗接種污泥取自廣州市某污水處理廠。
分析方法COD :XJ-1型COD消解儀消解，重鉻酸鉀法；TP :鉬銻抗分光光度法； NH4+_N :納氏試劑光度法；N02—-N :N-(l-萘基)_乙二胺光度法；N03—-N :紫外分光光度法。 1、C0D的去除效果 由附圖3可以看出， 一種反硝化同時脫氮除磷裝置對COD有很好的處理效果。對 于模擬的生活污水(由醋酸鈉配制)，系統(tǒng)對COD的去除總體來說比較穩(wěn)定，出水COD基本 在20mg/L以下，達到國家排放標準。出水濃度波動幅度較小，去除率基本在90%以上。但 是泥齡控制在5天時(第二階段)，COD的去除率僅有70%左右，這是由于每天的排泥量高 達2. 4L，沒有足夠的微生物降解COD。不同于傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝有機物的去除方式，雙 泥系統(tǒng)中大部分有機物是在厭氧池中被反硝化除磷菌消耗用于合成細胞內(nèi)的貯存顆粒PHB
和釋放磷的。 2、氨氮的去除 如圖4所示，進水氨氮在30mg/L左右，出水氨氮都維持在比較低的水平，基本小 于3mg/L，氨氮去除率在90%以上。這是由于雙泥工藝的硝化反應是在以纖維填料為載體 的2#序批式生物膜反應器中進行的，纖維填料比表面積大，掛膜效果好，確保了硝化性能的 穩(wěn)定。由于"序批式反應器中的原水厭氧釋磷后只有75%交換到2#序批式生物膜反應器 中，也即水的交換率為75%，所以不是1#序批式反應器中所有的氨氮都能被硝化，還殘留 有部分的氨氮，這部分氨氮在30min好氧吹脫曝氣時會被氧化為硝氮或亞硝氮。所以在整 個運行期間氨氮的去除率都很高，在90%以上，出水氨氮都維持在比較低的水平，基本小于 3mg/L。 3、P的去除
6[0041] 從圖5可以看出在除磷率在運行的第8天達到95%，出水磷含量低于0. 5mg/L，在 第一階段余下的時間，出水磷的含量基本維持在0. 5mg/L以下，除磷效果良好。在第二階段 將泥齡減少到5天，發(fā)現(xiàn)除磷率高達98. 56% ，但是C0D去除率很低，而且在第二階段的3天 里，除磷率也是不斷下降，而且污泥明顯變稀，這可能是排泥過多，污泥中的除磷菌損失較 大，MLSS濃度較低造成的。第三階段泥齡恢復到10天左右，經(jīng)過20天的運行系統(tǒng)除磷效 果穩(wěn)定后，將SRT增加到20天，發(fā)現(xiàn)除磷率迅速下降到50%左右，出水磷的含量很高。這是 由于排泥量過少，含磷的污泥留在反應器中，達不到去除磷的目的。由此可見SRT對于保證 系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行非常重要，一種反硝化同時脫氮除磷裝置SRT維持在10天左右，即能 保證系統(tǒng)有足夠的污泥量，又能保證排泥后不會影響系統(tǒng)的除磷效果。 從圖5中還可以看出，C0D濃度較低的第5階段的除磷率明顯低于第一和第三階 段。這是由于第5階段COD濃度降低到150mg/L時，系統(tǒng)VFA含量少，厭氧釋磷量也少，這 樣在缺氧段結束時還會有大量N03—-N殘余，這些殘余下來的N03—-N又會嚴重影響下一周期 的厭氧釋磷效果，所以過低的COD不利于磷的去除。從圖5還可以看出溫度對反硝化除磷 的影響。在溫度只有17t:左右的第六階段，磷的去除率在59. 43% -76. 42%，普偏低于第五 階段的77. 12% -85. 49%。所以一種反硝化同時脫氮除磷裝置在低溫條件下運行，需要適 當?shù)匮娱L缺氧吸磷的時間。 4、一種反硝化同時脫氮除磷裝置運行周期水質分析 圖6是一種反硝化同時脫氮除磷裝置運行穩(wěn)定后監(jiān)測的一個典型運行周期內(nèi)的
水質變化情況。
(1)厭氧段 由圖6可以看出，在整個厭氧段氨氮的濃度變化不大，這部分氨氮消耗是用于微 生物生長繁殖需要。在上個周期好氧段結束后殘留于反應器中的硝氮在厭氧初期很快被反 硝化完畢。污水中的C0D在厭氧段被快速吸附和降解，去除率高達96.8X，事實上，在厭氧 吸附95min左右，水中C0D去除率就達到80% 。伴隨著水中C0D的去除，反應器中出現(xiàn)厭氧 釋磷現(xiàn)象，釋磷速率與水中COD的去除速率相對應。在開始80min，混合液中磷的含量已經(jīng) 達到20. 276mg/L。接下來磷的釋放和COD的降解速率都變緩。由于進水中的有機物絕大部 分在厭氧條件下被去除，使得有機物最大可能地用于厭氧釋磷和合成后續(xù)缺氧反硝化吸磷 脫氮所需要的內(nèi)碳源PHB，提高了有機物在生物脫氮吸磷中的利用率，避免了在好氧階段被 其他細菌所利用。而且COD未經(jīng)氧化直接以厭氧產(chǎn)物的形式被去除，比傳統(tǒng)活生污泥法節(jié) 省了曝氣量。由于進水中有機物在厭氧條件下幾乎被全部去除，為下一步2#序批式生物膜 反應器的硝化反應提供了低C/N比的進水，保證了 2#序批式生物膜反應器中硝化菌的優(yōu)勢 地位，為高效的硝化反應打下基礎。 (2)好氧段 圖6顯示在2#序批式生物膜反應器中發(fā)生了好氧硝化反應，水中的氨氮被迅速硝 化，與之相應N03—-N的濃度大幅提高，N02—-N濃度也有所增加。由于2#序批式生物膜反應 器反應器一直處于好氧硝化狀態(tài)，且水中COD含量很低，不排泥，不利于除磷菌的生長，所 以在整個硝化階段P的含量基本保持不變。由周期水質變化圖可知，2#序批式生物膜反應 器是很好的生物硝化系統(tǒng)，其良好的性能取決于為2#序批式生物膜反應器所設計的運行條 件完全好氧；超長泥齡；基本無C0D符合。[0049] (3)缺氧段 由圖6還可以看到在缺氧段N(V-N濃度急劇下降，同時伴隨著磷的快速吸收，也就 是說在缺氧段中發(fā)生了反硝化除磷現(xiàn)象，反硝化除磷菌經(jīng)過厭氧段充分釋磷并吸收快速降 解有機物合成大量的PHB后，進入缺氧段利用硝酸鹽作為最終電子受體缺氧呼吸分解菌體 內(nèi)的PHB，產(chǎn)生大量的能量用于磷的吸收和聚磷的合成。脫氮和除磷的速度也呈現(xiàn)先快后慢 的趨勢。在缺氧段結束時P的濃度由缺氧開始時的24. 897mg/L下降到1. 69mg/L，相對應 N03—-N的濃度由22. 643mg/L下降到0. 568mg/L。污水中殘留的氨氮濃度幾乎沒有變化。 [OO51] (4)吹脫曝氣段 進入好氧吹脫曝氣階段后反應器內(nèi)出現(xiàn)了好氧吸磷現(xiàn)象，P濃度由1. 69mg/L降到
0. 478mg/L。水中殘留的氨氮在30min好氧期間迅速被硝化，氨氮濃度由5. 847mg/L降到
1. 574mg/L， N03—-N濃度上升到3. 526mg/L。
權利要求一種反硝化同時脫氮除磷裝置，其特征在于包括1#序批式反應器(2)、2#序批式反應器(5)和硝酸鹽交換器(9)；1#序批式反應器(2)通過管道與第一進水泵(1)連接，還通過第一排水閥(11)與硝酸鹽交換器(9)連通；硝酸鹽交換器(9)通過第三進水泵(7)與1#序批式反應器(2)連接，還通過第二進水泵(4)與2#序批式反應器(5)連接，2#序批式反應器(5)還通過第二排水閥(12)與硝酸鹽交換器(9)連通；所述1#序批式反應器(2)和2#序批式反應器(5)內(nèi)分別設有第二鼓風機(8)和第一鼓風機(6)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的反硝化同時脫氮除磷裝置，其特征在于所述1#序批式反應器 (2)還設有攪拌器(3)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的反硝化同時脫氮除磷裝置，其特征在于所述1#序批式反應器 和2#序批式反應器為雙層圓柱體結構，中間設有用于盛放熱水的空腔，恒溫水浴鍋通過管 道分別與1#序批式反應器和2#序批式反應器的雙層圓柱體中間空腔連通。
4. 根據(jù)權利要求1所述的反硝化同時脫氮除磷裝置，其特征在于所述設備還包括PLC 可編程控制器(IO)，可編程控制器(10)分別與第一進水泵(1)、第二進水泵(4)、第三進水 泵(7)、第一鼓風機(6)、第一排水閥(11)、第二排水閥(12)、攪拌器(3)和第二鼓風機(8) 連接。
5. 根據(jù)權利要求1所述的反硝化同時脫氮除磷裝置，其特征在于所述1#序批式反應器 (2)或2#序批式反應器為有機玻璃制備。
專利摘要本實用新型公開了一種反硝化同時脫氮除磷裝置，包括1#序批式反應器(2)、2#序批式反應器(5)和硝酸鹽交換器(9)；1#序批式反應器(2)通過管道與第一進水泵(1)連接，還通過管道與硝酸鹽交換器(9)連通；硝酸鹽交換器(9)通過第三進水泵(7)與1#序批式反應器(2)連接，還通過第二進水泵(4)與2#序批式反應器(5)連接，2#序批式反應器(5)還通過管道與硝酸鹽交換器(9)連通。本實用新型采用活性污泥法和生物膜法相結合的技術，將硝化菌和反硝化除磷菌在不同的污泥系統(tǒng)中分別進行培養(yǎng)，既可以避免傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中反硝化菌和除磷菌對有機物的競爭，也避免了由于硝化菌和除磷菌泥齡差異導致的矛盾。
文檔編號C02F9/14GK201545767SQ20092023814
公開日2010年8月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者周少奇, 張曉潔 申請人:華南理工大學