專利名稱：半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污水生物處理技術領域，尤其涉及一種半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法。
背景技術：
能源是戰(zhàn)略性的經濟資源。隨著我國經濟的快速發(fā)展，能源的需求與日俱增。城市污水處理是能源密集的行業(yè)之一，在常規(guī)的城市污水處理廠的運行成本中，電費約占三分之一多。而污水生物處理系統(tǒng)中曝氣電耗占污水處理廠全廠電耗的40%-50%。近年來污水處理排放標準日益嚴格，而隨著處理要求的提高，污水處理過程的能耗也隨之提高?，F(xiàn)有的污水處理廠多采用傳統(tǒng)生物脫氮工藝，以有機物作為碳源，通過反硝化作用將硝態(tài)氮轉化為氮氣，存在曝氣時間長，處理效率不高，運行費用高等問題。因此，尋求高效低能耗的城市污水處理工藝顯得越來越迫切。厭氧氨氧化菌的發(fā)現(xiàn)給傳統(tǒng)脫氮除磷工藝的改善提供了一個契機，與傳統(tǒng)脫氮工藝相比優(yōu)勢明顯，無需外加碳源，與傳統(tǒng)工藝相比節(jié)約60%的曝氣量，溫室氣體排放量少。目前厭氧氨氧化污水自養(yǎng)脫氮工藝的研究，已經成功應用于高氨氮廢水處理，而對低氨氮廢水自養(yǎng)脫氮工藝的研究相對較少。因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題，通過半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝處理城市污水使厭氧氨氧化技術成功應用在生活污水的深度脫氮處理中，采用半短程硝化技術， 使硝化系統(tǒng)更易穩(wěn)定維持短程，具有低耗氧量，無需外加碳源，無需中和劑等諸多優(yōu)點。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法，采用厭氧氨氧化技術脫氮解決傳統(tǒng)工藝曝氣量高，處理效率低，需外加碳源，運行費用高等問題，實現(xiàn)了高效低能耗的城市污水處理。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，包括順序串聯(lián)的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節(jié)水箱、半短程硝化 SBR反應器、第二調節(jié)水箱和自養(yǎng)脫氮UASB反應器；其中，所述原水水箱通過進水泵與除有機物SBR反應器相連；除有機物SBR反應器出水閥與第一調節(jié)水箱相連；第一調節(jié)水箱通過進水泵與半短程硝化SBR反應器相連；半短程硝化SBR反應器出水閥與第二調節(jié)水箱相連；第一調節(jié)水箱底部通過超越管與第二調節(jié)水箱相連并配有蠕動泵調節(jié)流量；最終第二調節(jié)水箱中污水進入自養(yǎng)脫氮UASB反應器。進一步地，所述除有機物SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。進一步地，所半短程硝化SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。進一步地，所述原水水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
進一步地，所述第一調節(jié)水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。進一步地，所述第二調節(jié)水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。進一步地，所述自養(yǎng)脫氮反應器包括三相分離器、排氣管、溢流堰和出水管。本發(fā)明還提供了一種半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷的方法，包括將城市污水廠剩余污泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內污泥濃度MLSS = 2500-5000mg/L ；每周期厭氧攪拌10 30min，隨后曝氣攪拌30 60min，曝氣量恒定50 300L/h，沉淀排水，排水比為20 60%，當除有機物SBR反應器處理水COD < 80mg/L,且硝化率< 5%，出水P < lmg/L時，完成SBR除有機物反應器的啟動；出水排入第一調節(jié)水箱；將短程硝化污泥或城市污水廠剩余污泥投加至半短程硝化SBR反應器，控制反應器內污泥濃度為MLSS = 2500-5000mg/L，每周期通過蠕動泵將污水從第一調節(jié)水箱抽入反應器，曝氣攪拌，控制反應器內溶解氧為0. 5 ang/L，曝氣1. 5h 池，沉淀排水，排水比為 20 60%，當半短程硝化SBR反應器處理水NH4+-N NO2^-N =1 1 1 1. 3時，完成半短程硝化SBR反應器的啟動；出水排入第二調節(jié)水箱；將厭氧氨氧化顆粒污泥或絮狀污泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH4+-N與Ν02_-Ν轉化為隊排出系統(tǒng)，當UASB反應器處理水NH4+-N濃度< lmg/L，或 NO2--N濃度< lmg/L，完成UASB反應器的啟動調試；三段反應器分別啟動成功后，系統(tǒng)正式運行，生活污水全部進入除有機物SBR反應器，實現(xiàn)有機物的去除，并通過厭氧好氧過程實現(xiàn)磷的釋放與吸收，其處理水排入第一調節(jié)水箱，半短程硝化SBR反應器處理水全部來自除有機物SBR反應器出水并將處理水排入第二調節(jié)水箱，最終污水進入UASB反應器實現(xiàn)厭氧氨氧化去除總氮。綜上，本發(fā)明提供的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法，將異養(yǎng)菌、氨氧化菌與厭氧氨氧化菌分開于三個獨立的系統(tǒng)中，利于各系統(tǒng)的高效運行，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。將污泥按污泥齡分開，避免了異養(yǎng)菌的快速繁殖對自養(yǎng)脫氮菌群的影響，將好氧菌與厭氧菌分開避免了氧對厭氧氨氧化菌的抑制作用，進而保證厭氧菌的高效性。將厭氧氨氧化技術應于生活污水的深度脫氮處理中，使耗氧量與傳統(tǒng)脫氮方式相比降低60 %，并無需外加碳源，無需中和劑。硝化系統(tǒng)進水全部為去除有機物后的原水，易提高該系統(tǒng)中自養(yǎng)硝化細菌的濃度。硝化系統(tǒng)采用半段短程硝化，使其更易穩(wěn)定維持短程，保證硝化系統(tǒng)的亞硝化率， 為系統(tǒng)脫氮穩(wěn)定性提供保障。該系統(tǒng)無須在線監(jiān)測裝置及反饋裝置，反應器結構簡單。采用UASB反應器培養(yǎng)厭氧氨氧化菌易于形成顆粒污泥，保證系統(tǒng)具有較強的生物持留能力，提高系統(tǒng)抗沖擊性能。除有機物反應器排放的剩余污泥中富含大量有機物，可用于產甲烷，最大程度的實現(xiàn)能量的回收利用。同時剩余污泥中含磷量較高，可對污泥進一步處理，實現(xiàn)磷資源的回收利用。


圖1是本發(fā)明半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示結構圖，1為生活污水原水箱；2為除有機物SBR反應器；3為第一調節(jié)水箱；4為半短程硝化SBR反應器；5為第二調節(jié)水箱；6為第二調節(jié)水箱氨氮與亞硝濃度泵；7為自養(yǎng)脫氮UASB反應器；其中1. 1為生活污水原水箱溢流管，1. 2為放空管(第一調節(jié)水箱和第二調節(jié)水箱與原水水箱結構相同)；2. 1為進水泵，2. 2為攪拌器，2. 3為攪拌槳， 2. 4為曝氣頭，2. 5為氣體流量計，2. 6為氣泵，2. 7為排泥放空管，2. 8為排水閥(半短程硝化SBR反應器與除有機物SBR反應器結構相同)；7. 1為自養(yǎng)脫氮反應器進水泵，7. 2為取樣口，7. 3為三相分離器，7. 4為溢流堰，7. 5為排氣管，7. 6為出水管。半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝包括順序串聯(lián)的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節(jié)水箱、半短程硝化SBR反應器、第二調節(jié)水箱、自養(yǎng)脫氮反應器； 除有機物SBR反應器和半短程硝化SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門；原水水箱、第一調節(jié)水箱和第二調節(jié)水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管；自養(yǎng)脫氮反應器包括三相分離器、排氣管、溢流堰和出水管。其中，所述原水水箱通過進水泵與除有機物SBR反應器相連；除有機物SBR反應器出水閥與第一調節(jié)水箱相連；第一調節(jié)水箱通過進水泵與半短程硝化SBR反應器相連；半短程硝化SBR反應器出水閥與第二調節(jié)水箱相連；第一調節(jié)水箱底部通過超越管與第二調節(jié)水箱相連并配有蠕動泵調節(jié)流量；最終第二調節(jié)水箱中污水進入自養(yǎng)脫氮UASB反應器。城市污水在此裝置中的處理流程為城市污水首先進入除有機物SBR反應器完成有機物的去除或吸附，將污水中有機物富集到污泥中，可對剩余污泥進行產甲烷發(fā)酵以實現(xiàn)能量的回收，同時通過厭氧釋磷好氧吸磷實現(xiàn)對污水中磷的去除；除有機物SBR反應器出水排入第一調節(jié)水箱；半短程硝化SBR反應器的進水全部來自第一調節(jié)水箱，對污水進行半短程硝化，將水中氨氮部分轉化為亞硝酸鹽氮，出水排入第二調節(jié)水箱；最終第二調節(jié)水箱內污水進入UASB反應器實現(xiàn)厭氧氨氧化，達到將氮從生活污水中脫除的目的。污水處理方法具體包括以下步驟將城市污水廠剩余污泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內污泥濃度MLSS = 2500-5000mg/L ；每周期厭氧攪拌10 30min，隨后曝氣攪拌30 60min，曝氣量恒定50 300L/h，沉淀排水，排水比為20 60%，當除有機物SBR反應器處理水COD < 80mg/L,且硝化率< 5%，出水P < lmg/L時，完成SBR除有機物反應器的啟動；出水排入第一調節(jié)水箱；將短程硝化污泥或城市污水廠剩余污泥投加至半短程硝化SBR反應器，控制反應器內污泥濃度為MLSS = 2500-5000mg/L，每周期通過蠕動泵將污水從第一調節(jié)水箱抽入反應器，曝氣攪拌，控制反應器內溶解氧為0. 5 ang/L，曝氣1. 5h 池，沉淀排水，排水比為 20 60%，當半短程硝化SBR反應器處理水NH4+-N NO2^-N =1 1 1 1. 3時，完成半短程硝化SBR反應器的啟動；出水排入第二調節(jié)水箱；將厭氧氨氧化顆粒污泥或絮狀污泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH4+-N與Ν02_-Ν轉化為隊排出系統(tǒng)，當UASB反應器處理水NH4+-N濃度< lmg/L，或 NO2--N濃度< lmg/L，完成UASB反應器的啟動調試；三段反應器分別啟動成功后，系統(tǒng)正式運行，除有機物SBR反應器處理水排入第一調節(jié)水箱，半短程硝化SBR反應器處理水全部來自除有機物SBR反應器出水并將處理水排入第二調節(jié)水箱，最終污水進入UASB反應器實現(xiàn)厭氧氨氧化去除總氮。具體試驗用水取自北京工業(yè)大學家屬區(qū)生活污水，其水質如下C0D190mg/L 289mg/L ；NH4+-N 50mg/L 89mg/L ；NO2^-N < lmg/L ；NOf-N 0. 12mg/L 1. Omg/L ；P 4mg/ L 7mg/L。試驗系統(tǒng)如圖1所示，自養(yǎng)脫氮UASB反應器采用有機玻璃制成，反應區(qū)內徑為 6cm，有效容積為1. 5L ；除有機物SBR反應器有效容積為10L，短程硝化SBR反應器有效容積為 10L。具體運行操作如下系統(tǒng)啟動1)將城市污水廠剩余污泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內污泥濃度MLSS =3500-5000mg/L ；每周期厭氧攪拌20min，隨后曝氣攪拌20min，曝氣量恒定300L/h，沉淀排水，排水比為40%。每天運行8個周期，并按污泥濃度排泥。馴化3周后，除有機物SBR 反應器處理水達到COD < 90mg/L,且硝化率< 3%，出水P < lmg/L,完成SBR除有機物反應器的啟動；將出水排入第一調節(jié)水箱。2)將短程硝化污泥投加至半短程硝化SBR反應器，控制反應器內污泥濃度為MLSS =3000-4500mg/L，每周期曝氣攪拌1. 5-2.證，控制反應器內溶解氧恒定為^ig/L，沉淀排水，排水比為60%，系統(tǒng)SRT為15d。通過不斷的排泥將NOB淘洗出反應器，經過30天的馴化，短程硝化SBR反應器處理水為NH4+-N NO2--N = 1 1 1 1.3，完成半短程硝化 SBR反應器的啟動；出水排入第二調節(jié)水箱。3)采用人工配水，控制第二調節(jié)水箱內NH4+-N濃度20mg/L，N02_-N濃度26mg/L，添加微生物生長必須的微量元素；將厭氧氨氧化顆粒污泥及絮狀污泥投入UASB反應器，啟動進水泵，通過40d的污泥馴化，系統(tǒng)成功啟動，厭氧氨氧化作用將進水中的NH/-N與NO2--N 轉化為N2排出系統(tǒng)，UASB反應器處理水NH/-N濃度< lmg/L，或Ν02__Ν濃度< lmg/L。系統(tǒng)運行調試三段反應器分別啟動成功后，系統(tǒng)正式運行，除有機物SBR反應器處理水排入第一調節(jié)水箱，半短程硝化SBR反應器處理水排入第二調節(jié)水箱，最終污水進入UASB反應器實現(xiàn)厭氧氨氧化，其中當半短程硝化反應器出水中NH4+-N，N02_-N的濃度比例不在1 1 1 1.3范圍內，可通過6水泵進行調節(jié)。試驗結果表明運行穩(wěn)定后，自養(yǎng)脫氮反應器最大氮去除速率約為lOkgN/m3 ·(!，處理水 COD 為;35-50mg/L，NH4+_N < 3mg/L, NOf-N < lmg/L, P < lmg/L。本發(fā)明半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法可廣泛用于城市污水及其他低氨氮有機工業(yè)廢水處理。以上對本發(fā)明所提供的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，包括順序串聯(lián)的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節(jié)水箱、半短程硝化SBR反應器、第二調節(jié)水箱和自養(yǎng)脫氮UASB反應器；其中，所述原水水箱通過進水泵與除有機物SBR反應器相連；除有機物SBR反應器出水閥與第一調節(jié)水箱相連；第一調節(jié)水箱通過進水泵與半短程硝化SBR反應器相連；半短程硝化SBR反應器出水閥與第二調節(jié)水箱相連；第一調節(jié)水箱底部通過超越管與第二調節(jié)水箱相連并配有蠕動泵調節(jié)流量；最終第二調節(jié)水箱中污水進入自養(yǎng)脫氮 UASB反應器。
2.根據(jù)權利要求1所述的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，所述除有機物SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。
3.根據(jù)權利要求1所述的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，所述半短程硝化SBR反應器內置有攪拌裝置、曝氣頭、氣體流量計、曝氣泵、出水管和出水閥門。
4.根據(jù)權利要求1所述的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，所述原水水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
5.根據(jù)權利要求1所述的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，所述第一調節(jié)水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
6.根據(jù)權利要求1所述的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，所述第二調節(jié)水箱為封閉箱體，設有溢流管和放空管。
7.根據(jù)權利要求1所述的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝，其特征在于，所述自養(yǎng)脫氮反應器包括三相分離器、排氣管、溢流堰和出水管。
8.半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷的方法，其特征在于，包括將城市污水廠剩余污泥投加至除有機物SBR反應器，使反應器內污泥濃度MLSS = 2500-5000mg/L ；每周期厭氧攪拌10 30min，隨后曝氣攪拌30 60min，曝氣量恒定50 300L/h，沉淀排水，排水比為20 60%，當除有機物SBR反應器處理水COD < 80mg/L,且硝化率< 5%，出水P < lmg/L時，完成SBR除有機物反應器的啟動；出水排入第一調節(jié)水箱；將短程硝化污泥或城市污水廠剩余污泥投加至半短程硝化SBR反應器，控制反應器內污泥濃度為MLSS = 2500-5000mg/L，每周期通過蠕動泵將污水從第一調節(jié)水箱抽入反應器，曝氣攪拌，控制反應器內溶解氧為0. 5 ang/L，曝氣1. 5h 池，沉淀排水，排水比為 20 60%，當半短程硝化SBR反應器處理水NH4+-N NO2^-N =1 1 1 1. 3時，完成半短程硝化SBR反應器的啟動；出水排入第二調節(jié)水箱；將厭氧氨氧化顆粒污泥或絮狀污泥投入UASB反應器，通過厭氧氨氧化作用將進水中的NH/-N與Ν02_-Ν轉化為隊排出系統(tǒng)，當UASB反應器處理水NH4+-N濃度< lmg/L，或Ν02__Ν 濃度< lmg/L，完成UASB反應器的啟動調試；三段反應器分別啟動成功后，系統(tǒng)正式運行，生活污水全部進入除有機物SBR反應器， 實現(xiàn)有機物的去除，并通過厭氧好氧過程實現(xiàn)磷的釋放與吸收，其處理水排入第一調節(jié)水箱，半短程硝化SBR反應器處理水全部來自除有機物SBR反應器出水，通過固定曝氣時間實現(xiàn)污水的半短程硝化，并將其處理水排入第二調節(jié)水箱，最終污水進入自養(yǎng)脫氮UASB反應器實現(xiàn)厭氧氨氧化去除總氮。
全文摘要
本發(fā)明提供的半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法，屬于污水生物處理技術領域，所述工藝包括順序串聯(lián)的原水水箱、除有機物SBR反應器、第一調節(jié)水箱、半短程硝化SBR反應器、第二調節(jié)水箱和自養(yǎng)脫氮UASB反應器；將污泥按污泥齡分開，避免了異養(yǎng)菌的快速繁殖對自養(yǎng)脫氮菌群的影響，硝化系統(tǒng)采用半段短程硝化，使其更易穩(wěn)定維持短程，保證硝化系統(tǒng)的亞硝化率，為系統(tǒng)脫氮穩(wěn)定性提供保障。將厭氧氨氧化技術應于生活污水的深度脫氮處理中，使耗氧量與傳統(tǒng)脫氮方式相比降低60％，并無需外加碳源，無需中和劑，實現(xiàn)了高效低能耗的城市污水處理。
文檔編號C02F9/14GK102557356SQ20121003564
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權日2012年2月16日
發(fā)明者唐曉雪, 彭永臻, 徐竹兵, 王淑瑩, 馬斌 申請人:北京工業(yè)大學