專利名稱：一種強(qiáng)化低碳磷比污水的短程硝化及反硝化除磷脫氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水處理方法，特別是一種強(qiáng)化低碳磷比污水的短程硝化及反硝化除磷脫氮方法。
背景技術(shù)：
水體富營養(yǎng)化是一個(gè)全球性的環(huán)境問題，它是由于水體中氮、磷含量超標(biāo)導(dǎo)致藻類過渡繁殖引起的。為了進(jìn)一步降低氮磷對水環(huán)境 造成的危害，許多國家和地區(qū)立法對污水中氮、磷等指標(biāo)制定了新的排放標(biāo)準(zhǔn)。如我國頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)明確規(guī)定了較為嚴(yán)格的TP、NH3-N和TN的排放標(biāo)準(zhǔn)分別為TP ( 0. 5mg/L，NH3-N ( 5mg/L, TN ( 15mg/L ( 一級A標(biāo)準(zhǔn))。目前國內(nèi)建成的大多二級污水處理廠均有不適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)要求的問題，面臨著嚴(yán)峻的改造任務(wù)。為進(jìn)一步提高城市污水的脫氮除磷效果，防治水體富營養(yǎng)化，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的城市污水、尤其是低碳源城市污水除磷脫氮新技術(shù)具有重要的實(shí)踐意義?，F(xiàn)有的生物脫氮除磷工藝基本是在傳統(tǒng)生物脫氮除磷理論基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建的。其主要缺點(diǎn)有工藝流程中包含多種污泥和混合液的回流，加大系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，提高了基建和運(yùn)行費(fèi)用，且生物脫氮除磷過程對能源(如cod、o2)消耗較多；同一系統(tǒng)中存在多種微生物的相互影響，制約了工藝的高效性和穩(wěn)定性；剩余污泥產(chǎn)量較大，且磷含量較高，不易處理。以上這些都不符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求。隨著生物脫氮除磷理論和技術(shù)研究深入，處理效率高、工藝簡潔、能耗較低的組合新工藝將成為污水脫氮除磷工藝的發(fā)展趨勢。近年來，反硝化除磷技術(shù)的研究和開發(fā)，為解決上述問題提供了有效的解決途徑，成為當(dāng)前水處理領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。反硝化除磷技術(shù)是利用反硝化聚磷菌(DPAOs)在缺氧的條件下利用硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化除磷，實(shí)現(xiàn)了脫氮和除磷過程的耦合，從根本上解決了傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝中脫氮和除磷兩個(gè)過程在碳源競爭問題上的矛盾。由氮的轉(zhuǎn)化途徑可知，亞硝態(tài)氮是硝化和反硝化過程中的一種中間產(chǎn)物，當(dāng)亞硝酸鹽濃度較低時(shí)，其可作為DPAOs的電子受體進(jìn)行反硝化除磷。從化學(xué)計(jì)量學(xué)上分析，利用亞硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化除磷的亞硝化-反硝化除磷可縮短傳統(tǒng)反硝化除磷的路徑，節(jié)省40% COD和25%02消耗，同時(shí)具有周期短、吸磷和放磷速度快的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的生物除磷技術(shù)相比，短程硝化反硝化除磷在污水氮、磷去除過程中更加節(jié)省碳源和能源，因此被譽(yù)為“可持續(xù)生物除磷脫氮工藝”。綜上所述，在反硝化除磷技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的亞硝化反硝化除磷技術(shù)具有節(jié)省碳源、耗能少等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今城市污水氮磷處理方面具有很明顯的優(yōu)越性，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。而目前關(guān)于實(shí)現(xiàn)亞硝化反硝化除磷的各類功能菌的馴化不易在單一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行一般采用兩段式或多種反應(yīng)器組合的模式，如有學(xué)者采用厭氧-好氧-缺氧多級反應(yīng)器，也有學(xué)者采用兩段式SBR雙污泥工藝，所述的SBR為序批式生物反應(yīng)器；以上方式可較好地實(shí)現(xiàn)了亞硝酸鹽氮的積累和以NO2-N為電子受體的反硝化聚磷菌的富集?？梢?，多級反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)較好的短程硝化反硝化除磷效能，但多級反應(yīng)器或雙泥SBR系統(tǒng)存在工藝繁瑣、操作不便、控制復(fù)雜等諸多缺陷。此外，也有一些學(xué)者研究了傳統(tǒng)的一段式SBR反應(yīng)器的短程硝化反硝化除磷的特性，研究表明一段式SBR系統(tǒng)內(nèi)多種種群因泥齡(SBR)及對DO與營養(yǎng)需求的不同，引起以N02-N為電子受體的短程硝化反硝化除磷比例較低。因此，需要針對不同功能菌對環(huán)境要求構(gòu)建與之相適應(yīng)的環(huán)境條件，以培養(yǎng)和馴化不同功能微生物菌種，以強(qiáng)化短程硝化反硝化除磷效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種強(qiáng)化低碳磷比污水的短程硝化及反硝化除磷脫氮方法，解決現(xiàn)有的生物脫氮除磷工藝流程中包含 多種污泥和混合液的回流，系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，基建運(yùn)行費(fèi)用高，對能源消耗較多；剩余污泥產(chǎn)量較大，且磷含量較高，不易處理的問題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該除磷脫氮方法為構(gòu)建懸浮-附著耦合SBR短程硝化反硝化除磷一段式SBR，實(shí)現(xiàn)硝化細(xì)菌和聚磷菌兩種不同功能菌在同一反應(yīng)器共存，根據(jù)硝化細(xì)菌和除磷菌對生長環(huán)境及泥齡要求的不同，把一段式SBR分為上下兩個(gè)部分，上部內(nèi)置生物膜填料供好氧硝化細(xì)菌附著生長，下部為懸浮生長的聚磷菌，且泥齡可以分別控制，從而創(chuàng)造了對泥齡要求不同的硝化細(xì)菌和除磷菌在同一 SBR反應(yīng)器內(nèi)共存的環(huán)境條件；
具體的運(yùn)行方法為
(1)污水首先從底部進(jìn)入懸浮-附著生物反應(yīng)器內(nèi)，與底部懸浮生長的反硝化除磷功能的活性污泥混合攪拌，進(jìn)行厭氧釋磷反應(yīng)0. 5-2. 5h，同時(shí)利用進(jìn)水水流的承托作用實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)水和溢流排水過程；
(2)厭氧釋磷結(jié)束后，啟動(dòng)混合液回流泵把上部混合液回流至下部懸浮生長區(qū)，利用水力的抬升作用把經(jīng)過厭氧釋磷后富含氨氮的混合液提升至上部附著生長區(qū)，停止混合液回流泵，接著向附著生長區(qū)內(nèi)的微生物進(jìn)行曝氣，控制溶解氧濃度為0. 4-1. 2 mg/L進(jìn)行好氧短程硝化l_4h ；
(3)停止曝氣，通過回流泵把上部硝化液循環(huán)至下方懸浮污泥區(qū)進(jìn)行缺氧反硝化吸磷反應(yīng) 0. 5-2h ；
(4)缺氧反硝化吸磷結(jié)束后沉淀5-60min，并在沉淀后期通過放空/排泥閥排出一定量的富磷污泥以現(xiàn)實(shí)除磷。有益效果，由于采用了上述方案，污水首先經(jīng)過底部懸浮污泥進(jìn)行厭氧釋磷和有機(jī)物的吸收，同時(shí)利用水流的承托作用實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)水和溢流排水過程；進(jìn)水、排水和厭氧釋磷結(jié)束后，通過回流泵把上部膜區(qū)硝化液循環(huán)至下部厭氧區(qū)，利用水流的承托作用把經(jīng)過厭氧釋磷和有機(jī)物吸收后富含氨氮的進(jìn)行抬升至上部膜區(qū)；接著通過控制上部附著生長區(qū)的溶解氧以進(jìn)行短程硝化；然后通過回流泵把上部硝化液回流至下部懸浮生長區(qū)進(jìn)行短程硝化反硝化除磷；缺氧反硝化吸磷，最后進(jìn)行沉淀，沉淀后進(jìn)入下一個(gè)周期。整個(gè)運(yùn)行周期為6-8h,其中進(jìn)水/排水/厭氧釋磷0. 5-1. 5h,混合液回流0. 2-0. 9h,短程硝化反應(yīng)l_4h,反硝化除磷0. 5-1. 5h，沉淀0. 1-lh。解決了現(xiàn)有的生物脫氮除磷工藝流程中包含多種污泥和混合液的回流，系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，基建運(yùn)行費(fèi)用高，對能源消耗較多；剩余污泥產(chǎn)量較大，且磷含量較高，不易處理的問題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明創(chuàng)造了硝化細(xì)菌和聚磷菌在一段式SBR系統(tǒng)共存的環(huán)境條件，有效解決了除磷和脫氮過程中對碳源競爭的矛盾和泥齡矛盾，強(qiáng)化了低碳源污水的短程硝化反硝化除磷效能，并顯著降低占地面積，節(jié)省了曝氣和碳源，適合于低C/P比污水的脫氮除磷處理，對現(xiàn)有污水處理廠的升級改造具有指導(dǎo)意義。


圖I為懸浮-附著耦合SBR短程硝化反硝化除磷工藝流程圖。
圖中，I、進(jìn)水泵；2、底部布水系統(tǒng)；3、SBR下部懸浮生長區(qū)；4、SBR上部懸浮生長區(qū)；5、混合液回流泵；6、布?xì)庀到y(tǒng)；7、鼓風(fēng)機(jī)；8、溢流堰；9、排水閥；10、攪拌器；11、生物膜填料；12、放空/排泥閥。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I對實(shí)施本發(fā)明進(jìn)一步說明
實(shí)施例I :該除磷脫氮方法為構(gòu)建懸浮-附著耦合SBR短程硝化反硝化除磷一段式SBR，實(shí)現(xiàn)硝化細(xì)菌和聚磷菌兩種不同功能菌在同一反應(yīng)器共存，根據(jù)硝化細(xì)菌和除磷菌對生長環(huán)境及泥齡要求的不同，把一段式SBR分為上下兩個(gè)部分，上部內(nèi)置生物膜填料供好氧硝化細(xì)菌附著生長，下部為懸浮生長的聚磷菌，且泥齡可以分別控制，從而創(chuàng)造了對泥齡要求不同的硝化細(xì)菌和除磷菌在同一 SBR反應(yīng)器內(nèi)共存的環(huán)境條件；
具體的運(yùn)行方法為
(1)污水首先從底部進(jìn)入懸浮-附著生物反應(yīng)器內(nèi)，與底部懸浮生長的反硝化除磷功能的活性污泥混合攪拌，進(jìn)行厭氧釋磷反應(yīng)0. 5-2. 5h，同時(shí)利用進(jìn)水水流的承托作用實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)水和溢流排水過程；
(2)厭氧釋磷結(jié)束后，啟動(dòng)混合液回流泵把上部混合液回流至下部懸浮生長區(qū)，利用水力的抬升作用把經(jīng)過厭氧釋磷后富含氨氮的混合液提升至上部附著生長區(qū)，停止混合液回流泵，接著向附著生長區(qū)內(nèi)的微生物進(jìn)行曝氣，控制溶解氧濃度為0. 4-1. 2 mg/L進(jìn)行好氧短程硝化l_4h ；
(3)停止曝氣，通過回流泵把上部硝化液循環(huán)至下方懸浮污泥區(qū)進(jìn)行缺氧反硝化吸磷反應(yīng) 0. 5-2h ；
(4)缺氧反硝化吸磷結(jié)束后沉淀5-60min，并在沉淀后期通過放空/排泥閥排出一定量的富磷污泥以現(xiàn)實(shí)除磷。懸浮-附著耦合SBR系統(tǒng)包含上下兩個(gè)部分，上部為內(nèi)置生物膜填料的附著生長區(qū)，填料下方設(shè)置布?xì)庀到y(tǒng)；下部為懸浮生長區(qū)，內(nèi)設(shè)攪拌器以保障微生物與基質(zhì)的充分接觸，池底部設(shè)置放空/排泥閥以排出剩余污泥。其周期運(yùn)行流程包括進(jìn)水系統(tǒng)、混合液回流系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)和溢流排水系統(tǒng)四個(gè)部分構(gòu)成。進(jìn)水系統(tǒng)由進(jìn)水泵I和底部布水系統(tǒng)2構(gòu)成；混合液回流系統(tǒng)由混合液回流泵5和底部布水系統(tǒng)2構(gòu)成；曝氣系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)7和布?xì)庀到y(tǒng)6構(gòu)成；溢流排水系統(tǒng)由溢流堰8和排水閥9構(gòu)成。懸浮-附著耦合SBR短程硝化反硝化除磷的實(shí)施方案為該強(qiáng)化短程硝化反硝化除磷的方法分為五個(gè)步驟，分別為進(jìn)水/排水/厭氧釋磷階段、混合液回流階段、短程硝化反應(yīng)階段、短程硝化反硝化除磷階段、沉淀階段。下面結(jié)合圖I對各個(gè)階段的懸浮-附著耦合SBR強(qiáng)化短程硝化反硝化除磷的方法進(jìn)行描述。進(jìn)水/排水/厭氧釋磷階段由進(jìn)水泵I把進(jìn)水通過底部布水系統(tǒng)2均勻注入懸浮生長區(qū)4，聚磷菌進(jìn)行厭氧釋磷反應(yīng)并吸收利用進(jìn)水中的有機(jī)物，同時(shí)利用進(jìn)水水流的抬升作用把附著生長區(qū)4內(nèi)處理后的水由溢流堰8再通過排水閥9排出?；旌弦夯亓麟A段通過混合液回流泵5把附著生長區(qū)4內(nèi)的混合液經(jīng)過布水系統(tǒng)2均勻回流至下部懸浮生長區(qū)，利用水力的抬升作用把經(jīng)過厭氧釋磷后富含氨氮的混合液提升至上部附著生長區(qū)。短程硝化反應(yīng)階段通過鼓風(fēng)機(jī)7 和曝氣系統(tǒng)向附著生長區(qū)4內(nèi)的微生物進(jìn)行曝氣，控制溶解氧為I. 0-1. 5mg/L，使得附著生長在生物膜填料11上的好氧硝化細(xì)菌發(fā)生短程硝化。短程硝化反硝化除磷階段通過混合液回流泵5把附著生長區(qū)4內(nèi)富含NO2-N的混合液經(jīng)過布水系統(tǒng)2均勻回流至下部懸浮生長區(qū)，此時(shí)聚磷菌利用NO2-N作為電子受體氧化體內(nèi)儲(chǔ)存的有機(jī)物(PHB)進(jìn)行反硝化吸磷反應(yīng)。沉淀/排泥階段使攪拌器9、進(jìn)水泵I、回流泵5和鼓風(fēng)機(jī)7停止運(yùn)行，讓系統(tǒng)的混合液進(jìn)行自由沉淀，并在沉淀后期通過放空/排泥閥排出一定量的富磷污泥以現(xiàn)實(shí)除磷。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化低碳磷比污水的短程硝化及反硝化除磷脫氮方法，其特征在于 (1)污水首先從底部進(jìn)入懸浮-附著生物反應(yīng)器內(nèi)，與底部懸浮生長的反硝化除磷功能的活性污泥混合攪拌，進(jìn)行厭氧釋磷反應(yīng)O. 5-2. 5h，同時(shí)利用進(jìn)水水流的承托作用實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)水和溢流排水過程； (2)厭氧釋磷結(jié)束后，啟動(dòng)混合液回流泵把上部混合液回流至下部懸浮生長區(qū)，利用水力的抬升作用把經(jīng)過厭氧釋磷后富含氨氮的混合液提升至上部附著生長區(qū)，停止混合液回流泵，接著向附著生長區(qū)內(nèi)的微生物進(jìn)行曝氣，控制溶解氧濃度為O. 4-1. 2 mg/L進(jìn)行好氧短程硝化l_4h ； (3)停止曝氣，通過回流泵把上部硝化液循環(huán)至下方懸浮污泥區(qū)進(jìn)行缺氧反硝化吸磷反應(yīng) O. 5-2h ； (4)缺氧反硝化吸磷結(jié)束后沉淀5-60min，并在沉淀后期通過放空/排泥閥排出一定量的富磷污泥以現(xiàn)實(shí)除磷。
全文摘要
一種強(qiáng)化低碳磷比污水的短程硝化及反硝化除磷脫氮方法，屬于廢水處理方法。先將待處理污水加入反應(yīng)器內(nèi)，與底部懸浮生長的微生物進(jìn)行厭氧釋磷和碳源吸收反應(yīng)；厭氧釋磷結(jié)束后，把上部混合液回流至下部懸浮生長區(qū)，把經(jīng)過厭氧釋磷后富含氨氮的混合液提升至上部附著生長區(qū)；向附著生長區(qū)內(nèi)的微生物進(jìn)行曝氣使好氧硝化細(xì)菌發(fā)生短程硝化；好氧硝化結(jié)束后，上部硝化液循環(huán)至下方懸浮污泥區(qū)進(jìn)行缺氧反硝化吸磷反應(yīng)；缺氧反硝化吸磷結(jié)束后沉淀，放空/排泥閥排出一定量的富磷污泥。解決了亞硝化細(xì)菌與聚磷菌對污泥齡之爭和聚磷菌與反硝化菌對碳源競爭的矛盾，穩(wěn)定高效的短程硝化和反硝化除磷效能，節(jié)省了曝氣和碳源，適合于低C/P比污水的脫氮除磷處理。
文檔編號C02F9/14GK102765856SQ20121024846
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者厲魏, 張傳義, 張莎莎, 張雁秋, 李燕, 袁麗梅, 高麗慧 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)