本發(fā)明屬于污水生物處理
技術領域：
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背景技術：
：反硝化除磷機理是反硝化聚磷菌（dpaos）在厭氧條件下利用原水中有機物合成內(nèi)碳源（phas），缺氧條件下以no3--n或no2--n為電子受體氧化分解體內(nèi)的phas完成過量吸磷。與傳統(tǒng)脫氮除磷工藝相比，短程反硝化除磷可節(jié)省50%的cod耗量、減少30%的曝氣能耗和50%的污泥產(chǎn)量，在實際工程中有利于節(jié)省碳源和曝氣量、縮小池容、減少運行與投資費用。厭氧氨氧化機理是指在厭氧條件下厭氧氨氧化菌（anammox）以nh4+-n為電子供體、no2--n為電子受體轉化為n2的過程。與傳統(tǒng)脫氮技術相比，anammox是化能自養(yǎng)菌，以無機碳作為碳源，實現(xiàn)有機碳源的零添加；厭氧氨氧化反應過程僅生成no3--n和n2，無溫室氣體n2o產(chǎn)生，沒有二次污染，脫氮效率和去除負荷高，污泥產(chǎn)量少，是一種新型的低能耗、高效率、環(huán)境友好型的自養(yǎng)脫氮技術。短程硝化可實現(xiàn)nh4+-n到no2--n的高效轉化，為反硝化除磷和厭氧氨氧化過程提供電子受體，同時還可充分利用原水碳源實現(xiàn)厭氧氨氧化產(chǎn)物——no3--n的反硝化過程。其中厭氧氨氧化工藝的啟動過程有兩個局限，一是厭氧氨氧化菌生長緩慢，運行條件嚴格苛刻；二是厭氧氨氧化菌受有機物的影響嚴重，上述缺點嚴重限制了厭氧氨氧化工藝的應用。硝化菌為自養(yǎng)菌，比增殖速率緩慢，且連續(xù)流系統(tǒng)中運行條件的多變性使得短程硝化很容易被破壞，亞硝積累率不穩(wěn)定，從根本上實現(xiàn)亞硝酸鹽氧化菌(nob)的抑制和淘洗是至關重要的。技術實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術以上缺陷，本發(fā)明提出一種短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的快速啟動方法，以實現(xiàn)在低c/n條件下的長期穩(wěn)定運行以及深度脫氮除磷。本發(fā)明技術方案是：將待處理的污水通過進水泵與a2/o反應器的厭氧區(qū)的進水口連接，在a2/o反應器的好氧區(qū)排出口連接中間沉淀池，中間沉淀池的上清液排出口連接中間水箱的進水口，中間沉淀池的污泥出口連接a2/o反應器的厭氧區(qū)，中間水箱的出水口通過提升泵連接在mbbr反應器的進水端，mbbr反應器內(nèi)設有填料，mbbr反應器還設有沉淀區(qū)，所述沉淀區(qū)設有溢流式排出口，在所述中間水箱和a2/o反應器的缺氧區(qū)之間通過第一回流泵連接回流管；在沉淀區(qū)的溢流式排出口和a2/o反應器的缺氧區(qū)之間通過第二回流泵連接回流管。打開進水泵，向a2/o反應器通入待處理的污水，并于a2/o反應器中接種污泥，所述接種的污泥中硝化菌百分比占4～6%，聚磷菌的百分比含量為6.5～10%，a2/o反應器按照厭氧、缺氧和好氧的方式運行，打開連接在中間水箱和a2/o反應器的缺氧區(qū)之間的第一回流泵，使中間水箱的部分硝化液回流進a2/o反應器的缺氧區(qū)。與此同時，打開提升泵，將中間沉淀池的上清液泵入mbbr反應器，向mbbr反應器接種短程硝化污泥，在mbbr反應器內(nèi)的填料表面形成aob掛膜。待a2/o反應器內(nèi)污泥中聚磷菌百分比含量為20～30%時，向a2/o反應器缺氧區(qū)投放接種有厭氧氨氧化菌的載體進行馴化。關閉第一回流泵，打開連接在沉淀區(qū)的溢流式排出口和a2/o反應器的缺氧區(qū)之間的第二回流泵將a2/o反應器和mbbr反應器串聯(lián)運行，待沉淀區(qū)的溢流式排出口排出的水中no2--n積累率≥70%，系統(tǒng)tn去除率為80～85%，tp去除率超過90%，且接種有厭氧氨氧化菌的載體上厭氧氨氧化菌含量提高2～3%時，短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的快速啟動完成。本發(fā)明的啟動法為雙污泥系統(tǒng)啟動法，可以創(chuàng)造適合反硝化聚磷菌、厭氧氨氧化菌和短程硝化菌生長的最佳條件，厭氧氨氧化過程為自養(yǎng)脫氮，不消耗有機碳源，短程反硝化除磷進一步地節(jié)省碳源和曝氣量，兩種技術的耦合可最大程度地節(jié)能、降耗、節(jié)省反應時間。污泥產(chǎn)率低，緩解了污泥處置問題，降低運行成本。啟動快且脫氮除磷效果穩(wěn)定，尤其在污水碳源不足時能獲得較高的脫氮除磷效率，更加適用于含氮、磷的城市生活污水的處理。本發(fā)明就目前a2/o-mbbr工藝中，將短程硝化以及厭氧氨氧化等新型脫氮技術與反硝化除磷過程相結合，可為各功能菌提供最佳生長環(huán)境，有效避免上述啟動過程的缺陷，是一種節(jié)能降耗的深度脫氮除磷技術，特別適用于低碳氮比（c/n）污水的處理。當下需要迫切解決的一個技術問題就是如何實現(xiàn)上述耦合技術并使其成功應用在低c/n污水處理中。進一步地，本發(fā)明a2/o反應器中接種污泥的濃度為4000～6000mg/l，自接種污泥開始至投放接種有厭氧氨氧化菌的載體之前，將a2/o反應器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的容積比調整為1:2:4，水力停留時間12h，污泥回流比為100%，中間水箱的硝化液回流比為300%。接種污泥的以上濃度的出發(fā)點是保證系統(tǒng)內(nèi)有充足的生物量，通過容積比的調整有利于強化好氧生物除磷，而水利停留時間、污泥回流比以及硝化液回流比的設置都是為促進聚磷菌富集服務的。本發(fā)明先將a2/o反應器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的容積比調整為1:5:1后，再向a2/o反應器的缺氧區(qū)投放接種有厭氧氨氧化菌的載體。一方面縮小好氧區(qū)，削弱溶解氧對厭氧氨氧化菌的影響；另一方面通過延長缺氧區(qū)強化反硝化，避免有機物抑制厭氧氨氧化菌活性。所述接種有厭氧氨氧化菌的載體在a2/o反應器的缺氧區(qū)內(nèi)的填充率為15～20%。填充率太低，則厭氧氨化菌含量不高，進而影響脫氮效率；而填充率過高，則會阻礙缺氧攪拌，容易導致厭氧氨化菌的流失，綜合考慮選用15～20%的填充率。所述接種有厭氧氨氧化菌的載體為邊長為10～20mm的立方體，載體的密度為0.20～0.25g/cm3，孔隙率≥95%。載體密度小于水，可懸浮在水中，無需攪拌混合；孔隙率是影響微生物和基質傳輸性能的重要參數(shù)，較高的孔隙率有利于充分發(fā)揮厭氧氨氧化菌的生物活性。另外，本發(fā)明所述掛膜分三個階段；第一階段：接種短程硝化污泥時，短程硝化污泥在mbbr反應器內(nèi)水體中的濃度為1000～1500mg/l，調節(jié)mbbr反應器內(nèi)的曝氣量為0.2m3/h，使短程硝化污泥吸附在填料表面，可觀察到填料表面顏色由白色轉為淡黃。加入低濃度接種污泥可增加反應器內(nèi)的生物量且排空時不會堵塞填料，高曝氣量增加微生物、填料、基質間的接觸，使微生物較快的附著在填料表層，有利于縮短掛膜周期。第二階段：將接種的短程硝化污泥排出mbbr反應器，然后調節(jié)mbbr反應器內(nèi)的曝氣量為0.15m3/h，并向中間水箱投加氯化銨，使mbbr反應器內(nèi)的水體中游離氨濃度為3～5mg/l，以促進aob的掛膜生長。懸浮接種污泥的排出有利于固定生物膜附著生長，降低曝氣量的同時通過游離氨對aob和nob生長的抑制程度不同，使硝化過程控制在亞硝化階段，抑制nob的生長。第三階段：停止投加氯化銨，調節(jié)mbbr反應器內(nèi)的曝氣量為0.1m3/h，實現(xiàn)aob的自然富集。在低溶解氧條件下，利用aob對溶解氧的親和力大于nob，使其在對o2的競爭中占優(yōu)勢并得到富集，同時進一步節(jié)能降耗。本發(fā)明以上填料可采用碳纖維材料，碳纖維材料的比表面積為1500～2000m2/m3，碳纖維材料的孔隙率≥95%。由于較高的比表面積，填料表面生物量高，傳質過程的溶解氧梯度易于形成短程，硝化效率高效穩(wěn)定，抗沖擊能力強。碳纖維材料在mbbr反應器內(nèi)的填充率為40～45%，以保證反應器內(nèi)有足夠的生物量實現(xiàn)短程硝化。本發(fā)明綜合優(yōu)點如下：1）雙污泥系統(tǒng)可以創(chuàng)造適合反硝化聚磷菌、厭氧氨氧化菌和短程硝化菌生長的最佳條件，使系統(tǒng)處理性能達到最優(yōu)。2）組合填料比表面積大，生物量多，亞硝積累率最高可達90%，硝化效果穩(wěn)定且節(jié)省曝氣量。3）厭氧氨氧化過程為自養(yǎng)脫氮，不消耗有機碳源，短程反硝化除磷進一步地節(jié)省碳源和曝氣量，兩種技術的耦合可最大程度的節(jié)能降耗。4）污泥產(chǎn)率低，緩解了污泥處置問題，降低運行成本。5）啟動快且脫氮除磷效果穩(wěn)定，尤其在污水碳源不足時能獲得較高的脫氮除磷效率。附圖說明圖1為本發(fā)明所采用的裝置的結構示意圖。具體實施方式一、裝置的結構說明：圖1中，1-原水水箱；2-進水泵；3-a2/o反應器；4-攪拌裝置；5-a2/o反應器的厭氧區(qū)；6-a2/o反應器的缺氧區(qū)；7-a2/o反應器的好氧區(qū)；8-聚氨酯海綿；9-曝氣頭；10-中間沉淀池；11-中間水箱；12-提升泵；13-mbbr反應器；14-填料；15-沉淀區(qū)；16-溢流式排出口；17-出水水箱；18-鼓風機；19（19.1、19.2、19.3），20（20.1、20.2、20.3、20.4）-流量計；21（21.1、21.2）-硝化液回流泵；22-污泥回流泵；23-加藥泵；24-加藥罐。a2/o反應器3由厭氧區(qū)5、缺氧區(qū)6和好氧區(qū)7順序連接組成。a2/o反應器3的厭氧區(qū)5和缺氧區(qū)6均設有攪拌裝置4。a2/o反應器3的缺氧區(qū)6的部分格室、好氧區(qū)7和mbbr反應器13底部均設有曝氣頭9，分別通過鼓風機18以及流量計19和流量計20實現(xiàn)對曝氣量的調控。原水水箱1的出水口通過進水泵2與a2/o反應器3的厭氧區(qū)的進水口連接，在a2/o反應器3的好氧區(qū)7排出口連接中間沉淀池10，中間沉淀池10的上清液排出口連接中間水箱11的進水口，中間沉淀池10的污泥出口分兩路，一路直接排放，另一路通過污泥回流泵22連接a2/o反應器3的厭氧區(qū)5。中間水箱11的出水口通過提升泵12連接在mbbr反應器13的進水端，mbbr反應器13內(nèi)設有填料14，mbbr反應器13還設有沉淀區(qū)15，沉淀區(qū)15設有溢流式排出口16。在溢流式排出口16上連接出水水箱17，在出水水箱17的出水口上連接回流管，并通過硝化液回流泵21.2將回流管的另一端連接a2/o反應器的缺氧區(qū)6。在中間水箱11的出水口上連接回流管，并通過硝化液回流泵21.1將回流管的另一端連接a2/o反應器的缺氧區(qū)6。加藥罐24通過加藥泵23連接在中間水箱11的一個加藥口上。mbbr反應器13內(nèi)填料14的材質為碳纖維，比表面積1500~2000m2/m3，孔隙率大于95%，主要作用實現(xiàn)短程硝化，同時為缺氧區(qū)6中反硝化除磷以及厭氧氨氧化過程提供充足的電子受體。二、快速啟動工藝：1、a2/o反應器3的啟動：取城市污水處理廠的二沉池排泥，經(jīng)分析其成分中硝化菌質量含量為5%，聚磷菌質量含量為7.8%。其符合接種污泥的要求，所以本工藝可以取其直接接種。以城市污水處理廠的二沉池排泥作為接種污泥，控制接種污泥后a2/o反應器3內(nèi)混合液平均污泥濃度為3000～4000mg/l。開啟鼓風機18和流量計20.1-20.4，即調節(jié)厭氧區(qū)5、缺氧區(qū)6、好氧區(qū)7容積分配比為1:2:4，水力停留時間12h，污泥回流比100%，開啟硝化液回流泵21.1，硝化液回流比300%，按照傳統(tǒng)厭氧/缺氧/好氧的運行方式富集聚磷菌。2、在啟動a2/o反應器3的同時，啟動mbbr反應器13的掛膜：生物膜掛膜采用填料14，填充率40～45%。mbbr反應器13的進水采用a2/o反應器3中間水箱11的出水，掛膜啟動分為三個階段：第一階段：接種短程硝化污泥時，短程硝化污泥在mbbr反應器13內(nèi)水體中的濃度為1000～1500mg/l，調節(jié)mbbr反應器13內(nèi)的曝氣量為0.2m3/h，使短程硝化污泥吸附在填料表面，填料表面顏色由白色轉為淡黃。以上用于接種的短程硝化污泥的特性為：污泥濃度3500mg/l左右，aob的百分比含量為10~12%，nob的百分比含量小于0.5%，亞硝積累率超過90%。第二階段：將接種的短程硝化污泥排出mbbr反應器13，然后調節(jié)mbbr反應器13內(nèi)的曝氣量為0.15m3/h。開啟加藥泵23，從加藥罐24向中間水箱11投加氯化銨，通過調節(jié)氨氮濃度，使mbbr反應器13內(nèi)的水體中游離氨濃度為3～5mg/l，以促進aob的掛膜生長。第三階段：關閉加藥泵23，停止投加氯化銨，調節(jié)mbbr反應器13內(nèi)的曝氣量為0.1m3/h，實現(xiàn)aob的自然富集。3、對a2/o反應器3內(nèi)厭氧氨氧化菌進行馴化：接種有厭氧氨氧化菌的聚氨酯海綿8為邊長為10～20mm的立方體，其密度為0.20～0.25g/cm3，孔隙率≥95%。外觀呈鐵紅色，厭氧氨氧化菌的百分比含量為10%左右，其對亞硝酸鹽和氨氮的去除率均超過95%。待a2/o污泥中聚磷菌百分比含量為20～30%時，調節(jié)a2/o反應器3厭氧區(qū)5、缺氧區(qū)6、好氧區(qū)7的容積分配比為1:5:1，再向a2/o反應器3缺氧區(qū)6投放接種有厭氧氨氧化菌的聚氨酯海綿8，控制聚氨酯海綿8的填充率為15~20%。對a2/o反應器3內(nèi)厭氧氨氧化菌進行馴化。4、開啟硝化液回流泵21.2，將a2/o反應器3和mbbr反應器13連續(xù)運行。當mbbr反應器13沉淀區(qū)15的溢流式排出口16排出的水中no2--n積累率≥70%，系統(tǒng)tn去除率穩(wěn)定在80~85%，tp去除率超過90%，且聚氨酯海綿8上厭氧氨氧化菌含量較投放時提高2～3%時，短程反硝化除磷耦合厭氧氨氧化的快速啟動完成。三、正常運行：原水水箱1中生活污水由進水泵2打入a2/o反應器3的厭氧區(qū)5，同時進入的還有經(jīng)污泥回流泵22送來的回流污泥，污泥回流比100%；混合液與硝化液回流泵21.2送來的完成短程硝化的硝化液一起進入缺氧區(qū)6，進行短程反硝化除磷以及厭氧氨氧化反應。經(jīng)a2/o反應器3的好氧區(qū)7吹脫n2后，進入中間沉淀池10進行泥水分離，分別取得上清液和污泥；污泥定期排放，控制污泥齡10~12d，a2/o反應器3的容積分配比1:5:1，水力停留時間8~10h。中間沉淀池10中的上清液進入中間水箱11，經(jīng)中間提升泵12進入內(nèi)設填料14的mbbr反應器13，通過開啟鼓風機18和調節(jié)流量計19.1-19.3使總曝氣量為0.10~0.15m3/h，水力停留時間1~2h，生物膜平均生物量為1500~2000mg/l。在好氧條件下進行短程硝化反應，硝化液進入沉淀區(qū)15，上清液通過溢流式排出口16進入出水水箱17，再由硝化液回流泵21.2送至缺氧區(qū)6為短程反硝化除磷和厭氧氨氧化提供電子受體。為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要對各項指標和運行工況進行定期監(jiān)測和調控。四、應用：采用本發(fā)明方法處理某校園內(nèi)學生宿舍區(qū)化糞池的實際生活污水，系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的脫氮除磷性能如下：項目cod(mg/l)nh4+(mg/l)no2-(mg/l)no3-(mg/l)tn(mg/l)tp(mg/l)進水(mg/l)185.756.90.090.2158.35.42出水(mg/l)35.10.27.92.310.80.2去除率(%)81.199.6//81.596.3其中a2/o反應器的啟動歷時8d，與此同時mbbr單元掛膜完成需要10d，接種厭氧氨氧化污泥馴化9d，a2/o反應器與mbbr單元的串聯(lián)運行歷時10d后脫氮除磷效果基本穩(wěn)定，系統(tǒng)大概29d（10d+9d+10d）啟動完成。雖然進水c/n僅為3.18，平均tn、tp去除率分別為81.5%和96.3%，亞硝積累率達到77.5%，出水cod、nh4+-n、tn、tp等指標均優(yōu)于一級a排放標準，實現(xiàn)了低c/n污水的深度脫氮除磷。當前第1頁12