本發(fā)明涉及生活污水一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，由于水體“富營養(yǎng)化”問題愈發(fā)突出，污水排放標準日益嚴格，污水脫氮問題成為了水污染控制中的熱點
厭氧氨氧化技術(shù)，是指在厭氧條件下，以氨氮為電子供體、亞硝態(tài)氮為電子受體，將氨氮與亞硝態(tài)氮同時轉(zhuǎn)化為氮氣的過程，期間不消耗有機碳源，克服了傳統(tǒng)脫氮工藝碳源不足的缺點，而且可以節(jié)省曝氣所需要的能源，剩余污泥量也大大降低。
一體化厭氧氨氧化(即同步短程硝化厭氧氨氧化)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的脫氮工藝，和常規(guī)的生物脫氮工藝相比，該工藝能節(jié)省100％的碳源，同時具有曝氣量低、污泥生成量少等一系列優(yōu)點，此外，短程硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)在相同的條件和系統(tǒng)中進行，簡化了操作的難度。因而近年來成為國內(nèi)外的研究熱點。
sbbr反應(yīng)器是在sbr(序批式活性污泥反應(yīng)器)中引入生物膜而開發(fā)出來的一種新型復(fù)合式生物膜反應(yīng)器，除保留了sbr基建費用少，操作簡單、靈活，能有效脫氮除磷等優(yōu)點之外，還具有諸如生物相更多、更復(fù)雜、易于生長世代時間長的微生物；污泥產(chǎn)量少，生物量多，處理能力強等特點。
生物膜技術(shù)因所占空間小及固液分離良好而在廢水處理中的應(yīng)用不斷增加。與活性污泥相比，生物膜具有更高的微生物活性、微生物相多樣化、耐沖擊負荷能力強等特點，而且隨著生物膜厚度的增加其傳質(zhì)阻力相應(yīng)增加，沿傳質(zhì)方向逐漸形成外層為好氧層、內(nèi)層為缺/厭氧層的微環(huán)境。好氧層主要進行硝化反應(yīng)，缺氧層主要進行厭氧氨氧化與反硝化作用，缺氧層的形成有利于加強生物厭氧氨氧化能力，可在好氧反應(yīng)器內(nèi)同時進行短程硝化和厭氧氨氧化作用，強化系統(tǒng)整體的脫氮能力。
本發(fā)明通過生物填料掛膜，形成對短程硝化菌、反硝化菌及厭氧氨氧化各自有利的微環(huán)境，增強菌群間的協(xié)作，并通過控制系統(tǒng)實時控制變量，優(yōu)化運行方案，從而實現(xiàn)氮的高效去除。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對當前生活污水碳氮比(c/n)低，傳統(tǒng)脫氮工藝脫氮效果不好，能耗大等問題，本發(fā)明提供的是一種以一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，在解決傳統(tǒng)脫氮工藝碳源不足問題的同時，可以節(jié)省曝氣所需要的能源，同時采用實時控制，提高裝置的可控性和靈活性，實現(xiàn)氮的深度去除。
生活污水一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)，其特征在于：包括生活污水水箱(1)、sbbr反應(yīng)器(2)、plc控制箱(15)、計算機(16)；其中所述生活污水水箱(1)通過進水泵(3)與sbbr反應(yīng)器(2)相連接；所述sbbr反應(yīng)器(2)設(shè)有填料支架(4)、生物填料(5)、氣泵(6)、氣體流量計(7)、曝氣盤(8)、排水閥(9)、排泥閥(10)、do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)、攪拌器(17)；所述生物填料(5)呈立方體狀，材質(zhì)為聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面積20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龍繩將其穿掛在填料支架(4)上，均勻分布于sbbr反應(yīng)器(2)中，微生物附著生長在填料上形成生物膜；所述plc控制箱(15)連接do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)和計算機(16)；所述計算機(16)實時接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號，在線監(jiān)測sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。
利用一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，主要包括以下步驟：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)經(jīng)進水泵(3)進入sbbr反應(yīng)器(2)，進水結(jié)束后，攪拌器(17)開啟，使生活污水與生物填料(5)上附著生長的微生物充分接觸，反硝化菌利用污水中的有機物將上一反應(yīng)周期殘余的少量亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮去除，同時將剩余的有機物儲存至細菌體內(nèi)合成內(nèi)碳源，no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，當二者濃度均小于0.5mg/l時認為反硝化作用完成；控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，避免轉(zhuǎn)速過快將空氣帶入水中，破壞缺/厭氧環(huán)境，do<0.2mg/l，以保證良好的缺氧反硝化與厭氧內(nèi)碳源儲存條件，反應(yīng)時間90～120min；
2)上述反應(yīng)結(jié)束后，氣泵(6)開啟，通過氣體流量計(7)控制do為0.5～2mg/l，由于填料上形成的生物膜，其表面到內(nèi)部存在do濃度梯度，可形成好氧—缺氧區(qū)域微環(huán)境，此時，主要在生物膜外表面(好氧層)生長的短程硝化菌進行短程硝化反應(yīng)，將污水中的氨氮氧化為亞硝態(tài)氮；與此同時，主要生長在生物膜內(nèi)部(缺氧層)的厭氧氨氧化菌利用短程硝化菌提供的亞硝態(tài)氮與污水中剩余的氨氮進行厭氧氨氧化作用，并生成少量的硝態(tài)氮；
3)do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的do、氨氮、亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，并將采集到的信號傳輸至plc控制箱(15)和計算機(16)；
4)計算機(16)實時接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號，在線監(jiān)測sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮濃度和硝態(tài)氮濃度，當硝態(tài)氮濃度大于5mg/l時，減小曝氣量，控制do為0.5～1mg/l，以保證良好的短程硝化與厭氧氨氧化反應(yīng)，反之，維持現(xiàn)狀即可；當氨氮濃度小于1mg/l時停止曝氣，好氧反應(yīng)結(jié)束；
5)氣泵(6)關(guān)閉，攪拌器(17)開啟，此時反硝化菌利用體內(nèi)儲存的內(nèi)碳源進行內(nèi)源反硝化作用，進一步降低反應(yīng)器中硝態(tài)氮濃度，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時間90～120min，反應(yīng)結(jié)束后，靜置沉淀5min進行泥水分離，上清液通過排水閥(9)排出，排放的水量等于系統(tǒng)最初的進水量；脫落的生物膜經(jīng)排泥閥(10)排出。
以一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，具有下列優(yōu)點：
1)將生物膜法與同步短程硝化厭氧氨氧化脫氮技術(shù)相結(jié)合，同時充分利用污水中的有機物強化內(nèi)源反硝化，在單一系統(tǒng)中實現(xiàn)了低碳氮比生活污水的深度脫氮。
2)微生物附著生長在生物填料上，可維持較長的生物固體停留時間，為世代時間長、增殖速度慢的厭氧氨氧化菌的生存提供了良好的生存環(huán)境。
3)與活性污泥相比，生物膜更耐沖擊負荷、微生物活性高、微生物相多樣化，通過菌群間的協(xié)作可實現(xiàn)氮的高效去除。
4)短程硝化與厭氧氨氧化相結(jié)合，可顯著的節(jié)省碳源和曝氣量，同時通過在線實時控制，優(yōu)化系統(tǒng)運行，自動化程度高，可控性好。
5)生物膜具有較強的吸附與攔截污染物的能力，系統(tǒng)出水清澈。
附圖說明
圖1為生活污水一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中：1-生活污水水箱；2-sbbr反應(yīng)器；3-進水泵；4-填料支架；5-生物填料；6-氣泵；7-氣體流量計；8-曝氣盤；9-排水閥；10-排泥閥；11-do傳感器；12-nh4+傳感器；13-no2-傳感器；14-no3-傳感器；15-plc控制箱；16-計算機；17-攪拌器。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方案。
如圖1所示，生活污水一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化的sbbr控制系統(tǒng)，主要包括生活污水水箱(1)、sbbr反應(yīng)器(2)、plc控制箱(15)、計算機(16)。反應(yīng)器主體由有機玻璃制成，有效容積10l。所述生活污水水箱(1)通過進水泵(3)與sbbr反應(yīng)器(2)相連接；所述sbbr反應(yīng)器(2)設(shè)有填料支架(4)、生物填料(5)、氣泵(6)、氣體流量計(7)、曝氣盤(8)、排水閥(9)、排泥閥(10)、do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)、攪拌器(17)；所述生物填料(5)呈立方體狀，材質(zhì)為聚氨酯，孔隙率大于90％，比表面積20～23m2/g，填充率20％～25％，用尼龍繩將其穿掛在填料支架(4)上，均勻分布于sbbr反應(yīng)器(2)中，供微生物附著生長形成生物膜；所述plc控制箱(15)連接do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)、no3-傳感器(14)和計算機(16)；所述計算機(16)實時接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號，在線監(jiān)測sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。
利用一體化厭氧氨氧化強化內(nèi)源反硝化sbbr控制系統(tǒng)處理低碳生活污水的方法，主要包括以下步驟：
1)城市生活污水由生活污水水箱(1)經(jīng)進水泵(3)進入sbbr反應(yīng)器(2)，進水結(jié)束后，攪拌器(17)開啟，使生活污水與生物填料(5)上附著生長的微生物充分接觸，反硝化菌利用污水中的有機物將上一反應(yīng)周期殘余的少量亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮去除，同時將剩余的有機物儲存至細菌體內(nèi)合成內(nèi)碳源，no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，當二者濃度均小于0.5mg/l時認為反硝化作用完成；控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，避免轉(zhuǎn)速過快將空氣帶入水中，破壞缺/厭氧環(huán)境，do<0.2mg/l，以保證良好的缺氧反硝化與厭氧內(nèi)碳源儲存條件，反應(yīng)時間90～120min；
2)上述缺/厭氧反應(yīng)結(jié)束后，攪拌器(17)關(guān)閉，氣泵(6)開啟，通過氣體流量計(7)控制do為0.5～2mg/l，由于生物膜的表面到內(nèi)部存在do濃度梯度，可形成好氧—缺氧區(qū)域微環(huán)境，此時，主要在生物膜外部(好氧層)生長的短程硝化菌將污水中的氨氮氧化為亞硝態(tài)氮；與此同時，主要生長在生物膜內(nèi)部(缺氧層)的厭氧氨氧化菌以短程硝化菌產(chǎn)生的亞硝態(tài)氮為電子受體，以污水中剩余的氨氮為電子供體，進行厭氧氨氧化作用，將氨氮與亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣去除，并生成少量的硝態(tài)氮；
3)do傳感器(11)、nh4+傳感器(12)、no2-傳感器(13)和no3-傳感器(14)分別在線采集反應(yīng)器中的do、氨氮、亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮濃度，并將采集到的信號傳輸至plc控制箱(15)和計算機(16)；
4)計算機(16)實時接收并轉(zhuǎn)化、輸出各傳感器采集到的信號，在線監(jiān)測sbbr反應(yīng)器(2)內(nèi)的do濃度、氨氮濃度、亞硝態(tài)氮濃度和硝態(tài)氮濃度，當硝態(tài)氮濃度大于5mg/l時，減小氣體流量計(7)的流量，控制do為0.5～1mg/l，以保證良好的短程硝化與厭氧氨氧化反應(yīng)，反之，維持現(xiàn)狀即可；當氨氮濃度小于1mg/l時氣泵(6)關(guān)閉，好氧反應(yīng)結(jié)束；
5)攪拌器(17)開啟，進行缺氧攪拌，此時反硝化菌利用體內(nèi)儲存的內(nèi)碳源進行內(nèi)源反硝化作用，進一步去除反應(yīng)器中由于一體化厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的硝態(tài)氮，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時間90～120min；反應(yīng)結(jié)束后，靜置沉淀5min進行泥水分離，上清液通過排水閥(9)排出，排放的水量等于系統(tǒng)最初的進水量；脫落的生物膜經(jīng)排泥閥(10)排出。
以實驗室周邊某住宅小區(qū)生活污水為處理對象，考察該系統(tǒng)的脫氮性能。
實驗期間進水水質(zhì)如下：
實驗期間運行參數(shù)：
sbbr反應(yīng)器(有效容積10l)
缺/厭氧階段：進生活污水5l，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時間90～120min；
好氧階段：自動調(diào)整do濃度與曝氣時間，一般曝氣時間為240～300min，do為0.5～2mg/l；
后置缺氧階段：控制攪拌器轉(zhuǎn)速為60-80r/min，do<0.2mg/l，反應(yīng)時間120min；
靜沉階段：靜置沉淀5min，排水5l。
在該運行條件下，出水平均cod、nh4+-n、no2--n、no3--n、tn分別為33.59、0.82、0.26、3.34、4.92mg/l，達到了深度脫氮的效果。
以上是本發(fā)明的具體實施例，便于該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能更好的理解和應(yīng)用本發(fā)明，本發(fā)明的實施不限于此，因此該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明所做的簡單改進都在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
該系統(tǒng)充分發(fā)揮sbbr系統(tǒng)、一體化厭氧氨氧化技術(shù)的優(yōu)勢，并充分利用污水中的有機物，在節(jié)能降耗的同時，采用實時控制，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理調(diào)整運行參數(shù)，可實現(xiàn)低c/n生活污水氮的深度去除，應(yīng)用前景十分廣闊。