分段進水cast亞硝酸鹽型反硝化除磷方法及其過程控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及分段進水CAST(循環(huán)式活性污泥法)亞硝酸鹽型反硝化除磷技術及其過程控制裝置，適用于含氮、磷工業(yè)廢水處理和城鎮(zhèn)污水深度處理，屬于SBR(序批式活性污泥法)及其變型工藝污水生物脫氮技術領域。
【背景技術】
[0002]水資源的嚴重污染和匱乏是困擾當今世界經濟、人類生存的重大國際性難題，尤其是大量未經處理或未經適當處理的含氮、磷污水的排放所造成的富營養(yǎng)化問題在我國已到了極為嚴重的地步，許多湖泊水體已不能發(fā)揮其正常功能而嚴重地影響了工農業(yè)和漁業(yè)生產。我國在2003年頒布實施的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準對氮、磷排放提出了嚴格的要求，而且對污水廠的建設提出了更高的要求，新建污水處理廠要有脫氮、除磷工藝，對原污水處理廠沒有脫氮、除磷工藝的，要按照國家標準對原有設施進行改、擴建，污水處理的主要矛盾已逐漸由有機污染物的去除轉變?yōu)榈?、磷污染物的去除?br>[0003]活性污泥法是當前用于治理氮、磷污染的主要方法。生物脫氮過程主要分為兩部分，即通過硝化細菌將氨氮轉化為硝酸鹽氮，再通過反硝化細菌將硝酸鹽氮轉化為氮氣從水中逸出。生物除磷也分為兩個階段:第一階段為厭氧釋磷，即產酸菌在厭氧或缺氧條件下，分解廢水中的大分子有機物為乙酸等低分子脂肪酸(VFA)或短鏈脂肪酸(SCFA)等，聚磷菌則在厭氧條件下，分解體內的多聚磷酸鹽和糖原等產生ATP，利用ATP吸收產酸菌產生的基質，合成聚羥基丁酸鹽(PHB)，同時釋放無機磷？0/_;第二階段為好氧攝磷，即在好氧條件下，聚磷菌氧化ΡΗΒ，除產生能量用于自身生長合成外，還把體外的PO/_運輸到體內合成ATP和核酸，過剩的PO廣被聚合成多聚磷酸鹽儲存在體內，最后，高磷污泥通過剩余污泥的方式排去，從而達到除磷的目的。
[0004]CAST工藝因具有流程簡單、運行過程可控性高、不易產生污泥膨脹、具有一定脫氮除磷性能等優(yōu)點，是目前我國新建中小型城鎮(zhèn)污水處理廠首選工藝，同時也是傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠改建為具有脫氮、除磷功能的污水處理廠時的備選工藝。然而，目前實際應用的CAST工藝所采用的運行方式基本上都是以時序控制為主，例如一個典型的運行周期包括4個小時，其中2小時為進水-曝氣階段，I小時為沉淀階段，另外I小時為排水階段。然而，這種固定時長的運行方式的缺點顯而易見，不能靈活應對時刻變化的進水水質，從而導致工藝對污染物的去除效率不穩(wěn)定，出水水質不達標。此外，該工藝為單一污泥懸浮生長系統(tǒng)，利用同一反應器中的混合微生物種群完成有機物氧化、生物脫氮和生物除磷，這種多處理功能的相互影響在實際應用中限制了 CAST工藝的處理效能，也給控制提出了非常嚴格的要求。
[0005]硝化細菌是一種化能自養(yǎng)菌；有機物降解則由異養(yǎng)細菌完成。當這兩種細菌混合培養(yǎng)時，由于存在對底物和DO的競爭，硝化菌的生長將受到抑制，難以成為優(yōu)勢種群，由于異養(yǎng)菌對氨的同化作用速率遠大于硝化細菌對氨的氧化速率。當進水有機負荷較高時，在生物處理系統(tǒng)中占優(yōu)勢的異氧氧化菌種將會利用氨氮物質進行合成代謝，大量消耗溶解氧，抑制硝化作用。此外，固定的曝氣時間有可能使得硝化時間不足導致出水氨氮超標或多度曝氣造成能源浪費。CAST工藝中有約20%的氧化態(tài)氮物質通過回流污泥進行反硝化，其余則通過同步硝化反硝化和沉淀、閑置期污泥的反硝化實現(xiàn)。而盡管同步硝化反硝化可采用變強度曝氣實現(xiàn)，但其效果不理想。在沉淀、閑置期中，由于有機物已充分降解，反硝化所需的碳源不足，也限制了反硝化效率的進一步提高?？偟娜コ适艿接绊?，由此引發(fā)下一個周期選擇器內因回流混合液中有硝態(tài)氮存在時由于聚磷菌和反硝化菌對基質形成競爭，使聚磷菌釋磷受到抑制而不能充分放磷，從而進一步影響聚磷菌過量吸磷的能力，而要想進一步提高除磷效率，就需要外加藥劑進行化學除磷。此外，除磷與脫氮在泥齡上的需求矛盾也導致兩種營養(yǎng)物的高去除率不能兼得，致使該工藝的應用受到了限制。因此，為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，并保證工藝出水水質，需要一種可根據原水水質調節(jié)各階段時間的優(yōu)化運行方式。
[0006]短程生物脫氮的原理是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后通過反硝化作用將亞硝酸氮還原為氮氣，是經nh4+-n — no2_-n —隊這樣的途徑完成，整個過程較全程硝化反硝化大大縮短。根據硝化反應的化學計量學，與全程硝化反硝化脫氮相比，短程硝化反硝化的優(yōu)勢表現(xiàn)在:1)減少反硝化階段約40%的COD需要量；2)反應速率約高出63%; 3)減少污泥產量(硝化過程可少產污泥33%?35%左右，反硝化過程中可少產污泥55%左右);4)節(jié)省25%的需氧量。短程脫氮技術對多種廢水的脫氮處理方面顯示了較好的應用前景，國內外研宄者也嘗試了與不同生物處理工藝結合，雖然在一定程度上提高了氮的去除效果，但對于污水中同時要求去除的磷，在碳源有限的條件下，通常優(yōu)先進行脫氮反應，從而造成工藝的除磷效果仍不理想。另一方面，相比傳統(tǒng)的好氧除磷方式，反硝化除磷技術能在缺氧條件下，以NO3--N或MV-N作為最終電子受體，利用內碳源(PHB)，通過“一碳兩用”方式同時實現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷作用，具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢:1)C0D耗量可節(jié)省50%;2)氧氣耗量降低30% ;3)污泥產量有望減少50%。反硝化除磷理論打破了傳統(tǒng)脫氮除磷機理所認為的脫氮除磷必須分別由專性反硝化菌和專性聚磷菌來完成的理念，使得除磷和反硝化脫氮過程由同一類微生物來實現(xiàn)，在該處理過程中，NO3^-N或Ν02_-Ν已不再被單純地視為除磷工藝的抑制性因素，可以其作為最終電子受體進行反硝化吸磷反應。因此，它作為一種集脫氮和除磷于一體的新型污水生物處理技術，能實現(xiàn)資源的最大化利用，也為緩解能源與解決環(huán)境問題提供了一種切實有效的途徑，而將硝化控制在亞硝酸鹽階段并實現(xiàn)反硝化除磷技術與CAST工藝的耦合則能夠進一步解決因進水碳源不足或微生物種群泥齡矛盾導致的營養(yǎng)物去除率不高的問題。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種分段進水CAST亞硝酸鹽型反硝化除磷技術及其過程控制裝置，該方法不僅能夠提高處理效率、降低運行成本，而且在進水污染物濃度發(fā)生較大變化時，由于采用了實時過程控制仍能準確地控制交替缺氧/好氧時間，使整個系統(tǒng)的抗沖擊負荷能力大大提尚。
[0008]本發(fā)明采用分多次進水的運行方式與實時控制系統(tǒng)的集成，并在最大程度上利用了原污水中的有機碳源，同時科學合理的分配每一階段氨氧化、反硝化吸磷及釋磷的時間。增加缺氧攪拌時段并采用變時長缺氧/好氧的方式運行，強化了好氧時段選擇器的缺氧吸磷作用和缺氧時段主反應區(qū)的缺氧吸磷作用，而控制缺氧攪拌和好氧曝氣的時間由實時過程控制策略來實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明采取了如下技術方案。本發(fā)明分段進水CAST亞硝酸鹽型反硝化除磷裝置，其特征在于，包括有選擇器(I)、主反應區(qū)(2)、將原污水打入選擇器(I)內的進水泵(3)、設置在選擇器(I)內的攪拌器(4)、設置在主反應區(qū)(2)內的潛水攪拌器(5)、用于將污泥從主反應區(qū)(2)末端回流至選擇器(I)的回流污泥泵(6)、主反應區(qū)(2)底部所設曝氣器(7)、與曝氣器(7)連接的空氣壓縮機(8)、設置在主反應區(qū)(2)內的潷水器(9)以及與之相連的排水閥(10)、用于排放主反應區(qū)⑵內剩余污泥的排泥閥(11)、實時控制系統(tǒng)(12)，與實時控制系統(tǒng)(12)相連接的DO (溶解氧)、ORP (氧化還原電