CN2016109079766单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置和方法

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201610907976.6(22)申请日2016.10.19(71)申请人青岛大学地址266061山东省青岛市崂山区香港东路7号(72)发明人王晓霞　于德爽　李津　谢文霞　陈光辉　张培玉　(74)专利代理机构青岛高晓专利事务所37104代理人黄晓敏(51)Int.Cl.C02F3/30(2006.01)(54)发明名称单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置和方法(57)摘要本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置和方法，城市污水进入厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器后，先进行厌氧搅拌再进行低氧曝气搅拌，然后将中间水箱中含有氨氮和磷的水回流至厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器进行缺氧反应，厌氧氨氧化菌利用回流水中的氨氮和低氧曝气阶段生成的亚硝态氮进行厌氧氨氧化反应实现城市污水的脱氮，DPB通过反硝化除磷作用实现回流水中的磷的去除；该方法将厌氧氨氧化与反硝化除磷耦合应用于污水生物脱氮除磷系统中，在实现同步脱氮除磷的同时，充分利用原水中的有机碳源，节省曝气量，且减少剩余污泥的排放量。权利要求书1页说明书5页附图1页CN106430583A2017.02.22CN106430583A1.一种单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置，其特征在于主体结构包括城市污水原水水箱、厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器、中间水箱、出水水箱以及在线监测和反馈控制系统；城市污水原水水箱的右侧下端设有放空管，城市污水原水水箱的左侧上端设有第一溢流管，城市污水原水水箱通过第一进水泵与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内安装有搅拌桨，搅拌桨的顶部伸出厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器并与搅拌器连接，搅拌桨的下部安装有曝气头，曝气头与安装在厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器左侧的气体流量计连接，气体流量计通过电磁阀与气泵连接；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内安装有均与pH/DO测定仪连接的pH传感器和DO传感器，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器右侧下端设有采样口，采样口上端自下而上依次安装有第二电动排水阀和第一电动排水阀，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器通过第一电动排水阀与中间水箱相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器通过第二电动排水阀与出水水箱相连接；中间水箱通过第二进水泵与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器相连接；出水水箱的右侧连接有第二溢流管；在线监测和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内左侧自上而下依次置有曝气继电器、搅拌器继电器和pH/DO数据信号接口，右侧自上而下依次设有信号转换器DA转换接口和信号转换器AD转换接口，信号转换器AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机；计算机通过信号转换器DA转换接口与可编程过程控制器相连接，计算机的数字指令传递给可编程过程控制器；曝气继电器与电磁阀相连接；搅拌器继电器与搅拌器相连接；pH/DO数据信号接口通过传感器导线与pH/DO测定仪相连接。2.一种采用如权利要求1所述装置单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的方法，其特征在于具体步骤如下：(1)将短程硝化污泥、厌氧氨氧化污泥和反硝化除磷污泥分别投加至厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器，使厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；(2)将城市污水加入城市污水原水水箱，启动第一进水泵将城市污水抽入到厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内，厌氧搅拌60～180min后沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入中间水箱；此后低氧曝气搅拌180～300min，当低氧曝气搅拌时pH值曲线出现拐点时停止低氧曝气搅拌；启动第二进水泵将厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器厌氧搅拌结束的排水从中间水箱回流至厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内，缺氧搅拌120～240min后沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱；此处的低氧曝气搅拌指DO浓度为0.3～0.5mg/L；(3)厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器运行时，通过调整第一电动排水阀的运行时间，使厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器低氧曝气搅拌结束时的NO2--N∶NH4+-N质量浓度比为1.5～2.0；当NO2--N∶NH4+-N质量浓度比小于1.5时，减少第一电动排水阀的运行时间，当两者质量浓度比大于2.0时，增加第一电动排水阀的运行时间；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器运行时需排泥，使厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内悬浮活性污泥浓度维持在2000～4000mg/L，完成单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的过程。权　利　要　求　书1/1页2CN106430583A2单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置和方法技术领域：[0001]本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种低碳城市污水处理装置及方法，特别是一种单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置和方法。背景技术：[0002]污水的脱氮除磷一直是污水处理研究领域的热点，现有污水处理工艺的研究也正在朝着高效、低能耗的方向发展。短程硝化技术是最短的氨氮硝化途径，其与全程硝化技术相比可节省25％的氧耗，且其硝化产物亚硝态氮进行反硝化脱氮时可节省40％的有机碳源。厌氧氨氧化技术是一种新型生物脱氮技术，其可将氨氮与亚硝态氮直接转换为氮气和少量硝态氮。厌氧氨氧化过程不需要有机碳源、不需添加酸碱中和试剂，且污泥产量低。反硝化除磷技术可以实现脱氮与除磷过程的同步进行，“一碳两用”，节省了脱氮除磷过程所需的有机碳源。[0003]由于现行的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：反硝化过程与除磷过程对碳源的竞争，硝化过程与好氧吸磷过程对溶解氧的竞争，以及硝化菌和聚磷菌在污泥龄方面存在的矛盾。并且，在实际应用过程中，氮和磷的排放都难以达到国家一级排放标准。这些矛盾在处理碳、氮、磷比例失调和碳源不足的城市污水(尤其是我国南方地区)时变得尤为明显，碳源不足已成为现行传统脱氮除磷工艺在处理低碳氮比城市污水时的“瓶颈”。因此，研究城市污水高效节能同步脱氮除磷的工艺已成为迫在眉睫的任务，本发明通过在一个SBR反应器内将短程硝化、厌氧氨氧化及反硝化除磷过程相耦合，可大大的节省除磷过程与脱氮过程对碳源的竞争，一方面，短程硝化过程产生的亚硝态氮可作为厌氧氨氧化和反硝化除磷过程的电子受体；另一方面，反硝化除磷过程也可以利用厌氧氨氧化过程产生的硝态氮作为电子受体进行反硝化除除磷，进而实现厌氧氨氧化过程产生的硝态氮的去除，提高系统的脱氮性能，采用的工艺流程简单，可实现低碳氮比城市污水的高效脱氮除磷，是具有应用前景的污水处理的研究方向，也是一种新型的脱氮除磷思路。发明内容：[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置和方法，实现低碳氮比城市污水高效、节能的同步脱氮除磷，解决传统脱氮除磷工艺中存在碳源不足、脱氮和除磷不能同时达到最佳等问题，工艺流程简单，且运行费用低、污泥产量少，而且通过结合SBR实时控制技术能够实现释磷过程、短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷过程的稳定进行，结合了短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷等新型生物脱氮除磷技术的优点，在最大程度利用原水碳源的同时，实现城市污水高效率、低能耗的脱氮除磷。[0005]为了实现上述目的，本发明所述单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的装置的主体结构包括城市污水原水水箱、厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反说　明　书1/5页3CN106430583A3应器、中间水箱、出水水箱以及在线监测和反馈控制系统；城市污水原水水箱的右侧下端设有放空管，城市污水原水水箱的左侧上端设有第一溢流管，城市污水原水水箱通过第一进水泵与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内安装有搅拌桨，搅拌桨的顶部伸出厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器并与搅拌器连接，搅拌桨的下部安装有曝气头，曝气头与安装在厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器左侧的气体流量计连接，气体流量计通过电磁阀与气泵连接；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内安装有均与pH/DO测定仪连接的pH传感器和DO传感器，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器右侧下端设有采样口，采样口上端自下而上依次安装有第二电动排水阀和第一电动排水阀，厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器通过第一电动排水阀与中间水箱相连接；厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器通过第二电动排水阀与出水水箱相连接；中间水箱通过第二进水泵与厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器相连接；出水水箱的右侧连接有第二溢流管；在线监测和反馈控制系统包括计算机和可编程过程控制器，可编程过程控制器内左侧自上而下依次置有曝气继电器、搅拌器继电器和pH/DO数据信号接口，右侧自上而下依次设有信号转换器DA转换接口和信号转换器AD转换接口，信号转换器AD转换接口通过电缆线与计算机相连接，将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机；计算机通过信号转换器DA转换接口与可编程过程控制器相连接，计算机的数字指令传递给可编程过程控制器；曝气继电器与电磁阀相连接；搅拌器继电器与搅拌器相连接；pH/DO数据信号接口通过传感器导线与pH/DO测定仪相连接。[0006]本发明进行低碳城市污水处理的具体过程为：城市污水通过第一进水泵由城市污水原水箱抽入厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器；在厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内，聚磷菌利用城市污水中的有机碳源厌氧释磷，并合成内碳源储存于体内；再开启第一电动排水阀，将厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内厌氧释磷后的出水排入中间水箱；然后开启气泵并调节气体流量计，使厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器进入低氧曝气搅拌阶段，城市污水中的NH4+-N在氨氧化菌的作用下被氧化成NO2--N；最后开启第二进水泵，将中间水箱中厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器厌氧释磷后的出水抽入厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内，一方面厌氧氨氧化菌通过厌氧氨氧化作用将原水中的NH4+-N和短程硝化过程产生的NO2--N转化成N2和少量NO3--N，另一方面反硝化聚磷菌利用体内储存的内碳源，并以短程硝化过程的NO2--N和厌氧氨氧化过程产生的NO3--N为电子受体进行反硝化除磷，出水通过第二电动排水阀排入出水水箱，实现低碳城市污水处理。[0007]本发明进行单级SBR实现厌氧氨氧化耦合反硝化除磷处理低碳城市污水的具体步骤如下：[0008](1)将具有良好脱氮除磷性能的现有技术中的短程硝化污泥、厌氧氨氧化污泥和反硝化除磷污泥分别投加至厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器，使厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内活性污泥浓度达到2000～4000mg/L；[0009](2)将城市污水加入城市污水原水水箱，启动第一进水泵将城市污水抽入到厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内，厌氧搅拌60～180min后沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入中间水箱；此后低氧曝气搅拌180～300min，当低氧曝气搅拌时pH值曲线出现拐点时停止低氧曝气搅拌；启动第二进水泵将厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器厌氧搅拌结束的排水从中间水箱回流至厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器内，缺氧搅拌120说　明　书2/5页4CN106430583A4～240min后沉淀排水，排水比为0.2～0.4，出水排入出水水箱；此处的低氧曝气搅拌指DO浓度为0.3～0.5mg/L；[0010](3)厌氧氨氧化耦合反硝化除磷SBR反应器运行时，通过调整第一电动排水阀的运行时间，使厌氧氨氧化耦合反硝化除