一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置及方法

摘要

一种连续流低C/P污水的亚硝化‑反硝化脱氮除磷装置及方法属于生物处理污废水领域。装置由一个厌氧‑好氧反应器和一个缺氧‑好氧反应器串联组成。污废水进入厌氧‑好氧反应器厌氧释磷区，进行碳源吸收、厌氧释磷并储存PHA在生物体内；厌氧释磷区出水分两部分，第一部分出水是按进水量15～30％的比例将该区泥水混合物直接排出，第二部分的出水利用水流承托作用排水进入好氧亚硝化区进行亚硝化；两部分出水均进入缺氧反硝化除磷区进行反硝化同步脱氮除磷；缺氧反硝化除磷区污泥部分回流至厌氧释磷区。本发明实现了除磷菌种和硝化菌种等菌群的分离，避免了泥龄矛盾；节省碳源和曝气量，减少污泥产量，高效节能，节约占地，运行简单。

权利要求

1.一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷方法，其特征在于：构建一个顺次设有厌氧释磷-生物膜好氧亚硝化反应器和缺氧反硝化除磷-生物膜好氧强化脱氮除磷反应器的连续流亚硝化反硝化脱氮除磷装置，厌氧释磷-生物膜好氧亚硝化反应器通过第一膜组件进行功能区隔离，上部为生物膜好氧亚硝化区，下部为厌氧释磷区；缺氧反硝化除磷-生物膜好氧强化脱氮除磷反应器通过第二膜组件进行功能区隔离，上部为缺氧反硝化除磷区，下部为生物膜好氧强化脱氮除磷区；无需沉淀池实现连续流工艺中厌氧释磷污泥与富磷液持续分离，厌氧释磷区3/5高度设泥水混合液出口持续提供释磷后污泥进缺氧区完成亚硝化反硝化除磷，从而简化传统连续流A2N同步脱氮除磷系统装置至两座反应器；

具体的运行方法：

1)污废水经第一布水器进入厌氧释磷-生物膜好氧亚硝化反应器中的厌氧释磷区，充分除碳释磷并分两部分持续外流，第一部分是泥水混合物按进水量15～30％的比例通过位于厌氧释磷区3/5高度的泥水混合液出口外流进入缺氧反硝化除磷-生物膜强化脱氮除磷反应器的缺氧反硝化除磷区，第二部分是富磷液经第一膜组件持续进入生物膜好氧亚硝化区，无沉淀过程实现持续的厌氧释磷污泥与富磷液分离，避免厌氧释磷菌流入好氧区；生物膜好氧亚硝化区通过调节曝气量将DO控制在0.6～1.1mg/L，进行氨氮亚硝化反应，持续溢流出水进入缺氧反硝化除磷-生物膜好氧强化脱氮除磷反应器的缺氧反硝化除磷区，反应器持续同时进行厌氧释磷和亚硝化作用；

2)厌氧释磷区的泥水混合液与生物膜好氧亚硝化区出水均经第二布水器持续进入缺氧反硝化除磷-生物膜好氧强化脱氮除磷反应器的缺氧反硝化除磷区，进行以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷，通过持续排放富磷污泥实现系统除磷，按回流比1～4回流部分污泥至厌氧释磷区，利用第二膜组件截留反硝化除磷菌并出水、排气进入生物膜好氧强化脱氮除磷区进行系统二次强化曝气，DO2～4mg/L，供氧给附着的微生物并进行气体吹脱，强化脱氮除磷效果，持续溢流出水，反应器持续同时进行缺氧反硝化除磷和好氧强化脱氮除磷作用。

说明书

一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于污废水处理设备领域，具体涉及一种适于低C/P污废水实现连续流亚硝化-反硝化脱氮除磷的生物一体化同步脱氮除磷装置及方法。

背景技术

[0002] 随着环境污染加剧，水体富营养化、水资源危机问题的尖锐化及公共环境意识的增强，而氮磷元素是生命体的重要营养元素，但在水体中含量过高会引发富营养化问题，因此诸多地区对污水氮磷排放标准日益严格，如我国在2002年就已经颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，明确规定了较为严格的氮磷排放标准：NH4+-N≤5mg/L、TN≤15mg/L、TP≤0.5mg/L(一级A标准)。为进一步提高污废水的脱氮除磷效果，减轻环境压力及对经济、社会的影响，研究开发经济高效稳定的污废水脱氮除磷新技术极其重要。

[0003] 目前脱氮除磷方法中，生物方法以其运行成本低、二次污染小等优点在世界范围内得以广泛应用，但是传统脱氮除磷工艺，如A2/O、UCT、CASS、氧化沟等单一污泥悬浮生长系统，因其工艺简单，氮、磷去除效果比较理想而得到广泛应用，同时在同一系统中硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，对进水中碳源要求较高，并且污泥龄、DO、硝酸盐等均会影响水处理效果。我国许多城市尤其是南方地区生活污废水的碳源含量相对较低，并且近年来对污废水中的碳源进行能源化利用也在引起研究者的重视，因此开发一种碳源需求少、能耗低、运行简捷、系统稳定且处理效率高的脱氮除磷工艺具有重要意义。

[0004] 近年来，污废水工作者提出了反硝化除磷理论及相关工艺，为有效解决传统脱氮除磷工艺中存在的矛盾提供了新的思路。国内外学者对反硝化除磷技术的研究发现，常规脱氮除磷系统存在一定数量的反硝化聚磷菌(DPAOs)，缺氧状态下DPAOs可以利用硝酸盐为电子受体实现同步的除磷脱氮。然而对以亚硝酸盐为电子受体的短程反硝化除磷技术的研究还较少，但已有研究者发现其可行性。此外，基于反硝化除磷理论开发的A2N双污泥反硝化除磷工艺，相对于A2/O、UCT、MUCT、BCFS、SBR等单污泥反硝化除磷系统，深受国内外污水处理研究者的重视，并已成为污水生物脱氮除磷领域研究的重点和热点。SBR为基础的间歇式运行反硝化除磷工艺由于运行复杂，能耗较高，生产规模小等原因不适合大型污废水处理厂，连续流反硝化除磷工艺研究很有意义。但是反硝化除磷工艺通常存在出水氨氮浓度较高，系统的稳定性难以控制，尤其是连续流系统工艺流程冗长等。目前针对双污泥A2N反硝化除磷脱氮工艺的弊端，根据多年的试验研究进行了弥补或改进，但多数仅局限性的对一个弊端进行弥补，致使改进A2N工艺失去了“双污泥系统”、“一碳两用”的最大优势，尽管弥补了氨氮出水浓度高和流程长等问题，却引入新的问题。而关于反硝化除磷工艺稳定运行的问题几乎没有很深入的研究，没有很好的对策提出。

[0005] 基于上述各方面，提出一种低碳源(低C/N、低C/P)污废水的新型可利用的连续流生物一体化脱氮除磷装置和方法显得尤为重要。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种针对低C/P比污废水以亚硝化-反硝化脱氮除磷工艺为主体，经济高效，运行便捷，产泥量低，节约占地的连续流一体化脱氮除磷装置，并提供一种污废水同步脱氮除磷的方法。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

[0008] 一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置，主要由一个厌氧-好氧反应器和一个缺氧反-好氧反应器串联组成，厌氧释磷区(2)与好氧亚硝化区(3)、缺氧反硝化除磷区(4)与好氧强化脱氮除磷区(5)分别经由第一膜组件(7)和第二膜组件(17)进行功能区隔离；一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置由进水泵(1)供水通过厌氧释磷区(2)的第一布水器(6)进水，经由厌氧释磷、好氧亚硝化后的出水通过好氧亚硝化区(3)的第一排水口(11)排水，随后与厌氧释磷区(2)中泥水混合液出口(12)的泥水混合液利用缺氧反硝化除磷区(4)的第二布水器(16)共同进水并进行反硝化释磷，最后通过好氧强化脱氮除磷区(5)强化脱氮除磷效果后经第二排水口(21)出水；缺氧反硝化除磷区(4)的污泥通过第二排泥口(22)利用污泥回流泵(23)将回流污泥通过厌氧释磷区(2)的污泥回流进口(13)回流；好氧亚硝化区(3)和好氧强化脱氮除磷区(5)利用曝气泵(15)供氧；

[0009] 厌氧-好氧反应器包括悬浮型生物厌氧释磷区(2)和附着型生物好氧亚硝化区(3)，内置第一布水器(6)、第一膜组件(7)、第一布气盘(8)、第一填料(9)、第一搅拌机(10)、好氧亚硝化区(3)的排水口(11)、厌氧释磷区(2)的泥水混合液出口(12)、厌氧释磷区(2)的污泥回流进口(13)和厌氧-好氧反应器底部第一排泥口(14)；

[0010] 缺氧-好氧反应器包括悬浮型生物缺氧反硝化除磷区(4)和附着型生物好氧强化脱氮除磷区(5)，内置第二布水器(16)、第二膜组件(17)、第二布气盘(18)、第二填料(19)、第二搅拌机(20)、好氧亚硝化区(3)的第二排水口(21)和缺氧-好氧反应器底部第二排泥口(22)；

[0011] 膜组件为微滤膜(MF)，截留微生物，避免菌种流失和不同区域的菌群的混杂，强化反应区域内功能菌群优势；

[0012] 生物填料为悬挂式的由柔性和半柔性填料形成的组合填料，填料单元直径Ф150mm，横排和竖排的间距为150mm，启动及运行后其表面附着微生物种群。

[0013] 使用上述连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置实现经济高效的一体化生物脱氮除磷的方法，其特征包括以下步骤：

[0014] 1)污废水经进水泵(1)进入厌氧-好氧反应器的悬浮型生物厌氧释磷区(2)，启动第一搅拌器(10)进行泥水混合，污泥中的微生物利用水中的营养元素维持生命活性，主要功能菌群进行碳源吸收、厌氧释磷并储存PHA在生物体内；

[0015] 2)厌氧释磷区(2)污泥浓度3000～5000mg/L，HRT为0.5～2.5h，经污泥充分除碳释磷后的出水分两部分，第一部分出水是按进水量15～30％的比例将该区泥水混合物通过位于厌氧释磷区(2)的泥水混合液出口(12)排出，然后与生物膜好氧亚硝化区(3)出水混合进入缺氧反硝化除磷区(4)进行反硝化同步脱氮除磷，第二部分的出水利用水流承托作用经过第一膜组件(7)进行泥水分离，排水进入生物膜好氧亚硝化区(3)进行亚硝化；

[0016] 3)生物膜好氧亚硝化区(3)填充第一填料(9)，微生物生长并附着在填料上，形成生物膜，底部第一布气盘(8)供给生物膜好氧亚硝化区(3)曝气需求，DO在0.6～1.1mg/L，HRT1～3h，以减少硝氮生成，可满足微生物短程硝化，水溢流后通过第一排水口(11)排出；

[0017] 4)生物膜好氧亚硝化区(3)中的优势菌属亚硝化菌将进入亚硝化区的污水中氨氮转化为亚硝氮，亚硝化液溢流出水进入缺氧反硝化除磷区(4)作为反硝化除磷底物，厌氧释磷区(2)中的泥水混合液出口(12)排出的泥水混合物中污泥进入缺氧反硝化除磷区(4)提供充分释磷后的反硝化聚磷菌种，厌氧释磷区(2)的泥水混合液与好氧亚硝化区(3)的排水混合后，经第二布水器(16)进入缺氧-好氧反应器的缺氧反硝化除磷区(4)，进行反硝化除磷；

[0018] 5)缺氧反硝化除磷区(4)污泥浓度为3000～5000mg/L，HRT为0.5～2h，第二搅拌器(20)进行泥水混合，进行缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体进行过量吸磷及反硝化脱氮，通过第二膜组件(17)出水和排气进入好氧强化脱氮除磷区(5)，气体最终排出水处理系统；

[0019] 6)好氧强化脱氮除磷区(5)利用底部布气盘(18)进行二次曝气，DO2～4mg/L，HRT0.5～2h，供氧给第二填料(19)附着的微生物并进行气体吹脱，强化脱氮除磷效果，出水经溢流通过排水口(21)排出；

[0020] 7)上述厌氧-好氧反应器的厌氧释磷区(2)和缺氧-好氧反应器的缺氧反硝化除磷区(4)中的优势菌属亚硝化-反硝化除磷菌，实现厌氧除碳释磷积蓄PHA，好氧过量吸磷并将亚硝氮还原为氮气，厌氧/缺氧环境交替，污泥循环实现整个系统的一体化脱氮除磷；

[0021] 8)厌氧释磷区(2)和缺氧反硝化除磷区(4)SRT为20～35d，其中缺氧反硝化除磷区(4)中的污泥通过第二排泥口(22)排出，利用污泥回流泵(23)按污泥回流比1～4经污泥回流进口(13)回流至厌氧释磷区(2)，进行污泥新一周期的厌氧释磷/缺氧反硝化除磷生命活动，其中缺氧反硝化除磷区(4)中排放的过量吸磷后的剩余污泥，是实现生物法除去污废水中的磷的主体。

[0022] 一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置和方法，具有优点：本发明实现了除磷菌种和硝化菌种等主要功能菌群的分离，避免了泥龄矛盾；节省碳源和曝气量，增加了反应速率，减少污泥产量，高效节能；避免传统连续流反硝化除磷工艺的冗长，节约占地，运行简单；适用于低碳磷比污废水同步脱氮除磷，实现系统的稳定运行。

附图说明

[0023] 图1是本发明所述的一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置的结构示意图：

[0024] 其中：1-进水泵，2-厌氧释磷区，3-好氧亚硝化区，4-缺氧反硝化除磷区，5-好氧强化脱氮除磷区，6-第一布水器，7-第一膜组件，8-第一布气盘，9-第一填料，10-第一搅拌机，11-第一排水口，12-泥水混合液出口，13-污泥回流进口，14-第一排泥口，15-曝气泵，16-第二布水器，17-第二膜组件，18-第二布气盘，19-第二填料，20-第二搅拌机，21-第二排水口，
22-第二排泥口，23-污泥回流泵。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0026] 参考图1，本发明实施所述的一种连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置主要由一个厌氧-好氧反应器和一个缺氧-好氧反应器串联组成，由进水泵(1)供水通过厌氧释磷区(2)的第一布水器(6)进水，经过反硝化释磷后进入好氧亚硝化区(3)，亚硝化后的第一排水口(11)排水与厌氧释磷区(2)的泥水混合液出口(12)的泥水混合液利用第二布水器(16)共同进水到缺氧反硝化除磷区(4)进行反硝化脱氮除磷，随后通过好氧强化脱氮除磷区(5)强化脱氮除磷效果，最后经第二排水口(21)出水；缺氧反硝化除磷区(4)的污泥通过第二排泥口(22)利用污泥回流泵(23)将回流的过量吸磷污泥通过厌氧释磷区(2)的污泥回流进口(13)回流；好氧亚硝化区(3)和好氧强化脱氮除磷区(5)利用曝气泵(15)供氧曝气；

[0027] 所述厌氧-好氧反应器包括悬浮型生物厌氧释磷区(2)和附着型生物好氧亚硝化区(3)，内置第一布水器(6)、第一膜组件(7)、第一布气盘(8)、第一填料(9)、第一搅拌机(10)、好氧亚硝化区(3)的第一排水口(11)、厌氧释磷区(2)的泥水混合液出口(12)、厌氧释磷区(2)的污泥回流进口(13)及厌氧-好氧反应器底部排泥口(14)；

[0028] 所述缺氧-好氧反应器包括悬浮型生物缺氧反硝化除磷区(4)和附着型生物好氧强化脱氮除磷区(5)，内置第二布水器(16)、第二膜组件(17)、第二布气盘(18)、第二填料(19)、第二搅拌机(20)、好氧亚硝化区(3)的第二排水口(21)及缺氧-好氧反应器底部第二排泥口(22)。

[0029] 使用上述连续流低C/P污水的亚硝化-反硝化脱氮除磷装置进行脱氮除磷一体化，具体运行方式描述如下：

[0030] 1)污废水(TP4～6mg/L，NH4+-N 35～50mg/L，COD15～300mg/L)利用进水泵(1)进入悬浮型生物厌氧释磷区(2)，维持污泥浓度3000～5000mg/L，搅拌器(10)启动，HRT0.5～2.5h促进厌氧充分释磷和碳源的吸收利用；

[0031] 2)厌氧释磷区(2)3/5高度的泥水混合液出口(12)按进水量15～30％的比例将该区泥水混合物排出，随后与生物膜好氧亚硝化区(3)出水一同进入缺氧反硝化除磷区(4)进行反硝化同步脱氮除磷；

[0032] 3)上述步骤2中，生物膜好氧亚硝化区(3)进水来自于利用水流承托作用经过第一膜组件(7)的厌氧释磷区(2)出水，第一填料(9)附着有适合该区域水生环境的微生物，底部第一布气盘(8)供给好氧亚硝化区(3)曝气需求，DO 0.6～1.1mg/L，HRT1～3h，进行短程硝化，水溢流后通过第一排水口(11)排出；

[0033] 4)上述生物膜好氧亚硝化区(3)中的优势菌属亚硝化菌将进入亚硝化区的污水中氨氮转化为亚硝氮，亚硝化液溢流出水进入缺氧反硝化除磷区(4)作为反硝化除磷底物，厌氧释磷区(2)的泥水混合液出口(12)排出的泥水混合物中污泥进入缺氧反硝化除磷区(4)提供充分释磷后的反硝化聚磷菌种；

[0034] 5)缺氧反硝化除磷区(4)中污泥浓度为3000～5000mg/L，第二搅拌器(20)进行泥水混合，HRT为0.5～2h，反硝化除磷后通过第二膜组件(17)出水和排气进入好氧强化脱氮除磷区(5)，气体最终排出水处理系统；

[0035] 6)上述厌氧释磷区(2)和缺氧反硝化除磷区(4)中的优势菌属亚硝化-反硝化除磷菌，用以实现厌氧除碳释磷积蓄PHA，好氧过量吸磷并将亚硝氮还原为氮气，厌氧/缺氧环境交替，污泥循环实现整个系统的一体化脱氮除磷；

[0036] 7)好氧强化脱氮除磷区(5)，底部第二布气盘(18)进行二次曝气，DO在2～4mg/L，HRT0.5～2h，供氧给第二填料(19)附着的微生物并进行气体吹脱，强化脱氮除磷效果，出水经溢流通过排水口(21)排水；

[0037] 8)厌氧释磷区(2)和缺氧反硝化除磷区(4)SRT为20～35d，其中缺氧反硝化除磷区(4)中的污泥通过第二排泥口(22)排出，利用污泥回流泵(23)按污泥回流比1～4经污泥回流进口(13)回流至厌氧释磷区(2)，进行污泥新一周期的厌氧释磷/缺氧反硝化除磷生命活动，其中缺氧反硝化除磷区(4)中排放的过量吸磷后的剩余污泥，是实现生物法除去污废水中的磷的主体。

[0038] 试验结果表明:运行稳定后，反应器出水总磷浓度小于0.5mg/L，氨氮浓度为1.3～2.5mg/L，总氮浓度小于14mg/L，COD浓度为21～47mg/L，达到一级A排放标准。

[0039] 上述仅为本发明的具体实施例，便于该领域技术人员更好的理解和应用本发明，并非用来限制本发明范围，凡依本发明所做的简单改进均应包括在本发明范围内。