申請日2015.05.17

　　公開(公告)日2016.07.06

　　IPC分類號C02F3/30

　　摘要

　　一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的城市污水短程反硝化除磷的裝置和方法屬于污水處理領(lǐng)域。裝置包括：城市污水原水箱、反硝化除磷反應(yīng)器、中間水箱、短程硝化反應(yīng)器、一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器、二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器。方法是城市污水先進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器，同時投加經(jīng)FNA預(yù)處理的污泥，微生物攝取原水和預(yù)處理污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為PHAs。接著，污水進(jìn)入短程硝化反應(yīng)器中發(fā)生短程硝化;通過污泥旁側(cè)預(yù)處理，即將部分剩余污泥用FNA處理后再回流到反應(yīng)器中抑制亞硝酸鹽氧化菌的增長，實現(xiàn)并維持系統(tǒng)短程硝化的穩(wěn)定。經(jīng)短程硝化的污水實現(xiàn)同步脫氮除磷。此方法快速穩(wěn)定實現(xiàn)短程反硝化除磷，節(jié)省碳源，且使污泥減量，降低污水處理的能耗。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的裝置，其特征在于：設(shè)有城市污水原水箱(1)、反硝化除磷反應(yīng)器(2)、中間水箱(3)、短程硝化反應(yīng)器(4)、一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)、二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6);所述城市污水原水箱(1)設(shè)有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2);所述反硝化除磷反應(yīng)器(2)設(shè)有攪拌裝置Ⅰ(2.3)、曝氣頭Ⅰ(2.4)、空氣壓縮機(jī)Ⅰ(2.5)、DO/pH在線測定儀Ⅰ(2.6)、出水閥Ⅰ(2.2);所述中間水箱(3)設(shè)有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2);所述短程硝化反應(yīng)器(4)設(shè)有攪拌裝置Ⅱ(4.3)、曝氣頭Ⅱ(4.4)、空氣壓縮機(jī)Ⅱ(4.5)、DO/pH在線測定儀Ⅱ(4.6)、出水管和出水閥Ⅱ(4.2);所述一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)設(shè)有進(jìn)藥口Ⅰ(5.2)、pH在線測定儀Ⅰ(5.3)、攪拌子Ⅰ(5.4)、磁力攪拌器Ⅰ(5.5);所述二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)設(shè)有進(jìn)藥口Ⅱ(6.2)、pH在線測定儀Ⅱ(6.3)、攪拌子Ⅱ(6.4)、磁力攪拌器Ⅱ(6.5);

　　所述城市污水原水箱(1)通過進(jìn)水泵Ⅰ(2.1)與反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接;反硝化除磷反應(yīng)器(2)的剩余排泥通過污泥回流泵Ⅲ(6.1)進(jìn)入二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6);二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)通過污泥回流泵Ⅳ(2.9)與反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接;反硝化除磷反應(yīng)器(2)通過進(jìn)水泵Ⅱ(4.1)與短程硝化反應(yīng)器(4)相連接;短程硝化反應(yīng)器(4)的出水進(jìn)入中間水箱(3);短程硝化反應(yīng)器(4)的排泥通過污泥回流泵Ⅰ(5.1)進(jìn)入一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5);一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)通過污泥回流泵Ⅱ(4.7)與短程硝化反應(yīng)器(4)相連接;中間水箱(3)通過進(jìn)水泵Ⅲ(2.8)與反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接。

　　2.一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的方法，其具體啟動與調(diào)控步驟如下：

　　1)啟動系統(tǒng)：將城市污水處理廠剩余污泥或具有反硝化除磷活性的污泥投加至反硝化除磷反應(yīng)器(2)中，使反硝化除磷反應(yīng)器(2)內(nèi)污泥濃度MLSS=2000-5000mg/L;將城市污水處理廠剩余污泥投加至短程硝化反應(yīng)器(4)中，使短程硝化反應(yīng)器(4)內(nèi)污泥濃度MLSS=2000-5000mg/L;

　　2)運行時調(diào)節(jié)操作如下：

　　2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通過進(jìn)水泵Ⅰ(2.1)進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器(2)中，進(jìn)水體積為反硝化除磷反應(yīng)器(2)有效體積的20～60%，同時進(jìn)入的還有二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器中的處理污泥;然后，反硝化除磷反應(yīng)器(2)厭氧攪拌1～2h，沉淀排水30～45min，排水比20～60%，排水進(jìn)入短程硝化反應(yīng)器(4)中;

　　2.2)短程硝化反應(yīng)器(4)進(jìn)水結(jié)束后，好氧曝氣1.5～3h，DO濃度0.5～2mg/L，沉淀排水30min，排水比20～60%，排水進(jìn)入中間水箱(3)中;然后，一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)中的處理污泥通過污泥回流泵Ⅱ(4.7)進(jìn)入短程硝化反應(yīng)器(4)中;接著，短程硝化反應(yīng)器(4)缺氧攪拌1～2h，排出短程硝化反應(yīng)器(4)有效體積20～30%的污泥濃縮為污泥濃度20000-50000mg/L的污泥后進(jìn)入一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)中;

　　2.3)通過向一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)投加亞硝酸鈉，使一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)內(nèi)亞硝酸鹽氮濃度為400-1500mg/L，并通過投加酸或堿控制一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)內(nèi)pH為5.5-6.5，污泥停留時間為6-24h;

　　2.4)中間水箱(3)中的污水通過進(jìn)水泵Ⅲ(2.8)進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器(2)中，一次進(jìn)水或在隨后的缺氧段連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水體積為反硝化除磷反應(yīng)器(2)有效體積的20～60%;然后，反硝化除磷反應(yīng)器(2)缺氧攪拌3～4h，好氧曝氣1～2h，DO濃度2～3mg/L，好氧曝氣結(jié)束排泥，排出泥的30～80%濃縮為污泥濃度20000-50000mg/L的污泥后進(jìn)入二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)中;終沉排水30min，排水比20～60%;

　　2.5)通過向二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)投加亞硝酸鈉，使二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)內(nèi)亞硝酸鹽氮濃度為400-1500mg/L，并通過投加酸或堿控制二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)內(nèi)pH為5.5-6.5，污泥停留時間為6-24h。

　　說明書

　　一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的裝置和方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明涉及一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的裝置和方法，屬于低C/N比城市污水處理及剩余污泥生化處理減量技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)：

　　隨著水體富營養(yǎng)化問題的日益加劇，生物脫氮除磷工藝被廣泛研究和應(yīng)用。我國城市污水存在碳氮比(C/N)低、碳源不足的問題，造成傳統(tǒng)工藝處理污水中氮、磷同時達(dá)標(biāo)尤為困難。反硝化除磷技術(shù)因其具有同步脫氮除磷、降低碳源和能源的需求、污泥產(chǎn)量低等優(yōu)勢而成為目前研究的熱點。該技術(shù)的原理是將反硝化和除磷兩個過程合二為一，反硝化除磷菌(DPAO)通過NO3-還原作用產(chǎn)生能量，并用于細(xì)胞增值、糖原再生、PO43-的吸收和多聚磷酸鹽(Ploy-P)的合成過程，達(dá)到同步脫氮除磷的目的。最近研究發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽亦可作為DPAO吸磷的電子受體，因此若采用短程硝化可進(jìn)一步節(jié)省能源，降低污水處理能耗。

　　目前，短程反硝化除磷工藝研究的瓶頸主要有短程硝化的長期穩(wěn)定運行和NO2-對反硝化除磷菌的毒性作用。最新研究發(fā)現(xiàn)在缺氧條件下，亞硝酸鹽對亞硝酸鹽氧化菌的滅活效果要強(qiáng)于對氨氧化菌的滅活效果。若能基于亞硝酸鹽的這種選擇性滅菌效應(yīng)實現(xiàn)亞硝酸鹽氧化菌的穩(wěn)定控制，則有望解決上述難題一。而針對上述難題二，可通過改變進(jìn)水方式降低NO2-的濃度，使其在微生物的耐受閥值一下，有望實現(xiàn)短程反硝化除磷。

　　污水生物處理能夠有效地去除有機(jī)物并達(dá)到脫氮除磷的目的，但該過程往往伴隨著大量的剩余污泥產(chǎn)生。剩余污泥不僅含有可回收利用的資源，而且含有病原體、重金屬等危害性物質(zhì)，易造成二次污染，且有關(guān)研究表明其處理處置費用高，占污水處理廠運行總費用的60%。因此，有效減少剩余污泥的產(chǎn)量是至關(guān)重要的。最新研究表明FNA(游離亞硝酸)預(yù)處理可以提升污泥的可降解性，有利于開發(fā)內(nèi)碳源，并使污泥減量。因此，在污水生物處理的過程中應(yīng)用FNA旁側(cè)預(yù)處理部分剩余污泥，再回流至主流反應(yīng)器中開發(fā)內(nèi)碳源，回收利用，不僅可以使污泥減量，而且可以節(jié)省碳源，有望大大減低污水處理的費用。

　　發(fā)明內(nèi)容：

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理污泥的短程反硝化除磷的裝置和方法，實現(xiàn)將短程反硝化除磷技術(shù)應(yīng)用于城市污水的同步脫氮除磷處理中，使耗氧量與傳統(tǒng)方式相比降低，節(jié)省碳源，并開發(fā)內(nèi)碳源，使污泥減量。

　　為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理污泥的短程反硝化除磷的裝置，包括：城市污水原水箱(1)、反硝化除磷反應(yīng)器(2)、中間水箱(3)、短程硝化反應(yīng)器(4)、一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)、二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6);其特征在于，所述城市污水原水箱(1)設(shè)有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2);所述反硝化除磷反應(yīng)器(2)設(shè)有攪拌裝置Ⅰ(2.3)、曝氣頭Ⅰ(2.4)、空氣壓縮機(jī)Ⅰ(2.5)、DO/pH在線測定儀Ⅰ(2.6)、出水閥Ⅰ(2.2);所述中間水箱(3)設(shè)有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2);所述短程硝化反應(yīng)器(4)設(shè)有攪拌裝置Ⅱ(4.3)、曝氣頭Ⅱ(4.4)、空氣壓縮機(jī)Ⅱ(4.5)、DO/pH在線測定儀Ⅱ(4.6)、出水管和出水閥Ⅱ(4.2);所述一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)設(shè)有進(jìn)藥口Ⅰ(5.2)、pH在線測定儀Ⅰ(5.3)、攪拌子Ⅰ(5.4)、磁力攪拌器Ⅰ(5.5);所述二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)設(shè)有進(jìn)藥口Ⅱ(6.2)、pH在線測定儀Ⅱ(6.3)、攪拌子Ⅱ(6.4)、磁力攪拌器Ⅱ(6.5)。

　　城市污水原水箱(1)通過進(jìn)水泵Ⅰ(2.1)與反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接;反硝化除磷反應(yīng)器(2)的剩余排泥通過污泥回流泵Ⅲ(6.1)進(jìn)入二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6);二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)通過污泥回流泵Ⅳ(2.9)與反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接;反硝化除磷反應(yīng)器(2)通過進(jìn)水泵Ⅱ(4.1)與短程硝化反應(yīng)器(4)相連接;短程硝化反應(yīng)器(4)的出水進(jìn)入中間水箱(3);短程硝化反應(yīng)器(4)的排泥通過污泥回流泵Ⅰ(5.1)進(jìn)入一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5);一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)通過污泥回流泵Ⅱ(4.7)與短程硝化反應(yīng)器(4)相連接;中間水箱(3)通過進(jìn)水泵Ⅲ(2.8)與反硝化除磷反應(yīng)器(2)相連接。

　　本發(fā)明還提供了一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的方法，其具體啟動與調(diào)控步驟如下：

　　1)啟動系統(tǒng)：將城市污水處理廠剩余污泥或具有反硝化除磷活性的污泥投加至反硝化除磷反應(yīng)器(2)中，使反硝化除磷反應(yīng)器(2)內(nèi)污泥濃度MLSS=2000-5000mg/L;將城市污水處理廠剩余污泥投加至短程硝化反應(yīng)器(4)中，使短程硝化反應(yīng)器(4)內(nèi)污泥濃度MLSS=2000-5000mg/L;

　　2)運行時調(diào)節(jié)操作如下：

　　2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通過進(jìn)水泵Ⅰ(2.1)進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器(2)中，進(jìn)水體積為反硝化除磷反應(yīng)器(2)有效體積的20～60%，同時進(jìn)入的還有二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器中的處理污泥;然后，反硝化除磷反應(yīng)器(2)厭氧攪拌1～2h，沉淀排水30～45min，排水比20～60%，排水進(jìn)入短程硝化反應(yīng)器(4)中;

　　2.2)短程硝化反應(yīng)器(4)進(jìn)水結(jié)束后，好氧曝氣1.5～3h，DO濃度0.5～2mg/L，沉淀排水30min，排水比20～60%，排水進(jìn)入中間水箱(3)中;然后，一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)中的處理污泥通過污泥回流泵Ⅱ(4.7)進(jìn)入短程硝化反應(yīng)器(4)中;接著，短程硝化反應(yīng)器(4)缺氧攪拌1～2h，排出短程硝化反應(yīng)器(4)有效體積20～30%的污泥濃縮為污泥濃度20000-50000mg/L的污泥后進(jìn)入一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)中;

　　2.3)通過向一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)投加亞硝酸鈉，使一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)內(nèi)亞硝酸鹽氮濃度為400-1500mg/L，并通過投加酸或堿控制一號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(5)內(nèi)pH為5.5-6.5，污泥停留時間為6-24h;

　　2.4)中間水箱(3)中的污水通過進(jìn)水泵Ⅲ(2.8)進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器(2)中，一次進(jìn)水或在隨后的缺氧段連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水體積為反硝化除磷反應(yīng)器(2)有效體積的20～60%;然后，反硝化除磷反應(yīng)器(2)缺氧攪拌3～4h，好氧曝氣1～2h，DO濃度2～3mg/L，好氧曝氣結(jié)束排泥，排出泥的30～80%濃縮為污泥濃度20000-50000mg/L的污泥后進(jìn)入二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)中;終沉排水30min，排水比20～60%;

　　2.5)通過向二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)投加亞硝酸鈉，使二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)內(nèi)亞硝酸鹽氮濃度為400-1500mg/L，并通過投加酸或堿控制二號污泥預(yù)處理反應(yīng)器(6)內(nèi)pH為5.5-6.5，污泥停留時間為6-24h。

　　綜上，提供的一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的裝置和方法，其處理城市污水的流程為：城市污水和經(jīng)FNA預(yù)處理后的污泥進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器的厭氧段，微生物攝取原水和預(yù)處理污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為PHAs;然后，污水進(jìn)入短程硝化反應(yīng)器中，氨氧化細(xì)菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽;通過污泥旁側(cè)預(yù)處理，即將部分剩余污泥用FNA處理后再回流到反應(yīng)器中抑制亞硝酸鹽氧化菌的增長，同時缺氧攪拌進(jìn)行反硝化作用，實現(xiàn)并維持系統(tǒng)短程硝化的穩(wěn)定;經(jīng)短程硝化的污水進(jìn)入反硝化除磷反應(yīng)器的缺氧段，同步脫氮除磷，再進(jìn)行好氧曝氣，確保磷的充分吸收。

　　因此，本發(fā)明一種基于污泥旁側(cè)預(yù)處理的短程反硝化除磷的裝置和方法，與現(xiàn)有傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比具有以下優(yōu)勢：

　　(1)將生長環(huán)境要求有很大差別的硝化菌和聚磷菌分別位于不同的污泥系統(tǒng)，利于各系統(tǒng)的高效運行，將脫氮和除磷兩個獨立過程有機(jī)合為一體，很好地實現(xiàn)了碳源與氧的節(jié)省和剩余污泥的減量;

　　(2)旁側(cè)缺氧處理污泥，選擇性滅活亞硝酸鹽氧化菌(NOB)，實現(xiàn)短程硝化的穩(wěn)定運行;同時，提高剩余污泥的可生物降解性，回流至硝化系統(tǒng)排水后的缺氧段，開發(fā)內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化作用，消除NOB生長的底物，有利于短程硝化的實現(xiàn)，且污泥減量，無需投加外碳源;

　　(3)在反硝化除磷系統(tǒng)的厭氧段投加經(jīng)FNA預(yù)處理并淘洗后的污泥，開發(fā)內(nèi)碳源，增加進(jìn)水中的COD，有利于充分地釋放磷和儲存PHA，保證缺氧段對磷的充分過量吸收;

　　(4)通過設(shè)置中間水箱，可靈活調(diào)整反硝化除磷反應(yīng)器缺氧段的進(jìn)水方式，控制反應(yīng)器中亞硝酸鹽的濃度，減小其對反硝化除磷菌的毒性作用。