公布日：2023.10.24
申請日：2023.09.15
分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明提供的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)包括進水池、一級SBBR反應器、第一中間水池、二級SBBR反應器、第二中間水池、厭氧氨氧化除磷反應器以及出水池；所述厭氧氨氧化除磷反應器設(shè)有反應外室和反應內(nèi)室。本發(fā)明在一級SBBR反應器中發(fā)生厭氧釋磷反應、全程硝化和一級好氧除磷反應，在二級SBBR反應器的內(nèi)源短程反硝化反應階段，加入原污水，無需補充外源有機物；在反應外室中發(fā)生厭氧氨氧化脫氮反應，在反應內(nèi)室中發(fā)生二級好氧除磷反應，解決了內(nèi)源短程反硝化耦合厭氧氨氧化工藝不具有除磷能力的技術(shù)問題。
權(quán)利要求書
1.一種低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，包括進水池、一級SBBR反應器、第一中間水池、二級SBBR反應器、第二中間水池、厭氧氨氧化除磷反應器以及出水池；其中，所述一級SBBR反應器，與所述進水池相連，用于發(fā)生一級厭氧釋磷反應、全程硝化和一級好氧除磷反應；所述第一中間水池，與所述一級SBBR反應器相連，用于接收經(jīng)所述一級SBBR反應器處理后導出的污水；所述二級SBBR反應器，與所述進水池相連，且與所述第一中間水池相連，所述二級SBBR反應器用于對由所述進水池導入的污水進行內(nèi)源碳儲存和二級厭氧釋磷反應，隨后對由所述第一中間水池導入的污水進行內(nèi)源短程反硝化反應；所述第二中間水池，與所述二級SBBR反應器相連，用于接收經(jīng)所述二級SBBR反應器處理后導出的污水；所述厭氧氨氧化除磷反應器，設(shè)有與所述第二中間水池相連的反應外室及位于所述反應外室內(nèi)部且與所述反應外室連通的反應內(nèi)室；所述反應外室用于對由所述第二中間水池導入的污水進行厭氧氨氧化脫氮反應；所述反應內(nèi)室用于對由所述反應外室導入的污水進行二級好氧除磷反應；所述出水池，與所述反應內(nèi)室相連，用于接收經(jīng)所述反應內(nèi)室處理后導出水質(zhì)達標的可排放水。
2.如權(quán)利要求1所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述一級SBBR反應器包括第一器身、第一攪拌器、第一填料支架以及第一納米微孔曝氣盤；其中，所述第一器身，具有與所述進水池及所述第一中間水池連通的第一內(nèi)腔；所述第一攪拌器，設(shè)置在所述第一器身上，且伸入至所述第一內(nèi)腔中；所述第一填料支架，設(shè)置在所述第一內(nèi)腔中，且位于第一攪拌器的外側(cè)，具有若干個沿著豎直方向設(shè)置的第一垂直支架；所述第一納米微孔曝氣盤，設(shè)置在所述第一內(nèi)腔的底端，用于向所述第一內(nèi)腔通入空氣。
3.如權(quán)利要求2所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一垂直支架上均布設(shè)有第一生物填料，用于附著污泥和污水中的微生物；所述第一生物填料的體積填充比為35%~45%。
4.如權(quán)利要求2所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述一級SBBR反應器還包括第一亞硝態(tài)氮分析儀、第一硝態(tài)氮分析儀、第一磷酸鹽分析儀、第一總磷分析儀和第一DO分析儀。
5.如權(quán)利要求1所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述二級SBBR反應器包括第二器身、第二攪拌器以及第二填料支架；其中，所述第二器身，具有與所述進水池、所述第一中間水池及所述第二中間水池連通的第二內(nèi)腔；所述第二攪拌器，設(shè)置在所述第二器身上，且伸入至所述第二內(nèi)腔中；所述第二填料支架，設(shè)置在所述第二內(nèi)腔中，且位于第二攪拌器的外側(cè)，具有若干個沿著豎直方向設(shè)置的第二垂直支架。
6.如權(quán)利要求5所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二垂直支架上均布設(shè)有第二生物填料，用于附著污泥和污水中的微生物；所述第二生物填料的體積填充比為40%~50%。
7.如權(quán)利要求6所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述二級SBBR反應器還包括第一氨氮分析儀、第二亞硝態(tài)氮分析儀、第二硝態(tài)氮分析儀、第二磷酸鹽分析儀、第二總磷分析儀和第二DO分析儀。
8.如權(quán)利要求1所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧氨氧化除磷反應器包括外筒體、內(nèi)筒體、潛水推流器、多孔懸浮球生物填料以及第二納米微孔曝氣盤；其中，所述內(nèi)筒體設(shè)置在所述外筒體的筒腔中，所述內(nèi)筒體的筒腔為所述反應內(nèi)室，在所述內(nèi)筒體與所述外筒體之間形成所述反應外室；所述內(nèi)筒體的側(cè)壁頂部設(shè)有與所述反應外室連通的溢流口；所述潛水推流器位于所述外筒體的側(cè)壁上，用于推動所述反應外室中的污水及多孔懸浮球生物填料均勻分布；所述多孔懸浮球生物填料設(shè)置在所述反應外室中，用于附著污泥和污水中的微生物，體積填充比為35%~45%；所述第二納米微孔曝氣盤位于所述內(nèi)筒體的筒腔底部，用于向所述反應內(nèi)室通入空氣；其中，所述反應外室的頂部設(shè)有排氣口，用于排放所述厭氧氨氧化脫氮反應產(chǎn)生的氮氣。
9.如權(quán)利要求8所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，其特征在于，所述厭氧氨氧化除磷反應器還包括第二氨氮分析儀、第三亞硝態(tài)氮分析儀、總氮分析儀、第三DO分析儀和第三總磷分析儀；其中，所述第二氨氮分析儀、第三亞硝態(tài)氮分析儀和總氮分析儀的探頭均插入所述反應外室中；所述第三總磷分析儀的探頭插入所述反應內(nèi)室中；所述第三DO分析儀設(shè)有兩組探頭，其中一組探頭插入所述反應外室中，另一組探頭插入所述反應內(nèi)室中。
10.一種低碳氮比污水強化脫氮除磷的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1~9任一項所述的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，包括以下步驟：S1，預備階段：S11，在一級SBBR反應器中接種A/O工藝污水處理廠二沉池的剩余污泥，使一級SBBR反應器中的污泥濃度為3000~4000mg/L；S12，在二級SBBR反應器中接種經(jīng)馴化后的含有高濃度NO2--N的反硝化污泥，使二級SBBR反應器中的污泥濃度為3000~4000mg/L；S13，在厭氧氨氧化除磷反應器的反應外室中放入負載厭氧氨氧化微生物的多孔懸浮球生物填料；S14，在厭氧氨氧化除磷反應器的反應內(nèi)室中接種A/O工藝污水處理廠二沉池的剩余污泥，使反應內(nèi)室中的污泥濃度為3000~3500mg/L；S2，全程硝化和一級好氧除磷反應階段：S21，厭氧階段：將進水池內(nèi)的污水加入到一級SBBR反應器中，攪拌，進行一級厭氧釋磷反應，當PO43--P/TP超過95%，控制反應結(jié)束；S22，好氧階段：向一級SBBR反應器中通入空氣，使DO濃度為2.0~4.0mg/L，攪拌，進行全程硝化和一級好氧除磷反應，當NO3--N/NOx--N超過95%，且TP濃度低于0.5mg/L，控制反應結(jié)束，得高濃度NO3--N的污水；S23，沉淀排水階段：將所述高濃度NO3--N的污水沉淀30~60min，排入第一中間水池中儲存；S3，內(nèi)源碳儲存和短程反硝化階段：S31，厭氧階段：將進水池內(nèi)的污水加入到二級SBBR反應器中，進水體積為二級SBBR反應器容積的1/3~2/3，攪拌，進行內(nèi)源碳儲存和二級厭氧釋磷反應，當PO43--P/TP超過95%，控制反應結(jié)束；S32，缺氧階段：將第一中間水池內(nèi)的污水加入到二級SBBR反應器中，進水體積為加滿二級SBBR反應器容積，攪拌，進行內(nèi)源短程反硝化反應，當NO3--N/NOx--N超過95%，且NO2--N/NH4+-N為1.1~1.5，控制反應結(jié)束；S33，沉淀排水階段：將二級SBBR反應器處理后的水沉淀30~60min，排入第二中間水池中儲存；S4，厭氧氨氧化和二級好氧除磷階段：S41，厭氧階段：將第二中間水池內(nèi)的污水加入到厭氧氨氧化除磷反應器的反應外室中，攪拌，進行厭氧氨氧化脫氮反應，當NH4+-N和NO2--N濃度均為0mg/L，且TN濃度在15mg/L以下，控制反應結(jié)束，反應外室中的污水流入反應內(nèi)室；S43，好氧階段：向反應內(nèi)室中通入空氣，使DO濃度為3~5mg/L，攪拌，進行二級好氧除磷反應，當TP濃度為0.5mg/L以下，控制反應結(jié)束；S44，沉淀排水階段：將反應內(nèi)室的水沉淀30~60min，排入出水池，得水質(zhì)達標的可排放水。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)及方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，包括進水池、一級SBBR反應器、第一中間水池、二級SBBR反應器、第二中間水池、厭氧氨氧化除磷反應器以及出水池；其中，所述一級SBBR反應器，與所述進水池相連，用于發(fā)生一級厭氧釋磷反應、全程硝化和一級好氧除磷反應；所述第一中間水池，與所述一級SBBR反應器相連，用于接收經(jīng)所述一級SBBR反應器處理后導出的污水；所述二級SBBR反應器，與所述進水池相連，且與所述第一中間水池相連，所述二級SBBR反應器用于對由所述進水池導入的污水進行內(nèi)源碳儲存和二級厭氧釋磷反應，隨后對由所述第一中間水池導入的污水進行內(nèi)源短程反硝化反應；所述第二中間水池，與所述二級SBBR反應器相連，用于接收經(jīng)所述二級SBBR反應器處理后導出的污水；所述厭氧氨氧化除磷反應器，設(shè)有與所述第二中間水池相連的反應外室及位于所述反應外室內(nèi)部且與所述反應外室連通的反應內(nèi)室；所述反應外室用于對由所述第二中間水池導入的污水進行厭氧氨氧化脫氮反應；所述反應內(nèi)室用于對由所述反應外室導入的污水進行二級好氧除磷反應；所述出水池，與所述反應內(nèi)室相連，用于接收經(jīng)所述反應內(nèi)室處理后導出水質(zhì)達標的可排放水。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，通過一級SBBR反應器的全程硝化和一級好氧除磷反應，在有氧狀態(tài)下，利用無機氮為氮源將NH4+氧化成NO3-，硝態(tài)率（NO3--N/NOx--N）超過95%，為內(nèi)源短程反硝化提供穩(wěn)定充足的NO3-來源，無需再次投加NO3--N，同時，實現(xiàn)磷一級好氧去除；在二級SBBR反應器的內(nèi)源短程反硝化反應階段，加入原污水，在厭氧條件下，利用原污水中的有機物進行內(nèi)碳源聚羥基脂肪酸酯（poly-β-hydroxy-alkanoates，PHAs）儲存，在缺氧條件下，異氧反硝化細菌利用厭氧條件下儲存的PHAs將一級SBBR反應器出水中NO3-轉(zhuǎn)化為NO2-，無需補充外源有機物；通過厭氧氨氧化除磷反應器的厭氧氨氧化脫氮和二級好氧除磷反應階段，在厭氧條件下，厭氧氨氧化細菌將NO2-、NH4+轉(zhuǎn)化為N2，實現(xiàn)氮素的去除，同時將二級SBBR反應器進入的原污水中的磷以及一級SBBR反應器未去除的磷再次進行好氧去除，解決了EPD耦合Anammox工藝不具有除磷能力的技術(shù)問題。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述一級SBBR反應器包括第一器身、第一攪拌器、第一填料支架以及第一納米微孔曝氣盤；其中，所述第一器身，具有與所述進水池及所述第一中間水池連通的第一內(nèi)腔；所述第一攪拌器，設(shè)置在所述第一器身上，且伸入至所述第一內(nèi)腔中；所述第一填料支架，設(shè)置在所述第一內(nèi)腔中，且位于第一攪拌器的外側(cè)，具有若干個沿著豎直方向設(shè)置的第一垂直支架；所述第一納米微孔曝氣盤，設(shè)置在所述第一內(nèi)腔的底端，用于向所述第一內(nèi)腔通入空氣。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一垂直支架上均布設(shè)有第一生物填料，用于附著污泥和污水中的微生物；所述第一生物填料的體積填充比為35%~45%。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述一級SBBR反應器還包括第一亞硝態(tài)氮分析儀、第一硝態(tài)氮分析儀、第一磷酸鹽分析儀、第一總磷分析儀和第一DO分析儀。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述二級SBBR反應器包括第二器身、第二攪拌器以及第二填料支架；其中，所述第二器身，具有與所述進水池、所述第一中間水池及所述第二中間水池連通的第二內(nèi)腔；所述第二攪拌器，設(shè)置在所述第二器身上，且伸入至所述第二內(nèi)腔中；所述第二填料支架，設(shè)置在所述第二內(nèi)腔中，且位于第二攪拌器的外側(cè)，具有若干個沿著豎直方向設(shè)置的第二垂直支架。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第二垂直支架上均布設(shè)有第二生物填料，用于附著污泥和污水中的微生物；所述第二生物填料的體積填充比為40%~50%。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述二級SBBR反應器還包括第一氨氮分析儀、第二亞硝態(tài)氮分析儀、第二硝態(tài)氮分析儀、第二磷酸鹽分析儀、第二總磷分析儀和第二DO分析儀。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述厭氧氨氧化除磷反應器包括外筒體、內(nèi)筒體、潛水推流器、多孔懸浮球生物填料以及第二納米微孔曝氣盤；其中，所述內(nèi)筒體設(shè)置在所述外筒體的筒腔中，所述內(nèi)筒體的筒腔為所述反應內(nèi)室，在所述內(nèi)筒體與所述外筒體之間形成所述反應外室；所述內(nèi)筒體的側(cè)壁頂部設(shè)有與所述反應外室連通的溢流口；所述潛水推流器位于所述外筒體的側(cè)壁上，用于推動所述反應外室中的污水及多孔懸浮球生物填料均勻分布；所述多孔懸浮球生物填料設(shè)置在所述反應外室中，用于附著污泥和污水中的微生物，體積填充比為35%~45%；所述第二納米微孔曝氣盤位于所述內(nèi)筒體的筒腔底部，用于向所述反應內(nèi)室通入空氣；其中，所述反應外室的頂部設(shè)有排氣口，用于排放所述厭氧氨氧化脫氮反應產(chǎn)生的氮氣。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述厭氧氨氧化除磷反應器還包括第二氨氮分析儀、第三亞硝態(tài)氮分析儀、總氮分析儀、第三DO分析儀和第三總磷分析儀；其中，所述第二氨氮分析儀、第三亞硝態(tài)氮分析儀和總氮分析儀的探頭均插入所述反應外室中；所述第三總磷分析儀的探頭插入所述反應內(nèi)室中；所述第三DO分析儀設(shè)有兩組探頭，其中一組探頭插入所述反應外室中，另一組探頭插入所述反應內(nèi)室中。
本發(fā)明還提供了一種低碳氮比污水強化脫氮除磷的方法，采用上述低碳氮比污水強化脫氮除磷的系統(tǒng)，包括以下步驟：S1，預備階段：S11，在一級SBBR反應器中接種A/O工藝污水處理廠二沉池的剩余污泥，使一級SBBR反應器中的污泥濃度為3000~4000mg/L；S12，在二級SBBR反應器中接種經(jīng)馴化后的含有高濃度NO2--N的反硝化污泥，使二級SBBR反應器中的污泥濃度為3000~4000mg/L；S13，在厭氧氨氧化除磷反應器的反應外室中放入負載厭氧氨氧化微生物的多孔懸浮球生物填料；S14，在厭氧氨氧化除磷反應器的反應內(nèi)室中接種A/O工藝污水處理廠二沉池的剩余污泥，使反應內(nèi)室中的污泥濃度為3000~3500mg/L；S2，全程硝化和一級好氧除磷反應階段：S21，厭氧階段：將進水池內(nèi)的污水加入到一級SBBR反應器中，攪拌，進行一級厭氧釋磷反應，當PO43--P/TP超過95%，控制反應結(jié)束；S22，好氧階段：向一級SBBR反應器中通入空氣，使DO濃度為2.0~4.0mg/L，攪拌，進行全程硝化和一級好氧除磷反應，當NO3--N/NOx--N超過95%，且TP濃度低于0.5mg/L，控制反應結(jié)束，得高濃度NO3--N的污水；S23，沉淀排水階段：將所述高濃度NO3--N的污水沉淀30~60min，排入第一中間水池中儲存；S3，內(nèi)源碳儲存和短程反硝化階段：S31，厭氧階段：將進水池內(nèi)的污水加入到二級SBBR反應器中，進水體積為二級SBBR反應器容積的1/3~2/3，攪拌，進行內(nèi)源碳儲存和二級厭氧釋磷反應，當PO43--P/TP超過95%，控制反應結(jié)束；S32，缺氧階段：將第一中間水池內(nèi)的污水加入到二級SBBR反應器中，進水體積為加滿二級SBBR反應器容積，攪拌，進行內(nèi)源短程反硝化反應，當NO3--N/NOx--N超過95%，且NO2--N/NH4+-N為1.1~1.5，控制反應結(jié)束；S33，沉淀排水階段：將二級SBBR反應器處理后的水沉淀30~60min，排入第二中間水池中儲存；S4，厭氧氨氧化和二級好氧除磷階段：S41，厭氧階段：將第二中間水池內(nèi)的污水加入到厭氧氨氧化除磷反應器的反應外室中，攪拌，進行厭氧氨氧化脫氮反應，當NH4+-N和NO2--N濃度均為0mg/L，且TN濃度在15mg/L以下，控制反應結(jié)束，反應外室中的污水流入反應內(nèi)室；S43，好氧階段：向反應內(nèi)室中通入空氣，使DO濃度為3~5mg/L，攪拌，進行二級好氧除磷反應，當TP濃度為0.5mg/L以下，控制反應結(jié)束；S44，沉淀排水階段：將反應內(nèi)室的水沉淀30~60min，排入出水池，得水質(zhì)達標的可排放水。
需要說明的是，步驟S31和步驟S2沒有先后順序，步驟S31可以在步驟S2結(jié)束后再進行，為了提高廢水處理的效率，步驟S31也可以和步驟S2同時進行。本發(fā)明所有厭氧階段（步驟S21、S31和S41）中，DO濃度均在0.02mg/L以下；缺氧階段（步驟S32）中，DO濃度為0.03~0.05mg/L。本發(fā)明中，PO43--P/TP、NO3--N/NOx--N和NO2--N/NH4+-N均表示在污水中各自的濃度比。
本發(fā)明提供的低碳氮比污水強化脫氮除磷的方法適用于處理低碳氮比的生活污水，對具體的進水水質(zhì)情況沒有要求，經(jīng)低碳氮比污水強化脫氮除磷的方法處理后，生活污水的水質(zhì)均可達到可排放的要求。
本發(fā)明步驟S2中，在厭氧（An）階段進行一級厭氧釋磷反應；在好氧（O）階段，利用無機氮為氮源進行全程硝化反應，將NH4+氧化成NO3-，硝態(tài)率（NO3--N/NOx--N）達到一定值，為內(nèi)源短程反硝化提供穩(wěn)定充足的NO3-來源，無需再次投加NO3--N，同時實現(xiàn)磷一級好氧去除。步驟S3中，在厭氧（An）階段，利用原污水中的有機物進行內(nèi)碳源聚羥基脂肪酸酯（PHAs）儲存（內(nèi)源碳儲存），同時進行二級厭氧釋磷反應；在缺氧（A）階段，異氧反硝化細菌利用厭氧條件下儲存的PHAs進行內(nèi)源短程反硝化反應，將一級SBBR反應器出水中的NO3-轉(zhuǎn)化為NO2-，無需補充外源有機物。步驟S4中，在厭氧（An）階段（反應外室內(nèi)），利用厭氧氨氧化細菌進行厭氧氨氧化脫氮反應，將NO2-和NH4+轉(zhuǎn)化為N2，實現(xiàn)氮素（TN）的去除；在好氧（O）階段，將二級SBBR反應器進入的原污水中的磷以及一級SBBR反應器未去除的磷再次進行好氧去除，大幅減少總磷（TP）濃度，解決了EPD耦合Anammox工藝不具有除磷能力的技術(shù)問題。
示例的，步驟S12中，所述反硝化污泥的馴化方式包括以下步驟：在1L的廢水中加入80.1mg檸檬酸、17.1mgKH2PO4、21.2mgNaNO3，控制溶液CODCr的說 明 書4/13頁8CN116924569A8質(zhì)量濃度為300mg/L，加固體NaOH調(diào)溶液酸堿度至pH=7；接種污泥均取自城鎮(zhèn)污水處理廠二沉池的剩余污泥，運行方式為進水0.5h，缺氧5.0h，沉淀2.0h，出水0.5h，運行周期8h，共運行30個周期。
（發(fā)明人：武肖莎;孟熙;魏丹丹;仝翠;聶麗位;李玲;蔣東）
