Sbr短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验装置与方法，属于污水 生物处理技术领域，尤其适用于低C/N的城市生活污水同步脱氮除磷。
【背景技术】
[0002] 目前，尽管国内污水处理率不断提高，但是由氮磷污染引起的水体富营养问题不 仅没有解决，而且有日益严重的趋势，影响了水资源的利用，降低了水功能的经济和社会价 值。另外，以高能耗为代价实现的污水处理率的提高，一方面实现了"污染物减排"，另一方 面却消耗了大量电能和外加碳源，"增排了温室气体"。一些发达国家的污水处理厂正在由 基本的生物脱氮除磷（BNR)向强化脱氮除磷（ENR)和节能降耗的方向发展。因此，为改善 我国水环境的富营养化状态，污废水处理的主要矛盾已由有机污染物的去除转变为氮、磷 污染物的去除。
[0003] 污水的脱氮除磷一直是污水研究领域的热点，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。由于传统的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：聚磷菌 PAOs与硝化菌对D0和污泥龄的竞争，PAOs与反硝化菌对碳源的竞争，使得污水的同步脱氮 除磷难以实现。并且在实际应用过程中，进水中可利用有机碳源的不足，导致95%的污水处 理厂（WWTPs)的氮和磷的排放都难以达到国家一级A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，研发低C/N城市生 活污水低耗高效的同步脱氮除磷新工艺势在必行。
[0004] 反硝化除磷技术代表了当前污水脱氮除磷领域的最新理论和技术，利用DAPOs吸 收污水中有限碳源，以"一碳两用"的方式，实现了脱氮和除磷过程的统一，解决了传统的脱 氮除磷工艺中（如A 20工艺）存在的除磷不佳或脱氮不充分的问题；短程硝化与厌氧氨氧 化脱氮技术实现了最短及高效的氨氮转化为氮气的途径，减少了 25%的曝气量，且不需要 有机碳源，不需要投加酸碱中和剂；序批式反应器（SBR)工艺由于具有投资省、工艺简单、 操作灵活和管理方便等优点，在中小型城市污水处理厂中得到了广泛应用。SBR工艺可以通 过时间上的灵活控制，实现厌氧/缺氧/好氧状态的交替环境条件，强化了生物除磷系统。
[0005] 本发明公布的SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化工艺，通过设计三个独立的 SBR反应器，创造反硝化除磷菌、亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌有利的微生态环境，实现该三种 功能菌在脱氮除磷方面的协调耦合作用；通过反硝化除磷，利用DPAOs有效的利用污水中 的碳源和短程硝化过程中产生的N0 2 -N，使得反硝化和除磷同时发生，实现"一碳两用"， 解决反硝化菌与除磷菌对碳源竞争的矛盾；通过短程硝化和厌氧氨氧化作用，实现生活污 水的全程自养脱氮，为保证系统除磷的高效性和稳定性，降低传统脱氮除磷过程中所需的 曝气量，在反硝化除磷过程结束后进行一段时间的微曝气；本发明具有处理效果稳定、投资 省、工艺简单、操作灵活和管理方便等优点。
【发明内容】
[0006] 本发明专利的目的是提供一种SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的装置和方 法，实现低碳氮比城市污水稳定高效的同步脱氮除磷，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。
[0007] 本发明提供的SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验装置，其特征在于：该 系统主要由生活污水原水箱（1)、A 2/0-SBR反硝化除磷反应器（2)、N-SBR短程硝化反应器 (3)、中间水箱（4)、厌氧氨氧化反应器（5)依次连接组成；原水箱（1)通过第一进水栗（6) 和进水阀（21)与A2/0-SBR反应器（2)连接；A2/0-SBR反应器的出水阀（22)通过第二进水 栗⑶与N-SBR反应器的进水阀（23)连接；N-SBR反应器的出水经出水阀（24)和电磁阀 (10)与中间水箱⑷连接冲间水箱⑷通过第三进水栗（11)和回流栗（20)分别与厌氧 氨氧化反应器（5)和A2/0-SBR反应器（2)连接；系统的出水最后经厌氧氨氧化反应器出水 阀（26)和电磁阀（13)排出；
[0008] SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验装置，其特征在于：A2/0-SBR反硝化 除磷反应器（2)设有第一搅拌桨（7)，第一曝气头（16)、第一气体流量计（15)和第一溢流 管（27) ;N-SBR短程硝化反应器（3)设有第二搅拌桨（9)、第二曝气头（19)、第二气体流量 计（18)和第二溢流管（28);厌氧氨氧化反应器设有第三搅拌桨（12)和第三溢流管（29); 第一气体流量计（15)连接第一气栗（14)和第一曝气头（16)，第二气体流量计（18)连接第 二气栗（17)和第二曝气头（19);
[0009] SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验装置，其特征在于：A2/0-SBR反应器 (2)中的聚磷菌包括反硝化聚磷微生物和普通聚磷微生物，反硝化菌包括反硝化聚磷菌和 普通的异养反硝化菌。
[0010] 本发明提供的SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验方法，主要包括以下步 骤：
[0011] 系统启动：在反硝化脱氮除磷SBR反应器（2)中接种反硝化除磷污泥，使反应器 内污泥浓度达到3000~3500mg/L ;在短程硝化SBR反应器（3)中接种短程硝化絮体污泥， 使反应器内污泥浓度达到3000~3500mg/L ;在厌氧氨氧化SBR反应器中接种厌氧氨氧化 颗粒污泥，使污泥浓度达到3000~4000mg/L ;生活污水首先进入A20-SBR进行有机物的降 解、反硝化脱氮除磷，其去除了有机物和磷、富含氨氮的出水作为短程硝化SBR反应器的进 水，进行部分短程硝化，而后进入厌氧氨氧化反应器中完成自养脱氮，待反应结束后，沉淀 排水，当系统总氮去除率达85%以上，磷去除率达95%以上，即认为SBR反硝化除磷耦合一 体化厌氧氨氧化系统启动成功；
[0012] 周期运行操作步骤如下：
[0013] 1)生活污水由原水水箱（1)经进水栗（6)栗入AV0-SBR反硝化除磷反应器（2)， 充水比0. 3~0. 4 ;进水结束后，启动搅拌桨（7)，厌氧搅拌1. 5~2h，反硝化聚磷菌（DPAOs) 充分利用原水中的挥发性脂肪酸（VFAs)合成内碳源PHA，同时释放磷，根据pH和0RP曲线 上的拐点，控制厌氧释磷时间，A 2/0-SBR反硝化除磷反应器（2)运行时，每天排泥，使污泥龄 为10~15d，污泥浓度维持在3000~3500mg/L ;
[0014] 2)厌氧段反应结束后，通过蠕动栗（20)将N-SBR短程反硝化反应器（3)的出水从 中间水箱（4)回流至A 2/0-SBR反硝化除磷反应器（2)中，为反硝化除磷提供必要条件；在 此过程中，反硝化聚磷菌（DPAOs)以硝化液中回流的N02 -N为电子受体，以厌氧段贮存的内 碳源PHA为电子供体，发生缺氧反硝化除磷反应，回流比为50 %~100%，反应时间为3~ 4h ；
[0015] 3)缺氧段反应结束后，开启气栗（14)对N-SBR反应器（3)进行曝气，完成剩余磷 的吸收以及吹脱缺氧段反硝化产生的氮气，反应时间为0.5~lh，通过气体流量计（15)调 节气体流量，控制D0 = 2~3mg/L ;
[0016] 4)曝气结束后，关闭气栗（14)，静止沉淀排水，排水比为0.6,富含NH/-N的上清 液通过进水栗（8)栗入N-SBR短程硝化反应器（3)中，而后开启气栗（17)对N-SBR短程硝 化反应器（3)进行曝气，曝气时间为1. 5-2h，通过气体流量计（18)调节曝气量，控制D0 = 1~2mg/L，N-SBR短程硝化反应器（3)运行时，进行排泥，控制污泥龄在15~20d，污泥浓 度在 2500 ~3000mg/L ;
[0017] 5)曝气搅拌结束后，静止沉淀排水，排水比0. 6，N-SBR短程硝化反应器⑶的出水 经出水阀（24)和电磁阀（10)进入中间水箱（4)，而后通过回流栗（20)和第三进水栗（11) 将短程硝化反应器的出水从中间水箱（4)分别栗入A 2/0-SBR反硝化除磷反应器和厌氧氨 氧化反应器中，体积比为1:2 ;
[0018] 6)硝化液进入厌氧氨氧化反应器（5)后，厌氧搅拌3~4h，而后沉淀排水，控制污 泥浓度在3000~3500mg/L，排水比0. 3~0. 4,而后系统进入下一周期，重复以上步骤。
[0019] 本发明SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化的试验装置与方法，与现有传统生物 脱氮除磷工艺相比，具有以下优势：
[0020] 1)实现了原水碳源利用率的最大化。生活污水进入系统后，反硝化除磷菌充分利 用污水中的有机物，合成内碳源PHA，同时释放磷
[0021] 2)实现了污水处理碳源使用量的最小化。反硝化除磷技术"一碳两用"，实现了脱 氮除磷的统一，短程硝化与厌氧氨氧化反应均为自养反应，不消耗原水中的有机碳源
[0022] 3)解决了传统脱氮除磷工艺中除磷菌和反硝化菌碳源竞争、除磷菌与硝化菌长短 污泥龄、溶解氧方面的矛盾。通过设计三个独立的SBR反应器，使反硝化除磷菌、亚硝化菌 和厌氧氨氧化菌分别在各宜适当的环境中生长。
[0023] 4)工艺流程简单，运行管理方便。该工艺的主体反应器只有反硝化除磷反应器、短 程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器；SBR反应器运行方式灵活，有利于实时过程控制。
[0024] 5)系统运行稳定，脱氮除磷效率高。反硝化除磷、短程硝化、厌氧氨氧化分别在三 个不同的SBR反应器中进行，创造了有利于该三种功能菌生长的生态环境，实现三种功能 菌在脱氮除磷方面的协调耦合作用，更易于维持系统的脱氮除磷率和运行稳定性。
[0025] 6)降低了基建和运行费用。回流的硝化液中含有的NH/-N，增大了下一周期进入 短程硝化反应器的NH/-N负荷，提高了反应速率，缩短了反应时间，从而减少了反应器容积 和占地面积。短程硝化和厌氧氨氧化实现了最短及高效的NH/-N转换为N 2的技术路径，最 大限度地节省曝气量，减少污泥产量，降低运行成本。
【附图说明】
[0026] 图1为SBR短程反硝化除磷耦合厌氧氨氧化试验装置的结构示意图
[0027] 图中：1 -原水水箱；2-A2/0-SBR反硝化除磷反应器；3-N-SBR短程硝化反应器； 4-中间水箱；5-厌氧氨氧化反应器；6-第一进水栗；7-第一搅拌桨；8-第二进水栗；9-第 二搅拌桨；10-第一电磁阀；11-第三进水栗；12-第三搅拌桨；13-第二电磁阀；14-第一 气栗；15-第一气体流量计；16-第一曝气头；17-第二气栗；18-第二气体流量计；19-第 二曝气头；20-回流栗；21-第一进水阀；22-第一出水阀；23-第二进水阀；24-第二出水 阀；25-第三进水阀；26-第三出水阀；27-第一溢流管；28-第二溢流管；29-第三溢流管； 30-第四进水阀；31-第一 pH传感器；32-第一 ORP传感器；33-第一溶氧仪；34-第一 NH/-N 传感器；35-第二DO