申請日2016.05.17
公開(公告)日2016.08.17
IPC分類號C02F9/14; C02F101/16
摘要
本發明公開了一種城市污水脫氮除磷方法及設備，將城市污水引入反硝化除磷反應器，根據從厭氧氨氧化反應器回流至反硝化除磷反應器的回流液中氮氧化物含量的多少進行厭氧/缺氧脫氮除磷或厭氧/好氧除磷，再將反硝化除磷反應器的出水引入中沉池，進行泥水分離，部分污泥回流至反硝化除磷反應器，其余污泥外排;中沉池出水經分流器分配，一部分出水進入短程硝化反應器進行短程硝化，另一部分出水進入厭氧氨氧化反應器進行自養除氮;實時監測厭氧氨氧化反應器出水水質，可將出水部分回流至短程硝化反應器或反硝化除磷反應器，進一步脫氮。本發明的污水處理裝置高效、低能耗、低成本、處理效果穩定，出水水質遠遠優于國家一級A標準要求。
權利要求書
1.一種城市污水脫氮除磷設備，其特征在于：包括通過主管路依次連接的反硝化除磷反應器、中沉池、分流器、短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器;所述反硝化除磷反應器與中沉池之間設有可將中沉池內污泥導入反硝化除磷反應器的污泥回流管;所述反硝化除磷反應器與厭氧氨氧化反應器之間設有可將厭氧氨氧化反應器的出水導入反硝化除磷反應器的污水回流管;所述分流器與厭氧氨氧化反應器之間設有可將分流器的出水導入厭氧氨氧化反應器的管路;所述短程硝化反應器與厭氧氨氧化反應器之間設有可將厭氧氨氧化反應器的出水導入短程硝化反應器的污水回流管;所述厭氧氨氧化反應器上設有水質在線測定儀和流量控制器，且所述流量控制器與分流器相連接。
2.根據權利要求1所述的一種城市污水脫氮除磷設備，其特征在于：所述反硝化除磷反應器設置有進水管、污泥回流管、污水回流管、出水管、放空管、曝氣設施和攪拌設施。
3.根據權利要求2所述的一種城市污水脫氮除磷設備，其特征在于：所述反硝化除磷反應器由厭氧區和兼氧區組成，進水管和污泥回流管設置在厭氧區，污水回流管、出水管、放空管、曝氣設施和攪拌設施設置在兼氧區。
4.根據權利要求1所述的一種城市污水脫氮除磷設備，其特征在于：所述中沉池設置有進水管、出水管和污泥回流管。
5.根據權利要求1所述的一種城市污水脫氮除磷設備，其特征在于：所述短程硝化反應器設置有進水管、出水管、污泥回流管、污水回流管、放空管、溫度控制儀、DO測定儀和曝氣設施。
6.根據權利要求1所述的一種城市污水脫氮除磷設備，其特征在于：所述厭氧氨氧化反應器設置有進水管、出水管、放空管、反沖洗管、溫度控制儀。
7.一種城市污水脫氮除磷方法，其特征在于：包括以下步驟：
1)反硝化除磷反應器：城市污水首先進入反硝化除磷反應器，其中富集有大量的反硝化除磷菌;同時反硝化除磷反應器的厭氧區接收中沉池的回流污泥，反硝化除磷反應器的兼氧區接收厭氧氨氧化單元的回流液，當厭氧氨氧化反應器的回流液中氮氧化物較多、滿足反硝化除磷所需的電子受體時，停止兼氧區的曝氣設施，同時開啟攪拌設施，此時反硝化除磷反應器在厭氧/缺氧工況下運行，反硝化除磷菌以回流液中的氮氧化物為電子受體，實現氮、磷的同時去除;當厭氧氨氧化反應器的回流液中氮氧化物較少，不足以滿足除磷所需的電子受體時，停止攪拌、開啟曝氣，此時該單元采用厭氧/好氧工況運行，實現磷的去除;
2)中沉池：將反硝化除磷反應器的出水引入中沉池進行泥水分離，中沉池的部分污泥回流至反硝化除磷反應器的厭氧區，其余污泥外排;
3)分流器：將中沉池的出水引入分流器，在分流器中將其分為兩部分，第一部分出水進入短程硝化反應器，第二部分出水進入厭氧氨氧化反應器，通過厭氧氨氧化反應器上的水質在線測定儀對厭氧氨氧化反應器出水中的氮素組成和含量進行實時監控，并將結果輸出給流量控制器，調節進入短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器的污水比例;當出水中NH4+-N含量較高時，降低進入厭氧氨氧化反應器的污水量;當出水中NO2--N含量較高時，提高進入厭氧氨氧化反應器的污水量;當出水中NO3--N含量較高時，提高厭氧氨氧化反應器回流至反硝化除磷反應器的污水量;
4)短程硝化反應器：短程硝化反應器中富集有大量的氨氧化細菌，經分流器引入的進水在此進行高效短程硝化，而后將富含NO2--N的出水導入厭氧氨氧化反應器;
5)厭氧氨氧化反應器：該反應器采用載體生物膜反應器，載體上富集有大量的厭氧氨氧化細菌;它將同時接收分流器的部分出水和短程硝化反應器的出水，在厭氧氨氧化菌的作用下進行自養除氮;厭氧氨氧化反應器的出水一部分回流至反硝化除磷反應器，一部分回流至短程硝化反應器，其余部分外排。
8.根據權利要求7所述的城市污水脫氮除磷方法，其特征在于：進入反硝化除磷反應器的城市污水總量記為Q，經中沉池回流到反硝化除磷反應器的污泥量r=20%～50%Q;經分流器分配進入短程硝化反應器的污水量q1=50%～70%Q;經分流器分配進入厭氧氨氧化反應器的污水量q2=30%～50%Q;厭氧氨氧化反應器出水回流至反硝化除磷反應器的污水量R1=50%～100%Q;厭氧氨氧化反應器出水回流至短程硝化反應器的污水量R2=50%～100%Q。
說明書
一種城市污水脫氮除磷方法及設備
技術領域
本發明涉及一種城市污水脫氮除磷方法及設備，屬于城市污水處理技術領域。
背景技術
水資源、能源短缺以及水環境質量日益惡化，已經成為社會經濟發展的瓶頸，提高污水處理率和處理程度、提高污水處理廠的脫氮除磷效能、降低污水處理的能耗已成為當務之急。在傳統的污水處理技術中，脫氮過程和除磷過程在反應基質(碳源)和反應空間方面存在競爭和矛盾，很難取得良好的N、P同時去除效果，往往需要耗費大量外加能源才能獲得較滿意的效果。
近年來，為了解決傳統脫氮除磷過程中存在的問題，如脫氮和除磷微生物相互獨立問題、微生物污泥齡差異問題、碳源的競爭問題，開發出了一些新型脫氮除磷工藝，為解決脫氮與除磷之間的矛盾提供了契機。其中，反硝化除磷和厭氧氨氧化脫氮技術備受國內外學者的青睞。反硝化除磷以NOX-N為電子受體，可實現一碳兩用，達到C/N/P的同步去除的效果;厭氧氨氧化脫氮技術以NH4+-N和NO2--N分別作為電子供體和受體，在缺氧條件下完成氮的去除，該過程無需外加碳源，也無需外加堿進行中和，與傳統全程生物硝化-反硝化脫氮技術相比，厭氧氨氧化技術可節省62.5%的供氧量和50%的耗堿量，無需消耗有機碳，且產泥量僅為傳統生物脫氮過程的15%。因此，厭氧氨氧化技術自被發現起便廣受青睞，國內外學者對這一新型生物脫氮技術進行了大量的研究，主要的工藝方法有：
公開號為CN 102557356A的中國專利提供了一種半短程硝化/厭氧氨氧化城市污水脫氮除磷工藝和方法，通過將污泥按污泥齡分開，避免了異養菌的快速繁殖，避免對自養脫氮菌群產生影響，硝化系統采用半段短程硝化，使其更易穩定維持短程，保證硝化系統的亞硝化率，為系統脫氮穩定性提供保障，再將厭氧氨氧化技術應于生活污水的深度脫氮處理中，耗氧量比傳統脫氮方式降低60%，且無需外加碳源，無需中和劑，實現了高效低能耗的城市污水處理。
公開號為CN 101580329A的中國專利公開了一種城市污水厭氧去除有機物與自養生物脫氮的裝置和方法，該裝置設有原水箱、厭氧反應器、除磷反應器、中沉池、半短程硝化反應器、二沉池、中間水池、厭氧氨氧化反應器;厭氧反應器為填裝海綿填料的厭氧生物濾池;除磷反應器第1格室為厭氧區，其余的4個格室為好氧區;半短程硝化反應器設有1個缺氧區和4個好氧區;厭氧氨氧化反應器設有柱狀反應體和水浴套。利用該裝置的方法：l)將從污水處理廠取得的活性污泥投加到除磷反應器和短程硝化反應器;2)城市污水首先泵入到厭氧反應器中;3)厭氧反應器出水進入到除磷反應器;4)除磷反應器的出水通過中沉池進入到半短程硝化反應器。本發明適用于城市污水處理，結構完善，工藝先進，效率高。
公開號為CN 101531443A的中國專利公開了一種耦合式污水處理工藝，以城市污水為處理對象。該工藝將經厭氧/好氧(A/O)的部分出水回流至厭氧反應器(EGSB)中，在同時接種厭氧顆粒污泥和好氧活性污泥的厭氧反應器(EGSB)中實現厭氧氨氧化、甲烷化與反硝化反應的耦合，去除有機污染物和脫氮。本發明解決了現有A2/O工藝脫氮與除磷存在碳源爭奪的矛盾及厭氧氨氧化與反硝化反應引起的pH值失衡問題，工藝系統抗沖擊能力強，能夠在負荷率高、水力停留時間短的條件下獲得穩定高效的COD去除及脫氮除磷效果。
上述工藝方法均采用了短程硝化+厭氧氨氧化的自養脫氮工藝，并預設除碳除磷系統，以此來解決脫氮與除磷對碳源競爭的矛盾。但上述工藝方法存在兩個問題：1)將厭氧氨氧化工藝作為末端處理反應器，根據厭氧氨氧化反應的化學計量關系，出水中還含有一定量的硝酸鹽，存在一定的安全風險;2)采用半短程硝化工藝，產生的NH4+-N與NO2--N比例不穩定，進而影響后續的厭氧氨氧化反應進程，導致出現出水中含有NH4+-N或NO2--N。
本發明開發了一種城市污水脫氮除磷方法及設備，一是采用高效累積NO2--N的短程硝化反應器，引入短程硝化段和厭氧氨氧化段多點進水機制，合理分配進入短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器的進水比例，來達到高效穩定的自養脫氮效率;二是將厭氧氨氧化出水回流至前段的反硝化除磷反應器，在厭氧/缺氧交替運行條件下，利用回流的NO3-和NO2-作為電子受體，將反硝化過程和除磷過程集為一體，達到同步除磷脫氮目的。
發明內容
本發明的目的在于提供一種城市污水脫氮除磷方法及設備。
本發明所采取的技術方案是：
一種城市污水脫氮除磷設備，包括通過主管路依次連接的反硝化除磷反應器、中沉池、分流器、短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器;所述反硝化除磷反應器與中沉池之間設有可將中沉池內污泥導入反硝化除磷反應器的污泥回流管;所述反硝化除磷反應器與厭氧氨氧化反應器之間設有可將厭氧氨氧化反應器的出水導入反硝化除磷反應器的污水回流管;所述分流器與厭氧氨氧化反應器之間設有可將分流器的出水導入厭氧氨氧化反應器的管路;所述短程硝化反應器與厭氧氨氧化反應器之間設有可將厭氧氨氧化反應器的出水導入短程硝化反應器的污水回流管;所述厭氧氨氧化反應器上設有水質在線測定儀和流量控制器，且所述流量控制器與分流器相連接。
進一步的，所述反硝化除磷反應器設置有進水管、污泥回流管、污水回流管、出水管、放空管、曝氣設施和攪拌設施。
進一步的，所述反硝化除磷反應器由厭氧區和兼氧區組成，進水管和污泥回流管設置在厭氧區，污水回流管、出水管、放空管、曝氣設施和攪拌設施設置在兼氧區。
進一步的，所述中沉池設置有進水管、出水管和污泥回流管。
進一步的，所述短程硝化反應器設置有進水管、出水管、污泥回流管、污水回流管、放空管、溫度控制儀、DO測定儀和曝氣設施。
進一步的，所述厭氧氨氧化反應器設置有進水管、出水管、放空管、反沖洗管、溫度控制儀。
一種城市污水脫氮除磷方法，包括以下步驟：
1)反硝化除磷反應器：城市污水(污水總量記為Q)首先進入反硝化除磷反應器，其中富集有大量的反硝化除磷菌;同時反硝化除磷反應器的厭氧區接收中沉池的回流污泥，反硝化除磷反應器的兼氧區接收厭氧氨氧化單元的回流液，當厭氧氨氧化反應器的回流液中氮氧化物較多、滿足反硝化除磷所需的電子受體時，停止兼氧區的曝氣設施，同時開啟攪拌設施，此時反硝化除磷反應器在厭氧/缺氧工況下運行，反硝化除磷菌以回流液中的氮氧化物為電子受體，實現氮、磷的同時去除;當厭氧氨氧化反應器的回流液中氮氧化物較少，不足以滿足除磷所需的電子受體時，停止攪拌、開啟曝氣，此時該單元采用厭氧/好氧工況運行，實現磷的去除;
2)中沉池：將反硝化除磷反應器的出水引入中沉池進行泥水分離，中沉池的部分污泥(污泥量記為r)回流至反硝化除磷反應器的厭氧區，其余污泥外排;
3)分流器：將中沉池的出水引入分流器，在分流器中將其分為兩部分，第一部分出水(污水量記為q1)進入短程硝化反應器，第二部分出水(污水量記為q2)進入厭氧氨氧化反應器，通過厭氧氨氧化反應器上的水質在線測定儀對厭氧氨氧化反應器出水中的氮素組成和含量進行實時監控，并將結果輸出給流量控制器，調節進入短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器的污水比例;當出水中NH4+-N含量較高時，降低進入厭氧氨氧化反應器的污水量;當出水中NO2--N含量較高時，提高進入厭氧氨氧化反應器的污水量;當出水中NO3--N含量較高時，提高厭氧氨氧化反應器回流至反硝化除磷反應器的污水量(污水量記為R1);
4)短程硝化反應器：短程硝化反應器中富集有大量的氨氧化細菌(AOB)，經分流器引入的進水在此進行高效短程硝化，而后將富含NO2--N的出水導入厭氧氨氧化反應器;
5)厭氧氨氧化反應器：該反應器采用載體生物膜反應器，載體上富集有大量的厭氧氨氧化細菌;它將同時接收分流器的部分出水和短程硝化反應器的出水，在厭氧氨氧化菌的作用下進行自養除氮;厭氧氨氧化反應器的出水一部分回流至反硝化除磷反應器(污水量記為R1)，一部分回流至短程硝化反應器(污水量記為R2)，其余部分外排。
進一步的，中沉池回流至反硝化除磷反應器的污泥量r=20%～50%Q。
進一步的，經分流器分配進入短程硝化反應器的污水量q1=50%～70%Q。
進一步的，經分流器分配進入厭氧氨氧化反應器的污水量q2=30%～50%Q。
進一步的，厭氧氨氧化反應器出水回流至反硝化除磷反應器的污水量R1=50%～100%Q。
進一步的，厭氧氨氧化反應器出水回流至短程硝化反應器的污水量R2=50%～100%Q。
進一步的，整套系統的運行溫度控制在25～35℃，短程硝化反應器的DO控制在0.3～1.0mg/L。
本發明的有益效果是：
1)本發明的城市污水脫氮除磷設備中的反硝化除磷反應器劃分為厭氧區和兼氧區，可以根據厭氧氨氧化反應器回流液中氮氧化物是否滿足除磷對電子受體的需求，來判斷采用缺氧或者好氧條件，不僅可以實現對有機物的高效利用和保證除磷效果，同時還可以對厭氧氨氧化反應器出水中的氮氧化物進行深度處理;
2)本發明的城市污水脫氮除磷設備的短程硝化反應器僅需控制反應溫度和曝氣量來達到最大程度的亞氮累積，通過中沉池上清液的分流，控制進入短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器中的污水比例，從而實現高效的自養脫氮進程，與現有的半短程硝化反應器相比，本發明中的短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器的控制條件更為簡便與穩定;
3)本發明的城市污水脫氮除磷設備可對厭氧氨氧化反應器出水中的氮素組成和含量進行實時監測，根據出水中的氮素含量控制中沉池上清液進入短程硝化反應器和厭氧氨氧化反應器的比例，并實現厭氧氨氧化反應器回流量的靈活控制，從而獲得高效的污染物去除效果。
