专利名称：高新低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮装置与技术
技术领域：
本发明涉及一种污水生物处理技术，具体是通过聚磷菌将污水中的磷去除，通过 短程硝化+厌氧氨氧化技术将污水中的氨氮转化为氮气，从而达到自养生物脱氮的目的。
背景技术：
现有城市污水厂都是利用传统生物脱氮除磷工艺，对碳源有一定的需求，因为厌 氧释磷过程需要有机碳源，反硝化脱氮过程也需要有机碳源，但是有的城市污水却为低碳 水质，即所含有机碳源不能满足传统生物脱氮除磷的需求。国家为了控制水体富营养化，不 断提高污水氮磷排放标准，这就造成有些水厂为了达标排放，不得不投加外碳源，如工业酒 精等，在提高水厂运行费用的同时，也增加了污泥产量，增加了处理过程中二氧化碳的产生 量，不符合低碳经济、循环经济的宗旨。短程硝化+厌氧氨氧化技术的出现使得生物脱氮无需有机碳源，适合低碳高氨氮 废水的处理，且在污泥消化液处理方面已经有工程应用实例的出现，但至今未见该技术在 城市污水厂的应用。短程硝化+厌氧氨氧化技术若能在城市污水处理中的到应用，则能减 少污水处理厂曝气所消耗的能耗，降低污泥处理所需的费用，减少污水处理过程中的温室 气体的排放。
发明内容
本发明的目的就是提出一种低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮的装置与方法。本发明的技术方案为提供了一种低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮的装 置，设有原水水箱1、生物除磷半短程硝化反应器2、二沉池3、中间水箱4和厌氧氨氧化 UASB反应器5 ；所述原水箱1为一敞口箱体，设有溢流管1. 1和放空管1. 2 ；原水箱1通过 进水泵2. 1与进水阀2. 2相连接；所述生物除磷半短程硝化反应器2为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向 上下交错设置过流孔连接各个格室，前端为厌氧区格室，设有搅拌器2. 8，随后是缺氧区格 室，也设有搅拌器2. 7，最后是好氧区格室，其底部设有曝气头2.5 ；空压机2. 10通过气体流 量计2. 9、气量调节阀2. 6与设在反应器底部的曝气头2. 5连接；缺氧区格室通过内回流泵 2. 3与进水阀2. 2连接；缺氧区格室通过污泥回流泵2. 4与二沉池污泥回流阀3. 1连接；生 物除磷半短程硝化反应器2通过二沉池连接管3. 3与城市污水二沉池3连接；所述二沉池3为中间进水的辐流式沉淀池，通过二沉池出水管3. 4与中间水箱4 相连接；所述中间水箱4为一敞口箱体，设有中间水箱溢流管4. 1和中间水箱放空管4. 2 ； 中间水箱4通过UASB反应器进水泵5. 1与UASB反应器进水阀5. 2相连接；所述厌氧氨氧化反应器5为一 UASB反应器，底部设有UASB反应器进水阀5. 2和 UASB反应器排泥阀5. 3，从下往上等间距依次设置数个UASB反应器取样阀5. 4，上部设有三相分离器5. 5、UASB反应器出水管5. 6与UASB反应器出气管阀5. 7。本发明提供的低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮的方法，包括以下步骤1)将取自城市污水厂曝气池的活性污泥投加到生物除磷半短程硝化反应器2 和二沉池3，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将城市污水加入原水 箱1，启动进水泵2. 1，通过进水阀2. 2进入生物除磷半短程硝化反应器2 ；启动厌氧区搅 拌器2. 8、缺氧区搅拌器2. 7、空压机2. 10，调节气量调节阀2. 6使得好氧区溶解氧DO为 0. 3-0. 8mg/L ；启动污泥回流泵2. 4和内回流泵2. 3，污泥回流比为50% -100%，内回流比 为 100% -300% ；2)将具有良好活性的厌氧氨氧化颗粒污泥投加至厌氧氨氧化反应器5中，接种污 泥量占厌氧氨氧化反应器5总体积的1/4-1/3 ；水力停留时间HRT为0. l-3h ；3)生物除磷半短程硝化反应器2污泥龄SRT控制为6-15d ；厌氧区水力停留时间 为0. 5-1. 5h，缺氧区水力停留时间为0. 5-1. 5h，好氧区水力停留时间为1- ；4)通过调整生物除磷半短程硝化反应器2好氧区的DO(在0. 3-0. 8mg/L范围内)， 使好氧区出水N(VN/NH:-N为1. 2-1. 4 ；当NOrN/NH:-N>1.4时，通过减少曝气量来降低 DO,当N0〗-N/NH:-N<1.2时，增加曝气量来提高DO ；技术原理低碳城市污水进入生物除磷半短程硝化反应器厌氧区发生厌氧释磷作用，而后进 入缺氧区利用回流污泥中的亚硝酸盐氮进行缺氧吸磷，随后进入好氧区发生好氧吸磷和 短程硝化，通过调整溶解氧浓度控制出水NOrN/NHl-N为1. 2-1. 4，而后进入厌氧氨氧化 UASB反应器，发生厌氧氨氧化作用将氨氮和亚硝酸盐氮转化为氮气。技术的关键是通过控 制溶解氧浓度为0. 3-0. 8mg/L,同时结合污泥龄SRT的控制，实现氨氧化菌(AOB)的增长速 率大于亚硝酸盐氮氧化菌(NOB)的增长速率，从而实现对NOB淘洗，实现稳定的短程硝化。本发明低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮装置与方法，与现有A2O生物脱氮 除磷工艺相比具有以下优势1)半短程硝化，即仅有部分氨氮转化为亚硝酸盐氮，在短程硝化节省曝气量的基 础上，进一步节省曝气量，从而减少更多的能耗；2)厌氧氨氧化代替反硝化作用，而厌氧氨氧化菌为自养菌无需有机碳源，因此可 节省外碳源的投加，降低运行费用，同时还可以减少二氧化碳温室气体的排放；3)厌氧氨氧化菌为自养菌，增殖速率慢因此产泥量少，进而降低了污泥处置费 用；4)厌氧氨氧化菌与反硝化菌相比，可实现的TN去除容积负荷更高，可大幅度减少 占地面积；5)污泥回流至缺氧区，使得污泥中携带的亚硝酸盐氮被反硝化聚磷菌所利用，强 化反硝化聚磷菌的增长，从而降低亚硝酸盐对厌氧释磷和好氧吸磷的影响，有利于提高生 物除磷的稳定性。
图1为本发明低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮装置的结构示意图。图中，1为原水水箱；2为生物除磷半短程硝化反应器；3为二沉池；4为中间水箱；5为厌氧氨氧化UASB反应器；1. 1为原水水箱溢流管；1. 2为原水水箱放空管；2. 1为进水 泵；2. 2为进水阀；2. 3为内回流泵；2. 4为污泥回流泵；2. 5为曝气头；2. 6为气量调节阀； 2. 7为缺氧区搅拌器；2. 8为厌氧区搅拌器；2. 9为气体流量计；2. 10为空压机；3. 1为二沉 池污泥回流阀；3. 2为剩余污泥排放阀；3. 3为二沉池连接管；3. 4为二沉池出水管；3. 5为 生物除磷半短程硝化反应器出水阀；4. 1为中间水箱溢流管；4. 2为中间水箱放空管；5. 1 为UASB反应器进水泵；5. 2为UASB反应器进水阀；5. 3为UASB反应器排泥阀；5. 4为UASB 反应器取样阀；5. 5为三相分离器；5. 6为UASB反应器出水管；5. 7为UASB反应器出气管 阀。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明如图1所示，低碳城市污水生物 除磷与自养生物脱氮装置设有原水水箱1、生物除磷半短程硝化反应器2、二沉池3、中间水 箱4和厌氧氨氧化UASB反应器5 ；所述原水箱1为一敞口箱体，设有溢流管1. 1和放空管
1.2 ；原水箱1通过进水泵2. 1与进水阀2. 2相连接；所述生物除磷半短程硝化反应器2为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向 上下交错设置过流孔连接各个格室，前端为厌氧区格室，设有搅拌器2. 8，随后是缺氧区格 室，也设有搅拌器2. 7，最后是好氧区格室，其底部设有曝气头2. 5 ；空压机2. 10通过气体流 量计2. 9、气量调节阀2. 6与设在反应器底部的曝气头2. 5连接；缺氧区格室通过内回流泵
2.3与进水阀2. 2连接；缺氧区格室通过污泥回流泵2. 4与二沉池污泥回流阀3. 1连接；生 物除磷半短程硝化反应器2通过二沉池连接管3. 3与城市污水二沉池3连接；所述二沉池3为中间进水的辐流式沉淀池，通过出水管3. 4与中间水箱4相连接；所述中间水箱4为一敞口箱体，设有溢流管4. 1和放空管4. 2 ；中间水箱4通过 UASB进水泵5. 1与厌氧氨氧化反应器进水阀5. 2相连接；所述厌氧氨氧化反应器5为一 UASB反应器，底部设有污泥回流管阀5. 2和排泥管 阀5. 3，从下往上等间距依次设置数个取样阀5. 4，上部设有三相分离器5. 5、出水管5. 6与 出气管阀5.7 ；具体试验用水取自北京高碑店城市污水厂初沉池出水，具体水质指标如下C0D 为 112-205mg/L，NH:-N*45_62mg/L，NOj-N< 1 mg/L, NOj-N< 1 mg/L； SS 为 60_138mg/L ；TP 为3. 5-8. Omg/L ；碱度为250_400mg/L ；pH为7. 00-7. 60。试验系统如图1所示，生物除磷半 短程硝化反应器有效容积为25L，反应器尺寸为LXBXH = 50X 10X60cm，平均分为5个格 室，格室间隔板由上下交错的小孔连接。具体运行操作如下1)将取自城市污水厂曝气池的活性污泥投加到生物除磷半短程硝化反应器2 和二沉池3，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将城市污水加入原水 箱1，启动进水泵2. 1，通过进水阀2. 2进入生物除磷半短程硝化反应器2 ；启动厌氧区搅 拌器2. 8、缺氧区搅拌器2. 7、空压机2. 10，调节气量调节阀2. 6使得好氧区溶解氧DO为 0. 3-0. 8mg/L ；启动污泥回流泵2. 4和内回流泵2. 3，污泥回流比为50% -100%，内回流比 为 100% -300% ；2)将具有良好活性的厌氧氨氧化颗粒污泥投加至厌氧氨氧化反应器5中，接种污泥量占厌氧氨氧化反应器5总体积的1/4-1/3 ；水力停留时间HRT为0. l-3h ；3)生物除磷半短程硝化反应器2污泥龄SRT控制为6_15d ；厌氧区水力停留时间 为0. 5-1. 5h，缺氧区水力停留时间为0. 5-1. 5h，好氧区水力停留时间为1- ；4)通过调整生物除磷半短程硝化反应器2好氧区的DO(在0. 3-0. 8mg/L范围内)， 使好氧区出水NOrN/ NHl-N为1. 2-1. 4 ；当NOrN/NH-N >1.4时，通过减少曝气量来降 低D0，当NOrN/ NHl-N <1.2时，增加曝气量来提高DO ；试验结果表明系统运行稳定后，生物除磷半短程硝化反应器出水COD < 35mg/L, ΝΟ〗-Ν/ΝΗ:-Ν为1. 2-1. 4，TP < lmg/L，亚硝酸盐积累率大于75% ；厌氧氨氧化反应器出 水 TN 为 8-14mg/L。
权利要求
1.一种低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮的装置，其特征在于设有原水水箱 (1)、生物除磷半短程硝化反应器O)、二沉池(3)、中间水箱(4)和厌氧氨氧化UASB反应器 (5)；所述原水箱(1)为一敞口箱体，设有溢流管(1. 1)和放空管(1. 2)；原水箱(1)通过进 水泵(2. 1)与进水阀(2. 2)相连接；所述生物除磷半短程硝化反应器O)为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上 下交错设置过流孔连接各个格室，前端为厌氧区格室，设有搅拌器(2. 8)，随后是缺氧区格 室，也设有搅拌器(2. 7)，最后是好氧区格室，其底部设有曝气头(2. 5)；空压机(2. 10)通过 气体流量计(2. 9)、气量调节阀(2. 6)与设在反应器底部的曝气头(2. 5)连接；缺氧区格室 通过内回流泵(2. 3)与进水阀(2. 2)连接；缺氧区格室通过污泥回流泵(2. 4)与二沉池污 泥回流阀(3. 1)连接；生物除磷半短程硝化反应器( 通过二沉池连接管(3. 3)与城市污 水二沉池( 连接；所述二沉池C3)为中间进水的辐流式沉淀池，通过二沉池出水管(3. 4)与中间水箱(4) 相连接；所述中间水箱为一敞口箱体，设有中间水箱溢流管(4. 1)和中间水箱放空管 (4. 2)；中间水箱(4)通过UASB反应器进水泵(5. 1)与UASB反应器进水阀(5. 2)相连接；所述厌氧氨氧化反应器( 为一 UASB反应器，底部设有UASB反应器进水阀(5. 2)和 UASB反应器排泥阀(5.幻，从下往上等间距依次设置数个UASB反应器取样阀(5. 4)，上部设 有三相分离器(5. 5), UASB反应器出水管(5. 6)与UASB反应器出气管阀(5. 7)。
2.根据权利要求1所述的低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮的装置，实现城市污 水生物除磷与自养生物脱氮的方法，其特征包括以下内容1)将取自城市污水厂曝气池的活性污泥投加到生物除磷半短程硝化反应器O)、和 二沉池C3)，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将城市污水加入原水 箱(1)，启动进水泵(2. 1)，通过进水阀(2. 进入生物除磷半短程硝化反应器O)；启动 厌氧区搅拌器O. 8)、缺氧区搅拌器(2. 7)、空压机(2. 10)，调节气量调节阀(2.6)使得好 氧区溶解氧DO为0. 3-0.8mg/L;启动污泥回流泵(2.4)和内回流泵(2. 3)，污泥回流比为 50% -100%，内回流比为 100% -300% ；2)将具有良好活性的厌氧氨氧化颗粒污泥投加至厌氧氨氧化UASB反应器( 中，接种 污泥量占厌氧氨氧化UASB反应器(5)总体积的1/4-1/3 ；水利停留时间HRT为0. l-3h ；3)生物除磷半短程硝化反应器( 污泥龄SRT控制为6-15d;厌氧区水力停留时间为 0. 5-1. 5h，缺氧区水力停留时间为0. 5-1. 5h，好氧区水力停留时间为1- ；4)通过调整生物除磷半短程硝化反应器(2)好氧区的DO(在0.3-0. 8mg/L范围内)， 使好氧区出水NOrN/ NHl-N为1.2-1.4 ；当MVN/ NH-N>1.4时，通过减少曝气量来降 低D0，当N0〗-N/NH:-N<1.2时，增加曝气量来提高DO。
全文摘要
本发明公开了一种低碳城市污水生物除磷与自养生物脱氮的装置与方法。所述装置包括原水水箱、生物除磷与半短程硝化反应器、二沉池、中间水箱、厌氧氨氧化反应器；所述生物除磷与半短程硝化反应器为不含消化液内回流的UCT反应器；所述二沉池为辐流式沉淀池；所述厌氧氨氧化反应器为UASB反应器；所述方法为城市污水进入生物除磷与半短程硝化反应器厌氧区发生释磷作用，缺氧区发生反硝化吸磷作用，好氧区发生好氧吸磷和半短程硝化作用，含有氨氮和亚硝酸盐氮的混合液经二沉池泥水分离后，进入厌氧氨氧化UASB反应器，通过厌氧氨氧化作用达到自养生物脱氮的目的。此方法利用可减少工艺曝气量，降低能耗；节省碳源，适合处理低碳污水。
文档编号C02F9/14GK102101746SQ20111000454
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者张树军, 彭永臻, 王俊敏, 王淑莹, 马斌 申请人:彭永臻
