專利名稱：厭氧－缺氧－好氧工藝反硝化除磷優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域為污水生物處理系統(tǒng)工藝優(yōu)化控制的理論、方法與技術(shù)。
背景技術(shù)：
(1)厭氧-缺氧-好氧工藝厭氧-缺氧-好氧工藝，簡稱A2O工藝(Anaerobic/Anoxic/Aerobic，縮寫為A2O)，作為在系統(tǒng)上最簡單的同步脫氮除磷工藝廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大規(guī)模污水處理廠，但是該工藝將厭氧、缺氧和好氧三種不同的環(huán)境條件交替運行和不同種類的微生物菌群如聚磷菌、反硝化菌、硝化菌共存于同一污泥系統(tǒng)中，必然存在硝化菌，反硝化菌和聚磷菌的不同泥齡和碳源之爭，同時回流污泥中攜帶的硝酸鹽也抑制了厭氧條件下磷的釋放，結(jié)果這種相互制約作用，導(dǎo)致該工藝的脫氮除磷效率不高。目前我國幾乎所有的污水處理廠都面臨著同樣的問題，即脫氮和除磷去除效果不能同時達(dá)到最佳狀態(tài)，主要原因是①污水COD/TN比值或COD/TP比值或兩者同時較低，碳源缺乏成為反硝化和除磷的限制性因素；②硝化菌、反硝化菌和聚磷菌這三類微生物生理習(xí)性及要求的環(huán)境條件各不相同，但是污水廠采用的多為單污泥系統(tǒng)，微生物呈懸浮混合生長，因而無法保證它們能同時在各自最佳的環(huán)境中生長。這兩個原因最終導(dǎo)致了氮和磷的去除成為對立矛盾的兩方面。
(2)反硝化除磷脫氮理論反硝化除磷(Denitrifying phosphorus removal)(可以稱為缺氧吸磷，Anoxic phosphorus uptake)是指在厭氧/缺氧(anaerobic/anoxic)交替運行的條件下，馴化出一類以NO3--N作為最終電子受體的反硝化聚磷菌優(yōu)勢菌屬，它們能以硝酸鹽NO3-作為電子受體，利用內(nèi)碳源(PHB)作為電子供體，通過“一碳兩用”方式同時實現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷作用。顯然，反硝化除磷理論打破了傳統(tǒng)脫氮除磷機(jī)理所認(rèn)為的脫氮除磷必須分別由專性反硝化菌和專性聚磷菌來完成的理念，使得除磷和反硝化脫氮過程用同一類微生物來實現(xiàn)，這對生物脫氮除磷機(jī)理是一重大突破和飛躍，為生物脫氮除磷工藝的發(fā)展開辟了新天地。在該處理過程中，NO3-已不再被單純地視為除磷工藝的抑制性因素，以其作為最終電子受體進(jìn)行反硝化吸磷反應(yīng)，因此，反硝化除磷脫氮工藝可被視為一種可持續(xù)工藝。

發(fā)明內(nèi)容
碳源競爭引起的單污泥生物脫氮除磷工藝處理效果不穩(wěn)定和達(dá)標(biāo)率較低的問題，是目前大規(guī)模生物營養(yǎng)物去除污水處理廠共同面臨的難題。當(dāng)前如何在傳統(tǒng)的單污泥厭氧-缺氧-好氧工藝內(nèi)建立穩(wěn)定的反硝化除磷性能尚無報道，對優(yōu)化工藝運行過程的諸多工況未給出明確的域值，這都給A2O工藝獲得良好脫氮除磷效果帶來了實際困難，從而也就阻礙了該工藝運行效果的進(jìn)一步提高和運行費用的減少。目前A2O工藝急需解決的問題是如何建立穩(wěn)定的反硝化除磷性能及運行工況的優(yōu)化控制問題，以保證出水水質(zhì)的前提下實現(xiàn)最大程度的反硝化除磷，同時節(jié)省能耗。厭氧-缺氧-好氧工藝反硝化除磷優(yōu)化控制方法是基于大量的實驗研究數(shù)據(jù)，通過控制缺氧區(qū)末端出水硝酸鹽濃度范圍1-3mg/L來調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)比，使進(jìn)入缺氧區(qū)的硝酸鹽負(fù)荷足以超過普通異養(yǎng)菌的反硝化潛力，在缺氧區(qū)內(nèi)實現(xiàn)厭氧區(qū)儲存的PHB作為電子供體，內(nèi)循環(huán)混合液中的硝酸鹽作為電子受體，發(fā)生傳統(tǒng)厭氧-缺氧-好氧工藝所不能實現(xiàn)的利用同一碳源即可完成反硝化和吸磷作用，為A2O工藝的優(yōu)化運行提供可靠的運行工況，增強(qiáng)A2O工藝反硝化除磷脫氮的優(yōu)化與控制，從而實現(xiàn)高效率低消耗的處理水平。
本發(fā)明采用的的技術(shù)方案可分為以下步驟厭氧-缺氧-好氧工藝反硝化除磷優(yōu)化控制方法，該方法包括以下步驟1)厭氧階段水箱2中的原污水與二沉池回流污泥19同時進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)I5與厭氧區(qū)內(nèi)的混合液進(jìn)行混合，在厭氧區(qū)內(nèi)攪拌機(jī)4的攪拌作用下，聚磷菌吸收原污水中的大量有機(jī)物，并以PHB的形式貯存在聚磷菌體內(nèi)，同時釋放出大量的磷，回流污泥中含有的硝酸鹽被還原為氮氣；2)缺氧階段厭氧區(qū)出水與來自好氧區(qū)末端的內(nèi)循環(huán)混合液18同時進(jìn)入缺氧區(qū)I7，完成反硝化和吸磷作用；3)好氧階段缺氧區(qū)混合液接著進(jìn)入好氧區(qū)I9，在好氧區(qū)內(nèi)完成去除污染物、硝化和吸磷作用；4)泥水分離階段好氧區(qū)IV12出水進(jìn)入二沉池13，混合液在二沉池泥水分離后上清液16外排，污泥沉積于二沉池泥斗，泥斗沉積的部分污泥回流19進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，大部分則作為剩余污泥2020外排；其特征在于，根據(jù)缺氧區(qū)末端出水硝酸鹽濃度控制范圍1-3mg/L來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)比，內(nèi)循環(huán)比為3-3.5。
碳源競爭引起的單污泥生物脫氮除磷工藝處理效果不穩(wěn)定和達(dá)標(biāo)率較低的問題，是目前大規(guī)模生物營養(yǎng)物去除污水處理廠共同面臨的難題。通過利用反硝化除磷脫氮理論，在A2O工藝內(nèi)建立穩(wěn)定的反硝化除磷性能，利用反硝化聚磷菌，以“一碳兩用”方式來同步實現(xiàn)脫氮除磷，解決了傳統(tǒng)厭氧-缺氧-好氧工藝中脫氮和除磷間的矛盾關(guān)系，特別適用于不利于同步生物除磷脫氮的城市污水的處理。
與傳統(tǒng)的單污泥脫氮除磷工藝相比不僅化學(xué)需氧量COD耗量可節(jié)省50％，氧氣耗量降低30％，污泥產(chǎn)量也可望減少50％。


圖1厭氧-缺氧-好氧工藝結(jié)構(gòu)示意圖1進(jìn)水；2水箱；3蠕動泵；4攪拌機(jī)；5厭氧區(qū)I；6厭氧區(qū)II；7缺氧區(qū)I；8缺氧區(qū)II；9好氧區(qū)I；10好氧區(qū)II；11好氧區(qū)III；12好氧區(qū)IV；13二沉池；14空氣流量計；15空壓機(jī)；16上清液；17曝氣砂頭；18內(nèi)循環(huán)液；19回流污泥；20剩余污泥圖2缺氧區(qū)出水不同NO3--N濃度對應(yīng)的缺氧與好氧吸磷速率比K和內(nèi)循環(huán)比R的變化圖3(a)總氮TN濃度隨內(nèi)循環(huán)比R的變化；(b)總磷TP濃度隨內(nèi)循環(huán)比R的變化具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明本發(fā)明專利試驗所選用的試驗?zāi)Ｐ蜑殡p廊道推流式矩形反應(yīng)器，試驗共分8個隔室運行，前兩個隔室為厭氧區(qū)I5和厭氧區(qū)II6，接下來的兩個為缺氧區(qū)I7和缺氧區(qū)II8，后面四個為好氧區(qū)I9，好氧區(qū)II10，好氧區(qū)III11和好氧區(qū)IV12。在厭氧區(qū)I5和厭氧區(qū)II6、缺氧區(qū)I7和缺氧區(qū)II8分別安裝攪拌機(jī)4以保持污泥處于懸浮狀態(tài)，空壓機(jī)15作為氣源，壓縮空氣首先進(jìn)入空氣流量計14記錄總氣量，然后氣體經(jīng)過供氣管路到達(dá)各反應(yīng)區(qū)分支點，通過曝氣砂頭17鼓出微細(xì)氣泡滿足微生物生長，氣量的大小由供氣管路上的閥門控制，以實現(xiàn)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的DO濃度為試驗設(shè)定值。進(jìn)水1，回流污泥19，內(nèi)循環(huán)液18分別通過蠕動泵3進(jìn)行提升、計量，根據(jù)試驗需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速達(dá)到所需流量，反應(yīng)器各隔板間通過連通管推動水流前進(jìn)以避免反混現(xiàn)象。
試驗過程中，水箱2中的原污水與二沉池回流污泥19同時進(jìn)入?yún)捬鮅5進(jìn)行混合，在該反應(yīng)區(qū)內(nèi)發(fā)生釋磷反應(yīng)，同時回流污泥19中含有的硝酸鹽在該區(qū)被還原為氮氣，減少對厭氧II6釋磷的影響。接著混合液依次經(jīng)過厭氧II6(完成釋磷)，缺氧I7和缺氧II8(完成反硝化和釋磷或吸磷)，好氧I9，好氧II10，好氧III11，好氧IV12(完成硝化和吸磷)進(jìn)入二沉池13，混合液在二沉池13泥水分離后上清液16外排，污泥沉積于二沉池泥斗，泥斗沉積的部分污泥回流19進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，大部分則作為剩余污泥20外排。
實例1試驗過程中采用人工合成啤酒廢水(COD＝270-360mg/L、總氮TN＝49.8-61mg/L和總磷TP＝8.5-9.6mg/L，C/N＝5.4-5.9)，水力停留時間9h，污泥齡10-12d，污泥濃度3500±100mg/L，污泥回流比0.5，控制進(jìn)水pH穩(wěn)定在7.2~7.6，溫度由加熱棒控制在20-23℃，調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)比，當(dāng)內(nèi)循環(huán)比控制在3時。試驗結(jié)果表明(圖1，2和3)，缺氧區(qū)出水硝酸鹽濃度處于1-3mg/L時內(nèi)循環(huán)液中的硝酸鹽濃度滿足普通異養(yǎng)菌的反硝化潛力，促進(jìn)了反硝化聚磷菌的生長，反硝化吸磷量與好氧吸磷量之比為31-49％，TN和TP的去除率分別為83％和97％，需氧量為0.28m3/h。
實例2試驗過程中采用某小區(qū)實際生活污水作為原水(COD＝308-369mg/L、總氮TN＝47-64mg/L和總磷TP＝6.6-9.8mg/L，C/N＝5.0-5.8)，水力停留時間9h，污泥齡10-11d，污泥濃度3000±300mg/L，污泥回流比0.5，pH穩(wěn)定在7.2~7.6，溫度由加熱棒控制在20-23℃。實時調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)比以控制缺氧區(qū)出水硝酸鹽濃度在1-3mg/L，結(jié)果表明，當(dāng)內(nèi)循環(huán)比處于3-3.5時，反硝化吸磷量占好氧吸磷量的39％-52％，TN和TP的去除率高達(dá)81-83％和94-98％，需氧量為0.29m3/h。
實例3試驗過程中采用某小區(qū)實際生活污水作為原水，加適量的NH4Cl來達(dá)到不同的氨氮值(COD＝270-360mg/L、總氮TN＝65-79mg/L和總磷TP＝6.3-8.9mg/L，C/N＝4.0-4.5)，水力停留時間9h，污泥齡11-12d，污泥濃度3500±300mg/L，污泥回流比0.5，內(nèi)循環(huán)比3.125，控制進(jìn)水pH穩(wěn)定在7.2~7.6，溫度由加熱棒控制在20-23℃。試驗結(jié)果表明，在近一年的試驗過程中，缺氧區(qū)末端出水硝酸鹽濃度始終維持在1-3mg/L，反硝化吸磷量占好氧吸磷量的39％-44％，TN和TP的去除率高達(dá)78-81％和90-95％，需氧量為0.32m3/h。
與傳統(tǒng)的在缺氧區(qū)只能完成反硝化脫氮作用的厭氧-缺氧-好氧工藝相比，即使在低C/N比時該系統(tǒng)也可實現(xiàn)較高的氮和磷的去除率，且去除率穩(wěn)定，TN和TP的平均去除率分別提高約10-14％和10-18％，需氧量減少近30％。
權(quán)利要求
1.厭氧-缺氧-好氧工藝反硝化除磷優(yōu)化控制方法，該方法包括以下步驟1)厭氧階段水箱(2)中的原污水與二沉池回流污泥(19)同時進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)與厭氧區(qū)內(nèi)的混合液進(jìn)行混合，在厭氧區(qū)內(nèi)攪拌機(jī)(4)的攪拌作用下，聚磷菌吸收原污水中的大量有機(jī)物，并以內(nèi)碳源PHB的形式貯存在聚磷菌體內(nèi)，同時釋放出大量的磷，回流污泥中含有的硝酸鹽被還原為氮氣；2)缺氧階段厭氧區(qū)出水與來自好氧區(qū)末端的內(nèi)循環(huán)液(18)同時進(jìn)入缺氧區(qū)，完成反硝化和吸磷作用；3)好氧階段缺氧區(qū)混合液接著進(jìn)入好氧區(qū)，在好氧區(qū)內(nèi)完成去除污染物、硝化和吸磷作用；4)泥水分離階段好氧區(qū)出水進(jìn)入二沉池(13)，混合液在二沉池泥水分離后上清液(16)外排，污泥沉積于二沉池泥斗，泥斗沉積的部分污泥回流(19)進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，大部分則作為剩余污泥(20)外排；其特征在于，根據(jù)缺氧區(qū)末端出水硝酸鹽濃度控制范圍1-3mg/L來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)比，內(nèi)循環(huán)比為3-3.5。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理系統(tǒng)優(yōu)化控制領(lǐng)域。碳源競爭引起的單污泥厭氧—缺氧—好氧工藝生物脫氮除磷處理效果不穩(wěn)定和達(dá)標(biāo)率較低的問題，是目前大規(guī)模生物營養(yǎng)物去除污水處理廠共同面臨的難題。本發(fā)明基于反硝化除磷脫氮理論，控制缺氧區(qū)末端出水硝酸鹽濃度控制范圍1－3mg/L來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)比3－3.5，可在厭氧－缺氧－好氧工藝內(nèi)建立穩(wěn)定的反硝化除磷性能，利用反硝化聚磷菌，以“一碳兩用”方式來同步實現(xiàn)脫氮除磷，大大減少運行費用，改善出水水質(zhì)和運行狀況。本發(fā)明適用于不利于同步生物除磷脫氮的城市污水的處理，對當(dāng)前大規(guī)模城市污水處理廠的優(yōu)化運行具有重要的理論價值和應(yīng)用價值。
文檔編號C02F101/16GK1803671SQ200610002058
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者彭永臻, 王曉蓮 申請人:北京工業(yè)大學(xué)