本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)低碳源污水的厭氧氨氧化耦合反硝化除磷的生物濾池及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，排放量不斷增加，傳統(tǒng)的水處理工藝對(duì)水中氮磷的去除率較低，能耗較大的問題愈加嚴(yán)重。且氮磷含量過高會(huì)直接造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，引起藻類暴發(fā)，水質(zhì)惡化，同時(shí)降低水體當(dāng)中的溶解氧，使大量魚類死亡。

傳統(tǒng)的同步脫氮除磷工藝是根據(jù)厭氧條件下聚磷菌分解體內(nèi)的多聚磷酸鹽，同時(shí)釋放PO₄^3-；缺氧條件下反硝化細(xì)菌將NO₃^--N和NO₂^--N反硝化成N₂；好氧條件下聚磷菌分解機(jī)體內(nèi)的聚-β-羥基丁酸（PHB）和外源基質(zhì)，將PO₄^3-合成三磷酸腺苷（ATP）和核酸，將過剩的PO₄^3-聚合成異染顆粒，硝化細(xì)菌將NH₄⁺-N硝化成硝態(tài)氮或NO₂^--N的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種傳統(tǒng)的處理工藝很難把脫氮和除磷完全分開，硝化細(xì)菌和聚磷菌都會(huì)受到抑制，影響處理效果。反硝化菌和聚磷菌爭(zhēng)奪碳源，硝化細(xì)菌和聚磷菌的菌齡不同，使得系統(tǒng)很難達(dá)到最優(yōu)條件。好氧階段需大量曝氣，能耗較大。

反硝化聚磷菌（DPB）是用厭氧/缺氧交替環(huán)境代替?zhèn)鹘y(tǒng)的厭氧/好氧環(huán)境，馴化培養(yǎng)出反硝化聚磷菌為優(yōu)勢(shì)菌種，通過“一碳兩用”方式同時(shí)完成過量吸磷和反硝化過程而達(dá)到脫氮除磷雙重目的的一種工藝。厭氧階段，乙酸等低分子脂肪酸被DPB快速吸收，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽被水解并以PO₄^3-的形式釋放出來。利用上述過程產(chǎn)生的能量ATP和糖原酵解還原型輔酶Ⅰ，DPB合成大量PHB儲(chǔ)存在體內(nèi)。缺氧階段，DPB以NO₃^--N為電子受體氧化PHB，利用降解PHB所產(chǎn)生的能量，DPB過量攝取環(huán)境中的無機(jī)磷酸鹽并以多聚磷酸鹽的形式儲(chǔ)存，細(xì)菌同時(shí)得到增殖。用DPB代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚磷菌不僅節(jié)約碳源，同時(shí)減少能耗。

亞硝酸菌能夠在有氧的條件下，將NH₄⁺-N氧化為NO₂^--N，而且較低的溶解氧有利于亞硝酸菌增值，當(dāng)溶解氧為0.5mg/L時(shí)，氨氮的轉(zhuǎn)化率為60%左右。厭氧氨氧化菌能夠在厭氧條件下，以CO₂或HCO₃^-為碳源，以NH₄⁺-N為電子供體，以NO₂^--N為電子受體，把NH₄⁺-N和NO₂^--N轉(zhuǎn)化成 N₂去除，并從中獲得能量。利用厭氧氨氧化菌進(jìn)行脫氮不僅節(jié)約了碳源，減少了污泥量，同樣也大大減少能耗。NH₄⁺-N和NO₂^--N轉(zhuǎn)化成 N₂的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生NO₃^--N，為DPB提供電子受體，進(jìn)一步進(jìn)行脫氮。

生物濾池是將生物降解與吸附過濾兩種處理過程合并在同一單元反應(yīng)器中。以濾池中填裝的粒狀填料為載體,在濾料表面生長(zhǎng)著大量生物膜,當(dāng)污水流經(jīng)時(shí),利用濾料上所附生物膜中高濃度的活性微生物強(qiáng)氧化分解作用以及濾料粒徑較小的特點(diǎn),充分發(fā)揮微生物的生物代謝、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附，同時(shí)利用反應(yīng)器內(nèi)好氧、缺氧區(qū)域的存在,實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的功能。生物濾池采用的粗糙多孔的小顆粒填料作為生物載體,填料表面生物量大 ,易于掛膜且運(yùn)行穩(wěn)定；生物濾池為半封閉或全封閉構(gòu)筑物,其生化反應(yīng)受外界溫度影響較小,適合于寒冷地區(qū)進(jìn)行污水處理；高濃度的微生物量增大了濾池的容積負(fù)荷,進(jìn)而降低了池容積和占地面積,使基建費(fèi)用大大降低；無污泥膨脹問題,無需污泥回流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于在低碳源的情況下去除污水中的有機(jī)物及氮、磷營(yíng)養(yǎng)物，并且節(jié)省能耗，提高出水水質(zhì)。

本發(fā)明一種厭氧氨氧化耦合反硝化除磷的生物濾池技術(shù)方案是：

本裝置由四個(gè)生物濾池通過管道相互連接組成。生物濾池由進(jìn)水管、出水管、顆粒生物濾料、承托層、濾板、曝氣設(shè)備組成。裝置周期性運(yùn)行，每個(gè)運(yùn)行周期由工況一和工況二兩種工況交替組合完成。工況一時(shí)，生物濾池1為厭氧狀態(tài)，生物濾池2為微曝氣狀態(tài)，生物濾池3為厭氧狀態(tài)，生物濾池4為缺氧狀態(tài)；工況二時(shí)，生物濾池1為缺氧狀態(tài)，生物濾池2為微曝氣狀態(tài)，生物濾池3為厭氧狀態(tài)，生物濾池4為厭氧狀態(tài)；

工況一時(shí)，污水首先進(jìn)入生物濾池1，污水自上向下流，流經(jīng)顆粒生物濾料層88時(shí)，其上附著生長(zhǎng)的反硝化聚磷菌在厭氧狀態(tài)下大量吸收污水中的有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的能量貯存物PHB，此時(shí)從生物濾池1排出的水中有機(jī)物濃度大大減少而磷濃度有所增加；出水進(jìn)入生物濾池2，流經(jīng)顆粒生物濾料層92時(shí)，其上附著的亞硝酸菌將NH₄⁺-N部分氧化為NO₂^--N，調(diào)節(jié)反應(yīng)條件使得氧化NH₄⁺-N的量在60%左右，污水進(jìn)入生物濾池3，流經(jīng)顆粒生物濾料層96時(shí)，其上附著的厭氧氨氧化菌以NO₂^--N為電子受體直接將NH₄⁺-N氧化為N₂，此時(shí)從生物濾池3排出的水中主要含有NO₃^--N和磷；生物濾池3出水進(jìn)入生物濾池4，污水自上向下流，流經(jīng)顆粒生物濾料層99時(shí)，其上在上一周期厭氧條件下的反硝化聚磷菌在本工況利用NO₃^--N和生物濾池3剩余NO₂^--N作為電子受體氧化分解原先吸收儲(chǔ)存在體內(nèi)的有機(jī)物并產(chǎn)生能量，并從污水中過量地、超出其生理生長(zhǎng)需求而攝取在在生物濾池2厭氧環(huán)境狀態(tài)下釋放的和污水中帶來的正磷酸鹽，使得最終出水中的有機(jī)物及氮磷營(yíng)養(yǎng)物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

工況二時(shí)，污水首先進(jìn)入生物濾池4，污水自上向下流，流經(jīng)顆粒生物濾料層99時(shí)，其上附著生長(zhǎng)的反硝化聚磷菌在厭氧狀態(tài)下大量吸收污水中的有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的能量貯存物PHB，此時(shí)從生物濾池4排出的水中有機(jī)物濃度大大減少而磷濃度有所增加；出水進(jìn)入生物濾池2，污水自下向上流，流經(jīng)顆粒生物濾料層92時(shí)，其上附著的亞硝酸菌將NH₄⁺-N部分氧化為NO₂^--N，調(diào)節(jié)反應(yīng)條件使得氧化NH₄⁺-N的量在60%左右，污水進(jìn)入生物濾池3，流經(jīng)顆粒生物濾料層96時(shí)，其上附著的厭氧氨氧化菌以NO₂^--N為電子受體直接將NH₄⁺-N氧化為N₂，此時(shí)從生物濾池3排出的水中主要含有NO₃^--N和磷；生物濾池3出水進(jìn)入生物濾池1，污水自上向下流，流經(jīng)顆粒生物濾料層88時(shí)，其上在上一周期厭氧條件下的反硝化聚磷菌在本工況利用硝態(tài)氮和生物濾池3剩余NO₂^--N作為電子受體氧化分解原先吸收儲(chǔ)存在體內(nèi)的有機(jī)物并產(chǎn)生能量，并從污水中過量地、超出其生理生長(zhǎng)需求而攝取在在生物濾池2厭氧環(huán)境狀態(tài)下釋放的和污水中帶來的正磷酸鹽，使得最終出水中的有機(jī)物及氮磷營(yíng)養(yǎng)物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

上述運(yùn)行工況可在生物濾池1和生物濾池4中形成厭氧、缺氧交替運(yùn)行的環(huán)境，為反硝化聚磷菌創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境，生物濾池2中形成微曝氣環(huán)境，能進(jìn)行亞硝化反應(yīng)，還對(duì)亞硝酸菌進(jìn)行富集，在生物濾池3中保持厭氧環(huán)境，為厭氧氨氧化菌提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑫r(shí)為下一生物濾池提供硝態(tài)氮作為反硝化聚磷菌的電子受體。

每個(gè)運(yùn)行周期由工況一和工況二兩種工況交替組合完成，交替時(shí)間為12h，工況一時(shí)四個(gè)濾池的運(yùn)行狀態(tài)分別為缺氧、厭氧、厭氧、缺氧；工況二時(shí)三個(gè)濾池的運(yùn)行狀態(tài)分別為缺氧、缺氧、厭氧、厭氧。每個(gè)濾池的水力停留時(shí)間均為2h。生物濾池1、2、4的反沖洗周期為一個(gè)月，生物濾池3的反沖洗周期為三個(gè)月。

裝置中四個(gè)濾池相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了氨氧化菌和反硝化聚磷菌分離，工況一和工況二之間的轉(zhuǎn)換通過管道的閥門控制，方便操作。

所述裝置的四個(gè)生物濾池均為圓柱型，填充濾層高度1200mm。濾柱1，2，4內(nèi)徑為150mm，內(nèi)部裝填濾料為陶粒，粒徑為3mm，多孔適合反硝化聚磷菌生長(zhǎng)；濾柱2內(nèi)徑為250mm，內(nèi)部裝填濾料為沸石，由于厭氧氨氧化菌世代時(shí)間較長(zhǎng)，濾料粒徑為10mm，適宜厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)，且不易堵塞。

工況一和工況二中的厭氧階段利用的是進(jìn)水污水中的有機(jī)物，不需要投加額外的碳源，節(jié)約資源，不僅可以去除有機(jī)污染物，且可以同時(shí)去除氮、磷營(yíng)養(yǎng)物。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化結(jié)構(gòu)便于后期改擴(kuò)建，節(jié)約碳源、曝氣量，降低污泥產(chǎn)量、省去污泥沉淀，硝化液回流，污泥回流的步驟，降低成本，有效的實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。

試驗(yàn)結(jié)果表明：本工藝耗氧量約為傳統(tǒng)工藝的30%，COD耗量約為傳統(tǒng)工藝的60%，大大節(jié)省了碳源和能量。運(yùn)行兩個(gè)月以后，對(duì)氨氮、總氮和總磷的去除率相對(duì)于傳統(tǒng)同步脫氮除磷工藝都有所提高，分別提高22%、15%和11%。出水COD濃度為15~40mg/L，NH₄⁺-N濃度小于5mg/L，總氮小于12mg/L，總磷小于0.5mg/L，達(dá)到良好穩(wěn)定的處理效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種厭氧氨氧化耦合反硝化除磷的生物濾池及運(yùn)行方法示意圖。