间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的装置和方法，属于污水生物处理领域。装置包括剩余污泥发酵罐、泥水分离器、原水水箱、中间水箱、两个序批式SBR反应器、空压机，蠕动泵等。方法是将生活污水加入第一序批式反应器，在间歇曝气模式下通过同步硝化反硝化作用除去全部氨氮和大部分总氮；其排水与经泥水分离后的污泥发酵液一同进入第二序批式反应器中，所余亚硝和硝氮通过短程反硝化耦合厌氧氨氧化去除，最终实现生活污水深度脱氮。本发明专利技术适用于低C/N城市生活污水，能够减少曝气量，降低能耗，均化生活污水中有机物浓度，减缓有机物消耗速度，提高脱氮效率，同时实现剩余污泥的资源化利用。
【技术实现步骤摘要】
间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的装置和方法
本专利技术涉及了使用间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的优化控制技术，属于城市生活污水生物处理领域。本工艺适用于低C/N城市生活污水的深度脱氮。
技术介绍
随着人口的持续增长和人们生活水平的不断提高，生活污水人均排放量持续增加，加之洗涤剂的普遍使用，城市污水中氮磷含量较高，排入水体后使受纳水体中氮、磷含量增加，进而会导致水体富营养化，破坏水体环境，影响供水水质。2015年4月，国务院正式发布《水污染防治行动计划》，简称“水十条”；2015年10月，十八届五中全会上增强生态文明建设首度被写入国家五年规划中，水污染防治是国家生态文明建设的重要部分，消除黑臭水体，解决氮磷污染问题对于我国水污染防治以及水环境保护具有很重要的现实意义。随着环保部对《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的修订，“水十条”的颁布以及国家对于生态文明日渐重视，意味着污水处理厂的提标改造以实现城镇生活污水深度脱氮除磷势在必行，污水处理新技术也因此应运而生。从生物脱氮的机理来说，在常规生物脱氮过程中，通过在好氧条件下硝化细菌将NH4+-N转化为NO3--N和NO2--N，然后异养反硝化菌在缺氧条件下以外加碳源作为电子供体还原硝态氮和亚硝态氮为氮气，这个过程需要大量的曝气能耗，同时由于城市生活污水水量大，C/N低，需要大量的外加碳源，处理成本急剧增加。从污水处理技术来说，活性污泥法是目前应用最广泛的污水生物处理技术，具有运行管理方便、出水水质良好等优点。传统微生物脱氮技术包括微生物的硝化作用和反硝化作用，硝化作用指在好氧环境下氨氮在自养型硝化菌的作用下被氧化成亚硝态氮和硝态氮；反硝化作用是指在缺氧环境下氧化态氮被异养型反硝化菌还原为氮气的过程。因此，鉴于硝化菌和反硝化菌生长环境的差异性，目前多数生物脱氮工艺都将好氧区和缺氧区分隔开，采用间歇的方式或者分别在不同的反应器中从时间或者空间上分开来实现。而同步硝化反硝化技术则可以在一个反应器内实现除碳、硝化以及反硝化，无需外加碳源，基建投资低，运行费用省，具有很重要的现实意义。短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术也是当前污水处理领域的热点，氨氮在有氧条件下会转化成大量的硝态氮，通过短程反硝化技术可以实现NO2--N的大量积累，从而为厌氧氨氧化菌提供基质，厌氧氨氧化反应所产生的硝态氮依然可以通过上述过程得以去除，从而能够实现生活污水的深度脱氮。此过程耗时短，短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌能够在同一缺氧环境下得以共存，协同反应。在污泥厌氧发酵过程中，污泥中大分子有机颗粒转化成以挥发性脂肪酸为主的末端产物，这部分易降解的有机物可以作为生物脱氮除磷过程中的优质碳源，来提高污水脱氮除磷效果，同时实现剩余污泥的资源化处理。但产甲烷菌的活动会消耗水解酸化阶段产生的VFA等，不利于碳源的积累，所以应该令发酵过程控制在产酸阶段。有研究表明，污泥发酵液可以在短程反硝化过程中实现稳定的NO2--N的积累，同时还可以提供NH4+-N作为厌氧氨氧化反应的底物，有利于推进短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术的工程应用。所以为了解决剩余污泥资源化利用的问题，可以通过开发剩余污泥厌氧发酵液来实现污水处理厂深度脱氮。通过间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的方法，具有以下优点：1、通过15min曝气搅拌/15min缺氧搅拌交替运行的间歇曝气模式，可以实现硝化和反硝化速率的相等，使得反应过程中氧化还原和碱度得以平衡，从而实现持续稳定的同步硝化反硝化反应的发生，提高了总氮去除率；2、高频率的间歇曝气模式有利于减少原水中碳源有机物的快速消耗并均化有机物的浓度，有利于微生物体内PHB的积累，解决低碳污水在发生同步硝化反硝化过程时所存在碳源不足的问题，提高了总氮的去除率；3、高频率的间歇曝气运行模式可以使得反应周期内总供气量降低，这不仅利于节能降耗，而且还有利于维持系统内的低氧微环境条件；4、利用污泥发酵液可以实现短程反硝化过程中NO2--N较高的积累率，为厌氧氨氧化反应提供基质，有利于短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应的稳定实现，而且节约了碳源成本；5、采用两级SBR，在第一个SBR反应器中氨氮能够完全去除，大部分总氮也能够被去除，所剩余的NO3--N和NO2--N进入第二个SBR反应器，通过污泥发酵液所提供的氨氮和可降解的有机碳源，实现短程反硝化厌氧氨氧化反应的耦合，从而实现深度脱氮；6、污泥发酵液的使用可以实现剩余污泥的资源化利用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一项采用间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化的污水处理新技术实现城市生活污水深度脱氮，将生活污水泵入第一SBR反应器，采取15min缺氧搅拌/15min好氧搅拌交替运行的间歇曝气模式，可以在缺氧段贮存内碳源，在好氧段可以富集好氧反硝化菌，硝化细菌将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，然后好氧反硝化菌利用可降解的有机物和内碳源同步将硝态氮和亚硝态氮反硝化为氮气。由于生活污水中碳源不足，同步硝化反硝化作用并不能进行完全，所剩余的硝态氮和亚硝态氮会进入第二个SBR反应器中，利用外加的污泥发酵液可以将全部的硝态氮还原为亚硝态氮，之后与污泥发酵液中的氨氮一同进行厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化所产生的11％的硝态氮也可以重复此过程去除，从而实现深度脱氮。本专利技术通过以下技术方案来实现：间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的装置：该装置包括剩余污泥通过第一蠕动泵(1)泵入剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、第一pH、DO控制器(4)；剩余污泥发酵罐(2)与泥水分离器(5)连接，发酵液储存罐(6)通过第二蠕动泵(7)与第二序批式反应器(17)相连接；原水水箱(8)通过第三蠕动泵即进水泵(9)与第一序批式反应器(10)连接；第一序批式反应器(10)中安装第二搅拌器(11)、第二pH、DO控制器(12)；第一序批式反应器(10)中的曝气盘(13)与空压机(14)连接，第一序批式反应器(10)与中间水箱(15)连接；中间水箱(15)通过第四蠕动泵(16)与第二序批式反应器(17)连接；第二序批式反应器(17)中安装第三搅拌器(18)、第三pH、DO控制器(19)；另外，设置与计算机(20)相连的过程控制器(21)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(7)、第三蠕动泵(9)、第四蠕动泵(16)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(11)、第三搅拌器(18)、第一pH、DO控制器(4)、第二pH、DO控制器(12)、第三pH、DO控制器(19)、空压机(14)、以及泥水分离器(5)；运行包括以下步骤：剩余污泥发酵罐(2)为半连续反应器，其中投加的剩余污泥SCOD为15～50mg/L，SCFAs为10～25mgCOD/L，NH4+-N为1～5mg/L，污泥浓度为7000～8000mg/L，污泥停留时间SRT控制在6～8天，控制pH在9～10；根据SRT每天排放剩余污泥发酵混合物经高速离心后取上清液排入发酵液储存罐(6)并加入等体积剩余污泥至剩余污泥发酵罐(2)；剩余污泥发酵液中的指标如下：SCO本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的装置，其特征咋在于：该装置包括与第一蠕动泵(1)连接的剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、第一pH、DO控制器(4)；剩余污泥发酵罐(2)与泥水分离器(5)连接，发酵液储存罐(6)通过第二蠕动泵(7)与第二序批式反应器(17)相连接；原水水箱(8)通过第三蠕动泵即进水泵(9)与第一序批式反应器(10)连接；第一序批式反应器(10)中安装第二搅拌器(11)、第二pH、DO控制器(12)；第一序批式反应器(10)中的曝气盘(13)与空压机(14)连接，第一序批式反应器(10)与中间水箱(15)连接；中间水箱(15)通过第四蠕动泵(16)与第二序批式反应器(17)连接；第二序批式反应器(17)中安装第三搅拌器(18)、第三pH、DO控制器(19)；另外，设置与计算机(20)相连的过程控制器(21)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(7)、第三蠕动泵(9)、第四蠕动泵(16)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(11)、第三搅拌器(18)、第一pH、DO控制器(4)、第二pH、DO控制器(12)、第三pH、DO控制器(19)、空压机(14)、以及泥水分离器(5)。...
【技术特征摘要】
1.间歇曝气同步硝化反硝化联合短程反硝化厌氧氨氧化实现生活污水深度脱氮的装置，其特征咋在于：该装置包括与第一蠕动泵(1)连接的剩余污泥发酵罐(2)，剩余污泥发酵罐(2)内安装第一搅拌器(3)、第一pH、DO控制器(4)；剩余污泥发酵罐(2)与泥水分离器(5)连接，发酵液储存罐(6)通过第二蠕动泵(7)与第二序批式反应器(17)相连接；原水水箱(8)通过第三蠕动泵即进水泵(9)与第一序批式反应器(10)连接；第一序批式反应器(10)中安装第二搅拌器(11)、第二pH、DO控制器(12)；第一序批式反应器(10)中的曝气盘(13)与空压机(14)连接，第一序批式反应器(10)与中间水箱(15)连接；中间水箱(15)通过第四蠕动泵(16)与第二序批式反应器(17)连接；第二序批式反应器(17)中安装第三搅拌器(18)、第三pH、DO控制器(19)；另外，设置与计算机(20)相连的过程控制器(21)，用以控制第一蠕动泵(1)、第二蠕动泵(7)、第三蠕动泵(9)、第四蠕动泵(16)、第一搅拌器(3)、第二搅拌器(11)、第三搅拌器(18)、第一pH、DO控制器(4)、第二pH、DO控制器(12)、第三pH、DO控制器(19)、空压机(14)、以及泥水分离器(5)。2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征包括以下步骤：剩余污泥发酵罐(2)为半连续反应器，其中投加的剩余污泥SCOD为15～50mg/L，SCFAs为10～25mgCOD/L，NH4+-N为1～5mg/L，污泥浓度为7000～8000mg/L，污泥停留时间SRT控制在6～8天，控制pH在9～10；根据SRT每天排放剩余污泥发酵混合物经高速离心...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭永臻，张文，王思萌，李夕耀，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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