一种连续流短程硝化反硝化除磷的改良A
1.一种连续流短程硝化反硝化除磷的改良A²/O工艺,其特征在于,包括如下步骤:1)首先对传统A²/O反应器构型进行改良:改良A²/O反应器由厌氧段、缺氧段、好氧段和间歇曝气段组成,将好氧段沿水流方向分为两段,分别为好氧1段和好氧2段,硝化液由好氧2段回流至缺氧段;好氧2段后增设一个间歇曝气段,并由定时器控制周期曝气;间歇曝气段底部设污泥回流装置,污泥由此回流至厌氧段,由顶部出水溢流堰间歇曝气时排泥,流入沉淀池沉淀排放,取消沉淀池污泥回流,沉淀池仅作为污泥收集计量和排放装置;2)投加填料于好氧段内:以20%的总好氧段体积填充率将纤维弹性填料投加于好氧1段内;3)接种污泥于反应器内:反应器所接种的污泥为传统A²/O工艺的回流污泥,接种后反应器内,包括间歇曝气段(曝气时)污泥浓度为2.5-3g/L;4)在水温22-23°C条件下,连续流启动短程硝化反硝化除磷的改良A²/O工艺的具体方法为:使各反应段比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_间歇曝气=1:2:1.5:1.5:3,采用质量浓度C/N=3.5-4、C/P=53-59,COD质量浓度为350-400mg/L,氨氮质量浓度为80-92mg/L,总氮质量浓度为95-115mg/L,总磷质量浓度为6-7mg/L,pH为7.0-7.5的低C/N(P)实际生活污水,维持进水流量为13.5-14L/h,同时控制好氧1段和好氧2段在较低溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L和0.5-0.7mg/L,A²/O段水力停留时间为8.1-8.3h,间歇曝气段水力停留时间为
3.9-4.1h,污泥回流比取80-90%,硝化液内回流比为250-300%,设置间歇曝气段曝气周期1h,其中曝气1min,曝气时溶解氧浓度为
0.3-0.5mg/L、沉淀59min;系统维持此工况直至A²/O段反应器内污泥浓度升高并稳定在5.5-6g/L,排泥量为48-49g/d,污泥龄为21.5-23d,出水中COD、氨氮、TN和TP质量浓度分别降为50mg/L、5mg/L、15mg/L和0.5mg/L以下,出水亚硝化率NO₂^--N/NO₂^--N+NO₃^--N达到70%以上,反硝化除磷菌与聚磷菌的比值DPAO/PAO达到85%以上,短程硝化反硝化除磷工艺启动完成。技术领域
本发明属于城市污水处理与再生领域。具体涉及专用于低C/N(P)比废水,以短程硝化反硝化途径同步脱氮除磷的改良A²/O工艺。
背景技术
随着人口的增长和经济的快速发展,水体的污染也越来越严重,尤其是以氮、磷元素造成的富营养化危害最为突出,对自然生态和人类健康产生极大的影响。目前污水厂多采用基于硝化反硝化脱氮以及聚磷菌吸磷的同步生物脱氮除磷工艺,或辅以化学除磷,如厌氧-缺氧-好氧(A²/O)、氧化沟工艺等。A²/O法是生物同步脱氮除磷的经典工艺,也是目前我国50%以上污水厂采用的工艺,系统内共存的异养菌、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌(PAO),在厌氧、缺氧、好氧交替的环境下,以污水中有机物为碳源,实现COD、氮(N)和磷(P)的同步去除。然而,该工艺却存在着两大自身缺欠:一是硝化菌和PAO之间泥龄的矛盾;二是反硝化菌与PAO对碳源的竞争。我国城市污水的C/N比普遍较低,这使得该工艺的矛盾更加突出,出水N、P难以同时达标。为提高A²/O工艺的脱氮除磷效率,出现了多种A²/O工艺的改良,如悬浮填料A²/O、改良UCT(MUCT)、预缺氧A²/O(A-A²/O)等,但N、P整体去除效率依然较低。因此,针对城市污水低C/N(P)比性质,如何优化碳源利用,尤其是将近年提出的短程硝化反硝化(SHARON)和反硝化除磷新技术相结合,充分发挥氨氧化菌(AOB)和兼性反硝化除磷菌(DPAO)的作用,仍是现今污水处理领域的研究热点。如能在A²/O工艺中,通过短程硝化反硝化除磷这种低能耗的方法实现N、P的同时深度处理,使出水稳定满足GB18978-2002一级A标准,对于污水厂的实际应用及提标改造具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对低C/N(P)污水,利用反应器内富集的AOB和DPAO进行同步高效脱氮除磷的改良A²/O工艺。本发明的技术方案是这样实现的:本发明所提供的一种连续流短程硝化反硝化除磷改良A²/O工艺,是在低C/N(P)比连续流条件下,以由厌氧段、缺氧段、好氧1段、好氧2段和间歇曝气段组成的推流式改良A²/O反应器为实验装置,如图1所示。好氧1段投加纤维弹性填料(直径150mm),各反应段由穿孔板隔开,厌氧段和缺氧段设有搅拌桨,好氧1、2段和间歇曝气段底部设有曝气装置,曝气量由气体流量计控制,其中间歇曝气段的曝气装置连接电子定时器控制,该段底部还设有集泥管、污泥回流和排泥管,取消沉淀池回流装置。反应器的间歇曝气段具有深度处理、污泥筛选和抑制“二次释磷”等多重功能,使系统的污泥活性逐渐被强化,污泥浓度也逐渐升高,同时通过改变污泥回流和排泥方式以及控制好氧段较低的溶解氧浓度,使污泥龄延长至20d以上,系统内富集了以长泥龄为主导的脱氮除磷功能菌:AOB和DPAO,实现了反应器的短程硝化反硝化除磷。1)首先对传统A²/O反应器构型进行改良:改良A²/O反应器由厌氧段、缺氧段、好氧段和间歇曝气段组成,将好氧段沿水流方向分为两段,分别为好氧1段和好氧2段,硝化液由好氧2段回流至缺氧段。在好氧2段后设置一个间歇曝气段,由电子定时器控制周期短时曝气。间歇曝气段底部设污泥回流装置,污泥由此回流至厌氧段,由顶部出水溢流堰间歇曝气时排泥,流入沉淀池沉淀排放,取消沉淀池污泥回流,沉淀池仅作为污泥收集计量和排放装置。2)投加填料于好氧段内:以20%的总好氧段体积填充率将纤维弹性填料投加于好氧1段内。3)接种污泥于反应器内:反应器所接种的污泥为传统A²/O工艺的污泥,接种后反应器内包括间歇曝气段曝气时的污泥浓度为2.5-3g/L。4)在水温22-23°C条件下,连续流启动短程硝化反硝化除磷的改良A²/O工艺的具体方法为:使反应段比例为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_间歇曝气=1:2:1.5:1.5:3,采用质量浓度C/N=3.5-4、C/P=53-59,COD质量浓度为350-400mg/L,氨氮质量浓度为80-92mg/L,总氮质量浓度为95-115mg/L,总磷质量浓度为6-7mg/L,pH为7.0-7.5的低C/N(P)实际生活污水,维持进水流量为13.5-14L/h,同时控制好氧1段和好氧2段在较低溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L和0.5-0.7mg/L,A²/O段水力停留时间为8.1-8.3h,间歇曝气段水力停留时间为3.9-4.1h,污泥回流比取80%-90%,硝化液内回流比为250%-300%,设置间歇曝气段曝气周期1h,其中曝气1min(曝气时溶解氧浓度为0.3~0.5mg/L)、沉淀59min。系统维持此工况直至A²/O段反应器内污泥浓度稳定在5.5-6g/L,排泥量为48-49g/d,污泥龄为21.5-23d,出水中COD、氨氮、TN和TP质量浓度分别降为50mg/L、5mg/L、15mg/L和0.5mg/L以下,出水亚硝化率(NO₂^--N/NO₂^--N+NO₃^--N)达到70%以上,反硝化除磷菌与聚磷菌的比值(DPAO/PAO)达到85%以上,短程硝化反硝化除磷工艺启动完成。附图说明:图1是本发明采用的改良A²/O工艺试验装置示意图。1.进水蠕动泵2.搅拌桨3.曝气沙盘4.集泥管5.定时器6.挡泥板7.气体流量计8.回流蠕动泵9.空压机10.厌氧段11.缺氧段12.好氧1段13.好氧2段14.间歇曝气段15.沉淀池图2是采用本发明方法的改良A2/O反应器在启动过程中出水中氮素、COD和TP浓度变化。图3是采用本发明方法的改良A²/O反应器稳定运行阶段各污染物沿程去除分布情况。图4是采用本发明方法的改良A²/O反应器中接种污泥启动前后DPAO/PAO比值对比。图5是采用本发明方法的改良A²/O反应器启动过程中A²/O段污泥浓度、系统排泥量和污泥龄的变化情况。图6是采用本发明方法的改良A2/O反应器间歇曝气段上排污泥和沉淀回流污泥的镜检对比图片。a上排浮泥中的丝状菌xa0xa0xa0xa0xa0b.回流污泥中丰富的菌胶团和微生物图7是采用本发明方法的改良A²/O反应器间歇曝气段短时曝气后回流污泥浓度随时间的变化关系。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述,但本发明的保护范围并不局限于此。本发明一种连续流短程硝化反硝化除磷改良A²/O工艺,其思路为:首先将传统A²/O工艺构型进行改良,并改变污泥回流与排泥方式,以增加系统的污泥浓度和污泥龄,利用高污泥浓度和长污泥龄的反硝化除磷菌(DPAO)来提升TP的去除效率。改良A²/O反应器沿水流方向将好氧段分为两段,分别为好氧1段和好氧2段,硝化液由好氧2段回流至缺氧段。在好氧2段后设置一个间歇曝气段,由定时器控制短时周期曝气。间歇曝气段底部设污泥回流装置,污泥由此回流至厌氧段,由顶部出水溢流堰间歇曝气时排泥,流入沉淀池沉淀排放,取消沉淀池污泥回流,沉淀池仅作为污泥收集计量和排放的装置。间歇曝气段的设置对改良系统在长污泥龄条件下的稳定运行具有至关重要的作用,它同时具有深度处理、污泥筛选、延长系统泥龄以及抑制沉淀污泥水解和释磷的功能。其次,将改良A²/O反应器的好氧1段投加纤维弹性填料(直径150mm),而好氧2段不投加填料。填料的投加可增加系统生物量,并促进硝化细菌生长,增强系统硝化性能,为反硝化除磷提供更多电子受体。同时,由于填料内部存在缺氧微环境,好氧段也可进行同步硝化反硝化反应,提高氮、磷的去除率。好氧2段不投加填料,是为更好地保证好氧环境,防止聚磷菌在此厌氧释磷。最后,通过控制好氧段和间歇曝气时较低的溶解氧浓度,以富集氧饱和浓度较低的氨氧化菌(AOB),维持系统的短程硝化。最终使反应器内富集了以氨氧化菌(AOB)、反硝化除磷菌和反硝化菌为主的脱氮除磷菌群,实现了该改良A²/O工艺在长泥龄条件下的短程硝化反硝化除磷。本发明构型的特点在于将传统A²/O工艺的好氧段后增设了一个间歇曝气段,并改变了污泥回流和排泥方式,使系统内污泥浓度大大增加、污泥龄延长,反硝化除磷菌富集。改良A²/O反应器将好氧段沿水流方向分为两段,分别为好氧1段和好氧2段,硝化液由好氧2段回流至缺氧段。在好氧2段后设置一个间歇曝气段,由定时器控制短时周期曝气。间歇曝气段底部设污泥回流装置,污泥由此回流至厌氧段,由顶部出水溢流堰间歇曝气时排泥,流入沉淀池沉淀排放,取消沉淀池污泥回流,沉淀池仅作为污泥收集计量和排放的装置。间歇曝气段的设置对改良系统在长泥龄条件下的稳定运行具有至关重要的作用,一方面它可以深度处理A²/O段的出水(图3),另一方面由于该段的周期短时曝气、沉淀作用,一些沉降性较差、丝状菌含量较多的活性污泥将逐渐从上部溢流堰随水流排出而被淘洗出系统(图6),使回流污泥的沉降性能、活性不断提高,反应器内污泥浓度不断升高直至不变(图5),因此该段具有污泥筛选的功能。再者,污泥间歇性地从间歇曝气段顶部溢流堰排放,系统的排泥量大大减少,污泥龄延长,逐渐使长泥龄的功能微生物富集于系统内。最后,间歇短时曝气过程为该段沉淀的污泥不断地提供氧气,而抑制了污泥的厌氧水解和释磷,从而稳定了长污泥龄的A²/O系统。本发明将好氧段沿水流方向分为两段,并在好氧前段投加生物填料,以提高系统生物量和脱氮除磷性能。生物填料的投加一方面可以促使微生物的大量附着,增加系统的生物量;另一方面适合污泥龄较长的硝化细菌生长,提升系统的硝化性能,为反硝化提供更多电子受体。再者,填料内部存在缺氧的微环境,使好氧段也可发生同步硝化反硝化反应,促进脱氮除磷。最后,好氧后段不投加填料,可防止聚磷菌在此厌氧释磷而降低除磷效率。本实验将反应器好氧段沿水流方向分为两段,分别为好氧1段和好氧2段,以20%的总好氧段体积填充率将纤维弹性填料(直径150mm)投加于好氧1段内。本发明好氧段维持较低的溶解氧浓度,且沿程降低,来实现短程硝化反应。AOB菌的氧结合能力要强于亚硝酸盐细菌(NOB),因此较低的溶解氧浓度有利于抑制NOB,富集AOB。另外,好氧1段有纤维填料,氧气扩散不均匀,且此段污染物剩余仍较多,溶解氧浓度可稍高。好氧2段未投加填料,且污染物至此已被进一步沿程去除,溶解氧浓度可稍低。同时,好氧2段的低溶解氧浓度,更利于回流至缺氧段的硝化液减少携带氧气的量,提高缺氧段的反硝化脱氮能力。本实验控制好氧1段溶解氧为1.5-1.7mg/L,好氧2区溶解氧为0.5-0.7mg/L。本发明连续流启动前使间歇曝气段内有足够的污泥量,以保证回流至厌氧段的污泥量。系统的污泥浓度在启动时较低,排泥量也较少,但随着系统不断的进水和间歇曝气段的淘洗作用,污泥很快适应并生长迅速,污泥浓度和排泥量都在增加,但启动初期系统的排泥量和总污泥量尚未达到平衡,导致污泥龄不稳定,直至进水污染物量、污泥生长和剩余污泥排放量达到平衡,反应器内污泥浓度、排泥量和污泥龄保持不变,系统启动成功。本实验控制启动前间歇曝气段的污泥量为163-168g,曝气时污泥浓度为2.5-3g/L。具体实施例:改良A²/O反应器的构型:由2mm钢板材料制成,长、宽、高分别为120cm、30cm和60cm,总有效体积180L,由可移动钢板隔开,沿水流方向分为厌氧段、缺氧段、好氧1段、好氧2段和间歇曝气段,各反应区比例调为V_厌氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_间歇曝气=1:2:1.5:1.5:3。好氧段和间歇曝气段底部设微孔曝气盘与空压机相连,气体流量计控制曝气量,其中间歇曝气段由电子定时器控制曝气周期。厌氧段和缺氧段通过搅拌桨搅拌防止污泥沉淀。间歇曝气段底部设置污泥回流,由顶部溢流堰间歇曝气时排泥,流至沉淀池沉淀排放,取消沉淀池污泥回流。将纤维弹性填料(直径150mm)以20%的总好氧段体积填充率投加于反应器的好氧1段内。接种传统A²/O工艺沉淀池的回流污泥于反应器中,使接种后的污泥浓度(包括间歇曝气段曝气时浓度)为2.5-3g/L。实验用水为北京某高校家属区化粪池出水。具体水质如下:COD质量浓度为350-400mg/L;BOD₅质量浓度为300-350mg/L;氨氮质量浓度为80-92mg/L;总氮质量浓度为95-115mg/L;总磷质量浓度为6-7mg/L;C/N比为3.5-4;C/N比为53-59;pH为7.0-7.5。连续流短程硝化反硝化除磷工艺启动阶段:保持进水流量13.5-14L/h,采用质量浓度C/N=3.5-4、C/P=53-59,COD质量浓度为350-400mg/L,氨氮质量浓度为80-92mg/L,总氮质量浓度为95-115mg/L,总磷质量浓度为6-7mg/L,pH为7.0-7.5的低C/N(P)实际生活污水,A²/O段水力停留时间为8.1-8.3h,间歇曝气段水力停留时间为3.9-4.1h。硝化液回流比为250-300%,污泥回流80-90%,好氧1段溶解氧浓度为1.5-1.7mg/L,好氧2区溶解氧浓度为0.5-0.7mg/L,同时控制好氧1段和好氧2段在较低溶解氧浓度分别为1.5-1.7mg/L和0.5-0.7mg/L,设置间歇曝气段曝气周期1h,其中曝气1min(曝气时溶解氧浓度为0.3~0.5mg/L)、沉淀59min。系统维持此工况直至A2/O段反应器内污泥浓度稳定在5.5-6g/L,排泥量为48-49g/d,污泥龄为21.5-23d,出水中COD、氨氮、TN和TP质量浓度分别降为50mg/L、5mg/L、15mg/L和0.5mg/L以下,出水亚硝化率(NO₂^--N/NO₂^--N+NO₃^--N)达到71-75%,反硝化除磷菌与聚磷菌的比值(DPAO/PAO)达到87-89%,短程硝化反硝化除磷工艺启动完成,历时20d。