CN2015101708924一种富集聚羟基脂肪酸同步脱氮除磷的污水处理装置及工艺公开号106

(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201510170892.4(22)申请日2015.04.13C02F3/30(2006.01)(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号(72)发明人徐秋翔李小明王冬波杨麒杨伟强赵建伟钟宇刘星群曾光明(54)发明名称一种富集聚羟基脂肪酸同步脱氮除磷的污水处理装置及工艺(57)摘要本发明公开了一种高效富集聚羟基脂肪酸酯(PHA)及同步脱氮除磷的污水处理装置：该装置由2个反应器组成，污水首先进入反应器1在搅拌条件下进行厌氧释磷，沉淀后通过连接管，污水进入反应器2；在反应器2的曝气条件下进行硝化反应；沉淀后水由反应器2回流到反应器1中，在搅拌作用下进行反硝化吸磷，然后再进行曝气，进一步去除反应器残留的氨氮。本发明以城市生活污水为进水，采用双污泥系统，通过控制反应器2的DO、污泥龄使亚硝氮转化比例控制在总氮的25±2％，在反硝化除磷过程能够节约10±2％的碳源以PHA的形式储存在污泥中，对污水进行有效处理的基础上，提高了污泥生产挥发性脂肪酸的产量，具有工艺方法简单、运行成本低等优势。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页CN106145346A2016.11.23CN106145346A1/2页21.一种富集聚羟基脂肪酸酯（PHA）及同步脱氮除磷的工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）双污泥处理装置的制作；（2）以污水厂活性污泥为底物，城市生活污水为进水；（3）污水首先进入反应器1，反应完沉淀后进入反应器2，继续下一阶段反应；（4）在排水结束后，从反应器1取出富含PHA的污泥放在4℃生化培养箱里收集起来，取出比例为6%。（5）在所述反应器2中通过DO、污泥龄使得污泥中硝化菌成为优势菌，氨氮氧化细菌(AOB)和亚硝酸氮氧化细菌(NOB)共存，且亚硝化反应稳定；（6）污水进入反应器2，反应完沉淀后回流到反应器1，继续下一阶段反应；（7）在所述反应器1中通过DO、污泥龄使得污泥中尽可能多的富集反硝化除磷菌。2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）中装置的制作，该装置由：1水箱、2泵、3曝气机、4排泥管、5排泥阀、6排水管、7排水阀、8进水管、9进水阀、10反应器1、11搅拌器、12反应器2、13连通阀、14连通管、15曝气头、16排泥阀、17排泥管、18曝气机；装置进水是由泵定时抽水，通过进水管进入反应器1；2个反应器之间不需要泵进行抽送水，而是使用连通管直接将两个装置连接，中间设置一个阀门控制开关；当连通阀门关闭时，该装置可以使2个反应器处在一个封闭系统，二者之间不影响彼此运行，当连通阀门打开时，污水可以在2个反应器之间流动；但是污泥不能通过连通管进入另外一个反应器，泥水分离面应该在管口之下，同时在反应器运行过程中，也要通过排泥，控制污泥浓度，进而确保连通管口在污泥之上。3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（2）中将所述污泥在4℃下自然沉淀24h后，去除上清液得到所述污泥。分别将污泥加入到2个反应器中。4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述城市污水进水COD为138～175mg/L，TP为2.05～3.3mg/L，TN为21.36～31.73mg/L。5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（3）中，对于反应器1的污泥中应该含有大量的聚磷菌，在反应器1中能够在厌氧搅拌条件下释磷，同时COD能够被消耗90%以上。6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）中，对于反应器1开始在PHA含量最高时取出6%污泥，必须在工艺运行稳定，COD、TP、TN去除率分别达到90%、95%、95%以上时,方可进行。本试验在2周左右可以取泥。每次排泥时间应该在第一个反应周期中：即污水由反应器1流入反应器2后，从反应器1中取出6%的污泥，此时污泥中PHA的含量最高，每日排出污泥后系统能一直稳定运行，排出污泥放在4℃的生化培养箱中。7.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（5）中，对于反应器2的DO应该控制在1.0～1.3mg/L，污泥龄控制在6d,硝化细菌会很快成为优势菌，聚磷菌很快减少。8.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（5）中，对于反应器2的污泥中应该含有大量的硝化菌，在反应器2中能够在曝气条件下，使氨氮100%转化，其中75±2%转化为硝态氮、25±2%转化为亚硝态氮。9.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（6）中，对于反应器1的DO权利要求书CN106145346A22/2页3应该控制在0～0.2mg/L，机械搅拌速率为800～900rpm/min,污泥龄控制在12d。污泥浓度控制在3000±50mg/L。10.根据权利要求1至8中任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述污水处理的温度为20±0.1℃，pH为7.5±0.05。11.根据权利要求1至8中任一项所述的工艺方法，其特征在于，所述污水处理1个周期的时间为8h。权利要求书CN106145346A31/5页4一种富集聚羟基脂肪酸同步脱氮除磷的污水处理装置及工艺技术领域[0001]本发明主要涉及到环保设备领域，特指一种能够富集聚羟基脂肪酸酯(PHA)及同步处理生活污水或市政污水综合处理装置技术背景[0002]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是污泥中细菌合成的一种内聚脂，在生物体内主要作为碳源和储藏性物质存在，在污水处理过程中起到重要作用，同时有报道表明PHA在剩余污泥厌氧消化产酸过程起到重要作用，PHA含量高的剩余污泥厌氧消化能够产生更多的挥发性脂肪酸(VFA)。VFA再添加到进水水源中又能够促进生物脱氮除磷，提高磷的去除率。因此能够富集聚羟基脂肪酸酯及同步脱氮除磷的处理工艺是近年来的持续研究热点。[0003]污水(特别是生活污水)中氮、磷元素的过量排放是引起水体富营养化的重要原因。富营养化导致水质恶化，给饮用水处理增加困难；因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物在厌氧条件下分解产生有害气体，水生生物会缺氧窒息致死，水产养殖业减产甚至破坏。富营养化中水体中含有硝酸盐和亚硝酸盐不但影响人类生活，还严重影响工、农业生产。因此，稳定、可靠、经济的除磷方法与工艺对日趋严重的水体富营养化问题显得十分重要。与化学法除磷相比，生物法因具有运行成本低、环境二次污染小等优点，逐渐受到各国学者的青睐，成为近年来的持续研究热点。[0004]在废水生物脱氮理论上还是在工程实践中，都一直认为要实现废水生物脱氮就必须使氨氮经历典型的硝化和反硝化过程才能安全地被除去，这条途径也可称之为全程(或完全)硝化—反硝化生物脱氮。[0005]即：[0006]但有学者在实验过程中发现在硝化过程中发现了亚硝酸盐的积累的现象，并提出了短程反硝化理论。[0007]即：[0008]如果在处理过程中实现短程反硝化，可以节省碳源，提高脱氮除磷的效果，同时可以节省一部分PHA。但是在亚硝酸氮积累过程中发现，过量的亚硝酸氮不利于聚磷菌的生长，所以控制亚硝酸氮的浓度是实现短程反硝化的难点之一。[0009]最近几年，有研究表明双污泥水处理工艺可以在将好氧与厌氧缺氧分开在两个反应器中同时运行的工艺条件下，活性污泥系统可以通过磷在厌氧缺氧的条件下实现良好的生物除磷，而氨氮可以在好氧条件下实现良好的转化。由于是将好氧段与厌氧缺氧段分在2个装置中运行，双污泥系统工艺简化了工艺路线与过程控制，减少了设备投资，降低运行成本；同时将氮磷去除分开，有利于抑制污泥膨胀；降低了对污水中VFA的依赖，拓宽了生物除磷的应用范围；提高了对废水中硝态氮的毒性忍耐，具有广泛的应用前景。然而，这种工说明书CN106145346A42/5页5艺处理后的出水中含有较高的硝态氮，并没有实现完全意义上的去除，同时污泥中PHA含量相较于传统SBR工艺没有明显提升；另外双污泥系统间的连接使用泵进行进水出水，时间长，而且能源消耗大，增加运行时间，运行效率低。因此，本发明针对此工艺存在的主要缺陷，经过认真总结分析，本着解决实际问题的原则，在双污泥系统生物脱氮除磷基础上，提出基于双污泥系统反应器结合低DO、低污泥龄、短程反硝化的污水处理装置，该装置可在双污泥系统运行模式下(即，氮磷分别在两个反应器中单独去除、转化)，实现生物脱氮除磷。[0010]本发明在原有双污泥系统实现生物脱氮除磷技术的基础上，解决原有的工艺缺点，研发出一种投资少、管理维护简单、出水水质稳定的污水处理设备，对我国含氮磷污水(特别是生活污水)的处理，具有重要的实践意义。发明内容[0011]本发明的目的是提供一种含氮、磷污水(特别是生活污水)的处理设备，降低生活污水处理的建设和运行费用，同时在处理过程中能够获得富含PHA的污泥。[0012]本发明的技术方案如下：本发明所用装置为申请人自行设计的SBR，核心单元为2个相连接的反应器，详见图1所示。[0013]反应器主体为2个反应器：反应器1与反应器2，中间使用连通管将二者连接，同时安装电磁阀，可以定时开启阀门使水在反应器之间流动。该连通装置的改进可以使得2个反应器间进水、出水时间大大缩短。[0014]技术创新：该双污泥处理装置，可以将氮、磷反别在2个反应器中去除，利于系统稳定；2个反应器使用连通管相连，无需泵进行抽送水，这样可以大大节省能源，同时极大节省时间，提高装置运行效率；同时能够良好的控制亚硝态氮的浓度，使其不影响聚磷菌的活性，同时能够实现短程反硝化节省碳源，得到更多的PHA。[0015]SBR每天运行3个周期，每个周期为8h，具体运行方法按如下步骤进行。[0016]周期1：[0017]1、打开进水阀门，污水从进水管进入反应器1主体，待进水完毕后，关闭进水阀门。[0018]2、进水完毕后，打开搅拌器，厌氧搅拌时间为1.5h。[0019]3、厌氧搅拌后，关闭搅拌器结束搅拌，沉淀0.5h，以实现泥水分离。[0020]4、打开连通管阀门，水进入反应器2，关闭连通管阀门，打开曝气机2进行曝气。[0021]5、曝气2.5h后，沉淀0.5h，以实现泥水分离。打开连通管阀门，进水由反应器2进入反应器1。[0022]6、打开搅拌器1，进行缺氧搅拌。缺氧搅拌2h后，打开曝气机1，曝气时间为0.5h。曝气0.5h后，沉淀0.5h，以实现泥水分离。打开排水阀门，排水结束后，关闭排水阀门。[0023]7、反应器1排泥时间为步骤4中：水进入反应器2，关闭连通管阀门，打开排泥阀门1进行排泥，以便稳定污泥浓度、控制泥龄，使反应器内活性污泥浓度为3000±50mg/L左右，污泥龄为12d。[0024]8、反应器2排泥时间为步骤5结束后，关闭连通管阀门，打开排泥阀门2进行排泥，以便稳定污泥浓度、控制泥龄，使反应器内活性污泥浓度为2500±50mg/L左右，污泥龄为6d。说明书CN106145346A53/5页6[0025]周期2：按照周期1中步骤1-6进行。[0026]周期3：按照周期1中步骤1-6进行。[0027]上述SBR装置的核心在于将原来的双污泥反应器间排水、进水使用泵抽送改成使用连通管连接，并使得排水、进水更加方便，从而缩短了原来的排水、进水时间，有效地降低了处理周期的时间，提高处理效率；同时能够实现短程反硝化节省碳源，获得更多的PHA，使得此装置在污水处理中的推广能力进一步加强。[0028]与传统的生活污水除磷工艺相比，上述运行方法具有如下方面的优势：[0029](1)系统管理简单方便，使污泥好氧与厌氧、缺氧完全分开，碳源竞争问题得到极大的解决，系统稳定；[0030](2)工艺简单，不需要污泥回流，没有复杂的机械设备；[0031](3)处理效果好，系统安全、可靠，同时能够获得高效富集PHA的污泥；[0032](4)排放的污泥进行厌氧发酵产酸，产生的酸可以添加到反应器1中作为补充碳源，处理效果会更好，相互促进。附图说明构成本发明的一部分的附图用来提供对