[实用新型]强化循环式活性污泥法脱氮的教学试验设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及强化循环式活性污泥法脱氮的教学试验设备，属于SBR法及其变型工艺污水生物脱氮技术领域，适用于城市污水深度处理。

背景技术

污水生物脱氮技术是当今水污染控制领域中的一个重要研究方向，已引起世界各国的普遍关注。由于常规的活性污泥工艺硝化作用不完全，反硝化作用则几乎不发生，总氮的去除率仅在10％～30％之间。因此，对于城市污水，若采用常规的活性污泥法处理，出水中还含有大量的氮和磷，随着地表水体“富营养化”现象的日益突出，促使人们对常规活性污泥工艺进行改造，以提高氮、磷的去除率。最具有代表性的就是A/O法、A2/O法等工艺，这些工艺在废水脱氮除磷方面起到了一定作用，但同时也暴露出一些问题。如系统为维持较高的硝化细菌的浓度，必须进行污泥回流和硝化液回流，增加了运行成本和能源消耗，另一方面，工艺中增加了厌氧和缺氧段的处理构筑物，使得整个工艺的基建投资和占地面积增加。因此，研究开发高效、低能耗的生物脱氮工艺和装置已成为当前水处理界重要的研究课题。

生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成，即通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮，再通过反硝化作用将硝酸盐氮转化为氮气从水中逸出。在硝化阶段，氨氮被转化成硝酸盐是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，首先由亚硝化菌(Nitrosomonas)将氨氮转化为亚硝酸盐(NO2-)，然后由硝化菌(Nitrobacter)将亚硝酸盐转化为硝酸盐(NO3-)。传统生物脱氮过程中硝化作用的最终产物是硝酸盐，反硝化作用以NO3-为电子受体。实际上，从氮的微生物转化过程来看，氨被氧化为硝酸盐是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可以分开。对于反硝化菌，无论是亚硝酸盐还是硝酸盐均可以作为最终受氢体，因而整个生物脱氮过程也可以经NH4+→NO2-→N2这样的途径完成，人们把经此途径进行脱氮的技术定义为短程硝化反硝化生物脱氮工艺。从反应历程来看，短程硝化-反硝化比全程硝化-反硝化减少两步，因而它节省了好氧阶段供氧量25％左右；节约反硝化所需碳源40％左右；减少污泥生成量；减少硝化过程的投碱量；缩短反应时间，相应地减少了反应器容积30％～40％左右。因此，该工艺对于实际工程应用具有重要意义。

但是，到目前为止，经NO2-途径在实际工程中实现生物脱氮的成功应用并不多见。其主要原因是影响NO2-积累的控制因素比较复杂，并且硝酸菌能够迅速地将NO2-转化为NO3-，因此，造成已经实现的短程硝化脱氮工艺又恢复为全程硝化过程。

循环式活性污泥法(CAST)是SBR法的一种变形工艺，在SBR的基础上增设一个生物选择器，以期取得抑制丝状菌污泥膨胀发生和良好脱氮除磷效果，然而在实践中该工艺的脱氮除磷效果多不理想。

所要解决的技术问题

在现有的CAST工艺中，进水-反应、沉淀、排水各阶段的时间是固定不变的，例如一个典型的运行周期包括4个小时，其中2小时为进水-曝气阶段，1小时为沉淀阶段，另外1小时为排水阶段，这样的运行方式是针对原水的平均水质而确定的。而原水水质是波动变化并不是固定不变的，显然这种固定的运行方式不是一种优化的方式。例如，当进水中污染物浓度比平均浓度增高时，如果2个小时的进水时间不变，同时曝气量也不变，那么2个小时的曝气反应时间就不足；同样，当进水中污染物浓度降低时，那么2个小时的曝气反应时间就过多而浪费。而且，2个小时的曝气反应时间尽管可能满足硝化反应的需要，但由于没有足够的缺氧反硝化时间，总氮的去除效率会受到影响。此外，恒定的好氧曝气时间也不利于实现短程硝化。因此，为了实现节能降耗，并保证工艺出水水质，需要一种可根据原水水质调节各阶段时间的优化运行方式。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种强化循环式活性污泥法脱氮的教学试验设备，增加缺氧搅拌阶段，并采用变时长好氧/缺氧的方式运行，而控制好氧曝气和缺氧搅拌的时间由实时过程控制策略来实现。同时，由于短程硝化反硝化具有节省反应时间、节省能源消耗等优点，所以该方法不仅提高了处理效率、降低了运行成本，而且在进水污染物浓度发生较大变化时，由于采用了在线实时过程控制仍能准确地控制交替好氧/缺氧时间，使整个系统的抗冲击负荷能力大大提高。