[发明专利]分段进水CAST亚硝酸盐型反硝化除磷方法及其过程控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及分段进水CAST(循环式活性污泥法)亚硝酸盐型反硝化除磷技术及其过程控制装置，适用于含氮、磷工业废水处理和城镇污水深度处理，属于SBR(序批式活性污泥法)及其变型工艺污水生物脱氮技术领域。

背景技术

水资源的严重污染和匮乏是困扰当今世界经济、人类生存的重大国际性难题，尤其是大量未经处理或未经适当处理的含氮、磷污水的排放所造成的富营养化问题在我国已到了极为严重的地步，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而严重地影响了工农业和渔业生产。我国在2003年颁布实施的城镇污水处理厂污染物排放标准对氮、磷排放提出了严格的要求，而且对污水厂的建设提出了更高的要求，新建污水处理厂要有脱氮、除磷工艺，对原污水处理厂没有脱氮、除磷工艺的，要按照国家标准对原有设施进行改、扩建，污水处理的主要矛盾已逐渐由有机污染物的去除转变为氮、磷污染物的去除。

活性污泥法是当前用于治理氮、磷污染的主要方法。生物脱氮过程主要分为两部分，即通过硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐氮，再通过反硝化细菌将硝酸盐氮转化为氮气从水中逸出。生物除磷也分为两个阶段：第一阶段为厌氧释磷,即产酸菌在厌氧或缺氧条件下,分解废水中的大分子有机物为乙酸等低分子脂肪酸(VFA)或短链脂肪酸(SCFA)等,聚磷菌则在厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐和糖原等产生ATP，利用ATP吸收产酸菌产生的基质,合成聚β-羟基丁酸盐(PHB),同时释放无机磷PO₄^3-；第二阶段为好氧摄磷,即在好氧条件下,聚磷菌氧化PHB，除产生能量用于自身生长合成外,还把体外的PO₄^3-运输到体内合成ATP和核酸,过剩的PO₄^3-被聚合成多聚磷酸盐储存在体内,最后，高磷污泥通过剩余污泥的方式排去,从而达到除磷的目的。

CAST工艺因具有流程简单、运行过程可控性高、不易产生污泥膨胀、具有一定脱氮除磷性能等优点，是目前我国新建中小型城镇污水处理厂首选工艺，同时也是传统活性污泥法的污水处理厂改建为具有脱氮、除磷功能的污水处理厂时的备选工艺。然而，目前实际应用的CAST工艺所采用的运行方式基本上都是以时序控制为主，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。然而，这种固定时长的运行方式的缺点显而易见，不能灵活应对时刻变化的进水水质，从而导致工艺对污染物的去除效率不稳定，出水水质不达标。此外，该工艺为单一污泥悬浮生长系统，利用同一反应器中的混合微生物种群完成有机物氧化、生物脱氮和生物除磷，这种多处理功能的相互影响在实际应用中限制了CAST工艺的处理效能，也给控制提出了非常严格的要求。

硝化细菌是一种化能自养菌；有机物降解则由异养细菌完成。当这两种细菌混合培养时，由于存在对底物和DO的竞争，硝化菌的生长将受到抑制，难以成为优势种群，由于异养菌对氨的同化作用速率远大于硝化细菌对氨的氧化速率。当进水有机负荷较高时，在生物处理系统中占优势的异氧氧化菌种将会利用氨氮物质进行合成代谢，大量消耗溶解氧，抑制硝化作用。此外，固定的曝气时间有可能使得硝化时间不足导致出水氨氮超标或多度曝气造成能源浪费。CAST工艺中有约20％的氧化态氮物质通过回流污泥进行反硝化，其余则通过同步硝化反硝化和沉淀、闲置期污泥的反硝化实现。而尽管同步硝化反硝化可采用变强度曝气实现，但其效果不理想。在沉淀、闲置期中，由于有机物已充分降解，反硝化所需的碳源不足，也限制了反硝化效率的进一步提高。总氮的去除效率受到影响，由此引发下一个周期选择器内因回流混合液中有硝态氮存在时由于聚磷菌和反硝化菌对基质形成竞争，使聚磷菌释磷受到抑制而不能充分放磷，从而进一步影响聚磷菌过量吸磷的能力，而要想进一步提高除磷效率，就需要外加药剂进行化学除磷。此外，除磷与脱氮在泥龄上的需求矛盾也导致两种营养物的高去除率不能兼得，致使该工艺的应用受到了限制。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。