[发明专利]两级SPNA脱氮工艺处理城市污水的装置及方法

说明书

针对城市污水SPNA工艺存在的脱氮效果差和脱氮负荷低等问题，本发明提出了两级SPNA脱氮工艺处理城市污水的装置及方法，属于污水生物处理领域。该方法串联设置两个SPNA反应器。污水先进入一级SPNA反应器，进行短程硝化‑Anammox反应，去除污水中60‑80％的氨氮。随后，一级SPNA反应器的出水经中间水箱进入二级SPNA反应器。二级SPNA反应器在间歇曝气条件下运行，进一步去除剩余的氨氮，完成脱氮反应。两个SPNA反应器分别在高氮负荷和间歇曝气条件下运行，利于抑制NOB和富集Anammox菌，脱氮速率高，且可根据进水水质灵活调节两SPNA反应器运行参数，保证出水水质，具有氮去除速率高、脱氮效果好、抗冲击负荷能力强、操作简单和节约能耗的优点。

技术领域

本发明涉及两级SPNA脱氮工艺处理城市污水的装置及方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

近年来，随着我国氮磷超标排放造成的水体富营养化问题日益严重，人们越来越注重城市污水的处理问题，传统的硝化-反硝化脱氮工艺由于难以实现深度脱氮，难以满足我国日益严格的排放要求。此外，传统的硝化-反硝化工艺还存在曝气能耗高、反硝化碳源不足、剩余污泥产量大等问题。因此，开发节能、高效的生物脱氮工艺是现今的研究热点。

厌氧氨氧化(Anammox)工艺是一种新型的自养生物脱氮工艺。在缺氧条件下，Anammox 菌可将氨氮和亚硝态氮转化为N2和少量的硝态氮，在此过程中，不消耗有机碳源，也无温室气体N₂O产生。一般而言，Anammox工艺多与短程硝化工艺组合应用，即短程硝化一厌氧氨氧化一体化(SPNA)工艺，在SPNA工艺中，氨氧化菌(AOB)只需将约一半的氨氮氧化为亚硝态氮，节省了曝气能耗，且其中主要的脱氮功能菌AOB与Anammox菌为自养菌，污泥产率低。与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比，SPNA工艺具有可节省约60％的曝气量、无需有机碳源、温室气体产量少、减少约90％的剩余污泥产量的优点，有望实现低碳氮比城市污水的低能耗深度脱氮。

现阶段，SPNA工艺主要用于处理高氨氮废水，其在城市污水处理方面的应用还存在较多亟待解决的问题。其中，城市污水SPNA工艺的主要难点之一是抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB) 生长，在城市污水处理系统中，由于缺少高游离氨、高游离亚硝酸等抑制NOB的条件，NOB 容易大量富集，与Anammox菌竞争亚硝态氮基质，导致出水硝态氮浓度升高，脱氮效果恶化。

尽管已有数据表明，维持出水中一定的氨氮剩余和间歇曝气均可抑制NOB活性，但出水中含有一定量氨氮剩余会造成SPNA系统脱氮效果较差；间歇曝气，即好氧/缺氧交替的运行方式由于有效曝气时间短，会影响氨氮的氧化，导致系统的氮去除负荷较低，不利于SPNA 系统的稳定高效运行。此外，城市污水基质浓度低，而Anammox菌生长缓慢，难以在城市污水处理系统中大量富集，进一步导致系统氮去除速率较低、脱氮效果差。因此，寻求一种稳定高效的城市污水处理装置及方法，实现城市污水SPNA工艺的高负荷深度脱氮非常重要。

发明内容

针对城市污水SPNA工艺存在的NOB易富集、氮去除率低和脱氮负荷低等问题，本发明提出了一种两级SPNA脱氮工艺处理城市污水的装置及方法。该方法串联设置两个SPNA反应器。第一级SPNA反应器在高负荷条件下运行，实现污水中大部分氮(60-80％)的去除，一方面可提高氮去除速率，另一方面，利于生长速率较慢的Anammox菌生长富集。此外，一级SPNA反应器出水中含有一定量的氨氮(8-15mg/L)，利于NOB的抑制。一级SPNA反应器的出水经过中间水箱进入二级SPNA反应器。二级SPNA反应器在低负荷条件下运行，通过间歇曝气抑制NOB活性，旨在去除一级SPNA反应器出水中剩余的氨氮，提高出水质量。本发明在高负荷条件下运行第一级SPNA反应器，利于Anammox菌富集和NOB抑制，提高了氮去除负荷；在间歇曝气条件下运行二级SPNA反应器，进一步利于NOB的抑制和脱氮效果的提高。此外，可根据进水水质灵活调节两个SPNA反应器的运行参数，实现城市污水的高效脱氮。