[发明专利]一种对低碳氮比城市污水进行高效脱氮除磷的工艺及装置

说明书

本发明公开了一种对低碳氮比城市污水进行高效脱氮除磷的工艺及装置。该工艺包括除磷菌超量吸磷过程、氨氮亚硝化过程、厌氧氨氧化过程，各个过程依次同步进行，实现连续进水，连续出水。该装置包括依次连接的调节池、厌氧池、好氧池、中沉池、短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器和终沉池。本发明的工艺具有流程简单、总的水力停留时间短、曝气量少、能耗低、生物浓度高、占地面积小、出水水质好、操作管理方便等优点，对低碳氮比城市污水处理新工艺的开发和现有处理工艺的升级改造具有重要指导意义。

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种对低碳氮比城市污水进行高效脱氮除磷的工艺及装置。

背景技术

我国大部分水体富营养化问题日趋严重，其中氮、磷元素的超标是导致该问题严重的主要因素，这与污水厂氮、磷超标排放有一定关系。但据调查统计，有高达65%以上的污水处理厂存在碳源不足的现象，污水中碳源很难满足微生物脱氮除磷的需求。研究表明，只有碳氮比大于4时才可给反硝化细菌提供适量的碳源，使得生物脱氮正常进行，达到总氮达标排放。对于低碳氮比的城市污水，水中原有的碳源很难满足反硝化细菌对脱氮的要求，致使总氮不能得较好地去除。而污水排放标准在逐渐提高，这就给污水处理厂的运行，尤其是总氮和总磷的达标增加了难度。

生活污水中的磷主要来源于人体排泄物、食物残屑、洗涤剂中的增强剂等，其存在的形式取决于污水的类型，最常见的有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。在接近中性的pH值条件下，主要以HPO₄^2-的形式存在。污水生物除磷的本质是通过除磷菌过量摄取水中的磷，以聚磷酸盐的形式积累于细胞内，然后作为剩余污泥排出。

生活污水中含氮化合物存在的主要形式有有机氮（如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等等）和氨态氮（NH₃和 NH₄⁺）两种。污水生物脱氮实质是氮素在微生物作用下，相继发生下列反应：（1）氨化反应：有机氮在氨化菌的作用下，分解、转化成氨氮；（2）硝化作用：在供氧充足的条件下，水中的氨氮首先在亚硝酸菌的作用下被氧化成亚硝酸盐，然后再在硝酸菌的作用下进一步氧化成硝酸盐；（3）反硝化作用：在缺氧或厌氧的条件下，硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气。另外，还有一部分氮（有机氮、氨氮）被微生物通过同化作用转化为细胞成分。

由于生物脱氮和除磷是由两类完全不同的细菌来执行的，生化过程也是完全不同的，它们对环境因素的要求各异，使得同步提高脱氮除磷效率难以协调。主要存在下面几个影响条件。

①污泥龄。生物脱氮必须经历硝化过程，硝化菌的世代周期较长，要求较长的污泥龄（一般建议大于 11d）；而生物除磷是靠排放剩余污泥来达到目的的，为了提高除磷效果必须加大排泥量，这就会缩短系统的污泥龄。20℃时除磷菌的增殖速率约为2d^-1，约为硝化菌的2倍，意味着除磷菌需要的污泥停留时间（SRT）约为硝化所需时间的一半。显然，较长污泥龄对脱氮有利，而较短污泥龄对除磷有利。

②硝酸盐。硝化反应产生的 NO₃^-随回流污泥进入厌氧区，会被反硝化菌利用从而干扰除磷菌厌氧释磷，最终影响除磷效果。由于硝酸盐的存在，厌氧状态变成了缺氧状态，如同好氧一样，除磷菌可从NO_x^-获取氧来进行缺氧吸磷，因此在缺氧区进行反硝化的同时，仍可继续吸磷，只是缺氧吸磷速率较好氧慢。

③碳源。在生物脱氮除磷的结合系统中，厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧异养菌代谢要消耗碳源。生物脱氮效率一般不超过85%，出水中总会有相当浓度的硝态氮，随回流污泥进入厌氧区。由于反硝化菌的反硝化速率大于除磷菌的释磷速率，反硝化菌以 NO₃^-为电子受体，优先消耗碳源进行生长繁殖，使除磷菌缺少碳源而影响释磷。