[发明专利]一种间歇曝气实现同步短程硝化厌氧氨氧化反硝化除磷深度处理城市生活污水的装置和方法

说明书

一种间歇曝气实现同步短程硝化厌氧氨氧化反硝化除磷深度处理城市生活污水的装置和方法，属于污水生物处理领域。城市污水进入同步短程硝化厌氧氨氧化反硝化除磷反应器中，采用厌氧/间歇曝气的运行方式，厌氧段反硝化聚磷菌和聚磷菌充分吸收原水中的有机碳源并储存为内碳源PHAs且进行释磷；在间歇曝气阶段，在低氧好氧段发生短程硝化、厌氧氨氧化和好氧吸磷；在缺氧段，继续发生厌氧氨氧化，反硝化聚磷菌利用硝态氮实现进一步脱氮除磷。本发明可实现城市污水氮磷的同步深度去除，为污水生物处理领域提供一种新的思路。

技术领域

本发明涉及一种间歇曝气实现同步短程硝化厌氧氨氧化反硝化除磷深度处理城市生活污水的装置和方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展和人们对美好生活环境的迫切需要，环境问题愈受关注。其中，水污染治理更是刻不容缓。我国由于人口众多，人均水资源严重不足，仅拥有世界平均水平四分之一的人均水资源占有量。然而人们环保意识不强、只追求速度的经济发展等原因导致仅有的水资源也面临污染严重的态势。过量排放到自然水体的N、P等营养物质的富集将造成水体富营养化(Eutrophication)，产生“水华”，此时鱼类和贝类等因缺乏生存所需的氧气而出现大量死亡。分解腐败尸体时又会进一步消耗氧气同时产生甲烷和二氧化碳等温室气体，分泌有毒酸等物质，最终会破坏整个水生生态系统的正常功能并危害人类正常生产生活。因此，对水中COD、N及P等污染物的有效控制尤为关键。

在过去的污水生物脱氮领域中，传统的脱氮技术主要是基于硝化-反硝化作用进行脱氮，但随着处理量和处理标准的不断提高，这种工艺面临着诸多问题。首先，硝化阶段需要消耗大量溶解氧，造成高曝气能耗。其次，反硝化阶段需要有机碳源，而低C/N城市污水难以满足反硝化的要求，导致脱氮效果变差。如果额外投加碳源强化反硝化效果，但又会增加运行成本。而传统的生物除磷技术主要是基于富集聚磷菌在厌氧条件下将有机碳源储存为内碳源并且释磷，然后在好氧条件下利用内碳源产生的能量同时以氧气为电子受体完成对磷的吸收，最终通过排放富磷剩余污泥的方式实现系统中磷的去除。另外，在污水生物处理过程中，微生物通过利用污水中有机物和氮磷等物质快速繁殖，形成大量的剩余污泥；并且，在这过程中可产生大量的温室气体，包括二氧化碳和氧化亚氮，严重危害大气。因此，我们迫切地需要研发低耗、高效、绿色的新型生物处理工艺。

目前的新型脱氮工艺主要通过短程硝化与厌氧氨氧化工艺耦合进行污水脱氮，具有节省曝气量，无需外加碳源，污泥产量低的优点，目前在主流中的应用主要分为一体化和两段式的短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺。一体式与两段式PNA工艺均可以实现污水高效脱氮，然而相较于两段式PNA工艺而言，一体式SPNA工艺操作简便、流程较短，可以显著降低基建费用与运行成本，且一体式SPNA系统多在亚硝态氮与DO浓度较低的条件下运行，其一氧化氮与氧化亚氮的排放量较低，可以减少大气污染。此外，在长期运行过程中，两段式PNA系统难以维持稳定的短程硝化效果，当水质波动较大时，可能无法为厌氧氨氧化反应提供合适的氨氮与亚硝态氮基质；并且当进水氨氮浓度过高时，短程硝化反应器产生的高浓度的亚硝态氮可能会抑制厌氧氨氧化活性。因此，目前一体式SPNA工艺的应用较为广泛。

然而，这种新型工艺也存在一定问题，例如短程硝化难以稳定维持，出水含有过量硝态氮。此外，在处理城市生活污水时，曝气浪费原水中的有机碳源和无法除磷这两个问题，也限制了其在城市污水处理中的推广应用。

而反硝化除磷(DPR)技术很好地解决了以上问题。反硝化聚磷菌在厌氧条件下将有机碳源储存内碳源PHAs，并完成释磷后，能够不以氧气为电子受体，而是可以在缺氧条件下用NO_x^--N(硝氮或亚硝氮)作为电子受体进行超量吸磷，同时将NO_x^--N还原为氮气。以特殊的“一碳两用”的方式，对氮磷实现同步去除。因此DPR工艺可以作为一种提高SPNA工艺出水标准的辅助手段。