[发明专利]基于短程同步脱氮的一体化生物反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及到一种低碳氮比城市污水的低氧生物脱氮处理工艺，特别涉及基于短程同步脱氮的一体化生物反应器中实现氮磷和有机物的高效去除的一体化污水处理工艺，且脱氮形式以亚硝酸盐型同步硝化反硝化为主。

背景技术

基于短程同步脱氮的一体化生物反应器是最基本的连续流活性污泥工艺。该生物反应器的模式是连续流厌氧/好氧(低氧)生物反应器。传统的厌氧好氧生物反应器由于其本身只有厌氧和好氧两个分区，而没有脱氮所需的缺氧条件，因此只能用于生物除磷。传统的活性污泥脱氮除磷工艺存在泥龄矛盾和基质竞争等弊端，尤其是对碳源的竞争，使得总氮的去除率不能有很好的保证。

同步硝化反硝化和短程硝化反硝化技术可有效缓解上述的固有矛盾。同步硝化反硝化(SND)生物脱氮是将硝化和反硝化过程在同一反应器中同步完成，尤其是在好氧的条件下可以发生反硝化反应。目前普遍被接受的反应机理主要是微环境理论和生物学理论。同步硝化反硝化的优越性在于：曝气量减少，降低能耗；反硝化产生OH^-可就地中和硝化产生的H⁺，SND能有效地保持反应器内的pH；勿需缺氧反应池，可以节省基建费用或至少减少反应器容积；能够缩短反应时间，节约碳源；简化了系统的设计和操作等。根据硝酸盐电子受体的不同，又可分为硝酸盐型同步硝化反硝化和亚硝酸盐型同步硝化反硝化。由于本发明将硝化控制在亚硝化阶段，所以其反应类型为亚硝酸盐型同步硝化反硝化。

发明内容

所要解决的技术问题

为了解决传统活性污泥工艺运行中存在的氮磷同步去除效果不佳、碳源不足以及能耗较高等问题，本发明提供一种基于短程同步脱氮的一体化生物反应器，该工艺将厌氧区、壅高区、曝气区和沉淀区等四部分有效组合成一体，节省了占地面积。在脱氮方面，稳定实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化，节省了碳源和混合液回流对释磷的影响。在除磷方面，基于脱氮所需碳源的减少和回流液硝酸盐浓度的降低，在一定程度上提高了除磷的效率。另外，反应器减少了曝气量并且采用气提方式代替传统潜水泵实现混合液回流，降低了运行能耗，节省了运维成本。

短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理是：废水中的氨氮被氨氧化菌(AOB)在好氧条件下氧化为NO₂^--N，阻止NO₂^--N继续被亚硝酸盐氧化菌(NOB)氧化为NO₃^--N，然后NO₂^--N在缺氧条件下被反硝化细菌还原为N₂。AOB和NOB虽然同属于好氧自养菌，但是AOB与NOB在生理特性等方面却存在很大的差异，因此可通过营造利于AOB生长而抑制NOB生长的生存环境，对这两类菌种进行筛选。从而将硝化反应控制在第一阶段，实现短程硝化。短程硝化反硝化的优越性在于：缩短了反应历程，NO₂^--N的反硝化速率高于NO₃^--N，提高了反硝化速率；缩短水力停留时间，反应容器相应减小；需氧量减小25％，耗能降低；节省37.5％反硝化碳源；减小了剩余污泥排放量。

技术方案

一种基于短程同步脱氮的一体化生物反应器，其特征在于包括进水管、厌氧区、壅高区、低氧曝气区、沉淀区、出水管、进水三通、排泥管；所述的反应器，按水流方向依次为厌氧区、壅高区、低氧曝气区和沉淀区，通过水下开孔进行连通，构成循环体系；所述的进水三通连接进水管，进水管进水点分别设置在厌氧区)进水端和壅高区出水端；所述的排泥管设于沉淀区侧面底部，所述的出水管设于沉淀区的顶部。

所述的进水三通连接进水管，进水管的进水点设置在厌氧区进水端和壅高区出水端，可以通过调节流量计或堰门，能够根据水质特点，合理分配进水流量比例，实现对生物脱氮除磷所需碳源的优化配置。

所述的厌氧区在密闭的厌氧运行条件下，兼性厌氧发酵细菌如假单胞菌属等将污水中可生物降解的有机物转化成为挥发性脂肪酸(VFAs)这类低分子发酵中间产物，然后聚磷菌可将其体内贮存的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的聚磷菌(PAO)在厌氧环境中维持生存，另一部分能量供PAO主动吸收环境中的VFAs类低分子有机物，并以PHAs的形式在体内储存起来；

所述的壅高区可以采用空气或提液泵雍高水头实现混合液的回流，根据进水水质及生物脱氮要求，灵活调节气提所需的空气量或提液泵的频率，以维持足够的循环倍比，促进泥水混合，使反应器的流态趋于完全混合式。