[发明专利]一种基于城市污水短程硝化‑厌氧氨氧化的多级A/O生物脱氮的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于城市污水短程硝化-厌氧氨氧化的多级A/O生物脱氮的装置与方法，属于污水生物处理的领域。

背景技术

水体富营养化主要由污水中的氮磷引起，不但使城市水环境不断恶化还会危及饮用水水源，对生产和生活造成非常大的影响。因此如今能源危机凸显和现有的大能耗污水处理厂的情况下，实现高效低耗的可持续发展的污水处理具有非常重要的意义。

短程硝化是通过控制将氨氮氧化为亚硝酸盐即停止，而不进行继续氧化为硝酸盐的反应。厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝酸盐反应产生氮气，无需有机碳源且污泥产量少，为污水自养脱氮提供了可能，已被认为是最为经济高效的生物脱氮技术之一。短程硝化与厌氧氨氧化技术相结合与传统的硝化反硝化技术相比实现了节省曝气量，无需外加碳源，污泥产量少，占地空间少，从而达到了节能低耗的处理污水。此外原水中的有机物从另一个角度看也是一种能源，可用于产甲烷。同时厌氧氨氧化反应中不产生或者很少产生温室气体氧化亚氮(N₂O)，有利于缓解温室效应。而现有对该技术的应用大多集中在高温高氨氮废水领域，城市污水中应用较少的原因是城市污水不仅温度低其中氨氮浓度也低，不能稳定地实现短程硝化。本发明以城市污水作为处理对象，已为其在城市污水中的应用提供参考。

传统的硝化作用由氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)共同完成，反硝化过程由反硝化菌来完成。这其中氨氮氧化的中间产物亚硝酸盐(NO₂^-)，可与剩余部分氨氮发生厌氧氨氧化反应生成氮气，实现氮的去除。短程硝化稳定实现的关键是保持AOB的生物量和活性同时降低NOB的生物量和活性，从而实现亚硝酸盐的积累，避免亚硝酸盐继续被NOB氧化为硝酸盐。影响AOB和NOB的一大重要因素即为溶解氧，因为硝化细菌都为好氧菌。莫诺方程式量化模拟可知，表征对氧亲和力的K_O2(值越高亲和力越弱)的值，NOB相较于AOB大,即表明当溶解氧受限时，NOB的耐受性不如AOB，前者受影响比较大。故通过控制持续的低溶解氧，污泥经淘洗有利于实现稳定的短程硝化，从而实现亚硝酸盐的稳定积累。研究表明在溶解氧为0.4-0.7mg/L时，NOB的增长速率低于AOB。运行中污泥龄在15天左右，可以实现AOB的增长却不能满足NOB的增长，导致NOB逐渐被淘洗掉。因此认为控制低溶解氧和合适的污泥龄是实现短程硝化的关键。通过低氧曝气区与缺氧厌氧氨氧化区的交替设置有利于抑制NOB，实现短程硝化和厌氧氨氧化。

在实现了稳定的短程硝化即亚硝酸盐积累后，厌氧氨氧化菌能利用原有的氨氮与亚硝酸盐反应高效实现污水脱氮。由于厌氧氨氧化菌利用无机碳源实现自养脱氮，细胞产率低，倍增时间长。加之厌氧氨氧化菌难以富集和容易流失，因此采用生物膜填料既保证了一定的厌氧氨氧化菌的生物量和厌氧氨氧化反应的高效进行，又避免了前面低氧曝气区流入的短程硝化污泥的影响。

发明内容：

本发明的目的就是针对如今能源危机凸显和现有的大能耗污水处理厂的情况下，为实现高效低耗的可持续发展的污水处理所提出的一种基于短程硝化-厌氧氨氧化的多级A/O实现城市污水生物脱氮的装置和处理方法，该方法和装置首先将污水通入SBR除碳反应器，通过异养菌在好氧情况下去除进水中的有机物；而后污水通入多级A/O反应器，通过短程硝化和厌氧氨氧化交替进行自养脱氮，出水经沉淀池，污泥回流至第一段缺氧区。该多级A/O连续流反应装置通过好氧区的悬浮活性污泥低氧曝气高效实现短程硝化反应，随之缺氧区的海绵填料有效地持留富集厌氧氨氧化菌，增加了微生物的浓度，显著提高系统的处理能力实现了污水中氮的去除。

本发明的目的是通过以下方案解决的：