[发明专利]一种实现城市污水高效低耗脱氮除磷的装置和方法

权利要求书

1.一种实现城市污水高效低耗脱氮除磷的方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、进水泵(1.1)、强化生物除磷及全程硝化反应器(2)、搅拌装置(2.1)、聚丙烯空心环悬浮填料(2.2)、空气压缩机(2.3)、曝气头(2.4)、气体流量计(2.5)、沉淀池(2.6)、污泥回流泵(2.7)、排泥阀(2.8)、中间水箱(3)、出水泵(3.1)、剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器(4)、排空阀(4.1)、取样口(4.2)、回流泵(4.3)、三相分离器(4.4)、集气装置(4.5)、出水管(4.6)、储泥池(5)以及进泥泵(5.1)；

城市污水通过进水泵(1.1)与强化生物除磷及全程硝化反应器(2)相连；强化生物除磷及全程硝化反应器(2)分为4-6个格室，按水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，依次设置厌氧区和好氧区；厌氧区分为1-2个格室，设置搅拌装置(2.1)，好氧区分为3-4个格室，填充聚丙烯空心环悬浮填料(2.2)，设置空气压缩机(2.3)、曝气头(2.4)及气体流量计(2.5)；强化生物除磷及全程硝化反应器(2)通过出水管与沉淀池(2.6)连接，沉淀池(2.6)底部通过污泥回流泵(2.7)与强化生物除磷及全程硝化反应器(2)首格室相连，沉淀池(2.6)通过排泥阀(2.8)将含磷的剩余污泥排出；沉淀池(2.6)的出水进入中间水箱(3)，再通过出水泵(3.1)与剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器(4)底部相连；剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器(4)设有排空阀(4.1)、取样口(4.2)、回流泵(4.3)、三相分离器(4.4)、集气装置(4.5)，剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器(4)出水通过出水管(4.6)排出；储泥池(5)通过进泥泵(5.1)与剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器(4)底部相连；

其特征在于，包括以下过程：

（1）启动强化生物除磷及全程硝化反应器：接种城市污水处理厂沉淀池排放的剩余污泥，其污泥浓度为3000-5000mg/L，同时接种含有硝化菌的聚丙烯空心环悬浮填料(2.2)，其填充比为25-50%；以实际城市污水作为原水启动，具体水质如下：pH为6-8，COD为200-400mg/L，NH₄⁺-N为60-100mg/L，NO₂^--N≤0.5mg/L，NO₃^--N≤0.5mg/L，PO₄^3--P为4-8mg/L；原水经进水泵打入厌氧区后，启动搅拌装置，进行厌氧释磷反应；在好氧区内，调节气体流量计使溶解氧维持在2-3mg/L，进行好氧吸磷、硝化反应；出水进入沉淀池，泥水分离之后，底部污泥经污泥回流泵打入厌氧区首格室；在上述条件下运行反应器，当系统氨氮去除率大于90%、出水磷酸盐浓度低于0.5mg/L且持续维持20天以上时，强化生物除磷及全程硝化反应器启动结束；

（2）启动剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器：接种厌氧氨氧化颗粒污泥，接种污泥浓度为2000-3000mg/L，进水采用亚硝态氮和氨氮的质量浓度比为1.3的人工配水，起始总氮浓度为40mg/L并以20mg/L的梯度逐步增大氮负荷直到200mg/L，当系统的氨氮和亚硝态氮的去除率超过90%且持续维持20天以上时，即认为对厌氧氨氧化菌驯化完成；再接种具有短程反硝化活性的污泥进入反应器内，接种后的污泥浓度为3000-6000mg/L，进水采用含有氨氮、硝态氮以及乙酸钠的人工配水，控制进水中的硝态氮和氨氮的质量浓度比为1.5且起始总氮浓度为50mg/L，并以50mg/L的梯度逐步增大负荷至200mg/L，同时投加乙酸钠作为短程反硝化的碳源使SCOD浓度为90-360mg/L，当系统的氨氮与硝态氮去除率达到80%以上且持续维持20天以上时，则说明已成功实现厌氧氨氧化与短程反硝化的耦合过程；再以剩余污泥取代乙酸钠作为短程反硝化的碳源使SCOD浓度继续维持在90-360mg/L，当系统的总氮去除率高于90％且持续维持20天以上时，则表明剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器启动成功；

（3）运行阶段控制策略：强化生物除磷及全程硝化反应器与剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器分别完成启动后，将两个装置串联运行；将城市污水通过进水泵打入强化生物除磷及全程硝化反应器，随后启动搅拌装置，调节气体流量计使溶解氧维持在2-3mg/L；厌氧区水力停留时间控制在1.5-2h，好氧区水力停留时间控制在4-6h，絮体污泥的污泥龄控制在10-15d；出水进入沉淀池，泥水分离之后，底部污泥经污泥回流泵打入厌氧区首格室，控制污泥回流比为75-100%；沉淀池中上层清水通过溢流堰进入中间水箱，再经由出水泵打入剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器，储泥池中的剩余污泥通过进泥泵进入剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器，控制反应器内的污泥浓度为3000-6000mg/L，水力停留时间为3-6h，内循环回流比为100-150％；最终实现剩余污泥与硝化液在剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器内的耦合处理，处理后的出水和污泥通过排水管和排空阀排放。