[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

说明书

一种实现城市污水高效低耗脱氮除磷的装置和方法属于污水污泥生物处理领域。原水箱中的污水通过进水泵依次进入强化生物除磷及全程硝化反应器的厌氧区、好氧区，厌氧区内进行厌氧释磷，好氧区进行全程硝化以及好氧吸磷作用，随后排水进入沉淀池，上清液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。每日定量向剩余污泥发酵耦合短程反硝化同步厌氧氨氧化反应器中投加剩余污泥，短程反硝化菌利用污泥水解发酵产生的有机物将硝态氮转化为亚硝态氮，厌氧氨氧化菌将剩余的氨氮和亚硝态氮转化为氮气。本发明利用强化生物除磷、短程反硝化和厌氧氨氧化工艺实现城市污水的深度脱氮除磷，同时通过污泥的水解发酵作用实现污泥减量，节能降耗。

技术领域

本发明涉及一种基于硝化、短程反硝化-厌氧氨氧化-污泥发酵工艺处理城市污水的装置和方法，属于污水污泥生物处理领域。适用于新建污水处理厂的设计应用及已建成污水处理厂的提标改造、低碳氮比城市污水及工业废水的深度脱氮除磷及污泥减量。

背景技术

为进一步控制水环境污染和加快实现污水资源化，我国逐步提高了城镇污水处理厂的排放标准。《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 中一级A排放标准规定出水COD≤50mg/L，NH₄⁺-N≤5mg/L，TN≤15mg/L， TP≤0.5mg/L。然而，由于我国城市污水中的有机碳源不足，采用传统的生物脱氮工艺难以满足上述排放标准，为了满足脱氮要求而投加外碳源不仅会增加处理成本，而且还加大了剩余污泥的产量。此外，污水处理厂的剩余污泥处理耗资巨大，对污泥处置的要求也不断提高。因此，如何在节能降耗与可持续发展理念的指导下提高污水处理效果，有效处置剩余污泥已成为污水处理厂亟待解决的问题。

近年来，厌氧氨氧化工艺由于其经济节能、脱氮效率高的特点而得到广泛关注。相较于传统的硝化反硝化工艺，厌氧氨氧化工艺无需碳源；同时由于仅需要部分氨氮转化为亚硝态氮，因而可节省60％的曝气量；此外，厌氧氨氧化菌自身生长缓慢，污泥产率低，大大降低污泥处置费用；厌氧氨氧化菌以二氧化碳作为碳源，且整个过程中氧化亚氮产量低，因而厌氧氨氧化工艺能有效减少温室气体的排放。然而，厌氧氨氧化工艺在实际运行中也存在一些问题。一方面，厌氧氨氧化菌利用亚硝态氮作为电子受体将氨氮氧化，通常需要在前端设置短程硝化反应器以获得亚硝态氮，然而在实际运行过程中难以实现短程硝化的稳定维持，继而影响厌氧氨氧化工艺的处理效果。另一方面，厌氧氨氧化工艺理论上会产生11％的硝态氮，而前端的短程硝化很难实现将氨氮全部转化为亚硝态氮，导致生成硝态氮并将其带入厌氧氨氧化反应器中。以上情况都会导致出水总氮浓度无法达到一级A排放标准，从而严重制约厌氧氨氧化工艺的广泛应用。

DEAMOX(Denitrifying AMmonium OXidation)是一种新型的生物脱氮技术，它是指在一个反应器内实现短程反硝化和厌氧氨氧化。短程反硝化可以为厌氧氨氧化工艺的基质亚硝态氮提供一种新的产生途径，同时可以将厌氧氨氧化过程产生的硝态氮转化为亚硝态氮，实现原位去除，从而有效降低出水总氮浓度。但是，短程反硝化需要有机碳源，而城市污水中的可利用碳源较少，这会在一定程度上限制DEAMOX的实际应用。

作为污泥处理的一种手段，污泥发酵正日益受到人们的重视。污泥发酵可以产生大量的挥发性脂肪酸，主要由乙酸、丙酸、正/异丁酸、正/异戊酸等组成，此类挥发性脂肪酸是很多工艺中常见的碳源组成。如果能将以易生物降解有机物为主的污泥发酵和生物脱氮除磷过程联系起来，就可以减少外部碳源的投加，节省工程运行费用的同时还能资源化利用剩余污泥中的有机物成分。但是，仅仅依靠反硝化作用来消耗污泥发酵产生的有机酸将不会消除污泥发酵产生的氨氮。同时，污泥发酵中的碳源提取技术一般为发酵—淘洗工艺，其在实际应用中存在泥水分离困难、发酵产生的挥发性脂肪酸很难被淘洗出来、很难避免产甲烷反应发生等问题。

因此，若能将短程反硝化、厌氧氨氧化工艺同污泥发酵技术有效地结合起来,则可稳定实现低碳氮比城市污水的深度脱氮以及污泥减量。

发明内容