公布日：2023.10.24
申请日：2023.09.15
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及污水处理技术领域，具体公开一种低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统及方法。本发明提供的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统包括进水池、一级SBBR反应器、第一中间水池、二级SBBR反应器、第二中间水池、厌氧氨氧化除磷反应器以及出水池；所述厌氧氨氧化除磷反应器设有反应外室和反应内室。本发明在一级SBBR反应器中发生厌氧释磷反应、全程硝化和一级好氧除磷反应，在二级SBBR反应器的内源短程反硝化反应阶段，加入原污水，无需补充外源有机物；在反应外室中发生厌氧氨氧化脱氮反应，在反应内室中发生二级好氧除磷反应，解决了内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺不具有除磷能力的技术问题。
权利要求书
1.一种低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，包括进水池、一级SBBR反应器、第一中间水池、二级SBBR反应器、第二中间水池、厌氧氨氧化除磷反应器以及出水池；其中，所述一级SBBR反应器，与所述进水池相连，用于发生一级厌氧释磷反应、全程硝化和一级好氧除磷反应；所述第一中间水池，与所述一级SBBR反应器相连，用于接收经所述一级SBBR反应器处理后导出的污水；所述二级SBBR反应器，与所述进水池相连，且与所述第一中间水池相连，所述二级SBBR反应器用于对由所述进水池导入的污水进行内源碳储存和二级厌氧释磷反应，随后对由所述第一中间水池导入的污水进行内源短程反硝化反应；所述第二中间水池，与所述二级SBBR反应器相连，用于接收经所述二级SBBR反应器处理后导出的污水；所述厌氧氨氧化除磷反应器，设有与所述第二中间水池相连的反应外室及位于所述反应外室内部且与所述反应外室连通的反应内室；所述反应外室用于对由所述第二中间水池导入的污水进行厌氧氨氧化脱氮反应；所述反应内室用于对由所述反应外室导入的污水进行二级好氧除磷反应；所述出水池，与所述反应内室相连，用于接收经所述反应内室处理后导出水质达标的可排放水。
2.如权利要求1所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述一级SBBR反应器包括第一器身、第一搅拌器、第一填料支架以及第一纳米微孔曝气盘；其中，所述第一器身，具有与所述进水池及所述第一中间水池连通的第一内腔；所述第一搅拌器，设置在所述第一器身上，且伸入至所述第一内腔中；所述第一填料支架，设置在所述第一内腔中，且位于第一搅拌器的外侧，具有若干个沿着竖直方向设置的第一垂直支架；所述第一纳米微孔曝气盘，设置在所述第一内腔的底端，用于向所述第一内腔通入空气。
3.如权利要求2所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述第一垂直支架上均布设有第一生物填料，用于附着污泥和污水中的微生物；所述第一生物填料的体积填充比为35%~45%。
4.如权利要求2所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述一级SBBR反应器还包括第一亚硝态氮分析仪、第一硝态氮分析仪、第一磷酸盐分析仪、第一总磷分析仪和第一DO分析仪。
5.如权利要求1所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述二级SBBR反应器包括第二器身、第二搅拌器以及第二填料支架；其中，所述第二器身，具有与所述进水池、所述第一中间水池及所述第二中间水池连通的第二内腔；所述第二搅拌器，设置在所述第二器身上，且伸入至所述第二内腔中；所述第二填料支架，设置在所述第二内腔中，且位于第二搅拌器的外侧，具有若干个沿着竖直方向设置的第二垂直支架。
6.如权利要求5所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述第二垂直支架上均布设有第二生物填料，用于附着污泥和污水中的微生物；所述第二生物填料的体积填充比为40%~50%。
7.如权利要求6所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述二级SBBR反应器还包括第一氨氮分析仪、第二亚硝态氮分析仪、第二硝态氮分析仪、第二磷酸盐分析仪、第二总磷分析仪和第二DO分析仪。
8.如权利要求1所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化除磷反应器包括外筒体、内筒体、潜水推流器、多孔悬浮球生物填料以及第二纳米微孔曝气盘；其中，所述内筒体设置在所述外筒体的筒腔中，所述内筒体的筒腔为所述反应内室，在所述内筒体与所述外筒体之间形成所述反应外室；所述内筒体的侧壁顶部设有与所述反应外室连通的溢流口；所述潜水推流器位于所述外筒体的侧壁上，用于推动所述反应外室中的污水及多孔悬浮球生物填料均匀分布；所述多孔悬浮球生物填料设置在所述反应外室中，用于附着污泥和污水中的微生物，体积填充比为35%~45%；所述第二纳米微孔曝气盘位于所述内筒体的筒腔底部，用于向所述反应内室通入空气；其中，所述反应外室的顶部设有排气口，用于排放所述厌氧氨氧化脱氮反应产生的氮气。
9.如权利要求8所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化除磷反应器还包括第二氨氮分析仪、第三亚硝态氮分析仪、总氮分析仪、第三DO分析仪和第三总磷分析仪；其中，所述第二氨氮分析仪、第三亚硝态氮分析仪和总氮分析仪的探头均插入所述反应外室中；所述第三总磷分析仪的探头插入所述反应内室中；所述第三DO分析仪设有两组探头，其中一组探头插入所述反应外室中，另一组探头插入所述反应内室中。
10.一种低碳氮比污水强化脱氮除磷的方法，其特征在于，采用权利要求1~9任一项所述的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，包括以下步骤：S1，预备阶段：S11，在一级SBBR反应器中接种A/O工艺污水处理厂二沉池的剩余污泥，使一级SBBR反应器中的污泥浓度为3000~4000mg/L；S12，在二级SBBR反应器中接种经驯化后的含有高浓度NO2--N的反硝化污泥，使二级SBBR反应器中的污泥浓度为3000~4000mg/L；S13，在厌氧氨氧化除磷反应器的反应外室中放入负载厌氧氨氧化微生物的多孔悬浮球生物填料；S14，在厌氧氨氧化除磷反应器的反应内室中接种A/O工艺污水处理厂二沉池的剩余污泥，使反应内室中的污泥浓度为3000~3500mg/L；S2，全程硝化和一级好氧除磷反应阶段：S21，厌氧阶段：将进水池内的污水加入到一级SBBR反应器中，搅拌，进行一级厌氧释磷反应，当PO43--P/TP超过95%，控制反应结束；S22，好氧阶段：向一级SBBR反应器中通入空气，使DO浓度为2.0~4.0mg/L，搅拌，进行全程硝化和一级好氧除磷反应，当NO3--N/NOx--N超过95%，且TP浓度低于0.5mg/L，控制反应结束，得高浓度NO3--N的污水；S23，沉淀排水阶段：将所述高浓度NO3--N的污水沉淀30~60min，排入第一中间水池中储存；S3，内源碳储存和短程反硝化阶段：S31，厌氧阶段：将进水池内的污水加入到二级SBBR反应器中，进水体积为二级SBBR反应器容积的1/3~2/3，搅拌，进行内源碳储存和二级厌氧释磷反应，当PO43--P/TP超过95%，控制反应结束；S32，缺氧阶段：将第一中间水池内的污水加入到二级SBBR反应器中，进水体积为加满二级SBBR反应器容积，搅拌，进行内源短程反硝化反应，当NO3--N/NOx--N超过95%，且NO2--N/NH4+-N为1.1~1.5，控制反应结束；S33，沉淀排水阶段：将二级SBBR反应器处理后的水沉淀30~60min，排入第二中间水池中储存；S4，厌氧氨氧化和二级好氧除磷阶段：S41，厌氧阶段：将第二中间水池内的污水加入到厌氧氨氧化除磷反应器的反应外室中，搅拌，进行厌氧氨氧化脱氮反应，当NH4+-N和NO2--N浓度均为0mg/L，且TN浓度在15mg/L以下，控制反应结束，反应外室中的污水流入反应内室；S43，好氧阶段：向反应内室中通入空气，使DO浓度为3~5mg/L，搅拌，进行二级好氧除磷反应，当TP浓度为0.5mg/L以下，控制反应结束；S44，沉淀排水阶段：将反应内室的水沉淀30~60min，排入出水池，得水质达标的可排放水。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，包括进水池、一级SBBR反应器、第一中间水池、二级SBBR反应器、第二中间水池、厌氧氨氧化除磷反应器以及出水池；其中，所述一级SBBR反应器，与所述进水池相连，用于发生一级厌氧释磷反应、全程硝化和一级好氧除磷反应；所述第一中间水池，与所述一级SBBR反应器相连，用于接收经所述一级SBBR反应器处理后导出的污水；所述二级SBBR反应器，与所述进水池相连，且与所述第一中间水池相连，所述二级SBBR反应器用于对由所述进水池导入的污水进行内源碳储存和二级厌氧释磷反应，随后对由所述第一中间水池导入的污水进行内源短程反硝化反应；所述第二中间水池，与所述二级SBBR反应器相连，用于接收经所述二级SBBR反应器处理后导出的污水；所述厌氧氨氧化除磷反应器，设有与所述第二中间水池相连的反应外室及位于所述反应外室内部且与所述反应外室连通的反应内室；所述反应外室用于对由所述第二中间水池导入的污水进行厌氧氨氧化脱氮反应；所述反应内室用于对由所述反应外室导入的污水进行二级好氧除磷反应；所述出水池，与所述反应内室相连，用于接收经所述反应内室处理后导出水质达标的可排放水。
相对于现有技术，本发明提供的低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，通过一级SBBR反应器的全程硝化和一级好氧除磷反应，在有氧状态下，利用无机氮为氮源将NH4+氧化成NO3-，硝态率（NO3--N/NOx--N）超过95%，为内源短程反硝化提供稳定充足的NO3-来源，无需再次投加NO3--N，同时，实现磷一级好氧去除；在二级SBBR反应器的内源短程反硝化反应阶段，加入原污水，在厌氧条件下，利用原污水中的有机物进行内碳源聚羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxy-alkanoates，PHAs）储存，在缺氧条件下，异氧反硝化细菌利用厌氧条件下储存的PHAs将一级SBBR反应器出水中NO3-转化为NO2-，无需补充外源有机物；通过厌氧氨氧化除磷反应器的厌氧氨氧化脱氮和二级好氧除磷反应阶段，在厌氧条件下，厌氧氨氧化细菌将NO2-、NH4+转化为N2，实现氮素的去除，同时将二级SBBR反应器进入的原污水中的磷以及一级SBBR反应器未去除的磷再次进行好氧去除，解决了EPD耦合Anammox工艺不具有除磷能力的技术问题。
在一种可能的实现方式中，所述一级SBBR反应器包括第一器身、第一搅拌器、第一填料支架以及第一纳米微孔曝气盘；其中，所述第一器身，具有与所述进水池及所述第一中间水池连通的第一内腔；所述第一搅拌器，设置在所述第一器身上，且伸入至所述第一内腔中；所述第一填料支架，设置在所述第一内腔中，且位于第一搅拌器的外侧，具有若干个沿着竖直方向设置的第一垂直支架；所述第一纳米微孔曝气盘，设置在所述第一内腔的底端，用于向所述第一内腔通入空气。
在一种可能的实现方式中，所述第一垂直支架上均布设有第一生物填料，用于附着污泥和污水中的微生物；所述第一生物填料的体积填充比为35%~45%。
在一种可能的实现方式中，所述一级SBBR反应器还包括第一亚硝态氮分析仪、第一硝态氮分析仪、第一磷酸盐分析仪、第一总磷分析仪和第一DO分析仪。
在一种可能的实现方式中，所述二级SBBR反应器包括第二器身、第二搅拌器以及第二填料支架；其中，所述第二器身，具有与所述进水池、所述第一中间水池及所述第二中间水池连通的第二内腔；所述第二搅拌器，设置在所述第二器身上，且伸入至所述第二内腔中；所述第二填料支架，设置在所述第二内腔中，且位于第二搅拌器的外侧，具有若干个沿着竖直方向设置的第二垂直支架。
在一种可能的实现方式中，所述第二垂直支架上均布设有第二生物填料，用于附着污泥和污水中的微生物；所述第二生物填料的体积填充比为40%~50%。
在一种可能的实现方式中，所述二级SBBR反应器还包括第一氨氮分析仪、第二亚硝态氮分析仪、第二硝态氮分析仪、第二磷酸盐分析仪、第二总磷分析仪和第二DO分析仪。
在一种可能的实现方式中，所述厌氧氨氧化除磷反应器包括外筒体、内筒体、潜水推流器、多孔悬浮球生物填料以及第二纳米微孔曝气盘；其中，所述内筒体设置在所述外筒体的筒腔中，所述内筒体的筒腔为所述反应内室，在所述内筒体与所述外筒体之间形成所述反应外室；所述内筒体的侧壁顶部设有与所述反应外室连通的溢流口；所述潜水推流器位于所述外筒体的侧壁上，用于推动所述反应外室中的污水及多孔悬浮球生物填料均匀分布；所述多孔悬浮球生物填料设置在所述反应外室中，用于附着污泥和污水中的微生物，体积填充比为35%~45%；所述第二纳米微孔曝气盘位于所述内筒体的筒腔底部，用于向所述反应内室通入空气；其中，所述反应外室的顶部设有排气口，用于排放所述厌氧氨氧化脱氮反应产生的氮气。
在一种可能的实现方式中，所述厌氧氨氧化除磷反应器还包括第二氨氮分析仪、第三亚硝态氮分析仪、总氮分析仪、第三DO分析仪和第三总磷分析仪；其中，所述第二氨氮分析仪、第三亚硝态氮分析仪和总氮分析仪的探头均插入所述反应外室中；所述第三总磷分析仪的探头插入所述反应内室中；所述第三DO分析仪设有两组探头，其中一组探头插入所述反应外室中，另一组探头插入所述反应内室中。
本发明还提供了一种低碳氮比污水强化脱氮除磷的方法，采用上述低碳氮比污水强化脱氮除磷的系统，包括以下步骤：S1，预备阶段：S11，在一级SBBR反应器中接种A/O工艺污水处理厂二沉池的剩余污泥，使一级SBBR反应器中的污泥浓度为3000~4000mg/L；S12，在二级SBBR反应器中接种经驯化后的含有高浓度NO2--N的反硝化污泥，使二级SBBR反应器中的污泥浓度为3000~4000mg/L；S13，在厌氧氨氧化除磷反应器的反应外室中放入负载厌氧氨氧化微生物的多孔悬浮球生物填料；S14，在厌氧氨氧化除磷反应器的反应内室中接种A/O工艺污水处理厂二沉池的剩余污泥，使反应内室中的污泥浓度为3000~3500mg/L；S2，全程硝化和一级好氧除磷反应阶段：S21，厌氧阶段：将进水池内的污水加入到一级SBBR反应器中，搅拌，进行一级厌氧释磷反应，当PO43--P/TP超过95%，控制反应结束；S22，好氧阶段：向一级SBBR反应器中通入空气，使DO浓度为2.0~4.0mg/L，搅拌，进行全程硝化和一级好氧除磷反应，当NO3--N/NOx--N超过95%，且TP浓度低于0.5mg/L，控制反应结束，得高浓度NO3--N的污水；S23，沉淀排水阶段：将所述高浓度NO3--N的污水沉淀30~60min，排入第一中间水池中储存；S3，内源碳储存和短程反硝化阶段：S31，厌氧阶段：将进水池内的污水加入到二级SBBR反应器中，进水体积为二级SBBR反应器容积的1/3~2/3，搅拌，进行内源碳储存和二级厌氧释磷反应，当PO43--P/TP超过95%，控制反应结束；S32，缺氧阶段：将第一中间水池内的污水加入到二级SBBR反应器中，进水体积为加满二级SBBR反应器容积，搅拌，进行内源短程反硝化反应，当NO3--N/NOx--N超过95%，且NO2--N/NH4+-N为1.1~1.5，控制反应结束；S33，沉淀排水阶段：将二级SBBR反应器处理后的水沉淀30~60min，排入第二中间水池中储存；S4，厌氧氨氧化和二级好氧除磷阶段：S41，厌氧阶段：将第二中间水池内的污水加入到厌氧氨氧化除磷反应器的反应外室中，搅拌，进行厌氧氨氧化脱氮反应，当NH4+-N和NO2--N浓度均为0mg/L，且TN浓度在15mg/L以下，控制反应结束，反应外室中的污水流入反应内室；S43，好氧阶段：向反应内室中通入空气，使DO浓度为3~5mg/L，搅拌，进行二级好氧除磷反应，当TP浓度为0.5mg/L以下，控制反应结束；S44，沉淀排水阶段：将反应内室的水沉淀30~60min，排入出水池，得水质达标的可排放水。
需要说明的是，步骤S31和步骤S2没有先后顺序，步骤S31可以在步骤S2结束后再进行，为了提高废水处理的效率，步骤S31也可以和步骤S2同时进行。本发明所有厌氧阶段（步骤S21、S31和S41）中，DO浓度均在0.02mg/L以下；缺氧阶段（步骤S32）中，DO浓度为0.03~0.05mg/L。本发明中，PO43--P/TP、NO3--N/NOx--N和NO2--N/NH4+-N均表示在污水中各自的浓度比。
本发明提供的低碳氮比污水强化脱氮除磷的方法适用于处理低碳氮比的生活污水，对具体的进水水质情况没有要求，经低碳氮比污水强化脱氮除磷的方法处理后，生活污水的水质均可达到可排放的要求。
本发明步骤S2中，在厌氧（An）阶段进行一级厌氧释磷反应；在好氧（O）阶段，利用无机氮为氮源进行全程硝化反应，将NH4+氧化成NO3-，硝态率（NO3--N/NOx--N）达到一定值，为内源短程反硝化提供稳定充足的NO3-来源，无需再次投加NO3--N，同时实现磷一级好氧去除。步骤S3中，在厌氧（An）阶段，利用原污水中的有机物进行内碳源聚羟基脂肪酸酯（PHAs）储存（内源碳储存），同时进行二级厌氧释磷反应；在缺氧（A）阶段，异氧反硝化细菌利用厌氧条件下储存的PHAs进行内源短程反硝化反应，将一级SBBR反应器出水中的NO3-转化为NO2-，无需补充外源有机物。步骤S4中，在厌氧（An）阶段（反应外室内），利用厌氧氨氧化细菌进行厌氧氨氧化脱氮反应，将NO2-和NH4+转化为N2，实现氮素（TN）的去除；在好氧（O）阶段，将二级SBBR反应器进入的原污水中的磷以及一级SBBR反应器未去除的磷再次进行好氧去除，大幅减少总磷（TP）浓度，解决了EPD耦合Anammox工艺不具有除磷能力的技术问题。
示例的，步骤S12中，所述反硝化污泥的驯化方式包括以下步骤：在1L的废水中加入80.1mg柠檬酸、17.1mgKH2PO4、21.2mgNaNO3，控制溶液CODCr的说 明 书4/13页8CN116924569A8质量浓度为300mg/L，加固体NaOH调溶液酸碱度至pH=7；接种污泥均取自城镇污水处理厂二沉池的剩余污泥，运行方式为进水0.5h，缺氧5.0h，沉淀2.0h，出水0.5h，运行周期8h，共运行30个周期。
（发明人：武肖莎;孟熙;魏丹丹;仝翠;聂丽位;李玲;蒋东）
