一种城市生活污水高效除磷保留氮素的厌氧-好氧工艺调控方法

摘要

一种城市生活污水高效除磷保留氮素的厌氧-好氧工艺调控方法属于城市生活污水处理与资源化领域。以厌氧-好氧除磷除有机物，后续自养脱氮工艺除氮为代表的污水再生全流程是实现污水低碳高效处理的有效途径，对于全流程中的厌氧-好氧除磷工艺，由于后续自养脱氮工艺无除磷功能及以氨氮为进水，需要其出水总磷小于0.5mg/L达到一级A标准，且对氮素尽可能保留，不转化，低损失。在常温条件下，以生活污水为基础用水，提出了针对不同温度下的厌氧-好氧工艺的调控参数，通过实施梯度限氧，严格控制污泥龄，抑制氨氧化及反硝化，实现厌氧-好氧工艺高效除磷、低氮素损失运行。

说明书

技术领域

本发明属于城市生活污水处理与资源化领域，具体涉及高效除磷及保 留氮素的厌氧-好氧工艺调控方法。

背景技术

污水处理达标排放是缓解水环境危机的重要手段。我国污水处理厂主 要采用以下三种处理工艺：即A²/O活性污泥法、氧化沟和SBR。A²/O工 艺的预期目标是在去除有机污染的同时，使N、P也都得到生物深度去 除。但是实际运行经验表明，由于反硝化脱氮和生物除磷都需要消耗 碳源，存在碳源的争夺问题，而且，除磷菌与脱氮菌在溶解氧和泥龄 方面都有差异，同时脱氮除磷效果并不理想。氧化沟工艺由于在沟内 形成了缺氧和好氧交替的区域，有利于发生硝化和反硝化反应，虽然 该工艺可以获得一定的脱氮效果，但也不能实现排放水一级A的标准。 SBR工艺虽然可以通过控制曝气时间来实现有机物的去除、硝化、磷的 吸收，通过控制曝气或搅拌强度来实现反应器内的厌氧缺氧状态，从 而完成生物除磷和反硝化过程，但是该工艺与A²/O和氧化沟具有相同 的缺点，即除磷菌与脱氮菌的生存竞争，因此，也很难实现排放水TN 、P的一级A标准。已有的二级污水处理工艺改造工程，几乎都是在二 级处理流程的基础上，补充深度处理工艺。即习惯性的将污水深度处 理分级考虑，然后简单机械的组合起来，实现污水深度处理。工程实 际运行表明，这样的升级改造不仅能耗、物耗大量浪费，而且处理效 果也不甚理想。其根本原因就是各单元构筑物在相应的处理流程中所 肩负的污染物的去除种类和负荷存在不合理、不经济甚或错误之处。 因此，污水处理厂的升级改造工作应该从工艺流程的整体统筹考虑， 明确和调整各处理单元的任务并优化其相应的有机负荷。从工艺技术 来看，应结合污水处理厂现有的工艺流程和场地情况研发工艺简洁、 易操作运行和维护的污水深度处理关键技术，实现排放水稳定高效达 到一级A排放标准；从经济运行来看，应尽量减少曝气和药剂投加的能 耗和物耗，实现低碳经济。

既然N、P不可能在一个反应器内同时深度去除，那么就应该在不同的 反应器中分步实现。生物除磷由于不投加药剂，可以节省大量运行费 用，而且在生物除磷的同时又可以去除有机物，因此可以强化生物除 磷单元，实现磷和有机物的深度去除，这也完全符合低碳经济的目标 。由于在生物除磷的同时也去除 了大量有机物，在不投加碳源的前提下，脱氮单元的工艺就应该采用 以自养脱氮工艺为核心的一系列脱氮工艺。20世纪90年代发现的厌氧 氨氧化（ANAMMOX）现象为这一设想提供了可能性，为最终低碳高效处 理生活污水提供了新的思路。

污水再生全流程，通过以厌氧-好氧除磷除有机物，后续自养脱氮工艺 ，实现城市生活污水的低碳、高效去除。污水再生全流程对A/O工艺提 出了新的要求。由于后续自养脱氮单元，除生物同化作用少量吸收一 部分磷素，基本无除磷功能，除磷完全依赖于A/O工艺，A/O除磷效果 应达到或接近一级A水平。自养脱氮工艺不能同时耐受高COD与低氮素 基质，A/O需在最大程度去除有机物的前提下，尽量多的保留水体中的 氨氮，使之不转化，低损失。

但传统A/O除磷工艺运行时，并不针对氮素进行调控，往往氨氮损失超 过50%，总氮损失超过40%，这对后续自养脱氮工艺极为不利，且反硝 化的大量存在与厌氧区聚磷菌释磷争夺碳源，降低了除磷效率，一般 传统A/O工艺运行时，除磷率维持在80%左右，难以进一步提高。鉴于 此，在传统厌氧-好氧除磷工艺的基础上，提出高效除磷、低氮素损失 的新型A/O除磷工艺，势在必行。

发明内容

本发明目的在于提供高效除磷、低氮素损失的厌氧-好氧工艺调控方法 。

本发明是在常温条件下，以生活污水为基础用水，提出针对不同温度 下的厌氧-好氧工艺调控参数，实现A/O工艺高效除磷、低氮素损失运 行，其特征在于：

当温度在12-18℃时，控制进水有机负荷为0.4-0.6kgCOD/m³/d，厌氧 区与好氧区停留时间比为1:4，好氧区按体积比1:1:1分为三个溶解氧 梯度，分别为1.4-1.5、1.1-1.2、0.7-0.8mg/L，污泥浓度控制在2.0 -3.0g/L，污泥回流比为40-50%，污泥龄为5-7d；

当温度在18-25℃时，控制进水有机负荷为0.5-0.7kgCOD/m³/d，厌氧 区与好氧区停留时间比为1:3，好氧区按体积比1:1:1分为三个溶解氧 梯度，分别为1.0-1.1、0.6-0.7、0.4-0.5mg/L，污泥浓度控制在2.5 -3.5g/L，污泥回流比为30-40%，污泥龄为4-6d。

与现有启动亚硝化颗粒污泥方法相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明针对不同温度范围，提出了A/O工艺的运行参数，实现高效除 磷；

2)本发明针对污水再生全流程赋予A/O的新使命，提出了A/O工艺的调 控参数，实现高效除磷下的低氮素损失；

3)总磷去除率大于90%，高于一般A/O除磷工艺；

4)氨氮损失小于20%，总氮损失小于25%，无亚硝酸盐氮及硝酸盐氮的 积累，基本无反硝化，氮素损失主要是生物同化作用，满足了全流程 对于总磷的去除以及对于后续氮素的供给。

附图说明

图1是反应器示意图，试验装置由反应池和二沉池两部分构成，反应池 有效容积1083L，其长、宽、高分别为2m、0.6m、1m，分为厌氧区和好 氧区，中间以穿孔隔板相隔。厌氧池设置搅拌机，为完全混合式；好 氧池为推流式，底部沿程均匀设置三个曝气装置。二沉池为竖流式沉 淀池，采用中心进水周边出水。

其中，(1)数据采集系统(2)搅拌机(3)转子流量计(4)ORP探头(5)电导 率探头(6)pH探头(7)DO探头(8)曝气头(9)二沉池(10)气体流量计(11) 空压机(12)生活污水泵(13)污泥回流泵(14)自动排泥阀。

图2是冬季期间，在温度13-16℃，反应器运行效果。Nv_COD表示COD容积 负荷，即单位体积反应器每天处理的有机物质量,kgCOD/m³/d，OrgN表 示有机氮，inf表示进水，eff表示出水。调控前，即0-15d，出水总磷 平均为1.21mg/L，总磷去除率平均为80.95%，平均氨氮损失率高达46 .14%，平均总氮损失率高达41.85%。调控后，即16d开始，运行至第5 5天，出水总磷平均为0.44mg/L，总磷去除率平均为93.02%，出水总磷 达到一级A标准，平均氨氮损失率仅为12.74%，平均总氮损失率仅为2 0.61%。

图3为冬季期间，反应器运行至第53d反应器沿程氮素关系图，由于进 水与回流在厌氧段混合，厌氧段氨氮迅速降低，进入好氧段，氨氮基 本保持平稳，且部分有机氮氧化导致出水氨氮略微升高，全程亚硝酸 盐氮及硝酸盐氮没有积累，氨氮损失主要用于生物同化作用。

图4是夏季期间，在温度22-24℃，反应器运行效果。Nv_COD表示COD容积 负荷，即单位体积反应器每天处理的有机物质量,kgCOD/m³/d，OrgN表 示有机氮，inf表示进水，eff表示出水。调控前，即0-15d，出水总磷 平均为1.08mg/L，总磷去除率平均为82.13%，平均氨氮损失率高达61 .00%，平均总氮损失率高达56.63%；调控后，即16d开始，运行至第5 0天，出水总磷平均为0.44mg/L，总 磷去除率平均为93.02%，出水总磷达到一级A标准，平均氨氮损失率仅 为12.74%，平均总氮损失率仅为20.61%；出水总磷平均为0.46mg/L， 总磷去除率平均为92.40%，出水总磷达到一级A标准，平均氨氮损失率 仅为17.69%，平均总氮损失率仅为23.58%。

图5为夏季期间，反应器运行至第47d反应器沿程氮素关系图，由于进 水与回流在厌氧段混合，厌氧段氨氮迅速降低，进入好氧段，氨氮基 本保持平稳，且部分有机氮氧化导致出水氨氮略微升高，全程亚硝酸 盐氮及硝酸盐氮没有积累，氨氮损失主要用于生物同化作用。

具体实施方式

实施例1:

试验在13-16℃条件下进行，以城市生活污水为进水。试验装置由反应 池和二沉池两部分构成，反应池有效容积1083L，其长、宽、高分别为 2m、0.6m、1m，分为厌氧区和好氧区，中间以穿孔隔板相隔。厌氧池 设置搅拌机，为完全混合式；好氧池为推流式，底部沿程均匀设置三 个曝气装置。二沉池为竖流式沉淀池，采用中心进水周边出水。

试验分为两部分进行，0-15d按GB50014-2006室外排水设计规范中厌氧 -好氧除磷工艺的设计控制参数运行，16-55d按本发明所述控制参数运 行，以对比除磷及氮素损失效果。

0-15d控制进水有机负荷为1.0±0.1kgCOD/m³/d，厌氧区与好氧区停留 时间比为1:4，好氧区溶解氧控制在2.0-2.5mg/L，污泥浓度维持在2. 4-2.7g/L，污泥回流比为40-50%，污泥龄为6-7d；出水总磷平均为1. 21mg/L，总磷去除率平均为80.95%，平均氨氮损失率高达46.14%，平 均总氮损失率高达41.85%。

16d起降低进水有机负荷为0.6±0.05kgCOD/m³/d，好氧区按体积比1: 1:1分为三个溶解氧梯度，分别为1.4-1.5、1.1-1.2、0.7-0.8mg/L， 污泥回流比降至40-45%，控制污泥龄为5-6d，运行至25d出水效果稳定 ，其后稳定运行，出水总磷平均为0.44mg/L，总磷去除率平均为93.0 2%，出水总磷达到一级A标准，平均氨氮损失率仅为12.74%，平均总氮 损失率仅为20.61%。

实施例2

试验在22-24℃条件下进行，以城市生活污水为进水。试验装置由反应 池和二沉池两部分构成，反应池有效容积1083L，其长、宽、高分别为 2m、0.6m、1m，分为厌氧区和好氧区，中间以穿孔隔板相隔。厌氧池 设置搅拌机，为完全 混合式；好氧池为推流式，底部沿程均匀设置三个曝气装置。二沉池 为竖流式沉淀池，采用中心进水周边出水。

试验分为两部分进行，0-15d按GB50014-2006室外排水设计规范中厌氧 -好氧除磷工艺的设计控制参数运行，16-50d按本发明所述控制参数运 行，以对比除磷及氮素损失效果。

0-15d控制进水有机负荷为1.0±0.1kgCOD/m³/d，厌氧区与好氧区停留 时间比为1:3，好氧区溶解氧控制在2.0-2.5mg/L，污泥浓度维持在2. 8-3.2g/L，污泥回流比为35-45%，污泥龄为5-6d；出水总磷平均为1. 08mg/L，总磷去除率平均为82.13%，平均氨氮损失率高达61.00%，平 均总氮损失率高达56.63%。

16d起降低进水有机负荷为0.7±0.05kgCOD/m³/d，好氧区按体积比1: 1:1分为三个溶解氧梯度，分别为1.0-1.1、0.6-0.7、0.4-0.5mg/L， 污泥回流比降至35-40%，控制污泥龄为4-5d。运行至26d出水基本稳定 ，其后稳定运行，出水总磷平均为0.46mg/L，总磷去除率平均为92.4 0%，出水总磷达到一级A标准，平均氨氮损失率仅为17.69%，平均总氮 损失率仅为23.58%。