一种优化厌氧/好氧时间实现高海拔地区生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷的方法

摘要

目前高海拔地区污水生物处理系统存在曝气时间过长，脱氮除磷效果不佳和运行能耗过高等问题。常见的好氧生物处理工艺如AAO和CASS等工艺都对溶解氧（DO）有较高的要求。本发明采用同步硝化反硝化除磷（SNDPR）系统，在以厌氧/好氧方式运行的SNDPR系统的基础上，进一步优化厌氧/好氧时间配比，使得反应器能够在好氧阶段DO为0.5‑1.5mg/L，即能够在高海拔地区低压低氧的环境下稳定运行。本方法不仅能使反应器出水水质达到《城镇污水厂污染物排放标准》（GB18918‑2002）一级B标准，同时也增强了系统对内碳源的储存，缩短了好氧曝气时间，合理配制了SNDPR系统的厌氧/好氧时间，节省了运行能耗，与高海拔地区现有的污水生物处理系统相比，采用本方法运行的反应器更为节能稳定。

说明书

技术领域：

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种优化厌氧/好氧时间配比实现高海拔地区城镇生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷的方法

背景技术：

西藏作为我国典型的高海拔地区，近年来由于经济发展和大力开发，该地区的环境保护尤其是水资源的保护问题日益严峻，其中城镇生活污水的治理工作尚存在严重不足。西藏地区具有低温低压低氧的气候特征，这给污水的生物处理带来了极大挑战，由于海拔高气压低、空气稀薄，在同样的曝气量条件下，水中DO含量远低于内地水平，致使水中微生物活性低，污水的处理效果达不到内地的同种工艺效果，因此保证高海拔地区高效的水处理效果，就必须加大曝气量，增加了能耗，这不符合当下节能减排的趋势。

同步硝化反硝化除磷（SNDPR）就是在同一装置内同步进行脱氮除磷，节约空间和时间，是未来可大力推广的污水生物处理技术，SNDPR系统首先通过缺氧/厌氧搅拌，保证系统能够最大量的将外碳源转化为内碳源，同时PAOs进行释磷；在随后的好氧阶段，将系统中的DO保持在1.0mg±0.3mg，；该系统可以节省25%的曝气量和40%以上的碳源，且反硝化过程产生的碱度刚好能够为硝化过程所利用，也减少了碱度的投加。

目前高海拔地区污水生物处理系统存在曝气时间过长，厌氧/好氧时间分配不合理，运行能耗过高等问题。常见的好氧生物处理工艺如AAO和CASS等工

艺都对DO有较高的要求。本发明使用了同步硝化反硝化除磷工艺，并在工艺基础上进一步优化了厌氧/好氧配比时间，降低了该工艺对碳源和溶解氧的需求，工艺流程简单，便于管理和控制，同时节约了能耗，使得西藏地区城镇生活污水出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是:本发明要解决现有的高海拔地区城镇生活污水生物处理工艺存在的曝气时间过长，厌氧好氧时间配比不合理且运行能耗过高的问题，提供了一种通过优化厌氧/好氧时间配比实现高海拔地区城镇生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷的方法及其设备，通过在一定的反应时间内调整厌氧/好氧的配比时间，在能够达到污水高效处理效果的同时，减少曝气量和碱度投加，减少剩余污泥产量，进一步降低生活污水的处理能耗。为高海拔地区生活污水SNDPR工艺的优化调整提供新方向。

为解决上述技术问题:本发明提供了一种优化的同步硝化反硝化除磷（SNDPR）工艺处理高海拔地区城镇生活污水的方法，具体为：采用同步硝化反硝化除磷(SNDPR)工艺，在系统反应总时间不变的条件下，优化厌氧/好氧时间配比，强化系统内碳源储存和同步脱氮除磷效果，降低系统曝气能耗，减少剩余污泥产量。

具体步骤如下：

（1）低海拔环境下，SNDPR反应器该反应器以厌氧/好氧方式运行，反应开始阶段，通过水泵将生活废水抽入反应器中，并开始厌氧搅拌，随后开启曝气泵，调整至合适的曝气流量，同时利用DO，pH等在线检测仪监测反应过程中DO与pH的变化。当反应器中各主要污染物指标如COD、氨氮、TN、TP达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B，反应器运行稳定，每个周期排出剩余污泥和处理后的生活污水，继续进行下一步骤。

（2）在高海拔环境下，运行若干个SNDPR反应器，保持进水条件和使用设备相同。保持总反应时间不变，仅调整厌氧/好氧时间配比，具体措施为适当延长厌氧时间并缩短好氧时间。持续监测反应器单个周期COD、氨氮、TN、TP等主要污染物的出水情况，直到反应器的出水达到一级B标准。此时的厌氧/好氧时间即为高海拔地区SNDPR反应器的运行优化结果。

（3）利用得到的运行优化结果，在最适宜的厌氧/好氧时间配比条件下，运行SNDPR反应器，并进行高海拔条件下生活污水的同步脱氮除磷。

所述低海拔环境和高海拔环境均为模拟环境，其中低海拔环境的大气压力为96-101kPa，温度为17-23℃。高海拔环境的大气压力为70-72kPa。温度为17-23℃。

接种污泥来自污水处理厂AAO工艺的回流污泥或者CASS工艺的活性污泥，接种后保持反应器内污泥浓度在2200±300mg/L。

步骤（1）过程中，反应开始的前10min，通过水泵将生活废水抽入反应器内，厌氧搅拌120-180min。随后开启曝气泵，好氧搅拌210-150min。厌氧阶段DO含量控制在0.2mg/L以下，好氧阶段，调至合适的曝气量，使得好氧阶段的微生物反应阶段的DO含量保持在0.5-1.5mg/L，当系统内污染物消耗殆尽时，DO开始上升，在停止搅拌和曝气的前1min，从反应器内排出适量剩余污泥，沉淀2-10min，排出处理完的生活污水，排水比为30%-50%。

反应器进水主体是高海拔地区生活污水，其中COD浓度为200-300mg/L，氨氮浓度为30-40mg/L，TP浓度为5-6mg/L。

本发明的有益效果是:

高海拔地区具有低压低氧的气候特征，在同样的曝气条件下，水中实际的DO含量仅为低海拔地区的一半左右，而水中溶解氧不足则会严重影响好氧微生物的生长代谢，最后影响了高海拔地区生活污水好氧处理工艺的效率。目前传统的AAO工艺在高海拔地区运行并不稳定，其中TP、NH

附图说明

图1为本发明优化厌氧/好氧时间实现高海拔地区城镇生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷方法的装置结构示意图。

图2为SNDPR反应器在大气压力为101kPa条件（低海拔）下厌氧时间=2小时，好氧时间为3.5小时，典型周期内系统内主要污染物浓度（COD、氨氮、亚硝氮、硝氮、TP）的变化情况。

图3为SNDPR反应器在大气压力为72kPa条件（高海拔）下厌氧时间=2小时，好氧时间为3.5小时，典型周期内系统内主要污染物浓度（COD、氨氮、亚硝氮、硝氮、TP）的变化情况。

图4为SNDPR反应器在大气压力为72kPa条件（高海拔）下厌氧时间=2.5小时，好氧时间为3.0小时，典型周期内系统内主要污染物浓度（COD、氨氮、亚硝氮、硝氮、TP）的变化情况。

图5为SNDPR反应器在大气压力为72kPa条件（高海拔）下厌氧时间=3小时，好氧时间为2.5小时，典型周期内系统内主要污染物浓度（COD、氨氮、亚硝氮、硝氮、TP）的变化情况。

附图标记

1-SNDPR主体反应器；2-进水箱；3-进水泵；4-曝气泵；5-气体流量计；6-曝气装置；7-搅拌装置；8-DO探头；9-pH探头；10-pH检测仪；11-DO检测仪；12-排水泵；13-排泥泵；14-PLC自动控制装置；15-进水口；16-排泥口；17-取样口；18-排水口；19-溢流口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1 用于优化厌氧/好氧时间配比实现高海拔地区城镇生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷的装置。

如图1，本发明通过优化厌氧/好氧时间配比实现高海拔地区城镇生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷的方法，其装置主要包括：

1-SNDPR主体反应器；2-进水箱；3-进水泵；4-曝气泵；5-气体流量计；6-曝气装置；7-搅拌装置；8-DO探头；9-pH探头；10-pH检测仪；11-DO检测仪；12-排水泵；13-排泥泵；14-PLC自动控制装置；15-进水口；16-排泥口；17-取样口；18-排水口；19-溢流口；

1-SNDPR反应器为主体，其设置有15-进水口，18-出水口，16-排泥口，19-溢流口；3-进水泵将2-进水箱与15-进水口连接，其中，2-进水箱中存有高海拔地区城镇生活污水；6-曝气装置，放置于1-SNDPR反应器内部，通过5-气体流量计与外部4-曝气泵连接；7-搅拌装置，在1-SNDPR反应器内部工作；12-排水泵，13-排泥泵都通过水管分别连接18-排水口和16-排泥口；17-取样口用来取1-SNDPR反应器内部水样；8-DO探头和9-pH探头，内置于1，-SNDPR反应器并连接外部10-pH检测仪和11-DO检测仪；14-PLC自动控制装置控制3-进水泵、7-搅拌装置、4-曝气泵、12-排水泵和13-排泥泵的工作状态。

实施例2不同条件下，优化厌氧/好氧时间配比实现高海拔地区城镇生活污水SNDPR系统同步脱氮除磷的方法

条件1、：SNDPR系统反应器接种已经运行稳定的SBR反应器的活性污泥，并保持系统内生物量为2000±300mg/L，进水主要污染物成分如下：COD浓度为200±20mg/L，氨氮浓度为30±3mg/L，TP浓度为5±1mg/L，反应器有效体积为5L，反应器体积交换比为30%—50%。SNDPR反应器在低海拔地区运行，大气压条件为101kPa，温度为20℃。一个周期的运行时间为6小时，其中进水10min，厌氧搅拌2小时，好氧曝气3.5小时，沉淀2-8min，出水10min，闲置时间为2-8min。保持厌氧阶段系统中DO＜0.2mg/L，好氧曝气阶段DO为0.5-1.5 mg/L。反应结束后，将30%—40%处理后的生活污水排出反应器，持续监测反应器出水数据，并保持出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准。

条件2：SNDPR系统反应器接种已经运行稳定的SBR反应器的活性污泥，并保持系统内生物量为2000±300mg/L，进水主要污染物成分如下：COD浓度为200±20mg/L，氨氮浓度为30±3mg/L，TP浓度为5±1mg/L，反应器有效体积为5L，反应器体积交换比为30%—50%。SNDPR反应器在高海拔地区运行，大气压条件为72kPa，温度为20℃。一个周期的运行时间为6小时，其中进水10min，厌氧搅拌2小时，好氧曝气3.5小时，沉淀2-8min，出水10min，闲置时间为2-8min。保持厌氧阶段系统中DO＜0.2mg/L，好氧曝气阶段DO为0.5-1.5mg/L。反应结束后，将30%—40%处理后的生活污水排出反应器，持续监测反应器出水数据，并保持出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准。

条件3：SNDPR系统反应器接种已经运行稳定的SBR反应器的活性污泥，并保持系统内生物量为2200±300mg/L，进水主要污染物成分如下：COD浓度为200-300mg/L，氨氮浓度为30-40mg/L，TP浓度为5-6mg/L，反应器有效体积为5L，反应器体积交换比为30%—50%。SNDPR反应器在高海拔地区运行，大气压条件为72kPa，温度为20℃。一个周期的运行时间为6小时，其中进水10min，厌氧搅拌2.5小时，好氧曝气3.0小时，沉淀2-8min，出水10min，闲置时间为2-8min。保持厌氧阶段系统中DO＜0.2mg/L，好氧曝气阶段DO为0.5-1.5mg/L。反应结束后，将30%—40%处理后的生活污水排出反应器，持续监测反应器出水数据，并保持出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准。

条件4：SNDPR系统反应器接种已经运行稳定的SBR反应器的活性污泥，并保持系统内生物量为2000±300mg/L，进水主要污染物成分如下：COD浓度为200±20mg/L，氨氮浓度为30±3mg/L，TP浓度为5±1mg/L，反应器有效体积为5L，反应器体积交换比为30%—50%。SNDPR反应器在高海拔地区运行，大气压条件为72kPa，温度为20℃。一个周期的运行时间为6小时，其中进水10min，厌氧搅拌3小时，好氧曝气2.5小时，沉淀2-8min，出水10min，闲置时间为2-8min。保持厌氧阶段系统中DO＜0.2mg/L，好氧曝气阶段DO为0.5-1.5mg/L。反应结束后，将30%—40%处理后的生活污水排出反应器，持续监测反应器出水数据，并保持出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级B标准。

实验结果表明，第一种条件下运行稳定后，在大气压101 kPa，环境温度为20 ℃，总反应时间6h，其中厌氧时间为2h，好氧时间为3.5 h的条件下，厌氧段DO＜0.2mg/L，好氧段开始阶段的DO浓度保持在0.5±0.3 mg/L，当系统内污染物消耗殆尽，DO浓度开始上升。其出水COD，氨氮，总氮和总磷浓度分别为28.01 mg/L，0.008mg/L，10.11 mg/L和0.48 mg/L。去除率分别达到86%，91%，99%和65%，SNDPR反应器出水能达到一级B标准。反应器典型周期内主要污染物浓度变化图2所示。

第二种条件下运行稳定后，在大气压72 kPa，环境温度为20 ℃，厌氧/好氧时间配比=2:3.5，控制厌氧阶段DO＜0.2 mg/L，好氧开始阶段的DO浓度保持在0.5±0.3 mg/L随着系统内污染物消耗殆尽，DO浓度开始上升，说明曝气量有剩余，厌氧好氧时间配比不合理，其出水COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别为18.69 mg/L，0mg/L，8.22 mg/L，0mg/L。去除率分别达到90.7%，100%，71.2%和100%，SNDPR反应器出水能达到一级B标准。反应器典型周期内主要污染物浓度变化图3所示。

第三种条件下运行稳定后，在大气压72kPa，环境温度为20℃下，SNDPR系统内厌氧/好氧时间配比=2.5:3，控制厌氧阶段DO＜0.2mg/L，好氧阶段全程＜1 mg/L。说明厌氧/好氧时间配比相对合理，其出水COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别为20.21 mg/L，0mg/L，6.46mg/L，0.192 mg/L。去除率分别达到88.6%，100%，78.3%和96.5%，SNDPR反应器出水能达到一级B标准。反应器典型周期内主要污染物浓度变化图4所示。

第四种条件下运行稳定后，在大气压72kPa，环境温度为20℃下，SNDPR系统内厌氧/好氧时间配比=2.5:3，控制厌氧阶段DO＜0.2mg/L，好氧阶段全程＜0.8 mg/L，说明厌氧/好氧时间配比比较合理，其出水COD、氨氮、总氮和总磷浓度分别为37.88 mg/L，3.99mg/L，5.92mg/L和0.096mg/L。去除率分别达到83.4%，88.2%，83.3%和98.2%，SNDPR反应器出水能达到一级B标准。反应器典型周期内主要污染物浓度变化图5所示。

在高海拔低压低氧的条件下，在保持总反应6小时不变的条件下，随着厌氧时间从2小时延长至3小时，而好氧时间从3.5小时缩短至2.5小时，系统好氧阶段DO浓度保持在0-1mg/L之间，且总氮的去除率从71%提升至83%，主要污染物出水均符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准（具体数据见表1）。与厌氧/好氧时间=2/3.5和厌氧/好氧时间=2.5/3相比，减少了曝气时间，降低了曝气能耗，减少了运行费用，因此我们可以选择厌氧/好氧时间=3/2.5这一参数，在大气压为72kPa条件下，运行高海拔地区SNDPR系统实现同步脱氮除磷。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。