分段進(jìn)水cast亞硝酸鹽型反硝化除磷方法及其過(guò)程控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及分段進(jìn)水CAST(循環(huán)式活性污泥法)亞硝酸鹽型反硝化除磷技術(shù)及其過(guò)程控制裝置，適用于含氮、磷工業(yè)廢水處理和城鎮(zhèn)污水深度處理，屬于SBR(序批式活性污泥法)及其變型工藝污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水資源的嚴(yán)重污染和匱乏是困擾當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)、人類生存的重大國(guó)際性難題，尤其是大量未經(jīng)處理或未經(jīng)適當(dāng)處理的含氮、磷污水的排放所造成的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題在我國(guó)已到了極為嚴(yán)重的地步，許多湖泊水體已不能發(fā)揮其正常功能而嚴(yán)重地影響了工農(nóng)業(yè)和漁業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)在2003年頒布實(shí)施的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氮、磷排放提出了嚴(yán)格的要求，而且對(duì)污水廠的建設(shè)提出了更高的要求，新建污水處理廠要有脫氮、除磷工藝，對(duì)原污水處理廠沒(méi)有脫氮、除磷工藝的，要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原有設(shè)施進(jìn)行改、擴(kuò)建，污水處理的主要矛盾已逐漸由有機(jī)污染物的去除轉(zhuǎn)變?yōu)榈⒘孜廴疚锏娜コ?br>[0003]活性污泥法是當(dāng)前用于治理氮、磷污染的主要方法。生物脫氮過(guò)程主要分為兩部分，即通過(guò)硝化細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，再通過(guò)反硝化細(xì)菌將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃幸莩觥Ｉ锍滓卜譃閮蓚€(gè)階段:第一階段為厭氧釋磷，即產(chǎn)酸菌在厭氧或缺氧條件下，分解廢水中的大分子有機(jī)物為乙酸等低分子脂肪酸(VFA)或短鏈脂肪酸(SCFA)等，聚磷菌則在厭氧條件下，分解體內(nèi)的多聚磷酸鹽和糖原等產(chǎn)生ATP，利用ATP吸收產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的基質(zhì)，合成聚羥基丁酸鹽(PHB)，同時(shí)釋放無(wú)機(jī)磷？0/_;第二階段為好氧攝磷，即在好氧條件下，聚磷菌氧化ΡΗΒ，除產(chǎn)生能量用于自身生長(zhǎng)合成外，還把體外的PO/_運(yùn)輸?shù)襟w內(nèi)合成ATP和核酸，過(guò)剩的PO廣被聚合成多聚磷酸鹽儲(chǔ)存在體內(nèi)，最后，高磷污泥通過(guò)剩余污泥的方式排去，從而達(dá)到除磷的目的。
[0004]CAST工藝因具有流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行過(guò)程可控性高、不易產(chǎn)生污泥膨脹、具有一定脫氮除磷性能等優(yōu)點(diǎn)，是目前我國(guó)新建中小型城鎮(zhèn)污水處理廠首選工藝，同時(shí)也是傳統(tǒng)活性污泥法的污水處理廠改建為具有脫氮、除磷功能的污水處理廠時(shí)的備選工藝。然而，目前實(shí)際應(yīng)用的CAST工藝所采用的運(yùn)行方式基本上都是以時(shí)序控制為主，例如一個(gè)典型的運(yùn)行周期包括4個(gè)小時(shí)，其中2小時(shí)為進(jìn)水-曝氣階段，I小時(shí)為沉淀階段，另外I小時(shí)為排水階段。然而，這種固定時(shí)長(zhǎng)的運(yùn)行方式的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，不能靈活應(yīng)對(duì)時(shí)刻變化的進(jìn)水水質(zhì)，從而導(dǎo)致工藝對(duì)污染物的去除效率不穩(wěn)定，出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。此外，該工藝為單一污泥懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)，利用同一反應(yīng)器中的混合微生物種群完成有機(jī)物氧化、生物脫氮和生物除磷，這種多處理功能的相互影響在實(shí)際應(yīng)用中限制了 CAST工藝的處理效能，也給控制提出了非常嚴(yán)格的要求。
[0005]硝化細(xì)菌是一種化能自養(yǎng)菌；有機(jī)物降解則由異養(yǎng)細(xì)菌完成。當(dāng)這兩種細(xì)菌混合培養(yǎng)時(shí)，由于存在對(duì)底物和DO的競(jìng)爭(zhēng)，硝化菌的生長(zhǎng)將受到抑制，難以成為優(yōu)勢(shì)種群，由于異養(yǎng)菌對(duì)氨的同化作用速率遠(yuǎn)大于硝化細(xì)菌對(duì)氨的氧化速率。當(dāng)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷較高時(shí)，在生物處理系統(tǒng)中占優(yōu)勢(shì)的異氧氧化菌種將會(huì)利用氨氮物質(zhì)進(jìn)行合成代謝，大量消耗溶解氧，抑制硝化作用。此外，固定的曝氣時(shí)間有可能使得硝化時(shí)間不足導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)或多度曝氣造成能源浪費(fèi)。CAST工藝中有約20%的氧化態(tài)氮物質(zhì)通過(guò)回流污泥進(jìn)行反硝化，其余則通過(guò)同步硝化反硝化和沉淀、閑置期污泥的反硝化實(shí)現(xiàn)。而盡管同步硝化反硝化可采用變強(qiáng)度曝氣實(shí)現(xiàn)，但其效果不理想。在沉淀、閑置期中，由于有機(jī)物已充分降解，反硝化所需的碳源不足，也限制了反硝化效率的進(jìn)一步提高?？偟娜コ适艿接绊?，由此引發(fā)下一個(gè)周期選擇器內(nèi)因回流混合液中有硝態(tài)氮存在時(shí)由于聚磷菌和反硝化菌對(duì)基質(zhì)形成競(jìng)爭(zhēng)，使聚磷菌釋磷受到抑制而不能充分放磷，從而進(jìn)一步影響聚磷菌過(guò)量吸磷的能力，而要想進(jìn)一步提高除磷效率，就需要外加藥劑進(jìn)行化學(xué)除磷。此外，除磷與脫氮在泥齡上的需求矛盾也導(dǎo)致兩種營(yíng)養(yǎng)物的高去除率不能兼得，致使該工藝的應(yīng)用受到了限制。因此，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，并保證工藝出水水質(zhì)，需要一種可根據(jù)原水水質(zhì)調(diào)節(jié)各階段時(shí)間的優(yōu)化運(yùn)行方式。
[0006]短程生物脫氮的原理是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后通過(guò)反硝化作用將亞硝酸氮還原為氮?dú)?，是?jīng)nh4+-n — no2_-n —隊(duì)這樣的途徑完成，整個(gè)過(guò)程較全程硝化反硝化大大縮短。根據(jù)硝化反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量學(xué)，與全程硝化反硝化脫氮相比，短程硝化反硝化的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在:1)減少反硝化階段約40%的COD需要量；2)反應(yīng)速率約高出63%; 3)減少污泥產(chǎn)量(硝化過(guò)程可少產(chǎn)污泥33%?35%左右，反硝化過(guò)程中可少產(chǎn)污泥55%左右);4)節(jié)省25%的需氧量。短程脫氮技術(shù)對(duì)多種廢水的脫氮處理方面顯示了較好的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外研宄者也嘗試了與不同生物處理工藝結(jié)合，雖然在一定程度上提高了氮的去除效果，但對(duì)于污水中同時(shí)要求去除的磷，在碳源有限的條件下，通常優(yōu)先進(jìn)行脫氮反應(yīng)，從而造成工藝的除磷效果仍不理想。另一方面，相比傳統(tǒng)的好氧除磷方式，反硝化除磷技術(shù)能在缺氧條件下，以NO3--N或MV-N作為最終電子受體，利用內(nèi)碳源(PHB)，通過(guò)“一碳兩用”方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮和吸磷作用，具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢(shì):1)C0D耗量可節(jié)省50%;2)氧氣耗量降低30% ;3)污泥產(chǎn)量有望減少50%。反硝化除磷理論打破了傳統(tǒng)脫氮除磷機(jī)理所認(rèn)為的脫氮除磷必須分別由專性反硝化菌和專性聚磷菌來(lái)完成的理念，使得除磷和反硝化脫氮過(guò)程由同一類微生物來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該處理過(guò)程中，NO3^-N或Ν02_-Ν已不再被單純地視為除磷工藝的抑制性因素，可以其作為最終電子受體進(jìn)行反硝化吸磷反應(yīng)。因此，它作為一種集脫氮和除磷于一體的新型污水生物處理技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，也為緩解能源與解決環(huán)境問(wèn)題提供了一種切實(shí)有效的途徑，而將硝化控制在亞硝酸鹽階段并實(shí)現(xiàn)反硝化除磷技術(shù)與CAST工藝的耦合則能夠進(jìn)一步解決因進(jìn)水碳源不足或微生物種群泥齡矛盾導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)物去除率不高的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種分段進(jìn)水CAST亞硝酸鹽型反硝化除磷技術(shù)及其過(guò)程控制裝置，該方法不僅能夠提高處理效率、降低運(yùn)行成本，而且在進(jìn)水污染物濃度發(fā)生較大變化時(shí)，由于采用了實(shí)時(shí)過(guò)程控制仍能準(zhǔn)確地控制交替缺氧/好氧時(shí)間，使整個(gè)系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力大大提尚。
[0008]本發(fā)明采用分多次進(jìn)水的運(yùn)行方式與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成，并在最大程度上利用了原污水中的有機(jī)碳源，同時(shí)科學(xué)合理的分配每一階段氨氧化、反硝化吸磷及釋磷的時(shí)間。增加缺氧攪拌時(shí)段并采用變時(shí)長(zhǎng)缺氧/好氧的方式運(yùn)行，強(qiáng)化了好氧時(shí)段選擇器的缺氧吸磷作用和缺氧時(shí)段主反應(yīng)區(qū)的缺氧吸磷作用，而控制缺氧攪拌和好氧曝氣的時(shí)間由實(shí)時(shí)過(guò)程控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明分段進(jìn)水CAST亞硝酸鹽型反硝化除磷裝置，其特征在于，包括有選擇器(I)、主反應(yīng)區(qū)(2)、將原污水打入選擇器(I)內(nèi)的進(jìn)水泵(3)、設(shè)置在選擇器(I)內(nèi)的攪拌器(4)、設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潛水?dāng)嚢杵?5)、用于將污泥從主反應(yīng)區(qū)(2)末端回流至選擇器(I)的回流污泥泵(6)、主反應(yīng)區(qū)(2)底部所設(shè)曝氣器(7)、與曝氣器(7)連接的空氣壓縮機(jī)(8)、設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潷水器(9)以及與之相連的排水閥(10)、用于排放主反應(yīng)區(qū)⑵內(nèi)剩余污泥的排泥閥(11)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(12)，與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(12)相連接的DO (溶解氧)、ORP (氧化還原電