基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置及方法

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种基于PDA技术(基于短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术)的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置及方法。

背景技术

城市污水处理是资本、能源密集型行业。据统计，在常规的城市污水处理厂的运行成本中(包括折旧费等)，电费约占1/3以上，而污水生物处理系统中曝气电耗占污水处理厂全厂电耗的40～50％，处理每立方米的污水耗电0.2～0.3千瓦时。因此，研究和开发城市污水处理厂节能降耗技术成为研究热点，研发具有节能降耗又能资源回收的城市污水处理新技术具有重要的现实意义。

厌氧氨氧化脱氮技术是一种经济高效的生物脱氮技术，原理为在缺氧条件下由厌氧氨氧化菌(AnAOB)以亚硝态氮(NO

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置，通过PDA技术实现城市污水稳定低耗脱氮。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置，所述基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置包括城市污水原水箱、连续流A/O单元、中间水箱和PDA脱氮单元，所述PDA脱氮单元沿水流方向依次设有预缺氧反应区、三段PDA脱氮反应区、PDA好氧反应区和PDA沉淀区，所述三段PDA脱氮反应区和PDA好氧反应区内均投加有生物膜填料，通过生物膜填料构建移动床生物膜反应器；

所述连续流A/O单元通过A/O进水泵与城市污水原水箱连接，用于将城市污水由城市污水原水箱注入连续流A/O单元中，所述中间水箱集成于连续流A/O单元的尾端，用于储存连续流A/O单元短程硝化处理后排出的硝化液出水；

所述PDA脱氮单元通过中间水泵与中间水箱连接，用于将中间水箱中的硝化液出水注入PDA脱氮单元的预缺氧反应区中，所述PDA脱氮单元通过PDA进水泵与城市污水原水箱连接，用于将城市污水由城市污水原水箱注入PDA脱氮单元的预缺氧反应区中，所述硝化液出水与城市污水由预缺氧反应区依次经过三段PDA脱氮反应区、PDA好氧反应区和PDA沉淀区完成城市污水的脱氮，所述PDA沉淀区上设有出水管，用于将脱氮后的城市污水排出PDA脱氮单元。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

作为优选，所述连续流A/O单元沿水流方向依次设有缺氧反应区、两段好氧反应区和A/O沉淀区，所述两段好氧反应区为连续设置的两个好氧反应区，将两段好氧反应区沿水流方向的先后定义为第一段好氧反应区和第二段好氧反应区；

所述缺氧反应区内设有第一搅拌器；

两个好氧反应区内底部均设有曝气装置，且第二段好氧反应区的末端设有第一DO传感器；

所述A/O沉淀区的底部连接有A/O回流污泥控制阀和剩余污泥排放控制阀，所述A/O回流污泥控制阀通过A/O污泥回流泵与所述缺氧反应区连接，用于将回流污泥重新注入缺氧反应区，所述A/O沉淀区中的剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀排出。

作为优选，所述连续流A/O单元由开孔隔板分隔为四个区域，四个区域形成沿水流方向依次分布的缺氧反应区、两段好氧反应区和A/O沉淀区；

所述缺氧反应区与第一段好氧反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，所述第一段好氧反应区与第二好氧反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板底部，所述第二段好氧反应区与A/O沉淀区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，且所述第二段好氧反应区与A/O沉淀区之间的开孔隔板上的过流孔连接有穿孔管，所述第二段好氧反应区内的泥水混合物通过穿孔管流入A/O沉淀区。

作为优选，所述中间水箱集成在所述A/O沉淀区的尾部，所述A/O沉淀区与中间水箱之间通过开孔隔板连接，且该开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部。

作为优选，所述三段PDA脱氮反应区为连续设置的三个PDA脱氮反应区，将三段PDA脱氮反应区沿水流方向的先后定义为第一段PDA脱氮反应区、第二段PDA脱氮反应区和第三段PDA脱氮反应区；

所述预缺氧反应区和PDA脱氮反应区内均设有第二搅拌器，所述PDA好氧反应区内设有曝气装置和第二DO传感器，所述PDA好氧反应区通过硝化液回流泵与预缺氧反应区相连接，所述PDA沉淀区的底部设有PDA回流污泥控制阀，所述PDA回流污泥控制阀通过PDA污泥回流泵与第一段PDA脱氮反应区连通。

作为优选，所述PDA脱氮单元由开孔隔板分隔为六个区域，六个区域形成沿水流方向依次设有预缺氧反应区、三段PDA脱氮反应区、PDA好氧反应区和PDA沉淀区；

所述预缺氧反应区与第一段PDA脱氮反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，所述第一段PDA脱氮反应区与第二段PDA脱氮反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板底部，所述第二段PDA脱氮反应区与第三段PDA脱氮反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，所述第三段PDA脱氮反应区与PDA好氧反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板底部，所述PDA好氧反应区与PDA沉淀区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，且所述PDA好氧反应区与PDA沉淀区之间的开孔隔板上的过流孔连接有穿孔管，所述PDA好氧反应区内的泥水混合物通过穿孔管流入PDA沉淀区。

本发明的目的之二在于提供一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮方法，通过PDA技术实现城市污水稳定低耗脱氮。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮方法，所述基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮方法，包括以下步骤：

4)接种启动阶段：接种普通活性污泥于连续流A/O单元中，污泥浓度为3.0～4.0g/L，接种厌氧氨氧化菌挂膜填料于三段PDA脱氮反应区中，填充比为15％～25％，同时接种硝化菌挂膜填料于PDA好氧反应区中，填充比为20％～30％；

5)实际运行阶段：

2-1)以城市污水为处理对象，启动连续流A/O单元；

2-2)根据城市污水和连续流A/O单元的硝化液出水中NH

6)稳定运行阶段：当连续流A/O单元和PDA脱氮单元启动完成后，以实际城市污水为处理对象进行长期稳定运行，取消预缺氧反应区中进水NH

作为优选，所述步骤1)中的三段PDA脱氮反应区内所投加的厌氧氨氧化菌挂膜填料为聚丙烯空心环填料，规格为

所述步骤1)中的PDA好氧反应区内所投加的硝化菌挂膜填料为聚乙烯空心环填料，规格为

作为优选，所述步骤2-1)中以城市污水为处理对象，启动连续流A/O单元，包括：

控制连续流A/O单元的污泥回流比为50％～75％，好氧反应区内的DO浓度为1.0～3.0mg/L，水力停留时间HRT为8～12h，污泥停留时间SRT为20～40d，当A/O沉淀区硝化液出水中的NH

作为优选，所述步骤2)中，实际运行阶段实时监测PDA好氧反应区内部的DO浓度，维持DO浓度为0.5～3.0mg/L，同时根据PDA沉淀区出水的NH

当PDA沉淀区出水NH

当PDA沉淀区出水NH

当PDA沉淀区出水NH

本发明提供的一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明利用短程反硝化/厌氧氨氧化脱氮技术，无需有机碳源的投加，大大节约了传统生物脱氮工艺为保证出水水质达标而大量投加的外碳源有机物，并且进一步减少了曝气能耗和污泥产量。

2)本发明采用生物相分离，构建功能微生物的合适生态位，将反硝化菌和厌氧氨氧化菌挂膜生长于PDA缺氧反应区中，同时将硝化菌群富集于连续流A/O单元和PDA好氧反应区的填料中，并设立PDA预缺氧区，避免了溶解氧存在对于脱氮微生物的抑制作用，进一步提高了系统的氮去除负荷。

3)生物膜填料的投加大大提高了系统的生物量和种群多样性，有助于提高系统的抗冲击负荷能力，保障系统的出水水质稳定达标。

4)对现有水厂的升级改造相对简单，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明的基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置的结构示意图。

图示中：1、城市污水原水箱；2、连续流A/O单元；3、PDA脱氮单元；

1.1、第一进水管；1.2、第一溢流管；1.3、第一放空管；1.4、A/O进水泵；

2.1、缺氧反应区；2.2、好氧反应区；2.3、A/O沉淀区；2.4、中间水箱；2.5、第一搅拌器；2.6、第一曝气盘；2.7、第一穿孔斜管；2.8、第二溢流管；2.9、中间回流管；2.10、第一空气压缩机；2.11、第一空气转子流量计；2.12、第二放空管；2.13、A/O污泥回流泵；2.14、A/O回流污泥控制阀；2.15、剩余污泥排放控制阀；2.16、第一DO测定仪；2.17、第一DO传感器；

3.1、预缺氧反应区；3.2、PDA脱氮反应区；3.3、PDA好氧反应区；3.4、PDA沉淀区；3.5、出水管；3.6、PDA进水泵；3.7、中间水泵；3.8、硝化液回流泵；3.9、第二搅拌器；3.10、生物膜填料；3.11、第二曝气盘；3.12、第二穿孔斜管；3.13、第二空气压缩机；3.14、第二空气转子流量计；3.15、PDA污泥回流泵；3.16、PDA回流污泥控制阀；3.17、第二DO测定仪；3.18、第二DO传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。

实施例1：

本实施例提供一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮装置，如图1所示，装置主体包括城市污水原水箱1、连续流A/O单元2、中间水箱2.4和PDA脱氮单元3四部分。以下通过对每个部分的具体说明来阐述本实施例的装置。

其中，城市污水原水箱1用于存储处理对象城市污水，其上第一进水管1.1、第一溢流管1.2和第一放空管1.3，并且通过A/O进水泵1.4连接至连续流A/O单元2。容易理解的是，其中，进水管用于向水箱内注入水体，放空管用于排空水箱，溢流管用于避免水体溢出水箱而影响装置所在环境以及装置的使用寿命。即第一进水管1.1、第一溢流管1.2和第一放空管1.3为水箱上的常规进出管，本实施例不对其具体位置以及结构进行限制。

其中，连续流A/O单元2沿水流方向依次设有缺氧反应区2.1、两段好氧反应区和A/O沉淀区2.3。两段好氧反应区为连续设置的两个好氧反应区2.2，将两段好氧反应区沿水流方向的先后定义为第一段好氧反应区和第二段好氧反应区。

通常为了便于设置，连续流A/O单元2自身为一体结构，其内部由开孔隔板分隔为四个区域，四个区域形成沿水流方向依次分布的缺氧反应区2.1、两段好氧反应区和A/O沉淀区2.3。

为了避免出现短流，在一个实施例中，开孔隔板按照水流方向采用上下交错设置过流孔的方式连接各个格室。即设置缺氧反应区2.1与第一段好氧反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，第一段好氧反应区与第二好氧反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板底部，第二段好氧反应区与A/O沉淀区2.3之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，且第二段好氧反应区与A/O沉淀区2.3之间的开孔隔板上的过流孔连接有穿孔管，第二段好氧反应区内的泥水混合物通过穿孔管流入A/O沉淀区2.3。

具体的，连续流A/O单元2通过A/O进水泵1.4与城市污水原水箱1连接，用于将城市污水由城市污水原水箱1注入连续流A/O单元2的缺氧反应区2.1中，缺氧反应区2.1内设有第一搅拌器2.5，通常第一搅拌器2.5设置在缺氧反应区2.1的中部，并且由上至下伸入缺氧反应区2.1中以保证搅拌效果。

连续流A/O单元2中的两个好氧反应区2.2内底部均设有曝气装置，且第二段好氧反应区的末端设有第一DO传感器2.17。在另一实施例中，曝气装置由第一空气压缩机2.10通过第一空气转子流量计2.11与反应区底部的第一曝气盘2.6连通，第一DO传感器2.17由数据线与第一DO测定仪2.16连接。

考虑到污泥回流与剩余污泥的排放，连续流A/O单元2中的A/O沉淀区2.3的底部连接有A/O回流污泥控制阀2.14和剩余污泥排放控制阀2.15，A/O回流污泥控制阀2.14通过A/O污泥回流泵2.13与缺氧反应区2.1连接，用于将回流污泥重新注入缺氧反应区2.1，A/O沉淀区2.3中的剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀2.15排出。

其中，中间水箱2.4集成于连续流A/O单元2的尾端，用于储存连续流A/O单元2短程硝化处理后排出的硝化液出水。具体的，在一个实施例中中间水箱2.4集成在A/O沉淀区2.3的尾部，A/O沉淀区2.3与中间水箱2.4之间通过开孔隔板连接，且该开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部。

为了进一步提高装置使用的便利性，在另一实施例中，中间水箱2.4上设置第二溢流管2.8和第二放空管2.12。

其中，PDA脱氮单元3沿水流方向依次设有预缺氧反应区3.1、三段PDA脱氮反应区、PDA好氧反应区3.3和PDA沉淀区3.4，三段PDA脱氮反应区和PDA好氧反应区3.3内均投加有生物膜填料3.10，通过生物膜填料3.10构建移动床生物膜反应器。本实施例中为了进行功能微生物的挂膜生长，PDA脱氮反应区3.2和PDA好氧反应区3.3均通过投加填料3.10构建移动床生物膜反应区MBBR。

在PDA脱氮单元3的运行中，PDA脱氮单元3通过中间水泵3.7与中间水箱2.4连接，中间水箱2.4的壳体中部连接有中间回流管2.9，中间回流管2.9连接至中间水泵3.7上，用于将中间水箱2.4中的硝化液出水注入PDA脱氮单元3的预缺氧反应区3.1中，PDA脱氮单元3通过PDA进水泵3.6与城市污水原水箱1连接，用于将城市污水由城市污水原水箱1注入PDA脱氮单元3的预缺氧反应区3.1中，硝化液出水与城市污水由预缺氧反应区3.1依次经过三段PDA脱氮反应区、PDA好氧反应区3.3和PDA沉淀区3.4完成城市污水的脱氮，所述PDA沉淀区3.4上设有出水管3.5，用于将脱氮后的城市污水排出PDA脱氮单元3。

需要说明的是，本实施例中的城市污水原水箱1和中间水箱3的进出水均通过水管进行导水。例如本申请中提及的连续流A/O单元2采用A/O进水泵1.4与城市污水原水箱1相连，应理解为连续流A/O单元2采用A/O进水泵1.4连接水管，并且该水管贯穿城市污水原水箱1的壳体伸入城市污水原水箱1内部，用于将原水箱1中的城市污水导入连续流A/O单元2，其余同理。

PDA脱氮单元3中的三段PDA脱氮反应区为连续设置的三个PDA脱氮反应区3.2，将三段PDA脱氮反应区沿水流方向的先后定义为第一段PDA脱氮反应区、第二段PDA脱氮反应区和第三段PDA脱氮反应区。

其中的预缺氧反应区3.1和PDA脱氮反应区3.2内均设有第二搅拌器3.9，通常第二搅拌器3.9设置在各反应区的中部，并且由上至下伸入各自反应区中以保证搅拌效果。

PDA好氧反应区3.3内设有曝气装置和第二DO传感器3.18，曝气装置由第二空气压缩机3.13通过第二空气转子流量计3.14与反应区底部的第二曝气盘3.11连通，第二DO传感器3.18由数据线与第二DO测定仪3.17连接。

为了便于对PDA脱氮单元3的出水水质进行调节，在另一实施例中，PDA好氧反应区3.3通过硝化液回流泵3.8与预缺氧反应区3.1相连接，构建硝化液回流系统保证出水水质达标。同时考虑到污泥回流与剩余污泥的排放，PDA沉淀区3.4的底部设有PDA回流污泥控制阀3.16，PDA回流污泥控制阀3.16通过PDA污泥回流泵3.15与第一段PDA脱氮反应区连通。

为了便于设置，本实施例中的PDA脱氮单元3本身为一体结构，其内部由开孔隔板分隔为六个区域，六个区域形成沿水流方向依次设有预缺氧反应区3.1、三段PDA脱氮反应区、PDA好氧反应区3.3和PDA沉淀区3.4。

为了避免出现短流，在一个实施例中，开孔隔板按照水流方向采用上下交错设置过流孔的方式连接各个格室。即预缺氧反应区3.1与第一段PDA脱氮反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，第一段PDA脱氮反应区与第二段PDA脱氮反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板底部，第二段PDA脱氮反应区与第三段PDA脱氮反应区之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，第三段PDA脱氮反应区与PDA好氧反应区3.3之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板底部，PDA好氧反应区3.3与PDA沉淀区3.4之间的开孔隔板上的过流孔位于开孔隔板顶部，且PDA好氧反应区3.3与PDA沉淀区3.4之间的开孔隔板上的过流孔连接有穿孔管，PDA好氧反应区3.3内的泥水混合物通过穿孔管流入PDA沉淀区3.4。

本实施例中的PDA沉淀区3.4和A/O沉淀区2.3均采用竖流式沉淀池结构，内设穿孔斜管(A/O沉淀区2.3内的第一穿孔斜管2.7以及PDA沉淀区3.4内的第二穿孔斜管3.12)提高泥水分离效果，上部沉淀池呈方形，污泥斗为截头倒方锥体，倾角为60°，采用中心进水、右侧边三角堰出水方式。

实施例2：

本实施例提供一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮方法，该方法基于上述任一实施例所述的装置完成。

具体的，本实施例的一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮方法，按以下步骤进行：

1)接种启动阶段：接种普通活性污泥于连续流A/O单元2中，污泥浓度为3.0～4.0g/L，接种厌氧氨氧化菌挂膜填料于连续流PDA缺氧反应区3.2中，填充比为15％～25％，同时接种硝化菌挂膜填料于PDA好氧反应区3.3中，填充比为20％～30％。

在一个实施例中，为了达到较优的生物膜添加效果，取三段PDA脱氮反应区内所投加的厌氧氨氧化菌挂膜填料为聚丙烯空心环填料，规格为

2)实际运行阶段：

i、以城市污水为处理对象，启动连续流A/O单元2：以城市污水为处理对象，控制连续流A/O单元2的污泥回流比为50％～75％，好氧反应区2.2内的DO浓度为1.0～3.0mg/L，水力停留时间HRT为8～12h，污泥停留时间SRT为20～40d，当A/O沉淀区2.3硝化液出水中的NH

ii、PDA脱氮单元3启动：根据城市污水和连续流A/O单元2硝化出水中NH

在一个实施例中，为了通过硝化液回流系统准确控制出水水质，实际运行阶段实时监测PDA好氧反应区3.3内部的DO浓度，维持DO浓度为0.5～3.0mg/L，同时根据PDA沉淀区3.4出水的NH

当PDA沉淀区3.4出水NH

3)稳定运行阶段：当连续流A/O单元2和PDA脱氮单元3启动完成后，将两个反应器连接起来构建一种基于PDA技术的城市污水连续流厌氧氨氧化脱氮工艺，以实际城市污水为处理对象进行长期稳定运行，取消PDA预缺氧反应区3.1中进水氮素调理溶液(NH

本实施例的方法是将城市污水分为两部分，一部分城市污水由城市污水原水箱通过进水泵与污泥回流的泥水混合液混合进入缺氧反应区，反硝化菌利用城市污水中的有机碳源将回流污泥中的NO

富含NO

本实施例步骤1)中的普通活性污泥(硝化污泥)来源于污水处理厂二沉池回流污泥；在一实施例中为了快速启动，步骤1)中的硝化菌挂膜填料来源于污水处理厂移动床生物膜反应器的生物填料；步骤1)中的厌氧氨氧化菌挂膜填料来源于污水处理厂侧流污泥滤液短程硝化厌氧氨氧化装置。

以下通过试验例进一步说明本申请的有益效果。

试验例：

本试验例采用宁海县兴海污水处理厂旋流沉砂池出水作为原水，具体水质如下：CODcr浓度为58～210mg/L,TP浓度为0.20～2.46mg/L，

试验装置如图1所示，其中原水箱有效容积为1m

试验结果表明：运行稳定后，出水CODcr浓度为24～45mg/L，出水

本发明中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。