[发明专利]不稳定短程硝化厌氧氨氧化反应器中实现市政污水同步深度脱氮和磷回收的装置和方法

说明书

不稳定短程硝化厌氧氨氧化反应器中实现市政污水同步深度脱氮和磷回收的装置和方法，属于污水生物处理领域。市政污水进入厌氧‑好氧‑缺氧序批式反应器(AOA‑SBR)后，首先在厌氧阶段，聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)将胞外碳源储存为胞内碳源(PHA)，PAOs将体内的聚磷释放到胞外；在好氧段，硝化细菌将氨氮(NH₄⁺)氧化成亚硝酸盐(NO₂^—)和硝酸盐(NO₃^—)；最后在缺氧段中，厌氧氨氧化(anammox)将NH₄⁺和NO₂^—还原为氮气(N₂)，同时产生NO₃^—，而GAOs能够利用PHA将硝化过程和anammox产生的NO₃^—还原为N₂，从而完成脱氮。此外，定期向SBR中引入含有高有机物的污泥发酵上清液，PAOs能够充分地释放磷酸盐(PO₄^3—)。该方法能够在不稳定短程硝化厌氧氨氧系统中实现市政污水同步实现深度脱氮和磷回收。

技术领域

本发明涉及不稳定短程硝化厌氧氨氧化反应器中实现市政污水同步深度脱氮和磷回收的装置和方法，属于市政污水生物处理以及资源回收领域。

背景技术

短程硝化厌氧氨氧化技术(PNA)在污水处理邻域中凭借着其在曝气能耗，药剂投加，温室气体排放以及污泥产量等方面的优势，被广泛认为是未来污水处理厂中传统硝化-反硝化技术的替代工艺。但是在实际的操作中，由于市政污水水质的波动以及NO2—氧化细菌(NOB)对环境条件的抗性，往往亚硝酸盐的积累率偏低，导致出水中含有大量的NO3-，脱氮效率也远低于理论值(89.0％)。

内源反硝化是利用内源性异养菌将在厌氧阶段将市政污水中的碳源储存为胞内碳源，在缺氧段中利用胞内碳源将NO3-还原N2。在该过程中无需额外的碳源投加并且能够保证不稳定短程硝化和anammox所产生的大量的NO3-被还原，同时内源反硝化的中间产物NO2—也能够在短程硝化无法提供充足的NO2—时为anammox补充底物。然而，由于PAOs对碳源的竞争，内源反硝化中至关重要的功能性微生物—GAOs的丰度在污水处理厂中往往并不高。所以能够强化GAOs的方法对于改善不稳定短程硝化厌氧氨氧化系统的出水有着重要的作用。

聚磷作为聚磷菌在厌氧段摄取有机物的主要能源，它在PAOs体内的储备对PAOs摄取有机物的能力和速率有着重要的影响。所以通过引入高有机物的废水，促进聚磷菌释放聚磷，同时将聚磷排出反应器，能够显著降低反应器中PAOs体内的聚磷，从而极大地削弱PAOs在厌氧段与GAOs竞争碳源的能力，达到强化内源反硝化的目的。此外，磷作为不可再生资源，在不久的将来，全球将面临磷枯竭的窘境。相反每年有大量的磷从市政污水中流失。所以从市政污水中回收磷能够有效缓解磷枯竭的紧迫性。PAOs在高有机物的诱导下能够充分地将从市政污水中吸收的磷释放到水体中，通过结晶的方式将富磷上清液中的磷回收是回收磷的有效方式。

基于此，本发明提出在处理市政污水过程中同步实现深度的脱氮和磷的回收的装置和方法。该技术无需额外的碳源投加，也无需严格的操作和抑制手段用于稳定短程硝化以达到良好的亚硝积累。内源反硝化的强化能够弥补不稳定短程硝化带来的不足。释磷采用的是污泥发酵上清液，不仅无需额外的优质碳源投加，还能促进资源的回收与再利用。

发明内容

本发明的目的是针对短程硝化控制策略复杂，当前磷资源匮乏的问题提出的能够同步实现不稳定短程硝化厌氧氨氧化技术的良好脱氮性能和磷回收的装置和方法。该装置和方法通过定期的有机物诱导释磷并回收实现聚糖菌的有效富集，从而实现内源反硝化的强化，达到同步磷回收和深度脱氮的目的。该方法不仅无需额外能源的投入，还能充分利用剩余污泥实现资源的再利用与回收。这有助于市政污水处理中的双碳目标的达成。