CN101033098A - 间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺。包括预缺氧池、厌氧池、缺氧池、氧化沟池、沉淀池；预缺氧池进水量占原污水流量的10～30％，厌氧池进水量占70～90％；氧化沟池采用连续进水、间隙鼓风曝气、连续出水流程，设沉淀池排水；沉淀池的污泥连续回流到预缺氧池，混合液则回流到缺氧池。对于可生化性较差的工业废水，则增设二级缺氧池，以提高处理效率。该工艺具有结构简单紧凑、占地面积小、投资省、运行成本低、除磷脱氮处理效果好、运行灵活、能连续与间歇运行等优点。

Description

间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺

技术领域

本发明涉及一种生物反应污水处理工艺，尤其是涉及一种采用间隙曝气氧化构工艺处理污水的方法。

背景技术

随着我国城市化建设进程的加快，我国的江河、湖泊、海洋污染程度有增大趋势，污染治理已迫在眉睫。城市污水处理是高能耗行业之一。高能耗一方面造成了污水处理设施运营成本高；另一方面，也在一定程度上加剧了我国现阶段的能源危机。发达国家在污水处理节能降耗方面进行了很多研究和实践，而国内污水处理行业目前侧重在设施建设，对于污水处理的节能降耗及优化运营尚未进行系统地研究。到2005年底，全国的污水处理率已超过45％，“十一五”期间还将有大批污水处理厂建成投入营运，污水处理的节能降耗将成为行业亟需解决的问题。针对我国污水处理行业的具体状况，在国内外研究成果和实践经验的基础上，通过新工艺的研发应用、运行的优化调控、设施设备的改造、先进控制手段的采用，在保证出水水质稳定达标的前提下实现能耗大幅度降低，形成系统的污水处理节能降耗技术，为全国污水处理厂的节能降耗及运营优化提供技术支撑。

氧化沟工艺是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，因其构造简单，工作稳定可靠，易于维护管理，很快得到广泛应用。氧化沟兼有完全混合和推流的特性，构造简单，一股采用表面曝气从而省掉了鼓风机房，易于维护管理，广泛应用。但传统氧化沟具有充氧动力效率低，能耗较高等缺点，氧化沟也已不断发展成为多种形式，使用较为广泛的主要有：Carrousel(卡鲁塞尔)氧化沟、Orbal(奥贝尔)氧化沟、交替式氧化沟和一体化氧化沟。在氧化沟前增设厌氧池，在沟体前(内)增设缺氧区，形成改良型氮化沟。它具有生物脱氮除磷功能，不需要混合液回流。

氧化沟处理技术在我国城市污水处理领域应用较为广泛，但曝气方式多为转刷、转盘及表曝机供氧，存在电耗高、水深较浅、占地大等缺点，因此采用具有处理效率高、适用性广、处理成本较低、占地少、操作管理方便等优点鼓风曝气式氧化沟技术，具有广阔的应用前景。区岳州等人的发明专利CN1535926A“一种曝气氧化沟”，将微孔曝气头固定在池底，鼓风机通过连接管向微孔曝气头连续送气。虽然比一般的机械曝气节电省地，由于采用连续鼓风曝气，仍存在电耗较高、曝气头维修困难等问题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的问题，从而开发一种耗能低，脱氮除磷效果好，占地面积少，并可适应较大深度的间隙曝气氧化构污水处理工艺。

为实现上述目的，本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺，包括厌氧池，缺氧池，氧化沟池，沉淀池，其特征在于，在所述厌氧池前设有预缺氧池；所述预缺氧池内进入原污水流量的10-30％，同步进入的还有从沉淀池排出的含磷回流污泥；所述厌氧池内进入原污水流量的70-90％，同步进入的还有经预缺氧池排出的含磷回流污泥；所述缺氧池内循环的混合液流量为原污水流量的2.0-3.0；所述氧化沟池采用连续进水，间隙鼓风曝气，连续出水，混合液连续回流的流程，氧化沟中的混合液通过内回流泵回流到缺氧池，回流比为原污水流量的2.0～3.0，污水通过出水槽流入沉淀池；所述沉淀池内的污水经泥水分离后，部分污泥通过回流污泥泵打入预缺氧池，混合液回流到缺氧池，剩余污泥通过污泥泵打入污泥处理系统，沉淀池上清液直接排放或进入深度处理系统。

本发明的技术方案还可以进一步完善，作为优选，间隙鼓风曝气的仃曝/曝气时间为1/4～1/2。采用间歇曝气的方式，通过内回流，增强了碳源反硝化作用。

作为优选，对于可生化性较差的工业废水，则在缺氧池后面增设二级缺氧池，以提高处理效率。

因此，本发明有益效果是：曝气氧化沟为前置厌氧、缺氧反应器，氧化沟为设有进出水口的椭圆形池，沟内安装有可提升微孔曝气装置；并采用间歇曝气的方式，通过内回流，增强了碳源反硝化作用，充分利用进水中的易降解有机碳源，以硝态氮(NO₂ ^-、NO₃ ^-)中化合态氧(非分子氧)作为电子受体，降低了氧化沟中的有机负荷，可减少曝气阶段的用气量，也有利于厌氧阶段磷的释放(硝态氮干扰减少)，提高磷的去除效率，也减少了工艺运行过程中的耗电量。从而该系统具有结构简单紧凑，占地面积小，投资省，运行成本低，除磷脱氮处理效果好，运行灵活，可根据需要进行连续或间歇运行。

附图说明

附图1是本发明的工艺流程框图；

附图2是本发明的结构平面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图2所示，1预缺氧池，2厌氧池，3缺氧池，4氧化沟，5沉淀池，6水下螺旋推进器，7内回流泵，8可提升微孔曝气管，9搅拌机，10出水槽，11进水管，12放空管，13污泥回流泵，14剩余污泥泵，15鼓风机。

如图1所示的本改良型生物反应系统，是在厌氧池前增加预脱硝池(预缺氧池)，以降低回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响，并抑制丝状菌生长，为了解决缺氧池反硝化碳源不足的问题，将进水按比例进入预缺氧池和厌氧池中。

下面对各反应器单元功能与工艺特征作进一步阐述：

1.预缺氧池1，部分原污水(10-30％Q)(Q-原污水流量)进入，同步进入的还有从二沉池5排出的含磷回流污泥，本反应器的主要功能为消耗掉回流污泥所含的溶解氧和硝态氧，异养菌利用回流污泥中携带的硝态氮作为电子受体，进行快速反硝化，保证下阶段厌氧池磷的充分释放。

2.厌氧池2，大部分原污水(70-90％Q)进入，同步进入的还有经预缺氧池排出的含磷回流污泥，本反应器的主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化。

3.缺氧池(反硝化池)3，污水经过厌氧反应池进入缺氧反应池，本反应池的首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由氧化沟回流的，内循环的混合液流量较大，一般为2.0-3.0Q。

对于可生化性较差的工业废水，则增设二级缺氧池，以提高处理效率。

4.氧化沟4，混合液从缺氧反应器进入好氧反应池-氧化沟，这一反应器内进行。氧化沟中的混合液通过鼓风机15及可提升微孔曝气管8曝气充入空气，空气中的氧被污水中的好氧微生物吸收，微生物在生长过程中同时降解混合液中的有机污染物，而微生物在好氧条件下可使废水中的氨氮发生硝化反应，生成硝酸盐。本发明的一个特点在于间歇曝气，也就是当氧化沟中的混合液由于过量曝气而使混合液中的溶解氧超过好氧微生物所需的溶解氧(一般为2.0～4.0mg/L)时，当混合液pH值经过下降-再明显上升时，氨氮已完全氧化，可以停止曝气，避免过量曝气氧化细胞内物质。

由于水下螺旋推进器6装在氧化沟4中部或底部，可直接推动氧化沟4中、下层液体流动，从而可以较低的能耗实现全池混合液充分混合来保证污泥不沉降；而采用鼓风机15通过连接管向装在氧化沟底部的可提升微孔曝气管8送气，空气通过微孔曝气管的微孔产生大量微小气泡，适宜水体吸收同时又可进行搅拌，提高了氧转移率。

本方案曝气氧化沟采取间歇的曝气方式。池内可提升曝气管采用间隙排列方式安装，曝气时，存在富氧区(有曝气管)和缺氧区(无曝气管)，当混合液进入池中通过潜水搅拌机以V≥0.3m/s水平前进，刚开始时DO(溶解氧)低，随着曝气的进行，富氧区DO不断上升；当经过缺氧区后，随微生物的作用，溶氧不断被耗掉，DO越来越低；而进入下一个富氧区曝气时段后，DO又随曝气的进行不断上升。周而复始，整个曝氧化沟形成如下的循环：

按曝气的时间随废水在氧化沟内流动，存在如下循环为：

富氧曝气→缺氧区→富氧曝气→缺氧区→再循环

溶解氧DO变化情况：

DO高→DO低→DO高→DO低→再循环

当停曝时，氧化沟内溶解氧逐渐降低，最终为0。

本发明采用间隙曝气氧化沟的目的在于充分利用氧化沟良好的水力特性及稳定的处理效果，同时从根本上解决占地大、能耗偏高的问题。

氧化沟中的混合液通过内回流泵7回流到缺氧池3，回流比为2.0～3.0Q；出水方式为连续出水，污水通过出水槽10流入沉淀池5。

5.沉淀池5，氧化沟中的污水流入沉淀池5后泥水分离，部分污泥通过回流污泥泵13打入预缺氧池1，剩余污泥通过剩余污泥泵14打入污泥处理系统。沉淀池上清液可直接排放或进入深度处理系统。

本工艺具有以下各项特点：

(1)本工艺属于同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺。

(2)在厌氧(缺氧)、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。

(3)污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。

(4)由于采用间歇曝气，曝气时间减少，与连续曝气氧化沟相比，耗电量大为减少。

在构造上的优化主要体现在如下方面：

1)增设预缺氧区是对传统A²/O(即采用厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷)工艺的重大改进。回流污泥进入预缺氧区，在预缺氧区单元内就消耗掉了溶解氧和硝态氧，再将污泥流至厌氧段，就能做到硝态氧的零回流，保证了厌氧池的厌氧状态，从而可以减小厌氧池的容积、提高生物除磷效果。

2)进水被同时以不同比例分配至预缺氧池1和厌氧池2，可以使原污水中的碳源利用达到最优，同时获得最佳氮、磷去除率。

间隙曝气氧化沟工艺在运转管理灵活性方面的优化主要体现在如下方面：

1)对于不同的进水水质、不同的季节，生物除磷和生物脱氮所需的碳源比会发生变化。因此，间隙曝气氧化沟可以调节分配至预缺氧段和厌氧段的进水比例，以便同时向生物除磷和生物脱氮提供最优的碳源。

2)在冬季和夏季，硝化和反硝化都有不同的反应速率，但是温度的变化对硝化的影响远远大于对反硝化的影响。例如，硝化过程的限制性因素是氨氮转化为亚硝酸盐的速率，根据公式计算出10℃时亚硝酸菌的组增长率仅为30℃时的0.14倍，而反硝化速率在10℃时仍然可达30℃时的0.67倍。因此，在不同的季节就需要有不同的硝化泥龄和硝化容积，以便保证硝化的进行。间隙曝气氧化沟可以在不同的季节，根据不同的进水水质(碳氮比的变化)，将一个厌氧单元转换为缺氧单元，以便在冬季也能达到令人满意的脱氮效率。

3)当进水水质发生变化，如TN(总氮)浓度较低，脱氮不是重点时，需要突出生物除磷工艺时，关闭混合液回流泵，达到高效生物除磷效果，同时节约能耗，运转非常灵活。

4)氧化沟中采用可提升曝气管充氧，一是氧的利用率高，可达20～30％；二是维修方便，不用放水就可以直接检修。

5)可以通过开关鼓风机15的方式实现间歇曝气，并可以根据废水的性质调整曝气/停曝的时间比。

现场中试实施例数据：

在以某城市5万m³/d城市污水处理厂现场，采用的是A²/C间隙曝气氧化沟工艺进行了中试，其流程如下：

污水经原有的粗格栅后进入提升泵站，提升泵站出来后经细格栅及沉砂池，再进入中试装置-预缺氧池、厌氧池、缺氧池及氧化沟后至沉淀池经泥水分离后出水，其中氧化沟采用鼓风机及可提升微孔曝气管间歇曝气，氧化沟内混合液回流到预缺氧池，沉淀池的回流污泥经污泥泵站后，部分回流到厌氧池，剩余污泥则进行脱水处理。

在实验过程中，根据连续曝气的运行周期，针对3种间隙曝气模式进行实验研究。这3种模式分别为：模式I-曝气4小时，停止曝气4小时；模式II-曝气4小时，停止曝气3小时；模式III-曝气4小时，停止曝气2小时。停曝时污泥回流、潜水搅拌机、内回流正常进行。由此对比连续曝气氧化沟的出水总氮变化情况可以发现，该模式下由于加强了氧化沟内缺氧状态下反硝化的反应，使总氮的去除效果得到提高，出水的总氮浓度有所降低。

中试水质分析结果如下(一个月平均值)：

项目	COD(mg/L)	NH3-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)	pH
						进水	190	30	35	3.6	7.3
出水	＜40	3	12	1.2	6.90
						去除率	78.9％	90％	65.7％	66.7％	/

与连续曝气氧化沟工艺比较：

综合能耗降低25％，NH₃-N、TN均有所下降，TP基本不变。

与表面连续机械曝气氧化沟工艺比较：

综合能耗降低40％，占地减少30％。

用于处理城市生活污水，出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B标准。

Claims (3)

1.一种间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺，包含有厌氧池，缺氧池，氧化沟池，沉淀池，其特征在于，在所述厌氧池前设有预缺氧池；所述预缺氧池内进入原污水流量的10-30％，同步进入的还有从沉淀池排出的含磷回流污泥；所述厌氧池内进入原污水流量的70-90％，同步进入的还有经预缺氧池排出的含磷回流污泥；所述缺氧池内循环的混合液流量为原污水流量的2.0-3.0；所述氧化沟池采用连续进水，间隙鼓风曝气，连续出水，混合液连续回流的流程，氧化沟中的混合液通过内回流泵回流到缺氧池，回流比为原污水流量的2.0～3.0，污水通过出水槽流入沉淀池；所述沉淀池内的污水经泥水分离后，部分污泥通过回流污泥泵打入预缺氧池，混合液回流到缺氧池，剩余污泥通过污泥泵打入污泥处理系统，沉淀池上清液直接排放或进入深度处理系统。

2.根据权利要求1所述的间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺，其特征是：间隙鼓风曝气的仃曝/曝气时间为1/4～1/2。

3.根据权利要求1或2所述的间隙鼓风曝气氧化沟污水处理工艺，其特征是：在缺氧池后面设有二级缺氧池。

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