CN101353203A

CN101353203A - 一种短程脱氮同步反硝化除磷的工艺及装置

Info

Publication number: CN101353203A
Application number: CNA2008102228144A
Authority: CN
Inventors: 黄霞; 支霞辉; 薛涛
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: CN101353203B

Abstract

一种短程脱氮同步反硝化除磷的工艺及装置，属于污水处理技术领域。该工艺流程为厌氧+好氧+缺氧+快速曝气+沉淀池。采用分流式进水，原水一部分进入厌氧反应器，一部分进入第一好氧反应器。厌氧反应器的出水一部分进入第一好氧反应器，一部分进入第一缺氧反应器。缺氧反应器之后设快速曝气池，出水进入沉淀池。该工艺通过控制进水方式以及好氧反应器内的溶解氧浓度，常温条件下在好氧反应器内完成短程硝化反硝化脱氮，实现亚硝酸盐累积，在缺氧反应器内完成以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷。该工艺能够在常温条件下实现短程硝化和以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷，最大程度地实现了污水处理的节能降耗。

Description

一种短程脱氮同步反硝化除磷的工艺及装置

技术领域

本发明属于环境保护、污水处理领域。具体涉及到一种短程硝化同步反硝化除磷的工艺与装置。

背景技术

短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NO₂ ^-的进一步硝化，然后直接进行反硝化。短程硝化反硝化的优越性在于：缩短了反应历程，亚硝态氮的反硝化速率高于硝态氮，提高加速了反硝化速率；缩短水力停留时间，反应容器相应减小；需氧量减少25％，耗能降低；节省40％反硝化碳源；减少了剩余污泥排放量，短程硝化反硝化在硝化过程中可少产泥24％～33％，在反硝化过程中可少产泥50％。

短程脱氮工艺最早是用来处理污水处理厂污泥消化池上清液的，污泥消化池废水若采用传统的脱氮工艺来处理，去除效率低，且反应器体积大，处理费用高。而这类废水高温的特点使氨氮的亚硝化成为可能。在常温下，亚硝酸菌的世代较硝酸菌长，但在高温条件下情况正好相反，这时硝酸菌的生长由于受到抑制导致其增殖速率小于亚硝酸菌，所以在高温下通过选择适当的泥龄，使反应器中污泥停留时间介于亚硝酸菌和硝酸菌的最小停留时间之间，就可将硝酸菌从反应器中“淘洗”掉，而使亚硝酸菌成为反应器中的优势菌属。传统的短程脱氮工艺更适宜处理高氨氮浓度的废水，且维持短程硝化所需要的温度为30～35℃。由于处理水质和处理条件的特殊性等限制性因素的存在，目前该工.艺无法大规模应用城市污水的处理。本专利的目的是对传统的短程脱氮工艺进行改进，实现常温下的短程硝化，使其更适用于城市污水处理。

由于生物脱氮和生物除磷系统具备相似的无氧/有氧交替环境，因而在工艺上往往合并。由于生物脱氮和生物除磷过程均需要有机物作为碳源，所以同一生物脱氮除磷工艺中脱氮与除磷的矛盾实质上是碳源基质问题。而实际上大多情况下污水中的被生物利用的COD有限，污水中这部分碳源相对不足是导致整个系统脱氮除磷效果不佳的主要原因。随着反硝化除磷理论的发展，使全面提高污水中磷的去除率成为可能。反硝化除磷是用厌氧/缺氧交替环境来代替传统的厌氧/好氧环境，驯化培养出一类以硝酸盐作为最终电子受体的反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus removing bacteria，简称DPB)为优势菌种，通过它们的代谢作用来同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到脱氮除磷的双重目的。应用反硝化除磷工艺处理城市污水时不仅可节省曝气量，而且还可减少剩余污泥量，即可节省投资和运行费用。

从基本的生物学观点分析，硝酸盐或者亚硝酸盐氮完全可以作为聚磷过程中的电子受体。尽管作为电子受体的亚硝酸盐氮不如硝酸盐可以完全替代氧气，但是在一定浓度范围内仍可完成聚磷。系统实现短程硝化后，利用好氧段累积的亚硝酸盐作为电子受体，进行反硝化除磷，实现亚硝酸盐和磷的同步去除，最大程度地降低能耗，减少反应容积，从而节省基建投资和运行成本。

以节能降耗为基本目的的常温短程脱氮同步反硝化除磷工艺和装置的研发代表了污水脱氮除磷领域新的发展方向。

发明内容

本发明的目的是对现有的A²/O工艺进行改进，提供一种更为有效的去除污水中氮磷和有机污染物的方法和装置。实现短程硝化和以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷同步进行，提高硝化和除磷效率；在保证出水水质的前提下，节省基建投资和运行成本。

本发明的技术方案如下：

一种短程脱氮同步反硝化除磷工艺，其特征在于该工艺按如下步骤进行：

1)使原污水一部分进入厌氧反应段，另一部分通过进水泵直接进入好氧反应段；厌氧反应段部分出水不经好氧反应段而直接分流至缺氧反应段；

2)缺氧反应段出水进入快速曝气池，经沉淀后出水；

3)沉淀池污泥回流至厌氧反应段，污泥回流比为70％～100％。

上述技术方案中，其特征还在于：步骤1)中所述的原污水40％～60％进入厌氧反应段，剩余部分通过进水泵直接进入好氧反应段；所述厌氧反应段出水40％～60％不经好氧反应段而直接分流至缺氧反应段；所述的好氧反应段分为第一好氧反应器和第二好氧反应器。

本发明的另一技术特征是：短程脱氮同步反硝化除磷工艺的总水力停留时间为9～11小时；第一好氧反应器和第二好氧反应器的体积比为1∶1，第一好氧反应器内溶解氧控制在1.0～1.5mg/L，第二好氧反应器内溶解氧控制在0.3～0.5mg/L；快速曝气池内溶解氧控制在2.0～5.0mg/L。

在上述技术方案的基础上，所述的缺氧反应段可分为第一缺氧反应器和第二缺氧反应器，厌氧反应段部分出水不经好氧反应段而直接分流至第一缺氧反应器。

本发明还提供了一种采用所述工艺的短程脱氮同步反硝化除磷装置，其特征在于：该装置包括进水管，厌氧反应器1，与该厌氧反应器顺次连接的第一好氧反应器2、第二好氧反应器3、第一缺氧反应器4、第二缺氧反应器5、快速曝气池6和沉淀池7；在厌氧反应器和第一缺氧反应器4之间设有分流出水泵10；所述沉淀池7和厌氧反应器1之间设有污泥回流泵9。

在所述的短程脱氮同步反硝化除磷装置中，其特征还在于：在第一好氧反应器2和第二好氧反应器3内分别设有第一溶氧自控装置11和第二溶氧自控装置12，在第一好氧反应器内安装有pH在线监测仪13。

本发明具有以下优点及突出性效果：①分流式进水：一部分进入厌氧反应器，一部分直接进入第一好氧反应器。由于实现进水分流，进入厌氧反应器内的水量减少，在不改变反应器体积的前提下延长了厌氧区的水力停留时间，使厌氧释磷更加充分，为后续反硝化除磷创造了条件。②经过充分释磷的厌氧段出水分流一部分至第一缺氧反应器，使第一缺氧段进水中的磷保持较高浓度，在第一缺氧反应内实现反硝化除磷。③对A²/O进行改造，设两个好氧区，实现分级好氧。两个好氧反应器通过控制不同的DO浓度，一方面在第一好氧反应器内通过短程硝化完成80％氨氮的降解，另一方面又可避免亚硝酸盐在第二好氧段被氧化成硝酸盐，同时动力消耗达到最低。④设两个缺氧段。第一缺氧反应器以反硝化除磷为主。反硝化除磷菌利用亚硝酸盐为电子受体，实现亚硝氮和磷的同步去除。第二缺氧反应器主要目的是利用内源反硝化去除剩余的亚硝酸盐。⑤在缺氧段设置快速曝气池。通过快速曝气去除由于厌氧区污水分流至缺氧区所带入的低浓度氨氮。⑥本工艺通过对传统A²/O改造，实现了短程硝化，并利用短程硝化产生的亚硝酸盐为电子受体进行反硝化除磷，实现了氮磷的同步去除。最大程度地实现了节能降耗。

附图说明

图1为本发明提供的短程脱氮同步反硝化除磷装置实施例的结构原理示意图。

图中：1-厌氧反应器；2-第一好氧反应器；3-第二好氧反应器；4-第一缺氧反应器；5-第二缺氧反应器；6-快速曝气池；7-沉淀池；8-搅拌器；9-污泥回流泵；10-分流出水泵；11-第一溶氧自控装置；12-第二溶氧自控装置 13-pH在线监测仪；14-曝气装置；15-进水分流泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工艺过程、工作原理和装置的具体实施作进一步的说明。

图1为本发明提供的短程脱氮同步反硝化除磷装置实施例的结构原理示意图，该装置包括进水管，厌氧反应器1，与该厌氧反应器顺次连接的第一好氧反应器2、第二好氧反应器3、第一缺氧反应器4、第二缺氧反应器5、快速曝气池6和沉淀池7；在厌氧反应器和第一缺氧反应器4之间设有分流出水泵10，沉淀池7和厌氧反应器1之间设有污泥回流泵9。在第一好氧反应器2内设有第一溶氧自控装置11、pH在线监测仪13和曝气装置14，在第二好氧反应器3内设有第二溶氧自控装置12和曝气装置14；在厌氧反应器1、第一缺氧反应器4和第二缺氧反应器5内均设有搅拌器8。

本发明提供的短程硝化脱氮同步反硝化除磷的具体工艺步骤为：

原污水40％～60％进入厌氧反应段，剩余部分通过进水泵直接进入好氧反应段；厌氧反应段出水40％～60％不经好氧反应段而直接分流至缺氧反应段；好氧反应段分为第一好氧反应器2和第二好氧反应器3；缺氧反应段出水进入快速曝气池，经沉淀后出水；沉淀池污泥回流至厌氧反应段，污泥回流比为70％～100％；工艺的总水力停留时间9～11小时；污水在厌氧反应段的水力停留时间2.0～3.0小时；第一好氧反应器和第二好氧反应器的体积比为1∶1，第一好氧反应器2内溶解氧控制在1.0～1.5mg/L，第二好氧反应器3内溶解氧控制在0.3～0.5mg/L；快速曝气池内溶解氧控制在2.0～5.0mg/L。

该工艺运行的基本原理为：

第一、第二好氧反应器利用溶氧自控仪进行微氧控制，实现以亚硝酸盐稳定积累为主要特征的短程硝化。含亚硝酸盐出水从好氧反应器进入缺氧反应器后，在第一缺氧反应器内发生以亚硝酸盐微电子受体的反硝化除磷。第一缺氧反应器出水剩余一定量的亚硝酸盐，进入第二缺氧反应器。第二缺氧反应器利用内源反硝化，强化亚硝酸盐的去除，保证第二缺氧反应器出水中不含有亚硝酸盐，避免对环境产生毒害作用。本发明采用的工艺能在常温下实现亚硝酸盐的积累，并通过反硝化除磷实现氮磷的同步去除。

实施例1：

接种来自清河城市污水厂二沉池的活性污泥进入到反应器内，污泥浓度4000mg/L左右。原污水COD浓度350～400mg/L，氨氮浓度50～60mg/L，总磷浓度5～8mg/L。

原污水的40％进入厌氧反应器，60％直接进入第一好氧反应器。系统总水力停留时间9h，第一好氧反应器DO控制在1.0mg/L，pH控制在8.0左右，第二好氧反应器DO控制在0.5mg/L，快速曝气池内DO控制在2.0mg/L，沉淀时间为0.5h，沉淀池污泥回流比为100％。工艺运行1个月系统亚硝化率达到70％，出水氨氮在5mg/L以内，出水COD在20mg/L以内，出水总磷在0.5mg/L以内。

实施例2：

原污水的60％进入厌氧反应器，40％直接进入第一好氧反应器。系统总水力停留时间11h，第一好氧反应器DO控制在1.50mg/L，pH控制在8.0左右，第二好氧反应器DO控制在0.3mg/L，快速曝气池内DO控制在5.0mg/L，沉淀时间为0.50h，沉淀池污泥回流比为70％。工艺运行1个月系统亚硝化率达到60％，出水氨氮在5mg/L以内，出水COD在20mg/L以内，出水总磷在0.5mg/L以内。

实施例3：

原污水的50％进入厌氧反应器，50％直接进入第一好氧反应器。系统总水力停留时间10h，第一好氧反应器DO控制在1.30mg/L，pH控制在8.0左右，第二好氧反应器DO控制在0.3mg/L，快速曝气池内DO控制在4.0mg/L，沉淀时间为0.50h，沉淀池污泥回流比为80％。工艺运行1个月系统亚硝化率达到50％，出水氨氮在5mg/L以内，出水COD在20mg/L以内，出水总磷在0.5mg/L以内。

Claims

1.一种短程脱氮同步反硝化除磷工艺，其特征在于该工艺按如下步骤进行：

2)缺氧反应段出水进入快速曝气池，经沉淀后出水；

3)沉淀池污泥回流至厌氧反应段，污泥回流比为70％～100％。

2.按照权利要求1所述的一种短程脱氮同步反硝化除磷工艺，其特征在于：原污水40％～60％进入厌氧反应段，剩余部分通过进水泵直接进入好氧反应段；厌氧反应段出水40％～60％不经好氧反应段而直接分流至缺氧反应段；所述的好氧反应段分为第一好氧反应器和第二好氧反应器。

3.按照权利要求2所述的一种短程脱氮同步反硝化除磷工艺，其特征在于：所述短程脱氮同步反硝化除磷工艺的总水力停留时间9～11小时；第一好氧反应器和第二好氧反应器的体积比为1∶1，第一好氧反应器内溶解氧控制在1.0～1.5mg/L，第二好氧反应器内溶解氧控制在0.3～0.5mg/L；快速曝气池内溶解氧控制在2.0～5.0mg/L。

4.按照权利要求1、2或3所述的一种短程脱氮同步反硝化除磷工艺，其特征在于：所述的缺氧反应段分为第一缺氧反应器和第二缺氧反应器，厌氧反应段部分出水不经好氧反应段而直接分流至第一缺氧反应器。

5.一种采用如权利要求1所述工艺的短程脱氮同步反硝化除磷装置，其特征在于：该装置包括进水管，厌氧反应器(1)，与该厌氧反应器顺次连接的第一好氧反应器(2)、第二好氧反应器(3)、第一缺氧反应器(4)、第二缺氧反应器(5)、快速曝气池(6)和沉淀池(7)；在厌氧反应器和第一缺氧反应器(4)之间设有分流出水泵(10)，沉淀池(7)和厌氧反应器(1)之间设有污泥回流泵(9)。

6.按照权利要求5所述的短程脱氮同步反硝化除磷装置，其特征在于：在第一好氧反应器(2)和第二好氧反应器(3)内分别设有第一溶氧自控装置(11)和第二第一溶氧自控装置(12)，第一好氧反应器内安装有pH在线监测仪(13)。