CN101538104B

CN101538104B - 改进a2n反硝化除磷及深度脱氮装置及方法

Info

Publication number: CN101538104B
Application number: CN2009100822217A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 刘莹; 王淑莹; 王希明
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: SDIC Xinkai Water Environment Investment Co Ltd
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: CN101538104A

Abstract

改进A₂N反硝化除磷及深度脱氮装置及方法属于污水处理领域。本发明装置在缺氧池和最终沉淀池之间设置复合式好氧池，该复合式好氧池实现同步好氧吸磷和生物膜硝化，填充立方体海绵填料，填料投配比为反应器有效容积的20％～30％；该复合式好氧池设有气泵、气体流量计和曝气管。本发明在原有A₂N工艺中，不添加任何反应区的情况下，采用悬浮海绵填料作为硝化菌的载体的复合式好氧池替代后曝气反应池，控制曝气量和温度等参数实现氨氮的硝化和同步硝化反硝化。该发明没有增加工艺流程和运行能耗，解决了传统工艺的致命问题，保证了出水水质中实现氮、磷稳定、高效的去除。

Description

改进A2N反硝化除磷及深度脱氮装置及方法

技术领域

本发明涉及反硝化除磷及深度脱氮工艺，适用于含氮、磷的城市生活污水的深度处理，属于活性污泥法污水脱氮除磷技术领域。

背景技术

反硝化除磷脱氮是近年来颇受关注的污水生物处理新技术，基于该理论开发的双污泥反硝化除磷脱氮工艺，对于提高城市污水尤其是低C/N比的城市污水脱氮除磷等深度处理具有重要的意义。

传统双污泥反硝化除磷脱氮双污泥工艺，也称A₂N双污泥反硝化除磷脱氮工艺，顺次设有厌氧池、中间沉淀池、生物膜硝化池、缺氧池、后曝气池和沉淀池。有两条污泥管线：分别是由厌氧池到缺氧池的超越污泥管线和由最终沉淀池到厌氧池的回流污泥管线。污水首先进入厌氧池，活性污泥中反硝化除磷菌在此吸收污水中的挥发性脂肪酸，并以PHA(聚羟基脂肪酸)的形式贮存在体内，同时释放大量的磷酸盐磷。随后厌氧池的泥水混合物流经中间沉淀池，泥、水快速分离。富含氨氮和磷酸盐的上清液流向好氧生物膜硝化池，好氧硝化池有两个功能：一是污水中的氨氮被硝化成硝酸盐氮；二是污水中残余的有机物被氧化。好氧生物膜硝化池的富含磷酸盐磷和硝态氮的硝化液流入缺氧池。中间沉淀池中沉淀的污泥，超越了好氧生物膜硝化池直接进入缺氧池。在缺氧池中，超越污泥中的DPB(反硝化除磷菌)以体内的PHA为电子供体，以硝化液中的硝态氮作为电子受体，超量吸收水中的磷酸盐磷贮存在细胞中形成聚磷，同时将硝态氮还原成氮气，从而完成反硝化脱氮和过量吸磷作用。缺氧池的混合液进入后曝气池，后曝气池的主要作用是吸收剩余的磷：缺氧池中，聚磷菌以硝态氮作为第一电子受体对磷的吸收如果不完全，在后置曝气池中，聚磷菌以氧作为第二电子受体将余磷吸收完全，同时，聚磷菌体内的PHA能够得到完全的氧化，从而实现自身的再生。后曝气池中混合液，进入最终沉淀池，在沉淀池进行泥水分离，上清液作为最终处理水排放，沉淀污泥回流至厌氧池，同时排放剩余污泥。A₂N反硝化除磷工艺是双污泥系统，所谓的双污泥系统是硝化菌独立于聚磷菌而单独存在于固定膜生物反应器中。

A₂N反硝化除磷双污泥工艺较常规污水处理工艺，具备了如下优越性：COD耗量少。COD被最大程度的用于厌氧放磷时DPB合成PHB的消耗，在缺氧环境中这部分PHA被反硝化聚磷菌同时用于反硝化和吸磷作用，通过“一碳两用”，实现了系统的脱氮和除磷，故该系统较适合C/N比较低的污水处理；吸磷作用以硝态氮作为电子受体来完成，可以节省供氧量，故投入的动力消耗少；工艺为双污泥系统，硝化菌成生物膜固着生长，这不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，增加了系统中硝化菌生物量，提高了硝化率，也可减少水力停留时间和反应器体积，硝化反应已不再是工艺运行的限制性因素；另一方面，反硝化除磷菌悬浮生长于另一系统中，两者的分离解决了传统工艺中聚磷菌和硝化菌的竞争矛盾，它们都可以在各自最佳的环境中生长，这更利于除磷、脱氮系统的稳定和高效的运行，可控制性也得到了很大的提高；DPB污泥产量有所降低，减少污泥处理费用。

但该工艺最终沉淀池出水中氨氮浓度过高，是这个工艺亟待解决的一个瓶颈。由于超越污泥中夹带一定量的氨氮，但是在缺氧池后又没有设置专门用于氨氮硝化的硝化池，因此氨氮除了用于微生物自身生长外，没有得到有效的去除，导致沉淀池出水中不可避免的出现氨氮超标的情况。

发明内容

本发明的目的就是针对传统A₂N反硝化除磷脱氮工艺的弊端，提供一种能够以硝态氮作为电子受体实现反硝化除磷的，同时深度脱氮的三污泥装置及方法。利用该装置和方法，在原有A₂N工艺中，不添加任何反应区的情况下，采用悬浮海绵填料作为硝化菌的载体的复合式生物膜-活性污泥反应池替代后曝气反应池，控制曝气量和温度等参数实现氨氮的硝化和同步硝化反硝化。该发明没有增加工艺流程和运行能耗，解决了传统工艺的致命问题，保证了出水水质中实现氮、磷的稳定、高效的去除。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种改良A₂N反硝化除磷及深度脱氮装置，顺次设有厌氧池、中间沉淀池、生物膜硝化池、缺氧池和最终沉淀池，厌氧池通过出水管与中间沉淀池中心管相连；中间沉淀池通过污泥回流泵和中间沉淀池至缺氧池的超越污泥管路与缺氧池相连；中间沉淀池通过出水管与生物膜硝化池首端相连；生物膜硝化池通过出水管与缺氧池相连；最终沉淀池通过污泥回流泵和最终沉淀池至厌氧池的回流污泥管路与厌氧池相连；

其特征在于：

在缺氧池和最终沉淀池之间设置复合式好氧池，该复合式好氧池实现同步好氧吸磷和生物膜硝化，填充立方体海绵填料，填料投配比为反应器有效容积的20％～30％；该复合式好氧池设有气泵、气体流量计和曝气管；缺氧池通过出水管与复合式硝化池相连；复合式硝化池通过出水管与最终沉淀池中心管相连。

利用所述的一种改良的A₂N反硝化除磷及深度脱氮装置处理污水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)启动系统，将碳纤维填料和海绵立方体填料分别加入到生物膜硝化池和复合式好氧池，填充率分别为有效容积的20％～30％，加入具有硝化菌的活性污泥，进行生物膜的培养和驯化，成功挂膜后将硝化污泥排出；将反硝化除磷污泥填加到厌氧池和缺氧池，污泥浓度在3000～4000mg/L；

2)原污水通过污水泵、最终沉淀池底部污泥通过污泥泵和回流管路，分别泵入到厌氧池底端进水口，回流污泥的回流率为进水流量体积的40％～60％，在搅拌装置的作用下，回流污泥中微生物与污水充分混合，回流污泥中的NO^x--N利用污水中有机物进行反硝化，反硝化除磷菌利用污水中有机物进行厌氧放磷，厌氧池的水力停留时间为3h，厌氧池出水混合液与中间沉淀池中心管相连；

3)混合液在中间沉淀池静置进行泥水分离，底部沉淀污泥通过超越污泥管路与缺氧池相连，超越污泥为进水流量体积的30～60％，而上清液通过出水管进入生物膜硝化池；

4)生物膜硝化池填充了碳纤维填料，填充比为20～30％，通过气泵和曝气管进行充氧，通过填料上的生物膜将上清液中的NH₄ ⁺-N氧化成NO_x ^--N，实现氨氮的硝化；

5)生物膜中的出水与缺氧池进水端相连，缺氧池通过搅拌装置，使得生物膜硝化池富含硝态氮和磷酸盐磷的出水与超越污泥充分混合，进行缺氧吸磷，同时NO_x ^--N转化为N₂；

6)缺氧池中出水混合液进入复合式好氧池进水端，复合式好氧池填充立方体海绵填料，填充比20～30％，气泵通过曝气管对复合式好氧池进行曝气充氧，填料上的生物膜用来氧化混合液中剩余氨氮和部分有机物，同时活性污泥中的剩余的磷进行好氧吸磷，通过调整曝气量使得海绵填料在硝化池中保持良好的流化状态和控制硝化池中的溶解氧浓度，实现混合液中氨氮充分硝化和同步硝化反硝化；

7)复合式好氧池出水混合液与最终沉淀池中心管相连，在最终沉淀池中进行泥水分离，沉淀污泥通过污泥回流泵和回流管路回流到厌氧池，上清液从出水管排出，通过底部污泥阀排放剩余污泥。

复合式好氧池是活性污泥和生物膜同时存在的反应器，要求同一池体内实现微生物的相分离，即将硝化菌固着于生物膜上，不参与污泥的循环，而聚磷菌悬浮生长在活性污泥中，并在系统中循环。因此填料的选择是本方法成功过运行的关键，填料的类型和布置方式应满足如下条件：(a)易于生物膜生长的材料：投放的填料必须具有生物易于附着和充分增殖的材料性质，防止生物膜脱落造成生物量减少而影响氨氮硝化；同时也不会造成生物大量堆积，防止反硝化聚磷菌的活性污泥越来越少，而生物膜越来越多地情况；(b)填充比。：控制填料的填充比要适中，太少了硝化菌难以发挥作用，太多了会造成污泥截留。综上，本发明采用悬浮的立方体海面填料作生物膜的载体，立方体填料是10～12mm的立方体，填充比为有效容积的20～30％。通过曝气装置的作用，填料呈悬浮状态，填料之间相互碰撞的过程中，使得生物膜有规律的脱落，有效防止了污泥的截留和提高了氧气的利用率。

本发明装置与现有传统装置相比，具有以下优点：

1)本发明的特点就是将传统A₂N工艺装置中的后曝气池替换为复合式好氧池，利用悬浮海绵填料上生物膜氧化剩余氨氮，有效解决了传统工艺中出水氨氮超标的问题；

2)同时，在复合式好氧池中，活性污泥中剩余磷酸盐磷进行好氧吸磷，DPB体内的PHA得到完全氧化，利于厌氧段的充分放磷；

3)由于缺氧池后能够对氨氮有效去除，就可以根据进水水质，以超越污泥的流量作为控制参数，维持缺氧池的反硝化除磷的中硝态氮和磷酸盐磷比例的平衡，使得反应能充分完全的进行，保证系统的稳定运行；

4)有效缓解最终沉淀池无效释磷。改良后的装置，复合式好氧池出水中有一定量的硝态氮，在沉淀池中形成缺氧环境，有效抑制了磷的无效释放；

5)各种微生物能稳定高效发挥作用。改良的装置中涉及了三套污泥系统，其中生物膜硝化池中的硝化菌附着的生物膜系统，富含反硝化除磷菌的活性污泥系统和复合式好氧池中的硝酸菌附着的流化生物膜系统，这使得各种微生物都能够在各自最适宜的环境生长，能够在稳定的适宜的环境中充分发挥各自的作用；

6)改良的A₂N反硝化除磷及深度脱氮装置，本身继承了传统A₂N的除磷方面的特性，即以硝态氮作电子受体，进行反硝化吸磷，实现“一碳两用”，解决了反硝化和除磷对碳原的竞争问题，适合低C/N比的城市污水的脱氮除磷的深度处理。

附图说明

图1为改良的A₂N反硝化除磷及深度脱氮工艺装置。

图中：1-原水箱，2-厌氧池，3-中间沉淀池，4-生物膜硝化池，5-缺氧池，6-复合式好氧池，7-最终沉淀池，8-出水管，9-剩余污泥排放管，10-立方体海绵填料，11-超越污泥管路，12-回流污泥管路，13-气泵

具体实施方式

改良A₂N反硝化除磷及深度脱氮工艺装置的具体运行步骤为：

1.厌氧释磷。原污水通过污水泵进入厌氧池2，在搅拌器的作用下与最终沉淀池7通过回流污泥管路12回流至厌氧池并且富含聚磷菌的活性污泥充分混合，反硝化除磷菌充分吸收污水中的有机物以PHA的形式贮存在体内，同时放出磷酸盐磷，回流污泥中少量的硝酸盐进行反硝化，污泥浓度保持在3000～4000mg/L，水力停留时间3h；

2.厌氧池2出水混合液进入中间沉淀池3进行泥水分离，其中沉淀污泥通过超越污泥管路11进入缺氧池，上清液从出水管路进入生物膜硝化池4；

3.氨氮硝化。中间沉淀池的上清液中富含原水未经处理的氨氮和厌氧池中释放的磷酸盐磷，通过气泵13曝气作用，生物膜硝化池中的生物膜将氨氮氧化成硝态氮，水力停留时间为6.5h，温度为15～30℃室温，曝气量控制在0.8～1m³/h；

4.反硝化吸磷。生物膜硝化池4出水进入缺氧池5，在搅拌器作用下与超越污泥混合，回流污泥中的反硝化除磷菌，利用生物膜硝化池4出水中的硝态氮作为电子受体，进行缺氧吸磷，同时将硝态氮还原为氮气，完成反硝化吸磷过程，超越污泥回流率为进水流量体积的30～50％，维持缺氧池中污泥浓度为3000～4000mg/L，水力停留时间为5h；

5.剩余氨氮氧化和好氧吸磷。缺氧池5出水混合液进入复合式好氧池6，复合式好氧池是由活性污泥和生物膜两个污泥系统复合而成，一是富含聚磷菌的活性污泥系统，另一个是固着于填料的聚集着硝酸菌的生物膜系统。在曝气的作用下，活性污泥中聚磷菌以氧气作为电子受体，进行好氧吸磷；生物膜系统将超越污泥中夹带的少量氨氮进行氧化，氧化成硝态氮和少量亚硝态氮。水力停留时间为1.2h，曝气量控制在0.2～0.6m³/h，温度为室温；

6.排水和污泥回流。复合式好氧池6中混合液通过最终沉淀池7中心管进入最终沉淀池进行泥水分离，上清液从出水管8排放，沉淀污泥为富含聚磷菌的浓缩的污泥，通过回流管路12回流至厌氧池2，同时从剩余污泥排放管排放剩余污泥。

实施例：

以某大学家属区排放的实际生活污水作为实验对象，pH＝6.5～7.8，COD＝260～350mg/L，NH₄ ⁺-N＝39.6～58.5mg/L，PO₄ ³⁺-P＝4.5～6.3mg/L，该污水是典型的城市污水。每天取样分析一次，试验中采用的分析方法均是国家环保总局发布的标准方法。试验系统如图中所示，由厌氧池2、中间沉淀池3、生物膜硝化池4、缺氧池5、复合式好氧池6和最终沉淀池7组成，均为圆柱形反应器，进水流量为2L/h。传统A₂N工艺最终出水中氨氮平均浓度为9.58mg/L，总氮平均浓度为14.74mg/L，而改良A₂N工艺最终出水，氨氮平均浓度为2.12mg/L，总氮平均浓度为10.30mg/L，出水水质达到中华人民共和国国家标准城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A类标准以上。

Claims

1.一种改良A₂N反硝化除磷及深度脱氮装置处理污水的方法，所述的改良A₂N反硝化除磷及深度脱氮装置，顺次设有厌氧池、中间沉淀池、生物膜硝化池、缺氧池和最终沉淀池，厌氧池通过出水管与中间沉淀池中心管相连；中间沉淀池通过污泥回流泵和中间沉淀池至缺氧池的超越污泥管路与缺氧池相连；中间沉淀池通过出水管与生物膜硝化池首端相连；生物膜硝化池通过出水管与缺氧池相连；最终沉淀池通过污泥回流泵和最终沉淀池至厌氧池的回流污泥管路与厌氧池相连；

在缺氧池和最终沉淀池之间设置复合式好氧池，该复合式好氧池实现同步好氧吸磷和生物膜硝化，填充立方体海绵填料，填料投配比为反应器有效容积的20％～30％；该复合式好氧池设有气泵、气体流量计和曝气管；缺氧池通过出水管与复合式好氧池相连；复合式好氧池通过出水管与最终沉淀池中心管相连；其特征在于，包括如下步骤：

1)启动系统，将碳纤维填料和立方体海绵填料分别加入到生物膜硝化池和复合式好氧池，填充率分别为有效容积的20％～30％，加入具有硝化菌的活性污泥，进行生物膜的培养和驯化，成功挂膜后将硝化污泥排出；将反硝化除磷污泥填加到厌氧池和缺氧池，污泥浓度在3000～4000mg/L；

2)原污水通过污水泵、最终沉淀池底部污泥通过污泥回流泵和回流污泥管路，分别泵入到厌氧池底端进水口，回流污泥的回流率为进水流量体积的40％～60％，在搅拌装置的作用下，回流污泥中微生物与污水充分混合，回流污泥中的NO_x ^--N利用污水中有机物进行反硝化，反硝化除磷菌利用污水中有机物进行厌氧放磷，厌氧池的水力停留时间为3h，厌氧池出水混合液与中间沉淀池中心管相连；

5)生物膜硝化池中的出水与缺氧池进水端相连，缺氧池通过搅拌装置，使得生物膜硝化池富含硝态氮和磷酸盐磷的出水与超越污泥充分混合，进行缺氧吸磷，同时NO_x ^--N转化为N₂；

6)缺氧池中出水混合液进入复合式好氧池进水端，复合式好氧池填充立方体海绵填料，填充比20～30％，气泵通过曝气管对复合式好氧池进行曝气充氧，填料上的生物膜用来氧化混合液中剩余氨氮和部分有机物，同时活性污泥中聚磷菌以氧气作为电子受体，进行好氧吸磷，通过调整曝气量使得立方体海绵填料在复合式好氧池中保持良好的流化状态和控制复合式好氧池中的溶解氧浓度，实现混合液中氨氮充分硝化和同步硝化反硝化；

7)复合式好氧池出水混合液与最终沉淀池中心管相连，在最终沉淀池中进行泥水分离，沉淀污泥通过污泥回流泵和回流污泥管路回流到厌氧池，上清液从出水管排出，通过底部污泥阀排放剩余污泥。