发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了解决污水处理厂厌氧、缺氧和好氧等脱氮除磷工艺的内在矛盾难以同时达到我国最新的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的要求的问题,提供了一种两级生物选择反硝化除磷脱氮污水处理装置及方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是:装置方案:本装置包括水箱、第一泵、反应池、转子流量计、空压机、沉淀池、曝气管、两个曝气头、三个搅拌桨、硝化液回流管、硝化液回流泵、第一放空阀、第三放空阀、第四放空阀和出水管,所述水箱通过出水管与反应池连通,所述出水管上设有第一泵,所述水箱上设有第一放空阀、所述反应池内依次分隔出厌氧生物选择器、缺氧池、第一好氧池和第二好氧池,所述缺氧池内设有一个搅拌桨,所述缺氧池的底部通过硝化液回流管与第二好氧池连通,所述硝化液回流管上设有硝化液回流泵,所述第一好氧池上设有第三放空阀,所述第二好氧池上设有第四放空阀,所述第一好氧池和第二好氧池内分别设有一个曝气头,两个曝气头均与曝气管连通,所述曝气管与空压机连接,所述曝气管上设有转子流量计,所述第二好氧池通过管路与沉淀池连通,所述沉淀池上分别设有沉淀池排泥口和出水口,所述装置还包括污泥回流管、混合物回流泵、污泥回流泵、第二放空阀和混合物回流管,所述厌氧生物选择器由第一厌氧生物选择器和第二厌氧生物选择器构成,所述厌氧生物选择器内依次分隔出第一厌氧生物选择器和第二厌氧生物选择器,所述第一厌氧生物选择器和第二厌氧生物选择器内均设有搅拌桨,所述第一厌氧生物选择器上设有第二放空阀,所述第二厌氧生物选择器通过污泥回流管与沉淀池的底部相连通,所述污泥回流管上设有污泥回流泵,所述第一厌氧生物选择器通过混合物回流管与缺氧池连通,所述混合物回流管上设有混合物回流泵。
方法方案:所述方法由以下步骤完成:步骤一:原水经由水箱泵入第一厌氧选择器,缺氧池中的部分混合液回流至第一厌氧选择器,将原水中硝酸盐氮的浓度降低到0.1mg/L之下并保持第一厌氧生物选择器中溶解氧的浓度小于0.2mg/L,回流混合液回流量为原水量的150-200%,水力停留时间1.8-2.0h;步骤二:经过步骤一处理后的出水直接进入到第二厌氧生物选择器,沉淀池中的部分污泥经底部污泥回流管回流至第二厌氧生物选择器,污泥回流量为原水量的100-150%,水力停留时间0.3-0.4h;步骤三:经过步骤二处理后的出水流向缺氧池,第二好氧池中的部分硝化液回流至缺氧池进行反硝化反应,硝化液回流量为原水量的150-200%,水力停留时间1.8-2.0h,使硝酸盐氮的浓度小于0.1mg/L;步骤四:缺氧池中的混合液分为两部分,一部分回流至第一厌氧选择器,剩余部分直接进入第一好氧池,第一好氧池中进行曝气使溶解氧的浓度达2-3mg/L,水力停留时间为2.4-3.0小时;步骤五:经过步骤四处理后的出水进入装有悬浮生物填料的第二好氧池,继续进行硝化反应和吸收剩余的磷,填料的填加量占第二好氧池容积的30%-50%,第二好氧池中进行曝气使溶解氧的浓度为2-3mg/L,水力停留时间为1.6-2.0小时;步骤六:好氧池中的硝化液分为两部分,一部分回流至缺氧池,剩余部分直接进入沉淀池,上清液作为最终出水直接排放,一部分污泥回流至第二厌氧生物选择器,剩余污泥经污泥管排出。
本发明具有以下有益效果:1.本发明装置中设置了第一厌氧生物选择器3和第二厌氧生物选择器4进行两级生物选择,目的是使第一厌氧选择器3充分利用缺氧池5中的回流混合液中较高的生化需氧量和较少的硝酸盐为聚磷菌释磷提供最优的厌氧环境,第二厌氧选择器4接纳第一厌氧选择器3的出水和沉淀池10的回流污泥,在第二厌氧选择器4中回流污泥中的硝酸盐氮利用第一厌氧选择器3的出水中的剩余碳源迅速反硝化,避免了硝酸盐进入第一厌氧选择器3而影响厌氧释磷,而且还可有效的抑制丝状菌的繁殖,保持较低的污泥指数(SVI)。
2.本发明方法的步骤一中反硝化聚磷菌充分利用碳源合成聚-β-羟丁酸,同时释放大量磷;步骤二中回流污泥中携带的少量硝酸盐氮在此迅速进行反硝化反应;步骤三中进行反硝化和以亚硝酸盐及硝酸盐为电子受体的缺氧吸磷;步骤四中完成硝化反应和好氧吸磷;步骤五中硝化菌呈生物膜附着生长,给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境,增加了反应池中硝化菌生物量、提高了硝化率,也减少了水力停留时间和反应器体积,使硝化反应不再是工艺运行的限制性因素,同时反硝化聚磷菌悬浮生长于反应池中,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,它们都可在各自最佳的环境中生长,这更有利于除磷脱氮系统的稳定和高效,同时可控制性也得到了提高。利用本发明装置和方法很大程度上解决了现有除磷脱氮工艺中同时除磷和脱氮间的矛盾,可确保出水水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准:总磷TP的浓度为≤0.5mg/L,总氮TN的浓度≤15mg/L。
3.由于一般城市污水C/N小于6,即碳源缺乏,成为反硝化和除磷的限制性因素,本发明采用反硝化除磷脱氮的处理污水方法实现“一碳两用”来解决硝化细菌和聚磷菌对基质需求的矛盾,从而减少污水厂外加碳源的药品消耗;同时反硝化聚磷菌污泥产量相对较低,可减少污水厂的污泥处理费用。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式中本装置包括水箱1、第一泵2、反应池、转子流量计8、空压机9、沉淀池10、曝气管11、两个曝气头12、三个搅拌桨13、硝化液回流管14、硝化液回流泵18、第一放空阀19、第三放空阀21、第四放空阀22和出水管26,所述水箱1通过出水管26与反应池连通,所述出水管26上设有第一泵2,所述水箱1上设有第一放空阀19、所述反应池内依次分隔出厌氧生物选择器、缺氧池5、第一好氧池6和第二好氧池7,所述缺氧池5内设有一个搅拌桨13,所述缺氧池5的底部通过硝化液回流管14与第二好氧池7连通,所述硝化液回流管14上设有硝化液回流泵18,所述第一好氧池6上设有第三放空阀21,所述第二好氧池7上设有第四放空阀22,所述第一好氧池6和第二好氧池7内分别设有一个曝气头12,两个曝气头12均与曝气管11连通,所述曝气管11与空压机9连接,所述曝气管11上设有转子流量计8,所述第二好氧池7通过管路与沉淀池10连通,所述沉淀池10上分别设有沉淀池排泥口23和出水口24,所述装置还包括污泥回流管15、混合物回流泵16、污泥回流泵17、第二放空阀20和混合物回流管25,所述厌氧生物选择器由第一厌氧生物选择器3和第二厌氧生物选择器4构成,所述厌氧生物选择器内依次分隔出第一厌氧生物选择器3和第二厌氧生物选择器4,所述第一厌氧生物选择器3和第二厌氧生物选择器4内均设有搅拌桨13,所述第一厌氧生物选择器3上设有第二放空阀20,所述第二厌氧生物选择器4通过污泥回流管15与沉淀池10的底部相连通,所述污泥回流管15上设有污泥回流泵17,所述第一厌氧生物选择器3通过混合物回流管25与缺氧池5连通,所述混合物回流管25上设有混合物回流泵16。
具体实施方式二:本实施方式的搅拌桨13的叶片所在平面的中心线与垂直面之间的角度为50°-70°,此结构可在第一厌氧选择器3、第二厌氧生物选择器4和缺氧池5中达到较好的混合效果。其它组成与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式中二级生物选择污水的处理方法由以下步骤完成:步骤一:原水经由水箱1泵入第一厌氧选择器3,缺氧池5中的部分混合液回流至第一厌氧选择器3,将原水中硝酸盐氮的浓度降低到0.1mg/L之下并保持第一厌氧生物选择器3中溶解氧的浓度小于0.2mg/L,回流混合液回流量为原水量的150-200%,水力停留时间1.8-2.0h;
原水经由水箱1泵入第一厌氧选择器3与来自缺氧池5顶部的回流混合液经搅拌充分混合,原水中可生物降解的大分子有机物在兼性厌氧发酵细菌作用下转化为挥发性脂肪酸,聚磷菌在厌氧条件下过量释放原水中的磷,产生的能量一部分用于细胞生存,另一部分用于自身主动吸收环境中的挥发酸类低分子有机物,并以聚-β-羟丁酸形式在除磷菌体中贮存起来,同时释放出大量的磷;
步骤二:经过步骤一处理后的出水直接进入到第二厌氧生物选择器4,沉淀池10中的部分污泥经底部污泥回流管15回流至第二厌氧生物选择器4,污泥回流量为原水量的100-150%,水力停留时间0.3-0.4h;
第一厌氧生物选择器3的出水直接进入第二厌氧生物选择器4后与沉淀池10的部分回流污泥搅拌混合,传统反硝化菌以污水中有机污染物为碳源发生厌氧反硝化反应,将回流污泥中携带的硝酸盐氮转化为氮气,以避免前置反硝化脱氮模式污泥回流中硝酸盐进入厌氧区对聚磷菌厌氧释磷的影响,同时还可以有效的抑制丝状菌的繁殖,反硝化聚磷菌在此以其体内贮存的聚-β-羟丁酸为碳源,把硝酸盐氮转化为氮气;
步骤三:经过步骤二处理后的出水流向缺氧池5,第二好氧池7中的部分硝化液回流至缺氧池5进行反硝化反应,硝化液回流量为原水量的150-200%,水力停留时间1.8-2.0h,使硝酸盐氮的浓度小于0.1mg/L;
第二厌氧生物选择器4的出水流向缺氧池5和第二好氧池7部分回流的硝化液在搅拌下聚磷菌在缺氧条件下利用硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧吸磷反应,同时利用反硝化细菌进行传统的反硝化脱氮反应,降低有机物和氮磷;
步骤四:缺氧池5中的混合液分为两部分,一部分回流至第一厌氧选择器3,剩余部分直接进入第一好氧池6,第一好氧池6中进行曝气使溶解氧的浓度达2-3mg/L,水力停留时间为2.4-3.0小时;其中曝气通过空压机9通过曝气管11和曝气头12完成;
缺氧池5中利用硝化细菌进行硝化反应和利用聚磷菌吸收环境中的溶解磷并以聚磷的形式贮存起来,在此混合液回流至第一厌氧生物选择器3,为第一厌氧生物选择器3提供较高的生化需氧量强化厌氧释磷;
步骤五:经过步骤四处理后的出水进入装有悬浮生物填料的第二好氧池7,继续进行硝化反应和吸收剩余的磷,填料的填加量占第二好氧池7容积的30%-50%,第二好氧池7中进行曝气使溶解氧的浓度为2-3mg/L,水力停留时间为1.6-2.0小时;其中曝气通过空压机9通过曝气管11和曝气头12完成;
第一好氧池6出水进入第二好氧池7后继续进行硝化反应和吸收剩余的磷,在此硝化液回流至厌氧池进行反硝化;此外通过投加生物填料提供硝化细菌稳定的生长环境,同时也可缓解聚磷菌和硝化细菌世代时间不同的矛盾;
步骤六:好氧池7中的硝化液分为两部分,一部分回流至缺氧池5,剩余部分直接进入沉淀池10,上清液作为最终出水直接排放,一部分污泥回流至第二厌氧生物选择器4,剩余污泥经污泥管排出;
本发明采用在营养物质相对较少的好氧末段通过投加生物填料以提供硝化细菌稳定的生长环境,以解决聚磷菌和硝化细菌世代时间不同的矛盾,从而提高磷的去除率。
经本实施方式方法处理的污水,总磷TP的浓度为≤0.5mg/L,总氮TN的浓度≤15mg/L,《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中第一厌氧生物选择器3中溶解氧的浓度为0.1mg/L,提供最优的厌氧环境。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中原水中硝酸盐氮的浓度为0.08mg/L,提供最优的厌氧环境。其它与具体实施方式三相同
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中水力停留时间1.9h,原水与来自缺氧池5顶部的回流混合液充分混合。其它与具体实施方式三相同
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式三或四不同的是步骤一中回流混合液的回流量为原水量的155-195%,更好地利用硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧吸磷反应。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式三或四不同的是步骤一中回流混合液的回流量为原水量的180%,更好地利用硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧吸磷反应。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中污泥回流量为原水量的110-140%,使第一厌氧选择器3充分利用缺氧池5中的回流混合液中较高的生化需氧量和较少的硝酸盐为聚磷菌释磷提供最优的厌氧环境。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中污泥回流量为原水量的100-150%,使第一厌氧选择器3充分利用缺氧池5中的回流混合液中较高的生化需氧量和较少的硝酸盐为聚磷菌释磷提供最优的厌氧环境。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中污泥回流量为原水量的120%,使第一厌氧选择器3充分利用缺氧池5中的回流混合液中较高的生化需氧量和较少的硝酸盐为聚磷菌释磷提供最优的厌氧环境。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十二:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中水力停留时间0.35h,有利于传统反硝化菌以污水中有机污染物为碳源发生厌氧反硝化反应。其它与具体实施方式八相同。
具体实施方式十三:本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中回流混合液中硝酸盐氮的浓度为0.5mg/L,更好地利用硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧吸磷反应。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十四:本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中水力停留时间1.90h,进行传统的反硝化脱氮反应降低有机物和氮磷。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十五:本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中硝化液回流量为原水量的155-195%,硝化液回流至厌氧池进行更好的反硝化反应。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十六:本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中硝化液回流量为原水量的170%,硝化液回流至厌氧池进行更好的反硝化反应。其它与具体实施方式十相同。
具体实施方式十七:本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤四中第一好氧池6中溶解氧的浓度为2.5mg/L。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十八:本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤四中混合液回流量为原水量的155-195%,更好地为第一厌氧生物选择器3提供较高的生化需氧量强化厌氧释磷。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十九:本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤四中混合液回流量为原水量的180%,更好地为第一厌氧生物选择器3提供较高的生化需氧量强化厌氧释磷。其它与具体实施方式九相同。
具体实施方式二十:本实施方式与具体实施方式十五不同的是步骤四中水力停留时间为2.8小时,更好地利用硝化细菌进行硝化反应和利用聚磷菌吸收环境中的溶解磷并以聚磷的形式贮存起来。其它与具体实施方式九相同。
具体实施方式二十一:本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤五中填料的填加量占第二好氧池7容积的35-45%,投加生物填料提供硝化细菌稳定的生长环境。其它与具体实施方式十六相同。
具体实施方式二十二:本实施方式与具体实施方式十六不同的是步骤五中填料的填加量占第二好氧池7容积的40%。投加生物填料提供硝化细菌稳定的生长环境。其它与具体实施方式十六相同。
具体实施方式二十三:本实施方式与具体实施方式二十一不同的是步骤五中第二好氧池7中溶解氧的浓度为2.1-2.9mg/L。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十四:本实施方式与具体实施方式二十一不同的是步骤五中第二好氧池7中溶解氧的浓度为2.5mg/L。其它与具体实施方式二十一相同。
具体实施方式二十五:本实施方式与具体实施方式二十一不同的是步骤五中水力停留时间为1.8小时,更好地进行硝化反应并吸收剩余的磷。其它与具体实施方式二十一相同。