CN101817621A - 一种基于半反硝化的污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种基于半反硝化的污水处理工艺，属于污水处理领域。本发明所提供的处理工艺包括预处理单元、生物除磷单元、硝化单元、厌氧氨氧化单元，污水进入预处理单元(1)，然后进入生物除磷单元(2)，生物除磷单元(2)的一部分出水进入硝化单元(3)，再经过半反硝化单元(4)，之后与生物除磷单元(2)的另一部分出水一起进入厌氧氨氧化单元(5)，完成生物脱氮。在污水进入生物除磷单元(2)前，依据水质情况，可以省略预处理单元(1)。本发明将生物脱氮和除磷分开，避免了二者的相互干扰。将反硝化和厌氧氨氧化组合在一起，节约了部分碳源。利用反硝化途径为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐，增加了工艺的稳定性。

Description

一种基于半反硝化的污水处理工艺

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种用于脱氮除磷的污水处理工艺。

背景技术

随着我国经济的高速发展，污水的排放量逐年增加，随之带来大量的水体污染问题。在诸多水污染问题中，水体富营养化较为突出，是当前水体污染治理的重点。水体富营养化源于过多的氮、磷排放到水体中，因此污水中氮、磷的去除是当前污水处理的重点任务。

生物法是用于去除污水中氮、磷的最常用和经济有效的方法。早期工艺均把氮、磷的去除分开进行，但这样的工艺具有流程长、构筑物多、需要外加碳源和操作管理复杂的缺点。为此生物脱氮除磷工艺逐步发展为以A²/O工艺为代表的同步脱氮除磷工艺。但由于脱氮和除磷细菌的要求的生境不同和碳源不足的限制，因此A²/O工艺较难实现氮、磷的同步高效去除。反硝化除磷菌的发现和各种A²/O工艺的改良工艺虽然进一步提高了同步脱氮除磷的效率，但尚未很好地解决生物脱氮除磷的矛盾和碳源不足问题。

厌氧氨氧化技术的出现为解决碳源不足问题提供了思路。厌氧氨氧化技术利用自养的厌氧氨氧化细菌，以亚硝酸盐作为电子受体直接把氨氮氧化成氮气。这不仅简化了脱氮途径、而且节约了碳源。但是，厌氧氨氧化反应需要亚硝酸盐作为反应基质。因此如何获得稳定数量的亚硝酸盐成为应用厌氧氨氧化技术的前提和关键。

SHARON工艺是当前实用的厌氧氨氧化工艺。它采用了短程硝化的途径为厌氧氨氧化细菌提供亚硝酸盐。SHARON工艺通过控制温度实现了短程硝化。但到目前为止，通过溶解氧、pH值和游离氨等其他控制方式来实现短程尚存在诸多困难。

综上，有必要寻求新的污水脱氮除磷工艺，以解决除磷菌和脱氮细菌的生境矛盾和生物脱氮除磷的碳源不足问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的污水脱氮除磷工艺。该工艺用于污水处理，能有效去除污水中的氮、磷及悬浮物和有机物等。

本发明的技术方案是：一种基于半反硝化的污水处理工艺，包括预处理单元、生物除磷单元、硝化单元、厌氧氨氧化单元，其具体过程为污水进入预处理单元，然后进入生物除磷单元，生物除磷单元的一部分出水进入硝化单元，再经过半反硝化单元，之后与生物除磷单元的另一部分出水一起进入厌氧氨氧化单元，完成生物脱氮。

本发明中的预处理单元包括格栅、沉砂、初沉，或这些处理过程的组合。如何设置预处理设施取决于待处理污水的水质。如污水中无大块漂浮物，可省略预处理单元中的格栅；如污水中不含沙砾，可省略预处理单元中的沉砂；如污水中无悬浮物，则可省略预处理单元中的初沉。

本发明中的生物除磷单元的作用是利用聚磷菌去除污水中的磷，同时完成有机氮向氨氮的转化、有机物的去除和大部分悬浮物的去除。生物除磷单元可采用传统的厌氧-好氧(A/O)活性污泥法除磷工艺，其设计参数依据原水水质而定。生物除磷单元即可采用连续流反应器(设置曝气池和沉淀池及污泥回流装置)，也可采用SBR等序批式反应器(只设置一个池子)。生物除磷单元的出水分流，一部分进入硝化单元，另一部分进入厌氧氨氧化单元。二者流量比例的选取应保证厌氧氨氧化单元的进水亚硝酸盐氮和进水氨氮质量比为1.2～1.4∶1。

本发明中的硝化单元的作用是利用自养的硝化菌将污水中的氨氮氧化为硝酸盐氮，同时进一步去除生物除磷单元出水中剩余的悬浮物。硝化单元按照一般的硝化反应器设计即可，其设计参数应依据原水水质而定。硝化单元可采用连续流或序批式的活性污泥反应器，也可采用生物膜反应器(曝气生物滤池、淹没式生物滤池、滴滤池等)。推荐采用曝气生物滤池。

本发明中的半反硝化单元的作用是将硝化单元出水中的硝酸盐氮通过生物反硝化还原成亚硝酸盐，为后续的厌氧氨氧化单元提供电子受体。实现半反硝化的关键是控制甲醇投加量。在碳源不足的限制下，除少部分硝酸盐被还原成氮气外，其余硝酸盐仅被还原成亚硝酸盐。应通过实验确定半反硝化单元进水COD/NO₃ ^-的质量比，以获得最大的亚硝酸盐积累。半反硝化单元可采用连续流或序批式的活性污泥反应器，也可采用生物膜反应器(生物滤池和淹没式生物滤池等)。推荐采用带有过滤功能的淹没式生物滤池。

本发明中的厌氧氨氧化单元的作用是利用厌氧氨氧化细菌完成脱氮反应。厌氧氨氧化单元的进水来自生物除磷单元出水和半反硝化单元出水。其中，生物除磷单元出水为厌氧氨氧化反应提供氨氮，半反硝化单元出水为厌氧氨氧化反应提供亚硝酸盐。厌氧氨氧化反应单元推荐采用带有过滤功能的淹没式生物滤池，以便在脱氮的同时，进一步去除水中悬浮物，降低出水浊度。

由于上述各单元既可采用连续流运行模式，也可采用序批式运行模式，因此必要时应在单元之间设置流量调节池。

本发明的特点和优点是：

(1)将生物除磷和生物脱氮分开，彻底解决了生物除磷和生物脱氮之间的生物学矛盾。

(2)利用反硝化和厌氧氨氧化反应脱氮，其中厌氧氨氧化完成大部分的脱氮任务。这样节省了碳源，解决了碳源不足的问题。同时也节约了曝气量。

(3)利用半反硝化为厌氧氨氧化反应提供亚硝酸盐。与利用短程硝化为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐的工艺相比，虽然本发明脱氮流程长，需要外加部分碳源，但工艺操作的简单性和稳定性显著提高。

(4)与传统的硝化反硝化脱氮工艺相比，本发明采用的脱氮方式可节约碳源和能源。

(5)污水经过多个处理单元，悬浮物、有机物和氮、磷等得到深度去除。出水无需再进行过滤处理，水质优于传统的A²/O等工艺。

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是本发明的一种实用化的工艺组合方式示意图；

图3是本发明另一种实用化的工艺组合方式示意图。

图中，1-预处理单元，2-生物除磷单元，3-硝化单元，4-半反硝化单元，5-厌氧氨氧化单元，21-曝气池，22-沉淀池，23-曝气生物滤池，24-缺氧滤池，25-厌氧氨氧化滤池，31-格栅和沉砂池，32-SBR生物除磷反应器，33-SBR硝化反应器，34-SBR半反硝化反应器，35-混合调节池，36-厌氧氨氧化反应器。

具体实施方式

图2是应用本发明的一个具体实施例，可用于生活小区污水的处理。

某小区排放的生活污水经过化粪池后进入图2所示的本发明系统。由于该小区建有化粪池，因此可以省略预处理单元1。化粪池出水Q经过曝气池21和沉淀池22。曝气池21和沉淀池22是生物除磷单元2的一种具体形式。曝气池21分为厌氧段和好氧段两部分。两段的水力停留时间分别控制在1～2h和2～4h。曝气池污泥浓度(MLSS)为3g/L左右。污泥负荷0.5kgBOD₅/kgMLSS·d左右，泥龄4～6天。沉淀池22的污泥回流到曝气池21前端，污泥回流比50％左右，剩余污泥则排放。曝气池21和沉淀池22的主要作用是创造交替的厌氧、好氧条件，利用聚磷菌去除水中的磷，将有机氮转变为氨氮，同时完成有机物和悬浮物的去除。

沉淀池22的一部分出水Q₁进入曝气生物滤池23，其余出水Q₂则进入厌氧氨氧化滤池25。曝气生物滤池23是硝化单元3的一种具体形式。厌氧氨氧化滤池25则是厌氧氨氧化单元5的一种具体形式。曝气生物滤池23采用粒径2～3mm、高度2000mm的陶粒做填料，池内溶解氧保持在3mg/L以上。曝气生物滤池23的主要作用是利用填料上的硝化细菌完成水中氨氮向硝酸盐氮的转化，同时进一步去除水中剩余的有机物和悬浮物。曝气生物滤池硝化容积负荷为0.3～0.5kg NH₃-N/(m³·d)。曝气生物滤池为上向流运行，采用气水反冲洗。

曝气生物滤池23出水进入缺氧滤池24。缺氧滤池24是半反硝化单元4的一种具体形式。缺氧滤池24采用粒径为1～2mm、高度为2000mm的石英砂做填料。缺氧滤池的水力停留时间控制在1.5～2h。缺氧滤池下向流运行，不曝气，反冲洗时采用气水反冲的方式。在缺氧滤池24的进水中，投加甲醇为反硝化细菌提供碳源。缺氧滤池24的进水COD/NO₃ ^-(质量比)控制在1.0～2.0之间。缺氧滤池24的主要作用是通过不完全的反硝化将硝酸盐转变成亚硝酸盐。同时缺氧滤池24还可进一步去除污水中的悬浮物，降低水的浊度。

缺氧滤池24出水和沉淀池22出水一起进入厌氧氨氧化滤池25。厌氧氨氧化滤池25采用粒径为0.5～1mm、高度为1500mm的陶粒做填料，下向流运行。在厌氧氨氧化滤池25内，来自缺氧滤池24出水(Q₁)的亚硝酸盐和来自沉淀池22出水(Q₂)的氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下，转变为氮气逸出到大气中，从而完成了生物脱氮过程。厌氧氨氧化滤池25还进一步截留污水中剩余的悬浮物等，使出水浊度进一步降低。厌氧氨氧化滤池25的水力停留时间为1.0～2h。

以R代表缺氧滤池24内硝酸盐还原成亚硝酸盐的转化率，则Q₁和Q₂与系统总进水量Q的关系分别为：

$Q_2=\frac{R}{C+R}Q$ $Q_1=\frac{C}{C+R}Q$

式中，C为控制沉淀池22出水分流的流量比例，以保证厌氧氨氧化滤池25的进水亚硝酸盐氮和进水氨氮质量比常数，在本实施例中，取C＝1.32。此外，C还可以取1.2或1.4。

图3是应用本发明的另一个具体实施例，可用于低碳氮比城镇污水的处理。

某城镇污水流量为F，首先经过格栅和沉砂池31进行预处理，然后进入SBR生物除磷反应器32。格栅和沉砂池31是预处理单元1的一种具体形式，SBR生物除磷反应器32则是生物除磷单元2的一种具体形式。SBR生物除磷反应器32的作用是利用生物法将污水中的磷和有机物去除，同时将有机氮转变为氨氮，但不具有硝化功能。SBR生物除磷反应器的主要运行参数为：进水0.5h，厌氧1h，好氧2h，沉淀1.5h，排水1h，闲置时间依据整个工艺流量而定。污泥浓度(MLSS)2.5g/L。

SBR生物除磷反应器32一部分出水F₁进入SBR硝化反应器33。SBR硝化反应器33是硝化单元3的一种具体形式。SBR硝化反应器33的主要作用是将污水中的氨氮氧化成硝酸盐氮。SBR硝化反应器主要运行参数为：进水0.5h，曝气6h，沉淀1.5h，闲置时间依据整个工艺流量而定。污泥浓度(MLSS)2.0g/L。

SBR硝化反应器33出水F₁进入SBR半反硝化反应器34。SBR半反硝化反应器34是半反硝化单元4的一种具体形式。SBR半反硝化反应器34的作用是通过外加甲醇并限制甲醇的投加量，将硝酸盐还原成亚硝酸盐。SBR半反硝化反应器34的主要运行参数为：按照COD/NO₃ ^-(质量比)为1.0～2.0投加甲醇，然后缺氧搅拌4h，沉淀1.5h，排水0.5h，曝气0.5h，闲置时间依据整个工艺流量而定。污泥浓度(MLSS)2.0g/L。

SBR半反硝化反应器34出水F₁进入混合调节池35。SBR生物除磷反应器32的另一部分出水F₂也进入混合调节池35。混合调节池35的主要作用是调节前后处理单元的水量，使之匹配，同时将来自F₁的亚硝酸盐和来自F₂的氨氮混合。

混合调节池35出水F进入厌氧氨氧化反应器36。厌氧氨氧化反应器36是厌氧氨氧化单元5的一种具体形式。在厌氧氨氧化反应器36内，水中的亚硝酸盐和氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下转变为氮气，从而完成污水中氮的去除。厌氧氨氧化反应器36以无纺布为填料，连续运行，总氮负荷为0.2kgN/m³.d。

在稳定运行期，进水水质为COD 350mg/L、氨氮60mg/L、总氮70mg/L、总磷4.2mg/L、SS 320mg/L，此时甲醇投加量为80mg/L，半反硝化率达到50％，F₁/F₂＝2.7。出水COD 40mg/L、总氮8mg/L、总磷0.4mg/L、SS 10mg/L。

Claims (8)

1.一种基于半反硝化的污水处理工艺，包括预处理单元、生物除磷单元、硝化单元、厌氧氨氧化单元，其特征在于污水进入预处理单元(1)，然后进入生物除磷单元(2)，生物除磷单元(2)的一部分出水进入硝化单元(3)，再经过半反硝化单元(4)，之后与生物除磷单元(2)的另一部分出水一起进入厌氧氨氧化单元(5)，完成生物脱氮。

2.根据权利要求1所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征所述的预处理单元(1)包括格栅、沉砂、初沉，或这些处理过程的组合。

3.根据权利要求2所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征在于在污水进入生物除磷单元(2)前，如污水中无大块漂浮物，可省略预处理单元(1)中的格栅；如污水中不含沙砾，可省略预处理单元(1)中的沉砂；如污水中无悬浮物，则可省略预处理单元(1)中的初沉。

4.根据权利要求1所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征在于生物除磷单元(2)出水分流的流量比例的选取应保证厌氧氨氧化单元(5)的进水亚硝酸盐氮和进水氨氮质量比为(1.2～1.4)∶1。

5.根据权利要求1所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征在于所述的生物除磷单元(2)既可采用连续流反应器，也可采用序批式反应器。

6.根据权利要求1所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征在于所述的硝化单元(3)可采用连续流或序批式的活性污泥反应器，也可采用生物膜反应器。

7.根据权利要求1所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征在于在半反硝化单元(4)中加入适量甲醇，使大部分硝酸盐仅被还原成亚硝酸盐，为后续的厌氧氨氧化单元(5)提供电子受体。

8.根据权利要求1所述的基于半反硝化的污水处理工艺，其特征在于所述的半反硝化单元(4)可采用连续流或序批式的活性污泥反应器，也可采用生物膜反应器。

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