CN101823815A - 碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺 - Google Patents
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Abstract
碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺，涉及到一种强化污(废)水脱氮的处理工艺。碳源预分离强化脱氮新工艺包括混凝沉淀池、自养微生物反应器、异养微生物反硝化反应器、厌氧发酵反应器和气体收集处理系统。混凝沉淀池用于沉淀分离进水中的部分碳源(颗粒状、胶体状和部分溶解性碳源)，分离之后的低碳源污水进入自养微生物占优势的自养微生物反应器中实现高速硝化反应，其出水进入异养反硝化细菌占优势的缺氧反应器，通过预分离的部分碳源补充到反硝化段进行反硝化，从而实现污水中总氮的高效去除。本发明通过碳源的预分离，提升硝化效率，同时通过碳源的补充实现精确反硝化，提升了脱氮效果，同时实现了污水中碳源的高效利用。
Description
技术领域
本发明属于水和废水处理技术领域，具体涉及一种强化污(废)水脱氮的处理工艺技术。
背景技术
随着我国环保形势的日益严峻，国内各大流域都出现了大量的环境问题，国家出台了更加严格的环保法律法规，要求城市污水处理厂进行升级改造，出水指标控制更加苛刻。在此条件下，目前国内的城市污水处理厂普遍存在出水氨氮、总氮不达标的问题。可见，在环境污染和能源短缺问题日益突出的今天，一种能高效地实现污(废)水中氮的去除，且能回收利用其中的能源物质，减少二氧化碳排放量的污水处理工艺将具有很强的吸引力和竞争力。
污水生物脱氮处理过程中氮的转化主要包括氨化、硝化和反硝化作用，其中氨化作用可在好氧或厌氧条件下进行，硝化作用是在好氧条件下进行，反硝化作用是在缺氧条件下进行。生物脱氮主要是含氮化合物经过氨化、硝化、反硝化后，最终以氮气的形式逸出系统。同时，微生物的同化作用也可以消耗掉污水中的部分氮源。
传统的污水处理工艺，以A2/O工艺为例，污水进入处理系统后依次经过厌氧段、缺氧段和好氧段，而脱氮作用主要是在缺氧段和好氧段完成，在好氧段完成含氮化合物的硝化作用，之后好氧段富含硝态氮和亚硝态氮的污水回流至缺氧段完成反硝化作用。在污水中碳源不足的情况下，污水处理工艺的反硝化往往受到抑制，影响了脱氮效果。针对污水处理工艺脱氮效率不足的问题，现有研究和文献主要从以下两个方面提升污水强化脱氮效果：(1)通过工艺改进提升脱氮效果，如黄霞(强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺及装置发明专利公开号CN 101279794)，通过厌氧池、第一缺氧/好氧可调池、好氧池、第二缺氧/好氧可调池、缺氧池和膜池相结合的污水处理系统实现了高效脱氮；马军(一种城市污水强化脱氮除磷的方法发明专利公开号101575159)通过对传统的A2/O工艺的改善实现了高效脱氮；尤朝阳(一种强化脱氮除磷的人工湿地系统发明专利公开号CN 101575156)，应用改善的人工湿地系统实现了低能耗条件下的高效脱氮；杨宏(利用源水直接分流补碳强化脱氮装置发明专利公开号CN 201224700)，将源水分流装置和以生物滤池为主体的生物降解工艺相结合，实现了高效脱氮；张志斌(一种低碳源城市污水强化脱氮除磷工艺及装置发明专利公开号CN 101264998)，通过生物-化学组合污水处理工艺也可较好地实现脱氮的目标；(2)投加外来碳源，如汪诚文(一种污泥脱水液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法发明专利公开号CN 101575139；一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法发明专利公开号CN101575140)，均在投加系统外来碳源的条件下也取得了比较好的处理效果。
发明内容
碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺，主要通过碳源的预分离，充分发挥自养微生物的代谢特性，提升硝化效率，同时通过对反硝化段碳源的补充实现精确反硝化，提升了脱氮效果，同时也实现了污水中碳源的高效利用。
碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺包括混凝沉淀池、自养微生物反应器(好氧条件)、异养微生物反硝化反应器(缺氧条件)、厌氧发酵反应器和气体收集处理系统。污水首先进入混凝沉淀池，在此通过混凝沉淀作用分离去除进水中的部分碳源(颗粒状、胶体状和部分溶解性碳源)，沉淀后的出水为低碳源污水进入自养微生物占优势的好氧反应器中，沉淀池分离的碳源部分进入厌氧发酵反应器进行发酵；污水在自养微生物反应器(好氧条件)内主要完成高效硝化作用，其出水进入异养反硝化细菌占优势的缺氧反应器；富含硝态氮和亚硝态氮的污水进入异养微生物反硝化反应器(缺氧条件)，通过预分离的部分碳源补充到反硝化段进行反硝化。预分离的碳源(未投加到反硝化段部分)进入厌氧发酵反应器，完成污染物的降解和能源的回收利用。
本发明通过分离污水中的碳源，在硝化段可以充分利用自养(亚)硝化菌的活性提升硝化效果，有效地控制了异养菌的竞争及异氧微生物对碳源的降解，降低了微生物的增殖速度、减少了能量消耗和分解产生的二氧化碳排放；在反硝化段通过有效补充微生物所需碳源，可以实现高效率的反硝化；预分离的部分碳源可进行厌氧发酵回收能源，从而实现了碳源的高效利用、脱氮效果的强化提升和能源的回收利用。
本发明工艺也适宜于低碳源污水的强化脱氮处理，通过本工艺实施的碳源预分离，节省了传统工艺中在好氧硝化段氧化分解的碳源，在自养条件下实现高效硝化，同时通过碳源补充到后续反硝化段提升反硝化脱氮效果。本工艺最大程度挖潜碳源的利用效率，通过碳源的合理调配，在无需外加碳源的情况下强化脱氮效果。
另外，本发明工艺设计了厌氧发酵反应器和相应的气体收集系统，通过对厌氧反应生成气体的收集和纯化分离，能充分利用有机物降解产生的甲烷等气体，实现资源的再利用。
本发明工艺具有有益效果：
(1)通过混凝沉淀池实现污水中碳源的预分离，其出水为低碳源水，减轻了异氧微生物对自养微生物的竞争抑制，充分发挥自养型微生物功效进行高效硝化，处理效果好，运行稳定；
(2)自养微生物处理系统和异养微生物处理系统分开单独运行，能最大限度地发挥各自菌种的优势，使其分别高效地完成硝化作用和反硝化作用；
(3)减少了碳源在好氧硝化段的氧化分解量，降低了二氧化碳的排放，同时减少了好氧段的曝气能耗和微生物产量；
(4)可以通过碳源的精准调配实现反硝化脱氮；
(5)解决了传统工艺脱氮所需大量污泥混合液回流问题；
(6)自养微生物反应器和异养微生物反应器均可采用多种污水处理方法，如自养微生物反应器可以采用生物膜法、膜-生物反应器等，异养微生物反应器可以采用普通缺氧池与二沉池的组合，也可采用膜-生物反应器等，其工艺组合灵活多变，从而可以因地制宜地选用最优的处理工艺；
(7)厌氧发酵反应器可同时接纳混凝沉淀池的沉淀污泥和其他处理构筑物的剩余污泥，最大限度地减少系统中物质的外排，且充分发挥厌氧的优势实现资源的再利用。
附图说明
附图是本发明实施例示意图，其中：
图1本发明碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺示意图；
图2本发明碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺工作原理图；
图3实施例1脱氮效果图；
图4实施例2脱氮效果图；
图5实施例3脱氮效果图；
图中：高效混凝沉淀池1；自养微生物硝化反应器2；曝气系统3；异养微生物反硝化反应器4；膜-生物反应器中的膜组件5；厌氧发酵反应器6；气体收集处理系统7；二沉池8。
具体实施方式
[实施例1]
自养微生物反应器采用曝气生物滤池，硝化容积负荷(以NH3-N计)为0.3～0.8kgNH3-N/(m3d)，异养微生物反硝化反应器采用普通缺氧池，水力停留时间为1～2h，处理某城市生活污水。进水COD浓度为300.4±68.8mg/L，TN浓度为51.3±13.4mg/L，NH3-N浓度为31.0±6.5mg/L，出水COD浓度为32.4±8.7mg/L，TN浓度为9.5±2.3mg/L，NH3-N浓度为2.3±1.4mg/L，该新工艺对COD、TN、NH3-N的平均去除率依次为89.2％、81.5％、92.7％。处理效果如附图3所示。
[实施例2]
自养微生物反应器采用平板膜-生物反应器，水力停留时间为3～6h，异养微生物反硝化反应器采用普通缺氧池，水力停留时间为2～4h，处理某城市生活污水。进水COD浓度为368.0±72.3mg/L，TN浓度为50.3±12.3mg/L，NH3-N浓度为30±8.7mg/L，出水COD浓度为21.9±29.6mg/L，TN浓度为10.3±2.4mg/L，NH3-N浓度为2.0±0.9mg/L，该新工艺对COD、TN、NH3-N的平均去除率依次为91.8％、79.5％、93.3％。处理效果如附图4所示。
[实施例3]
自养微生物反应器采用曝气生物滤池，硝化容积负荷(以NH3-N计)为0.3～0.8kgNH3-N/(m3d)，异养微生物反硝化反应器采用平板膜-生物反应器，水力停留时间为2～4h，处理某城市低碳源生活污水。进水COD浓度为178.0±92.4mg/L，TN浓度为57.3±13.1mg/L，NH3-N浓度为35.0±8.9mg/L，出水COD浓度为23.9±27.3mg/L，TN浓度为10.4±2.3mg/L，NH3-N浓度为2.5±1.0mg/L，该新工艺对COD、TN、NH3-N的平均去除率依次为93.7％、81.8％、92.8％。处理效果如附图5所示。
Claims (5)
1.碳源预分离强化污水脱氮处理新工艺，其特征在于：由混凝沉淀池、自养微生物反应器、异养微生物反硝化反应器、厌氧发酵反应器和气体收集处理系统组成；自养微生物反应器可以因地制宜地采用多种污水处理方法，主要包括：活性污泥法、生物膜法、膜-生物反应器等；异养微生物反硝化反应器可以采用膜-生物反应器、缺氧池+二沉池组合等方法；碳源预分离可以为反硝化段预留部分碳源，高效地完成反硝化作用，实现高效脱氮，并通过剩余碳源的厌氧发酵使污水中部分有机物的资源化。
2.根据权利要求1所述的碳源预分离强化脱氮新工艺，其特征在于：碳源预分离技术分离出污水中的部分碳源，一部分可用于补充反硝化段微生物的营养需求，剩余的碳源进入厌氧发酵反应器进行发酵产甲烷；或发酵液可用于补充反硝化段所需碳源。
3.根据权利要求1所述的碳源预分离强化脱氮新工艺，其特征在于：所述的自养微生物反应器可以根据条件的不同而采取活性污泥法、生物膜法以及膜-生物反应器(例如：平板膜-生物反应器、中空纤维膜-生物反应器)的形式。
4.根据权利要求1所述的碳源预分离强化脱氮新工艺，其特征在于：所述异养微生物反硝化反应器可以采用膜-生物反应器来完成污水中硝酸盐及亚硝酸盐的反硝化过程和污泥混合液的固液分离，也可以采用普通的缺氧池+二沉池组合等方法来完成反硝化作用和固液分离作用。
5.根据权利要求1所述的碳源预分离强化脱氮新工艺，其特征在于：所述的厌氧发酵反应器在无能源回收的要求下可以成为酸化反应器等，使预分离碳源形成更易微生物利用的优质碳源。
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