CN101898831B - 高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置，设有厌氧池、2个缺氧池、2个好氧池和二沉池、内、外回流泵和管路、溶解氧控制装置和进水碳源分配装置；内、外回流容积式泵；溶解氧控制装置设有溶解氧控制器B和溶解氧浓度计；进水碳源控制装置设有硝酸盐氮浓度控制器A和硝酸盐氮浓度计；还设有内、外回流控制装置。利用本污水处理装置的工艺步骤：1设定内回流泵A的控制器C的控制数据；2设定外回流泵B控制器D的控制数据；3设置溶解氧控制器B和硝酸盐氮浓度控制器A的控制数据；5开启进水闸门和各机械及电控部件运行。本发明适用于污水处理，工艺简单，节省能源，成本低，出水效率高质量好。

Description

高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置及工艺

技术领域

本发明属于一种污水处理技术，具体是厌氧-缺氧-好氧型即A/A/O污水处理技术的改进设备及工艺。

背景技术

目前，传统A/A/O污水处理工艺是广泛应用的生物脱氮除磷工艺，该工艺在一定程度上解决了污水脱氮除磷问题。随着社会上环保意识的不断增强和水资源的日益短缺，使得对污水处理厂出水水质的要求越来越高。而传统A/A/O工艺主要存在以下问题：1、碳源不足影响厌氧池中的释磷和缺氧池中的反硝化过程。2、较低的活性污泥浓度影响出水氨氮的稳定性。3、处理负荷受污泥沉降性能的限制，由于污泥沉降的速度较慢，使得处理负荷不能进一步提高。4、脱氮效果受到硝化液回流量即内回流的限制难以进一步提高，而增加内回流量，则致使碳源不足。传统A/A/O工艺往往通过投加甲醇等外部碳源解决碳源不足问题，在曝气池中增加填料以及增加污泥回流即外回流量，提高污泥浓度，提高污泥沉降速度，以增加处理负荷，并保证稳定的硝化效果；但这些措施增加了投资和运行成本，而且提高内回流增加了内回流中溶解氧对进水碳源的消耗，进一步引起碳源不足，脱氮效果反而下降；同样，为了提高污泥浓度，提高污泥沉降速度，以增加处理负荷，保证稳定的硝化效果，在曝气池中增加填料以及增加污泥回流即外回流量，使得运行更加复杂，提高了运行成本，降低了污水处理的效率。因此，需要对传统的A/A/O工艺及其改进的方法做进一步的改进，以提高污水处理的效果，进一步提高出水水质，而且简化运行工艺，降低运行成本，更好地满足社会的需要。

发明内容

针对传统A/A/O工艺及现有改进方法存在的问题，本发明的目的是提供一种高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置及工艺，该装置和工艺能够合理地控制传统A/A/O工艺中的硝化液的回流即内回流量和污泥回流即外回流量，由传统的离心泵改为容积泵，同样可以提高污泥浓度，提高污泥的沉降性能，形成高浓度大絮体污泥颗粒的微环境，在活性污泥絮体内部形成缺氧环境，外部为好氧环境，产生同步硝化和反硝化即脱氮除磷的效果，提高处理负荷和处理效果及处理效果的稳定性；减少对进水碳源的消耗，降低外加碳源的投加量，简化运行工艺，降低运行成本。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

本发明的高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置，设有依序前后排列和连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池、硝化液回流即内回流泵和管路、污泥回流即外回流泵和管路、溶解氧控制装置和进水碳源分配装置；其特征是：缺氧池和好氧池分别设有两个，并依序排列为缺氧池A、好氧池A、缺氧池B、好氧池B，前面连通厌氧池，后面连通二沉池；所述内回流泵和管路为；由好氧池B到缺氧池A的硝化液回流的管路和变频控制可调流量容积式泵A、所述外回流泵和管路为：由二沉池到厌氧池的污泥回流的管路和变频控制可调流量容积式泵B；所述溶解氧控制装置设有溶解氧控制器B和设置在好氧池A、B中的在线溶解氧浓度计，溶解氧控制器与在线溶解氧浓度计进行信号连接，并与曝气管路上的可控电动阀A进行控制连接；所述进水碳源控制装置设有硝酸盐氮浓度控制器A和设置在缺氧池A、B中的在线硝酸盐氮浓度计，硝酸盐氮浓度控制器与在线硝酸盐氮浓度计进行信号连接，并与进水碳源即初始污水管路上的可控电动阀B进行控制连接；另外还设有内回流和外回流控制装置，内回流控制装置设有内回流控制器D和设在出水管上的硝酸盐氮浓度计，内回流控制器与硝酸盐氮浓度计信号连接，并与内回流泵控制连接；外回流控制装置设有外回流控制器C和设在好氧池B中的污泥浓度计，外回流控制器与污泥浓度计信号连接，并与外回流泵控制连接。

所述变频控制可调流量容积式泵为变频往复式泵或变频回转式泵。

本发明的利用高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置提高污泥浓度并利用活性污泥中的微环境进行同步脱氮除磷污水处理的工艺：其特征包括以下步骤：

(1)设定内回流变频控制可调流量容积式泵A的控制器C的控制数据：设定出水硝酸盐氮含量标准值为a，当硝酸盐氮含量变化±a1，容积式泵A的回流比例b，即容积式泵A的流量与进水流量的比例变化±b1；出水硝酸盐氮值a的允许值范围为：3mg/L≤a≤25mg/L；容积式泵A的回流比例b的允许值范围为：0≤b≤200％；当a或b的值不在允许范围之内则控制器C报警；a1、b1的值根据容积式泵A的规格设置；

(2)设定外回流变频控制可调流量容积式泵B控制器D的控制数据：设定好氧池B中的污泥浓度标准值为c，当污泥浓度变化±c1，容积式泵B的回流比例d，即容积式泵B的流量与进水流量的比例变化

d1，污泥浓度值c的允许值范围为：4000mg/L≤c≤8000mg/L；容积式泵B的回流比例d的允许值范围为：20％≤d≤60％；当c或d的值不在允许范围之内则控制器B报警；c1、d1的值根据容积式泵B的规格设置；

(3)设置溶解氧控制器B的控制数据：设定好氧池A中的溶解氧值标准值为m，当好氧池A中的溶解氧值比设定溶解氧值m大于或小于一个单位值e时，控制器B给出信号关小或开大曝气管阀门一个单位值f；好氧池B中的溶解氧浓度n和曝气管阀门的动作与好氧池A相同。好氧池A的溶解氧浓度范围为0.3mg/L≤m≤1.5mg/L，好氧池B的溶解氧浓度范围为1mg/L≤n≤5mg/L，当m或n的值不在允许范围之内则控制器B报警；比较间隔时间为1～60分钟，电动阀单次动作开度值范围为0.1％～20％；

(4)设定缺氧池硝酸盐氮浓度控制器A的控制数据：设定缺氧池A中的硝酸盐氮浓度的标准值为p，当缺氧池A中的硝酸盐氮浓度的值比设定的硝酸盐氮浓度值p大于或小于一个单位值g时，控制器给出信号开大或关小缺氧池A的进水阀门一个单位值h，缺氧池A中的硝酸盐氮浓度范围为0.1mg/L≤p≤3mg/L，g值范围为0.05mg/L～0.5mg/L；缺氧池B中的硝酸盐氮浓度q和进水阀门的动作与缺氧池A相同；剩余的进水全部进入厌氧池；通过进水碳源分配装置调整进入厌氧池、缺氧池A和缺氧B的进水比例分别为：10～60％，10～60％，10～30％；比较间隔时间为1～60分钟，电动阀单次动作开度值范围为0.1％～10％；电动阀开度的下限b2为15％；

(5)开启进水闸门，开启本装置中各池的机械和电控部件，本装置开始运行；当出现报警信号时进行人工干预处理即可。

本发明的装置和工艺改进的主要原理：

(1)本发明装置采用容积式泵进行硝化液回流即内回流和污泥回流即外回流有着突出的效果。传统工艺采用叶轮式泵进行内回流和外回流，采用叶轮式泵时是靠叶轮带动液体高速回转而把机械能传递给所输送的液体，叶轮的高速回转会对回流中的污泥絮体产生极大的剪切力，使生物反应池中的污泥絮体不断的被剪切破碎，其粒径一般仅为100微米左右。采用本装置中的容积式泵后，由于容积式泵主要采用活塞的往复运动或者是螺杆的回转运动引起工作容积周期性地增大和缩小而吸排液体，运动部件较低的速度对污泥絮体的剪切力较小，使生物反应池中的污泥絮体能逐渐长大，其粒径可维持在300微米以上。较大的污泥絮体粒径为形成絮体内部的缺氧微环境和良好的污泥沉降性能创造了必要的前提。

(2)本发明的操作方法中好氧池A的溶解氧控制在0.3～1.5mg/L，与传统工艺中溶解氧一般控制在2～3mg/L明显不同。为了在污泥絮体内形成缺氧微环境，必须维持较低的溶解氧，而为了达到较快的反应效果需要较高的溶解氧，经过反复试验后，本发明装置中在好氧A中采用0.3～1.5mg/L的较低溶解氧，在好氧池B中采用2～5mg/L的较高溶解氧。即满足了微环境所需要的较低溶解氧，又实现了提高反应速度所需的较高溶解氧要求。

(3)本发明装置采用“厌氧池-缺氧池A-好氧池A-缺氧B-好氧池B”依序连通的结构，与传统的“厌氧池-缺氧池-好氧池”依序连通的结构有明显不同。该装置结合进水碳源分配，可以把超出缺氧A中反硝化所需的进水碳源有效分配到缺氧池B中，增加缺氧池B中的反硝化效果，同时防止过多碳源在好氧池A中被氧化，造成能源的浪费。同时，在好氧池A中形成的缺氧微环境的反硝化功能在缺氧池B中的缺氧环境得到了强化。

本发明的装置和工艺由于改进了池子的传统结构，特别是采用容积式泵，使生化过程中产生的污泥絮体不被破碎，通过回流，进一步长大，污泥絮体体积和污泥浓度大大提高，在该工艺中形成的大尺寸活性污泥絮体中存在着基质和溶解氧的浓度梯度分布，通过控制好氧池溶解氧和活性污泥絮体粒径大小，在活性污泥絮体内部形成缺氧微环境。活性污泥絮体外部的好氧环境和内部的缺氧环境，为各种不同生态类型的微生物在活性污泥絮体不同部位占据优势提供了条件，从而实现了同步硝化反硝化脱氮。通过合理分配进水碳源，使活性污泥絮体形成的缺氧微环境即可以同时得到足够的硝酸盐和碳源，使该工艺的微环境同步硝化反硝化反应产生最佳的效果。具有结构较为完善，控制灵活，自动化程度高，污水处理效果和效率特别好的优点。

附图说明

图1是本发明的高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和实施例对本发明做进一步的说明：

高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置，设有依序前后排列和连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池、硝化液回流即内回流泵和管路、污泥回流即外回流泵和管路、溶解氧控制装置和进水碳源分配装置；缺氧池和好氧池分别设有两个，并依序排列为缺氧池A、好氧池A、缺氧池B、好氧池B，前面连通厌氧池，后面连通二沉池；所述内回流泵和管路为：由好氧池B到缺氧池A的硝化液回流的管路和变频控制可调流量容积式泵A 4.2、所述外回流泵和管路为：由二沉池到厌氧池的污泥回流的管路和变频控制可调流量容积式泵B 3.2；所述溶解氧控制装置设有溶解氧控制器B 2和设置在好氧池A、B中的在线溶解氧浓度计2.1，溶解氧控制器与在线溶解氧浓度计进行信号连接，并与曝气管路上的可控电动阀A 2.2进行控制连接；所述进水碳源控制装置设有硝酸盐氮浓度控制器A 1和设置在缺氧池A、B中的在线硝酸盐氮浓度计1.1，硝酸盐氮浓度控制器与在线硝酸盐氮浓度计进行信号连接，并与进水碳源即初始污水管路上的可控电动阀B 1.2进行控制连接；另外还设有内回流和外回流控制装置，内回流控制装置设有内回流控制器D 4和设在出水管上的硝酸盐氮浓度计4.1，内回流控制器与硝酸盐氮浓度计信号连接，并与内回流泵4.2控制连接；外回流控制装置设有外回流控制器C 3和设在好氧池B中的污泥浓度计3.1，外回流控制器与污泥浓度计信号连接，并与外回流泵3.2控制连接。本实施例中所述变频控制可调流量容积式泵为变频回转式泵。

利用本发明的同步脱氮除磷污水处理装置提高污泥浓度并利用活性污泥中的微环境进行同步脱氮除磷污水处理工艺的具体操作步骤：

(1)设定内回流变频控制可调流量容积式泵A的控制器C的控制数据：设定出水硝酸盐氮含量标准值a为15mg/L，当硝酸盐氮含量变化±a1为1mg/L，容积式泵A的回流比例b，即容积式泵A的流量与进水流量的比例变化±b1为10％；

(2)设定外回流变频控制可调流量容积式泵B控制器D的控制数据：设定好氧池B中的污泥浓度标准值c为6000mg/L，当污泥浓度变化±c1为100mg/L，容积式泵B的回流比例d，即容积式泵B的流量与进水流量的比例变化

d1为5％；

(3)设置溶解氧控制器B的控制数据：设定好氧池A中的溶解氧值标准值m为0.8mg/L，当好氧池A中的溶解氧值比设定溶解氧值m大于或小于一个单位值e：0.1mg/L时，控制器B给出信号关小或开大曝气管阀门一个单位值f：2％；好氧池B中的溶解氧浓度n和曝气管阀门的动作与好氧池A相同。比较间隔时间为60分钟，电动阀单次动作开度值范围为2％；

(4)设定缺氧池硝酸盐氮浓度控制器A的控制数据：设定缺氧池A中的硝酸盐氮浓度的标准值为p，当缺氧池A中的硝酸盐氮浓度的值比设定的硝酸盐氮浓度值p大于或小于一个单位值g时，控制器给出信号开大或关小缺氧池A的进水阀门一个单位值h，缺氧池A中的硝酸盐氮浓度值p：1mg/L，g值：0.2mg/L；缺氧池B中的硝酸盐氮浓度q和进水阀门的动作与缺氧池A相同；通过进水碳源分配装置调整进入厌氧池、缺氧池A和缺氧B的进水比例分别为：40％，40％，20％；比较间隔时间为60分钟，电动阀单次动作开度值范围为2％；

(5)开启进水闸门，开启本装置中各池的机械和电控部件，本装置开始运行；当出现报警信号时进行人工干与处理即可。

经我国污水处理行业的某检测单位对传统A²/O工艺和本发明实施例两套装置进行了对比检测，其结果如下：

传统A2/O工艺与本发明装置的比较

检测结果表明，城市生活污水的进水水质为BOD₅190mg/L，TN 55mg/L，TP 6mg/L，经过本发明的装置后，达到以下效果：曝气池活性污泥浓度维持在7000mg/L，提高了处理负荷30％以上；曝气池活性污泥体积指数(SVI)在50以下，比一般A/A/O工艺的污泥体积指数降低50％以上，沉降效果明显改善。活性污泥絮体直径超过300微米，比一般A/A/O工艺絮体直径增加300％以上，微环境同步硝化反硝化脱氮占全部硝酸盐氮的30％；反硝化脱氮需要的内回流比为100％，比传统A/A/O工艺减少200％，污泥外回流比为40％，比传统的A/A/O工艺减少30％以上，降低了内回流泵和外回流泵的动力消耗40％以上；减少反硝化需要的碳源20％以上，降低了外加碳源的用量；该装置的出水TN稳定达到15mg/L以下，TP稳定达到0.5mg/L以下，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A要求。该工艺简单，投资运行费用少，节约物耗，环境影响小，控制灵活，操作简便，自动化程度高，大大提高了污水处理设备的处理负荷和去除效果。

Claims (1)

1.一种高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置，设有依序前后排列和连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池、硝化液回流即内回流泵和管路、污泥回流即外回流泵和管路、溶解氧控制装置和进水碳源分配装置；其特征是：缺氧池和好氧池分别设有两个，并依序排列为缺氧池A、好氧池A、缺氧池B、好氧池B，前面连通厌氧池，后面连通二沉池；所述内回流泵和管路为：由好氧池B到缺氧池A的硝化液回流的管路和变频控制可调流量容积式泵A(4.2)、所述外回流泵和管路为：由二沉池到厌氧池的污泥回流的管路和变频控制可调流量容积式泵B(3.2)；所述溶解氧控制装置设有溶解氧控制器B(2)和设置在好氧池A、B中的在线溶解氧浓度计(2.1)，溶解氧控制器B与在线溶解氧浓度计进行信号连接，并与曝气管路上的可控电动阀A(2.2)进行控制连接；所述进水碳源分配装置设有硝酸盐氮浓度控制器A(1)和设置在缺氧池A、缺氧池B中的在线第一硝酸盐氮浓度计(1.1)，硝酸盐氮浓度控制器A与在线第一硝酸盐氮浓度计进行信号连接，并与进水碳源即初始污水管路上的可控电动阀B(1.2)进行控制连接；另外还设有内回流和外回流控制装置，内回流控制装置设有内回流控制器D(4)和设在出水管上的第二硝酸盐氮浓度计(4.1)，内回流控制器D与第二硝酸盐氮浓度计信号连接，并与内回流泵(4.2)控制连接；外回流控制装置设有外回流控制器C(3)和设在好氧池B中的污泥浓度计(3.1)，外回流控制器C与污泥浓度计信号连接，并与外回流泵(3.2)控制连接；

所述变频控制可调流量容积式泵为变频往复式泵或变频回转式泵；

利用高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置提高污泥浓度并利用活性污泥中的微环境进行同步脱氮除磷污水处理的工艺包括以下步骤：

(1)设定内回流变频控制可调流量容积式泵A的内回流控制器D的控制数据：设定出水硝酸盐氮含量标准值为a，当硝酸盐氮含量变化±a1，容积式泵A的回流比例b，即容积式泵A的流量与进水流量的比例变化±b1；出水硝酸盐氮值a的允许值范围为：3mg/L≤a≤25mg/L；容积式泵A的回流比例b的允许值范围为：0≤b≤200％；当a或b的值不在允许范围之内则内回流控制器D报警；a1、b1的值根据容积式泵A的规格设置；

(2)设定外回流变频控制可调流量容积式泵B的外回流控制器C的控制数据：设定好氧池B中的污泥浓度标准值为c，当污泥浓度变化±c1，容积式泵B的回流比 例d，即容积式泵B的流量与进水流量的比例变化±d1，污泥浓度值c的允许值范围为：4000mg/L≤c≤8000mg/L；容积式泵B的回流比例d的允许值范围为：20％≤d≤60％；当c或d的值不在允许范围之内则外回流控制器C报警；c1、d1的值根据容积式泵B的规格设置；

(3)设置溶解氧控制器B的控制数据：设定好氧池A中的溶解氧值标准值为m，当好氧池A中的溶解氧值比设定溶解氧值m大于或小于一个单位值e时，控制器B给出信号关小或开大曝气管阀门一个单位值f；好氧池B中的溶解氧浓度n和曝气管阀门的动作与好氧池A相同；好氧池A的溶解氧浓度范围为0.3mg/L≤m≤1.5mg/L，好氧池B的溶解氧浓度范围为1mg/L≤n≤5mg/L，当m或n的值不在允许范围之内则溶解氧控制器B报警；比较间隔时间为1～60分钟，电动阀单次动作开度值范围为0.1％～20％；

(4)设定缺氧池硝酸盐氮浓度控制器A的控制数据：设定缺氧池A中的硝酸盐氮浓度的标准值为p，当缺氧池A中的硝酸盐氮浓度的值比设定的硝酸盐氮浓度值p大于或小于一个单位值g时，硝酸盐氮浓度控制器A给出信号开大或关小缺氧池A的进水阀门一个单位值h，缺氧池A中的硝酸盐氮浓度范围为0.1mg/L≤p≤3mg/L，g值范围为0.05mg/L～0.5mg/L；缺氧池B中的硝酸盐氮浓度q和进水阀门的动作与缺氧池A相同；剩余的进水全部进入厌氧池；通过进水碳源分配装置调整进入厌氧池、缺氧池A和缺氧B的进水比例分别为：10～60％，10～60％，10～30％；比较间隔时间为1～60分钟，电动阀单次动作开度值范围为0.1％～10％；电动阀开度的下限b2为15％；

(5)开启进水闸门，开启本装置中各池的机械和电控部件，本装置开始运行；当出现报警信号时进行人工干预处理即可。 

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