CN102153236A - 一种后置反硝化污水处理装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种后置反硝化污水处理装置及工艺。进水桶、生化池、沉淀池、出水桶顺次相连；生化池包括厌氧区、好氧区、缺氧区三部分；厌氧区和缺氧区内设有搅拌机，厌氧区通过碳源分流管与缺氧区相连；好氧区内设有曝气头，曝气头、气体流量计、气泵顺次相连；沉淀池包括中心管、反射板、池体、出水堰、出水口，沉淀池底部通过污泥回流管与生化池厌氧区相连。本发明采用单污泥系统，按照厌氧—好氧—缺氧方式连续流运行。厌氧区部分富含聚羟基链烷酸的混合液被分流到缺氧区，为聚磷菌提供了碳源，从而在缺氧区实现反硝化除磷。本发明具有氮磷去除效果好、工艺流程简单、运行能耗低、碳源利用率高等优点，适用于处理低C/N比、低C/P比污（废）水。
Description
技术领域
本发明涉及环保行业污水处理领域，尤其涉及一种后置反硝化污水处理装置及工艺。
背景技术
鉴于近年来水体富营养化问题日益严重，湖泊蓝藻和海洋赤潮频发，国内外纷纷制定了严格的污水氮磷排放标准。目前，SBR、AO、氧化沟等常用污水处理工艺以去除COD、氨氮为主，碳源利用率较低，对总氮和总磷的去除效果较差，导致大量低C/N比、C/P比废水难以达标处理。为此，研究者陆续提出了多种污水脱氮除磷工艺，如A2O (厌氧-缺氧-好氧)工艺、 UCT 工艺、MUCT工艺、BCFS® 工艺等。这些工艺将缺氧区置于好氧区之前，属于前置反硝化工艺，在污水厂中应用广泛。但这些工艺脱氮除磷过程需要消耗大量碳源，而很多污水中可利用碳源有限，无法同时满足生物除磷和脱氮要求。此外，这些工艺还存在运行操作复杂、运行成本高、管理难度大等问题。
反硝化除磷是近年来提出的一种可以利用有限的碳源实现氮磷同时去除的工艺。该工艺的主要功能微生物为聚磷菌（PAO），其以硝酸盐、亚硝酸盐为电子受体，分解体内储存的聚羟基链烷酸（PHA），利用产生的能量吸收污水中的磷。在反硝化除磷工艺中，利用PAO体内的内碳源PHA可以同时脱氮除磷，实现了“一碳两用”，大大提高了进水中碳源利用率，故适用于低C/N比、低C/P比污水的处理。目前，已有关于反硝化除磷的研究通常采用双泥法，如A2N SBR工艺和DEPHONOX工艺等。双泥法工艺采用独立的硝化系统，污水中的磷全部通过反硝化除磷去除，对碳源的利用率较高。但是由于其工艺单元和回流系统很多、工艺结构复杂，运行成本高，目前尚未实现工程应用。
目前，有关单泥法反硝化除磷工艺的研究较少，且只能实现部分反硝化除磷，如在A2O、UCT等前置反硝化工艺中污水中的部分磷可以在缺氧区去除，但是其比例较低，如果提高反硝化除磷的比例需要增大硝化液回流比，从而增加能耗。
后置反硝化工艺是指缺氧区置于好氧区之后，按厌氧-好氧-缺氧方式运行，简称AOA工艺。在传统AOA工艺中，除磷和反硝化分别在好氧区和缺氧区完成，而且需要通过分段进水、投加外部碳源等手段为缺氧段提供碳源。近年来，有研究者通过向AOA工艺的好氧区投加乙酸抑制了好氧吸磷，保持了硝化作用，在缺氧区实现了反硝化除磷。但投加碳源的量需要准确控制，而且该方法成本较高，尚处于实验阶段。因此，新型后置反硝化工艺及装置研发，有望低成本、简便操控下实现反硝化除磷，强化生物系统氮磷处理效果。
发明内容
本发明的目的是针对目前反硝化除磷工艺流程复杂、能耗高的问题，对传统后置反硝化工艺进行改造，将聚磷菌体内储存的聚羟基链烷酸输送到独立缺氧区，为其提供碳源，建立了一种后置反硝化污水处理装置及工艺。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
后置反硝化污水处理装置包括进水桶、恒流泵、生化池、沉淀池、出水桶、搅拌机、曝气头、气体流量计、气泵、碳源分流管、污泥回流管、进水口、回流污泥入口、混合液出口、大隔板、小隔板和导流孔；进水桶、生化池、沉淀池、出水桶顺次相连；生化池包括厌氧区、好氧区、缺氧区三部分；厌氧区和缺氧区内设有搅拌机，厌氧区通过碳源分流管与缺氧区相连；好氧区内设有曝气头，曝气头、气体流量计、气泵顺次相连；沉淀池包括中心管、反射板、池体、出水堰、出水口，沉淀池中心设有中心管，中心管与反射板相连，沉淀池上端设有出水堰，出水堰与出水口相连，沉淀池底部通过污泥回流管与生化池的厌氧区相连。
所述的生化池为矩形结构，沿纵向由大隔板分为两排，每一排用小隔板分隔成大小相同的五格，共十格。
所述的小隔板间隔设有一高一低的导流孔，大隔板下部也设有导流孔。所述的生化池的前两格为厌氧区，中间六格为好氧区，最后两格为缺氧区。所述的生化池中好氧区液位比厌氧区液位低，缺氧区液位比好氧区液位低。所述的好氧区采用梯度曝气，采用气体流量计控制好氧区每一格的气量，使气量从前到后依次减小，保持好氧区溶解氧（DO）浓度相对稳定。
后置反硝化污水处理工艺的步骤如下：
1）污水和回流污泥首先进入厌氧区并充分混合，之后泥水混合液通过交替穿过上、下导流孔在生化池的不同格之间流动，从而在生化池内形成折流；在厌氧区聚磷菌分解体内储存的聚磷，释放磷酸盐，利用释磷产生的能量吸收污水中有机物并转化为聚羟基链烷酸，以内碳源形式储存在聚磷菌体内，氨氮经过回流污泥稀释后浓度降低，回流污泥中的硝酸盐被反硝化细菌利用污水中碳源还原，总氮浓度降低；
2）厌氧区大部分泥水混合液进入好氧区，在好氧区聚磷菌以氧为电子受体分解体内储存的聚羟基链烷酸，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐，好氧区中磷酸盐基本被完全去除；好氧区前两格亚硝酸盐发生积累，部分氨氮通过同时硝化反硝化作用去除，总氮浓度降低，剩余氨氮被硝化细菌完全氧化为硝酸盐；
3）好氧区的泥水混合液进入缺氧区，厌氧区小部分泥水混合液也通过碳源分流管进入缺氧区，与从好氧区出来的泥水混合液混合；在缺氧区聚磷菌以好氧区产生的硝酸盐为电子受体分解体内储存的聚羟基链烷酸，利用产生的能量吸收磷酸盐，从而实现反硝化除磷，利用同一碳源将硝酸盐和磷酸盐同时去除；
4）最后生化池的泥水混合液在沉淀池完成泥水分离，上清液从出水口排出，沉淀污泥经过污泥回流管回流到厌氧区。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用多格式一体化反应器，构建了一种新型后置反硝化工艺，在缺氧区实现了反硝化除磷，改善了系统脱氮除磷效能，工艺流程简便，系统运行能耗低，对碳源的利用效率明显提高，适用于低C/N比、低C/P比污水的处理。
附图说明
图1为后置反硝化污水处理工艺的工艺流程图；
图2为后置反硝化污水处理装置示意图；
图3为本发明的生化池结构示意图；
图4为本发明的大隔板和小隔板示意图；
图5为本发明的生化池流向图；
图6为本发明的生化池不同区域NH4 +-N、NO3 --N、TN、PO4 3--P变化曲线；
图中：1-进水桶、2-恒流泵、3-生化池、4-厌氧区、5-好氧区、6-缺氧区、7-沉淀池、8-中心管、9-反射板、10-池体、11-出水堰、12-出水口、13-搅拌机、14-曝气头、15-气泵、16-气体流量计、17-碳源分流管、18-污泥回流管、19-出水桶、20-进水口、21-回流污泥入口、22-混合液出口、23-大隔板、24-小隔板、25-导流孔。
具体实施方式
现在结合附图对本发明的工艺和装置作进一步说明。附图均为简化的示意图，只显示与本发明有关的基本结构。
后置反硝化污水处理装置包括进水桶1、恒流泵2、生化池3、沉淀池7、出水桶19、搅拌机13、曝气头14、气体流量计15、气泵16、碳源分流管17、污泥回流管18、进水口20、回流污泥入口21、混合液出口22、大隔板23、小隔板24和导流孔25；进水桶1、生化池3、沉淀池7、出水桶19顺次相连；生化池3包括厌氧区4、好氧区5、缺氧区6三部分；厌氧区4和缺氧区6内设有搅拌机13，厌氧区4通过碳源分流管17与缺氧区6相连；好氧区5内设有曝气头14，曝气头14、气体流量计15、气泵16顺次相连；沉淀池7包括中心管8、反射板9、池体10、出水堰11、出水口12，沉淀池7中心设有中心管8，中心管8与反射板9相连，沉淀池7上端设有出水堰11，出水堰11与出水口12相连，沉淀池7底部通过污泥回流管18与生化池3的厌氧区4相连。
所述的生化池3为矩形结构，沿纵向由大隔板23分为两排，每一排用小隔板24分隔成大小相同的五格，共十格。所述的小隔板24间隔设有一高一低的导流孔25，大隔板23下部也设有导流孔25。所述的生化池3的前两格为厌氧区4，中间六格为好氧区5，最后两格为缺氧区6。所述的好氧区5液位比厌氧区4液位低，缺氧区6液位比好氧区5液位低。 所述的好氧区5采用梯度曝气，采用气体流量计15控制好氧区5每一格的气量，使气量从前到后依次减小，保持好氧区5溶解氧（DO）浓度相对稳定。
后置反硝化污水处理工艺的步骤如下：
1）污水和回流污泥首先进入厌氧区4并充分混合，之后泥水混合液通过交替穿过上、下导流孔25在生化池3的不同格之间流动，从而在生化池3内形成折流；在厌氧区4聚磷菌分解体内储存的聚磷，释放磷酸盐，利用释磷产生的能量吸收污水中有机物并转化为聚羟基链烷酸，以内碳源形式储存在聚磷菌体内，氨氮经过回流污泥稀释后浓度降低，回流污泥中的硝酸盐被反硝化细菌利用污水中碳源还原，总氮浓度降低；
2）厌氧区4大部分泥水混合液进入好氧区5，在好氧区5聚磷菌以氧为电子受体分解体内储存的聚羟基链烷酸，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐，好氧区5中磷酸盐基本被完全去除；好氧区5前两格亚硝酸盐发生积累，部分氨氮通过同时硝化反硝化作用去除，总氮浓度降低，剩余氨氮被硝化细菌完全氧化为硝酸盐；
3）好氧区5的泥水混合液进入缺氧区6，厌氧区4小部分泥水混合液也通过碳源分流管17进入缺氧区6，与从好氧区5出来的泥水混合液混合；在缺氧区6聚磷菌以好氧区5产生的硝酸盐为电子受体分解体内储存的聚羟基链烷酸，利用产生的能量吸收磷酸盐，从而实现反硝化除磷，利用同一碳源将硝酸盐和磷酸盐同时去除；
4）最后生化池3的泥水混合液在沉淀池7完成泥水分离，上清液从出水口12排出，沉淀污泥经过污泥回流管18回流到厌氧区4。
实施例
一、实验水质
该工艺采用生活污水作为进水，平均进水水质为COD 236.19 mg/L，NH4 +-N
38.58 mg/L，PO4 3--P 5.75 mg/L。
二、工艺条件
生化池3体积33L，沉淀池7体积10L。每日处理污水100 L，水力停留时间（HRT）8 h，泥龄（SRT）16 d。进水pH 7.5，生化池3内温度25oC。厌氧区4和缺氧区6搅拌器转速300 rpm，好氧区5 DO 2-6 mg/L。污泥回流比R 1.0，3/4厌氧区4混合液进入好氧区5，1/4进入缺氧区6。
三、处理效果
在以上工艺条件下，该后置反硝化工艺COD、NH4 +-N、TN、PO4 3--P的平均去除率分别为91.84%、88.95%, 65.37% 和83.08%，出水水质可达到城镇污水处理厂一级排放标准。图6为生化池3不同区域NH4 +-N、NO3 --N、TN、PO4 3--P变化曲线。如图所示，进水PO4 3--P浓度5.90 mg/L，经过厌氧释磷后PO4 3--P浓度达到38.15 mg/L，之后在好氧区5和缺氧区6 PO4 3--P被充分吸收，出水浓度仅为0.72m
g/L。进水NH4 +-N为39.62mg/L，在厌氧区4经过回流污泥稀释后NH4 +-N浓度降至20.68mg/L；同时回流污泥和进水中NO3 --N在厌氧区4被还原，TN浓度也降低20.68mg/L。在好氧区5，NH4 +-N被氧化为NO3 --N，好氧区5末端NH4 +-N浓度为16.83mg/L；同时，好氧区5部分NH4 +-N通过同时硝化反硝化作用（SND）去除,TN浓度降低了3.16mg/L。在缺氧区6，NO3 --N在反硝化除磷和厌氧区4混合液的稀释作用下浓度降至9.97mg/L，TN得到进一步去除。
Claims (7)
1.一种后置反硝化污水处理装置，其特征在于包括进水桶（1）、恒流泵（2）、生化池（3）、沉淀池（7）、出水桶（19）、搅拌机（13）、曝气头（14）、气体流量计（15）、气泵（16）、碳源分流管（17）、污泥回流管（18）、进水口（20）、回流污泥入口（21）、混合液出口（22）、大隔板（23）、小隔板（24）和导流孔（25）；进水桶（1）、生化池（3）、沉淀池（7）、出水桶（19）顺次相连；生化池（3）包括厌氧区（4）、好氧区（5）、缺氧区（6）三部分；厌氧区（4）和缺氧区（6）内设有搅拌机（13），厌氧区（4）通过碳源分流管（17）与缺氧区（6）相连；好氧区（5）内设有曝气头（14），曝气头（14）、气体流量计（15）、气泵（16）顺次相连；沉淀池（7）包括中心管（8）、反射板（9）、池体（10）、出水堰（11）、出水口（12），沉淀池（7）中心设有中心管（8），中心管（8）与反射板（9）相连，沉淀池（7）上端设有出水堰（11），出水堰（11）与出水口（12）相连，沉淀池（7）底部通过污泥回流管（18）与生化池（3）的厌氧区（4）相连。
2.根据权利要求1所述的一种后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的生化池（3）为矩形结构，沿纵向由大隔板（23）分为两排，每一排用小隔板（24）分隔成大小相同的五格，共十格。
3.根据权利要求1所述的一种后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的小隔板（24）间隔设有一高一低的导流孔（25），大隔板（23）下部也设有导流孔（25）。
4.根据权利要求1所述的一种后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的生化池（3）的前两格为厌氧区（4），中间六格为好氧区（5），最后两格为缺氧区（6）。
5.根据权利要求1所述的一种后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的好氧区（5）液位比厌氧区（4）液位低，缺氧区（6）液位比好氧区（5）液位低。
6.根据权利要求1所述的一种后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的好氧区（5）采用梯度曝气，采用气体流量计（15）控制好氧区（5）每一格的气量，使气量从前到后依次减小，保持好氧区（5）溶解氧（DO）浓度相对稳定。
7.一种使用如权利要求1所述装置的后置反硝化污水处理工艺，其特征在于它的步骤如下：
1）污水和回流污泥首先进入厌氧区（4）并充分混合，之后泥水混合液通过交替穿过上、下导流孔（25）在生化池（3）的不同格之间流动，从而在生化池（3）内形成折流；在厌氧区（4）聚磷菌分解体内储存的聚磷，释放磷酸盐，利用释磷产生的能量吸收污水中有机物并转化为聚羟基链烷酸，以内碳源形式储存在聚磷菌体内，氨氮经过回流污泥稀释后浓度降低，回流污泥中的硝酸盐被反硝化细菌利用污水中碳源还原，总氮浓度降低；
2）厌氧区（4）大部分泥水混合液进入好氧区（5），在好氧区（5）聚磷菌以氧为电子受体分解体内储存的聚羟基链烷酸，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐，好氧区（5）中磷酸盐基本被完全去除；好氧区（5）前两格亚硝酸盐发生积累，部分氨氮通过同时硝化反硝化作用去除，总氮浓度降低，剩余氨氮被硝化细菌完全氧化为硝酸盐；
3）好氧区（5）的泥水混合液进入缺氧区（6），厌氧区（4）小部分泥水混合液也通过碳源分流管（17）进入缺氧区（6），与从好氧区（5）出来的泥水混合液混合；在缺氧区（6）聚磷菌以好氧区（5）产生的硝酸盐为电子受体分解体内储存的聚羟基链烷酸，利用产生的能量吸收磷酸盐，从而实现反硝化除磷，利用同一碳源将硝酸盐和磷酸盐同时去除；
4）最后生化池（3）的泥水混合液在沉淀池（7）完成泥水分离，上清液从出水口（12）排出，沉淀污泥经过污泥回流管（18）回流到厌氧区（4）。
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