CN102358663A - 一种低do后置反硝化污水处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低DO后置反硝化污水处理装置及工艺，用于城镇污水生物脱氮除磷。反应装置的主体包括四个柱式生化池和一个竖流式沉淀池。该工艺按照厌氧—好氧—缺氧方式连续运行，简称AOA工艺，其中第一个生化池为厌氧段，第二个生化池为好氧段，最后两个生化池为缺氧段。进水碳源在厌氧段被聚磷菌（PAO）吸收利用，并储存为聚羟基链烷酸(PHA)；好氧段溶解氧（DO）浓度控制在0.8-1.4mg/L，可实现同时硝化反硝化和高效除磷；缺氧段内聚磷菌则利用PHA作为内碳源实现高效反硝化和除磷。该工艺具有污泥PHA含量高、反硝化速率快、碳源利用率高、氮磷去除效果好、工艺流程简单、运行能耗低等优点，适用于处理低C/N比、低C/P比污（废）水。

Description

一种低DO后置反硝化污水处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及环保行业污水处理领域，尤其涉及一种低DO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。

为提高碳源利用率，改善氮磷去除效果，研究者提出了多种内碳源反硝化工艺，包括同时硝化反硝化工艺（SND工艺）、反硝化除磷工艺、后置反硝化AOA工艺等。上述工艺中，聚磷菌（PAO）和聚糖菌（GAO）在厌氧条件下吸收利用进水中的挥发性脂肪酸（VFA）等碳源，并转化为聚羟基链烷酸（PHA）等大分子有机物在体内储存，并在好氧条件下同时硝化反硝化、在缺氧条件下后置反硝化除磷，从而实现系统高效脱氮除磷。

同时硝化反硝化（SND）工艺是指在单一好氧反应器内实现硝化和反硝化过程，将氨氮转化为氮气直接去除。SND工艺可以省去独立的缺氧池和硝化液回流，也使脱氮所需能耗大幅降低。传统SND工艺一般通过在好氧池间歇曝气或控制DO实现，对体系内碳源利用率没有明显提升，故SND工艺在进水C/N比偏低时脱氮处理效果十分有限。近年来，陆续有研究者提出以PHA为内碳源的SND工艺，以SBR反应器为平台，通过好氧/缺氧交替运行、体系DO控制显著提高SND性能与总氮去除效果。此外，也有研究者将SBR好氧段DO控制在0.15-0.45mg/L，在高效生物除磷（EBPR）系统中实现SND，但该工艺仍需外加碳源。

反硝化除磷是指聚磷菌以硝酸盐、亚硝酸盐为电子受体，分解体内储存的PHA产能以吸收污水中的磷素。该工艺PAO利用体内储存的内碳源PH同时高效脱氮除磷，实现了“一碳两用”，大大提高了进水碳源利用率，已成为近年来低C/N比、低C/P比污水处理领域的研究热点。目前，反硝化除磷工艺主要为A₂N SBR、DEPHANOX等双泥法工艺，其采用独立的硝化系统，污水中的磷则通过反硝化除磷去除，虽然其碳源利用率较高，但工艺结构复杂、运行成本高。此外，在A²O、UCT等前置反硝化工艺中，污水中的部分磷在缺氧区的去除比例较低，若要提高工艺反硝化除磷比例则需增大硝化液回流比，从而增加能耗。

后置反硝化工艺是指将缺氧区置于好氧区后，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，缺氧区往往存在反硝化所需碳源不足的问题，目前常采用分段进水、外加碳源等方式改善系统反硝化性能。近年来，有研究者提出以糖原为内碳源的后置反硝化AOA工艺，但该工艺普遍在SBR反应器中运行，且仍需在进水中补充碳源以强化脱氮除磷。也有研究者通过向AOA-SBR工艺好氧区投加乙酸抑制好氧吸磷，从而在缺氧区实现反硝化除磷，但碳源投加量需准确控制，且运行成本较高。

综上，与常规反硝化工艺相比，以PHA、糖原等大分子有机物为内碳源的新型反硝化工艺可明显提高碳源利用率和脱氮除磷性能、工艺流程简单，但目前多在SBR反应器内实现，且相关技术尚不成熟。因此，本新型连续流后置反硝化工艺及装置的开发，有望在低运行成本、简便操控下实现SND和反硝化除磷，强化生物系统氮磷处理性能。

发明内容

本发明的目的是针对目前脱氮除磷工艺流程复杂、能耗高的问题，对传统后置反硝化工艺进行改造，提供一种低DO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：

低DO后置反硝化污水处理装置包括进水桶、蠕动泵、厌氧池、好氧池、缺氧池、沉淀池、出水桶、污泥回流管、磁力搅拌器、搅拌子、玻璃垫板、曝气头、气体流量计、气泵和连通管；进水桶、蠕动泵、厌氧池、好氧池、缺氧池、沉淀池、出水桶顺次相连；厌氧池、好氧池、缺氧池通过连通管相连；厌氧池、好氧池、缺氧池底部均设有搅拌子，下面均设有磁力搅拌器；好氧池内设有曝气头，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、出水堰和出水口，沉淀池中心设有中心管，中心管下端与反射板相连，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厌氧池相连。

所述的厌氧池、好氧池、缺氧池三者的体积比为1：1：2。所述的好氧池液位比厌氧池液位低，缺氧池液位比好氧池液位低。所述的连通管在厌氧池、好氧池、缺氧池等生化池内部为垂直方向，在生化池外部为水平方向，中间为平滑的弧形。所述的厌氧池、好氧池、缺氧池底部均设有玻璃垫板，搅拌子位于玻璃垫板上面。

所述的好氧池溶解氧（DO）浓度为0.8-1.4mg/L。所述的生化池总水力停留时间（HRT）为8h，其中，厌氧池、好氧池、缺氧池三者HRT分别为2h、2h和4h。所述的生化池泥龄（SRT）为20d。所述的污泥回流管（8）污泥回流比（R）为1.0。

低DO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池并充分混合，在厌氧池聚磷菌(PAO)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(PHA)，以内碳源形式储存在聚磷菌体内；

2）接着，厌氧池泥水混合液通过连通管进入好氧池，在好氧池聚磷菌分解体内储存的PHA，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐；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）之后，好氧池的泥水混合液通过连通管进入缺氧池，在缺氧池聚磷菌以好氧池产生的硝酸盐为电子受体分解体内储存的PHA，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐，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，缺氧池的泥水混合液在沉淀池完成泥水分离，上清液排到出水桶，沉淀污泥经过污泥回流管回流到厌氧池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用柱式连续流反应器，构建了一种低DO后置反硝化工艺，以聚羟基链烷酸(PHA)为内碳源，在好氧池实现了同时硝化反硝化，在缺氧池实现了反硝化除磷，改善了系统脱氮除磷效能，工艺流程简便，系统运行能耗低，对碳源的利用效率高，反硝化速率快，适用于低C/N比、低C/P比污水的处理。

附图说明

图1为低DO后置反硝化污水处理装置结构示意图；

图2为本发明的工艺不同单元NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、TN变化曲线；

图3为本发明的工艺不同单元TOC、PHB、PO₄ ^3--P变化曲线；

图中：进水桶1、蠕动泵2、厌氧池3、好氧池4、缺氧池5、沉淀池6、出水桶7、污泥回流管8、磁力搅拌器9、搅拌子10、玻璃垫板11、曝气头12、气体流量计13、气泵14、连通管15、中心管16、反射板17、池体18、出水堰19、出水口20。

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。

低DO后置反硝化污水处理装置包括进水桶1、蠕动泵2、厌氧池3、好氧池4、缺氧池5、沉淀池6、出水桶7、污泥回流管8、磁力搅拌器9、搅拌子10、玻璃垫板11、曝气头12、气体流量计13、气泵14和连通管15；进水桶1、蠕动泵2、厌氧池3、好氧池4、缺氧池5、沉淀池6、出水桶7顺次相连；厌氧池3、好氧池4、缺氧池5通过连通管15相连；厌氧池3、好氧池4、缺氧池5底部均设有搅拌子10，下面均设有磁力搅拌器9；好氧池4内设有曝气头12，曝气头12、气体流量计13、气泵14顺次相连；沉淀池6包括中心管16、反射板17、池体18、出水堰19和出水口20，沉淀池6中心设有中心管16，中心管16下端与反射板17相连，沉淀池6上端设有出水堰19，出水堰19与出水口20相连，沉淀池6底部通过污泥回流管8与厌氧池3相连。

所述的厌氧池3、好氧池4、缺氧池5三者的体积比为1：1：2。所述的好氧池4液位比厌氧池3液位低，缺氧池5液位比好氧池4液位低。所述的连通管15在厌氧池3、好氧池4、缺氧池5等生化池内部为垂直方向，在生化池外部为水平方向，中间为平滑的弧形。所述的厌氧池3、好氧池4、缺氧池5底部均设有玻璃垫板11，搅拌子10位于玻璃垫板11上面。

所述的好氧池4溶解氧（DO）浓度为0.8-1.4mg/L。所述的生化池总水力停留时间（HRT）为8h，其中，厌氧池3、好氧池4、缺氧池5三者HRT分别为2h、2h和4h。所述的生化池泥龄（SRT）为20d。所述的污泥回流管8回流比（R）为1.0。

低DO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池3并充分混合，在厌氧池3聚磷菌（PAO）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（PHA），以内碳源形式储存在聚磷菌体内；

2）接着，厌氧池3泥水混合液通过连通管15进入好氧池4，在好氧池4聚磷菌分解体内储存的PHA，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐；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）之后，好氧池4的泥水混合液通过连通管15进入缺氧池5，在缺氧池5聚磷菌以好氧池4产生的硝酸盐为电子受体分解体内储存的PHA，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐，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，缺氧池5的泥水混合液在沉淀池6完成泥水分离，上清液排到出水桶7，沉淀污泥经过污泥回流管8回流到厌氧池3。

实施例

一、实验水质

该工艺采用城镇生活污水作为进水，进水COD 为300 mg/L，NH₄ ⁺-N为50 mg/L，PO₄ ^3--P为4 mg/L。进水pH 为7.0。

二、工艺条件

四个生化池总体积16L，沉淀池6体积8L。生化池总水力停留时间（HRT）为8h，厌氧池3、好氧池4、缺氧池5三者HRT分别为2h、2h和4h。泥龄（SRT）为20d。好氧池4 的DO控制在 0.8-1.4mg/L。污泥回流比（R）为1.0。

三、处理效果

在以上工艺条件下，低DO后置反硝化工艺(AOA工艺) NH₄ ⁺-N、TN和PO₄ ^3--P去除率可达95.3%、94.8和100%。出水可达到城市污水处理厂排放标准(GB18918-2002)中的一级A标准。

如图2所示，进水TN浓度为52.4mg/L，TN在好氧池4和缺氧池5的去除速率较快，在好氧池4 中，氨氮浓度迅速降低，但生成的硝酸盐较少，TN浓度从22.1mg/L降低至12.2mg/L，说明部分氨氮在好氧池4通过同时硝化反硝化作用去除；在缺氧池5 中，硝酸盐得到进一步去除，TN浓度降低至4.3mg/L。出水TN浓度仅为2.7mg/L，系统TN去除率达94.8%。

如图3所示，在厌氧池3中PO₄ ^3--P浓度显著升高，在好氧池4中污泥吸磷速率很快，大部分PO₄ ^3--P得到去除，剩余PO₄ ^3--P在缺氧池5完全去除。在厌氧池3进水中TOC 浓度降至最低，混合液聚-β-羟基丁酸（PHB）浓度高达9.16mmol-C/L，说明进水中有机物在厌氧池3被充分吸收并转化为PHB储存起来。在好氧池4和缺氧池5中 PHB浓度逐步降低。

由于好氧池4的HRT较短，DO浓度较低，PHB在好氧池4的消耗较少，导致污泥PHB含量较高，系统中PAO等微生物可利用PHB作为内碳源进行快速反硝化和除磷作用。因好氧池4的HRT仅为2h，氨氮负荷高达0.2kgNH₄ ⁺-N/gMLSS/d，同时好氧池4的DO浓度较低，仅为0.8-1.4mg/L，有利于SND的发生。

Claims (10)

1.一种低DO后置反硝化污水处理装置，其特征在于包括进水桶（1）、蠕动泵（2）、厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）、沉淀池（6）、出水桶（7）、污泥回流管（8）、磁力搅拌器（9）、搅拌子（10）、玻璃垫板（11）、曝气头（12）、气体流量计（13）、气泵（14）和连通管（15）；进水桶（1）、蠕动泵（2）、厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）、沉淀池（6）、出水桶（7）顺次相连；厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）通过连通管（15）相连；厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）底部均设有搅拌子（10），下面均设有磁力搅拌器（9）；好氧池（4）内设有曝气头（12），曝气头（12）、气体流量计（13）、气泵（14）顺次相连；沉淀池（6）包括中心管（16）、反射板（17）、池体（18）、出水堰（19）和出水口（20），沉淀池（6）中心设有中心管（16），中心管（16）下端与反射板（17）相连，沉淀池（6）上端设有出水堰（19），出水堰（19）与出水口（20）相连，沉淀池（6）底部通过污泥回流管（8）与厌氧池（3）相连。

2.根据权利要求1所述的一种低DO后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）三者的体积比为1：1：2。

3.根据权利要求1所述的一种低DO后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的好氧池（4）液位比厌氧池（3）液位低，缺氧池（5）液位比好氧池（4）液位低。

4.根据权利要求1所述的一种低DO后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的连通管（15）在厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）等生化池内部为垂直方向，在生化池外部为水平方向，中间为平滑的弧形。

5.根据权利要求1所述的一种低DO后置反硝化污水处理装置，其特征在于所述的厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）底部均设有玻璃垫板（11），搅拌子（10）位于玻璃垫板（11）上面。

6.一种使用如权利要求1所述装置的低DO后置反硝化污水处理工艺，其特征在于所述的好氧池（4）溶解氧浓度为0.8-1.4mg/L。

7.一种使用如权利要求1所述装置的低DO后置反硝化污水处理工艺，其特征在于所述的生化池总水力停留时间（HRT）为8h，其中，厌氧池（3）、好氧池（4）、缺氧池（5）三者HRT分别为2h、2h和4h。

8.一种使用如权利要求1所述装置的低DO后置反硝化污水处理工艺，其特征在于所述的生化池泥龄（SRT）为20d。

9.一种使用如权利要求1所述装置的低DO后置反硝化污水处理工艺，其特征在于所述的污泥回流管（8）回流比（R）为1.0。

10.一种使用如权利要求1所述装置的低DO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池（3）并充分混合，在厌氧池（3）聚磷菌（PAO）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（PHA），以内碳源形式储存在聚磷菌体内；

2）接着，厌氧池（3）泥水混合液通过连通管（15）进入好氧池（4），在好氧池（4）聚磷菌分解体内储存的PHA，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐；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）之后，好氧池（4）的泥水混合液通过连通管（15）进入缺氧池（5），在缺氧池（5）聚磷菌以好氧池（4）产生的硝酸盐为电子受体分解体内储存的PHA，利用产生的能量吸收水中的磷酸盐，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，缺氧池（5）的泥水混合液在沉淀池（6）完成泥水分离，上清液排到出水桶（7），沉淀污泥经过污泥回流管（8）回流到厌氧池（3）。

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