CN102659288A

CN102659288A - 一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法

Info

Publication number: CN102659288A
Application number: CN2012101578683A
Authority: CN
Inventors: 吉芳英; 金展; 郭倩; 李琪; 刘娜; 陈思
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: CN102659288B

Abstract

本发明涉及强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法，属于环境工程水处理领域。反应装置由SBR主反应池、一个污泥酸化水解池、厌氧释磷池以及化学除磷池构成。所述SBR主反应池采用前置缺氧段—进水—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水运行方式。该技术针对低碳源污水的特性，集反硝化吸磷、侧流除磷和同时硝化反硝化于一体，降低污水中碳源的无效氧化以及减少同时脱氮除磷对碳源的竞争，使之更加适合于具有低碳源特性的污水的处理。

Description

一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及运行方式，适用于城镇低碳源生活污水同步脱氮除磷。

背景技术

伴随着“城镇化”的形成和发展，越来越多的氮磷营养物质通过城市污水进入附近水体，再加上农田径流引入水体的化肥残留物和牲畜粪便，水体富营养化问题日渐突出。而同步生物脱氮除磷污水处理系统存在的有机碳源竞争、污泥龄矛盾等，致使城市污水处理厂很难同时获得优异的除磷脱氮效果。尤其在一些南方城市，其生活污水平均COD浓度不高于200mg/L，而氮、磷浓度相对较高，COD/TN通常在5以下，COD/TP则低于35，对于这种低碳源城市生活污水，要保证同时脱氮除磷效果就更加困难。如何高效、低成本地实现低碳源城市污水的同步除磷脱氮，已成为该领域不得不面对的技术难题。

目前已有关于低碳源污水的强化同步除磷脱氮的研究报道，如针对传统脱氮除磷工艺在处理低碳源污水存在的有机碳源存在无效氧化而开发的低溶解氧分步进水技术，针对反硝化菌和聚磷菌之间的碳源竞争和污泥龄矛盾问题而设计的侧流除磷以及基于氮的不同转化途径上开发的各种脱氮新工艺：短程硝化反硝化，同时硝化反硝化、厌氧氨氧化和反硝化吸磷。

但上述这些工艺技术还存在缺陷，主要有以下几个方面的问题：（1）厌氧段后有大量上周期残留的硝态氮，影响释磷菌释磷。（2）分步进水能合理的分配水中有限碳源，但是会导致系统操作复杂。（3）脱氮新工艺对运行工况条件要求苛刻，较难实现。（4）侧流除磷的外循环污泥为好氧吸磷污泥，带有较多硝酸盐和溶解氧，不利于厌氧释磷。而且系统对回流的释磷菌的胞内碳源利用率也不是很高。此外，目前鲜有将几个技术联合一起提高系统脱氮除磷效能的研究报道。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统及方法。

本发明的技术方案如下：

一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统，所述系统由SBR主反应池、一个污泥酸化水解池A以及厌氧释磷池B和化学除磷池C构成；

所述SBR主反应池的进水管由SBR主反应池的上部接入，出水管由下部接出，并从SBR主反应池的底部接出两根管与释磷池B相连，分别是外循环污泥管和外循环污泥回流管；从化学除磷池C接出一条除磷上清液回流管到SBR主反应池，在SBR主反应池内设置两套曝气装置，采用前置缺氧—进水—厌氧—微好氧—好氧—沉淀排水运行方式；SBR主反应池通过剩余污泥管与污泥酸化水解池A相连。

所述污泥酸化水解池A通过污泥消化液管与释磷池B相连，释磷池B和化学除磷池C从上部分别接入厌氧释磷池B污水管和化学除磷药剂管，并在两个池子之间接有相互连通的排水管；化学除磷池C下接出一条化学污泥管，在不排化学污泥的时，化学排泥管通过阀门关闭，只有在从化学除磷池C排除化学污泥时，才将化学排泥管的阀门打开进行排泥。

利用上述系统进行低碳源污水处理方法，SBR主反应池采用前置缺氧段—进水—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水的运行方式。总体来说，该方法是在SBR主反应器沉淀排水后，将厌氧释磷池B中的释磷污泥通过外循环污泥回流管回流到SBR主反应池，此时搅拌机开始搅拌，反硝化吸磷结束后再将部分污泥外循环到释磷池B进行释磷，外碳源为污泥酸化水解池A酸化水解液与污水的混合液；同时SBR主反应器开始进水并进行厌氧搅拌，厌氧段结束后第一组曝气机开始曝气，系统进入微好氧段。好氧段第二组曝气机开始曝气。最后沉淀排水。而外循环污泥经过释磷后沉淀，上清液排入旁边的化学除磷池C进行化学除磷，化学除磷上清液回流至主体反应池好氧段进行下一步的处理，污泥回流到下一周期的前置缺氧段。

该方法具体步骤如下：

① 前置缺氧：上周期排水结束后，让释磷池B中的释完磷的外循环污泥回流到SBR主反应池，搅拌，使回流污泥充分混合，直至SBR主反应池开始沉淀排水时停止搅拌；此时空压机处于关闭状态，整个SBR主反应池中的混合液处于缺氧状态，进行反硝化吸磷，前置缺氧时间为30min-40min；反硝化吸磷结束后，将一部分污泥由外循环排至释磷池B；

② 进水：根据设定进水量设定进水时间，即进水量= 进水流量×进水时间，在厌氧段开始时将污水经进水管抽入SBR主反应池，沉淀排水时，停止进水，整个进水时间为厌氧段和微好氧段时间之和；

③ 厌氧：开启搅拌器进行厌氧搅拌，使整个SBR主反应池中的混合液处于厌氧状态，厌氧时间为30min-40min；

④微好氧：厌氧结束后，采用微曝气方式，使SBR主反应池处于DO浓度在0.3～0.6mg/L的低氧好氧状态；在这个阶段开始回流上周期的化学除磷上清液，微曝气维持1h-1.5h；

⑤ 好氧：增加曝气量，使SBR主反应池进入好氧阶段，此时硝化菌继续氧化剩余的氨氮，聚磷菌利用氧气吸收污水中的磷酸盐，增加水中的溶解氧浓度，避免后续沉淀排水时污泥释磷，好氧时间30min；

⑦ 沉淀排水：好氧完成后，停止曝气，SBR主反应池进行泥水分离，待污泥沉淀到SBR主反应池液面高度一半以下后，排水，排水结束后，排出剩余污泥至污泥酸化水解池A，系统进入下一周期循环，沉淀排水1h；

在以上处理过程中，在前置缺氧段后排至释磷池B的一部分外循环污泥经过释磷后沉淀，上清液排入化学除磷池C进行化学除磷，化学除磷上清液回流至SBR主反应池的好氧段进行下一步的处理，污泥则回流到下一周期的前置缺氧段。

本发明的优点如下：

（1）在不进水的前置缺氧段回流释磷污泥不但可以充分利用聚磷菌胞内碳源进行反硝化吸磷，避免进水外碳源对反硝化除磷的影响，还可以消除上周期残余硝态氮对后续厌氧释磷的影响以及释磷污泥回流液中的高浓度磷酸盐对系统除磷的冲击，实现一碳两用的目的。

（2）在经过前置缺氧段反硝化吸磷后，去除上周期残余硝态氮，提高系统对进水中氮浓度的稀释能力，使得系统具有较高的抗氮冲击负荷能力。

（3）与传统侧流除磷的“好氧吸磷，厌氧释磷”，本发明外循环的是经前置反硝化吸磷后的缺氧污泥即“缺氧吸磷，厌氧释磷”，可以避免外循环污泥将高浓度的硝态氮和溶解氧带到释磷池，影响厌氧释磷池释磷效果。

（4）设立微好氧段可以减少对进水碳源的无效氧化，有利于同时硝化反硝化的发生。

（5）污泥消化液和污水一定比例混合作为强化释磷池的强化释磷碳源，不仅可以节省外加碳源量，还可以省去调节污泥消化液pH步骤。

（6）化学除磷上清液回流至微好氧段，补充硝化过程所消耗的碱度。

（7）采用前置缺氧段—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水并在厌氧段和微好氧段连续进水的运行方式，可以提高进水碳源的利用率。在开始曝气初期，系统中异养菌较有优势，首先利用水中溶解氧进行有机物氧化分解，而硝化菌在竞争中处于劣势并不能立即进行硝化反应，因此，传统处理方法往往通过增加曝气量以换取更好的硝化效果，造成有机物的更快分解和曝气量的浪费。改进后的运行方式更合理的可以利用水中有限碳源：反硝化除磷和侧流除磷有机相辅相成，更加合理利用外加碳源，提高系统除磷效率；连续进水的运行方式可以合理的分配进水中有限的碳源；微好氧段的设立为同时硝化反硝化提供适宜的外部条件，并减少曝气量和碳源的无效氧化；最后的好氧段增加污泥活性，避免后续沉淀排水时释磷。因此，本发明可以减少城镇污水同步除磷脱氮的对碳源的竞争。

附图说明

图1为本发明的强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统平面示意图；

图1-1是图1的a-a剖面图；

图1-2是图1的b-b剖面图；

图1-3是图1的c-c剖面图；

图2是该处理系统的曝气装置的布置示意图；

图3为本发明的强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统运行的工艺流程图。

图中，1—SBR主反应池、2—污泥酸化水解池A、3—厌氧释磷池B、4—化学除磷池C、5—外循环污泥管、6—外循环污泥回流管、7—化学除磷上清液回流管、8—释磷上清液管、9—污泥消化液管、10—强化释磷池污水管、11—化学除磷药剂管、12—SBR池进水管、13—第一组曝气管、14—第二组曝气管、15—排水管、16—化学污泥管、17—微孔曝气头、18—SBR搅拌器、19—污泥酸化水解池搅拌器、20—释磷池搅拌器、21—除磷池搅拌器、22—污泥酸化水解池排空管、23—剩余污泥管、24—第一组空压机时控器、25—排水电子阀时控器、26—SBR搅拌器时控器、27—污泥消化液时控器、28—化学药剂时控器、29—第二组空压机时控器、30—释磷池B搅拌器时控器、31—化学除磷池C搅拌器时控器、32—SBR进水时控器、33—强化释磷池污水时控器、34—剩余污泥管时控器、35—污泥酸化水解池A搅拌器时控器。

具体实施方式

以下结合图1、图2和图3进一步详细说明本发明装置的结合和运行工序进行详细说明：

涉及的污水处理装置是由SBR主反应池1、一个污泥酸化水解池A2以及释磷池B3和化学除磷池C4构成，SBR主反应池的进水管12由SBR主反应池1的上部接入，出水管15由下部接出，并从SBR主反应池1的底部接出两根管与释磷池B3相连，分别是外循环污泥管5和外循环污泥回流管6，从化学除磷池C4接出一条除磷上清液回流管7到SBR主反应器，在SBR主反应池1内设置两组曝气装置，采用前置缺氧段—进水—厌氧段—微好氧段—好氧段—沉淀排水运行方式。

污泥酸化水解池A2通过污泥消化液管9与释磷池B3相连，释磷池B3和化学除磷池C4从上部分分别接入强化释磷池污水管10和化学除磷药剂管11，并在两个池子之间接有相互连通的排水管8。化学除磷池C4下接出一条化学污泥管16，在不排化学污泥的时，化学排泥管16通过阀门关闭，只有在从化学除磷池C4排除化学污泥时，才将化学排泥管16的阀门打开进行排泥。

在本装置中，SBR主反应池1的进水管12、污泥酸化水解池A2的剩余污泥管23、释磷池B3污泥消化液管9和强化释磷池污水管10以及化学除磷池C4的化学除磷药剂管11分别通过5个不同的时控器32、34、27、33和28进行控制。SBR主反应池1的两组曝气装置分别通过两个空压机时控器24和29控制；所述污泥酸化水解池A2、释磷池B3和化学除磷池C4内均设置有搅拌器19、（20）和21，分别通过污泥酸化水解池A搅拌器时控器30、释磷池B搅拌器时控器31和化学除磷池C搅拌器时控器35控制。

利用上述装置进行污水处理的方法如下：

（1）SBR主反应池运行工序（以4小时一周期为例）：

① 前置缺氧段：上周期排水结束后，释磷池B3中的释完磷的外循环污泥回流到SBR主反应池1，SBR主反应池中搅拌器18在时控器26的控制下开启搅拌使回流污泥充分混合，直至SBR主反应池开始沉淀排水时停止搅拌；此时空压机处于关闭状态，整个SBR主反应池中的混合液处于缺氧状态，反硝化吸磷菌利用胞内有机物质进行反硝化去除系统上周期残留的硝酸盐氮，并吸收磷。30min后，将一部分污泥外循环排至释磷池B3，前置缺氧段反硝化吸磷结束。

② 进水：根据设定进水量设定进水时间，即进水量= 进水流量×进水时间，进水流量通过进水管路上的液体流量计控制；进水泵和进水阀由连接的时控器控制，厌氧段开始时进水泵在时控器32的控制下将污水经进水管12抽入SBR主反应池1，沉淀排水时，进水泵关闭，整个进水时间为厌氧段和微好氧段之和。

③ 厌氧搅拌：整个SBR主反应池中的混合液处于厌氧状态，聚磷菌利用进水中的VFA物质进行厌氧释磷。厌氧时间约30min。

④ 微曝气阶段：厌氧结束后，第一组空压机时控器24控制空压机开始曝气，空气通过曝气管13由微孔曝气头17向系统充氧，使SBR主反应池处于DO浓度在0.3～0.6mg/L的低氧好氧状态；在这个阶段开始回流上周期的化学除磷上清液。在低DO环境下，亚硝化菌和硝化菌将污水中的氨氮氧化同时将硝酸盐还原为氮气即同时硝化反硝化过程。聚磷菌利用氧气吸收污水中的磷酸盐。微曝气阶段维持1h。

⑤ 好氧段：1h后第二组曝气装置14在第二组空压机时控器29控制下开始曝气，反应器进入好氧阶段，此时硝化菌继续氧化剩余的氨氮，聚磷菌利用氧气吸收污水中的磷酸盐。

⑦ 沉淀排水：最后曝气阶段完成后，两组曝气系统全部关闭、搅拌器18关闭，SBR反应池进行泥水分离30min。待污泥沉淀到SBR主反应池液面高度一半以下后，打开排水管15的阀门进行排水，排水结束后关闭排水管阀门，并通过剩余污泥管23排出剩余污泥至污泥酸化水解池A，系统进入下一周期循环。

一周期为6h时，运行方式与4h一样：前置缺氧段30min，厌氧段30min，微好氧段3h，好氧段1h，沉淀排水1h。

（2）侧流除磷池运行工序

1）释磷污泥回流：待SBR池沉淀排水结束进入下一周期前置缺氧段时，将释磷池B3中的上一周期已经释磷、排水完毕的外循环污泥 (约占总污泥量的15%)回流至SBR主反应池1，反硝化菌吸磷菌利用胞内碳源进行反硝化吸磷。

2）吸磷污泥外循环强化释磷：在SBR主反应池完成工序①后，打开外循环污泥管5的阀门，使池中吸磷污泥（约占总污泥量的15%）自流至厌氧释磷池B3，关闭外循环污泥管阀门，并通过污泥消化液管9和强化释磷池污水管10向池中注入外加有机碳源，其加入量与释磷池B3中的污泥量体积比为1：1；注入完毕后，开启厌氧释磷池中搅拌器20，进行厌氧搅拌（30min），使池中释放的磷酸盐浓度达到35～40mg/L；释磷结束后，关闭搅拌器20进行泥水分离；而SBR主反应池排出外循环污泥后进入厌氧段。

3）化学除磷：开启释磷池B3和化学除磷池C4之间的的排水管8阀门，释磷池B3中富含磷酸盐的上清液通过排水管8进入化学除磷池C4，排入化学除磷池C4的富磷上清液水量与厌氧释磷的进水量相同；排水完成后，关闭排水管8阀门，通过化学除磷药剂管11向化学除磷池C4中投加化学除磷剂（石灰），并开启搅拌器21搅拌使石灰与水中磷酸盐充分接触进行混凝沉淀，化学污泥通过池底部排泥管16排出。而释磷池B3中的污泥将在下一周期回流至SBR池的前置缺氧阶段。

4）化学除磷上清液回流：将化学除磷池C4中上清液通过化学除磷上清液回流管7回流至SBR主反应池1的下一周的曝气阶段以进一步去除污水中的氮和有机物，随后释磷池B3富含磷酸盐的上清液再次排入排空的化学除磷池C4。

5）污泥酸化水解池A：接受来自SBR主反应器1排放的剩余污泥，约9L/d（4小时一周期），该污泥在酸化水解池中的停留时间约10天。开启搅拌器19，3h后关闭，沉淀1h，通过剩余污泥管23排1.5L至强化厌氧释磷池B3。

具体应用实例1：以重庆大学校园排放的生活污水为处理对象，应用本发明提供的装置及运行方式，日处理水量为1m³。进水平均C/N=3.949，COD 81～145mg/L，NH₃-N 9.1～32.65mg/L，TN 11.15～40.97mg/L，TP 1.38-5.38mg/L，pH值7-8，试验温度为28~31℃。试验结果表明：当系统污泥龄50d的情况下，控制SBR主反应池好氧段单位体积曝气量为0.8 m³/h·m³，后好氧段末端溶解氧为1.2mg/L，好氧段平均DO浓度为0.16mg/L左右，污泥外循环释磷液磷酸盐浓度高达52.7mg/L，平均浓度为34.71mg/L；系统出水COD浓度小于40mg/L；系统出水NH₃-N浓度在3mg/L以下，平均去除率为95.58%；系统出水TN浓度低于15mg/L，平均去除率达到59.63%；系统出水TP浓度小于0.5mg/L，平均去除率超过95.85%，出水全面达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A类标准。

运行20天，对于前缺氧段稳定呈现反硝化吸磷现象。初始状态TN平均浓度约为12.82mg/L，TP平均浓度约为2.99mg/L，30分钟后，TN平均浓度降至8.6mg/L，TP平均浓度降至0.4mg/L。由于污泥外循环进入SBR反应器周期初，带入大量的磷酸盐，给反应器造成冲击。同时，由于低溶解氧条件下，间歇曝气的SBR工艺脱氮效果受限，因此前缺氧段将上周期残留硝酸盐进一步反硝化，降低了由于进水C/N较低的冲击，同时也是进水中TN浓度一进入反应器就大大降低，降低了后续处理的要求，使出水TN在较低C/N比条件下稳定达到一级A标。

Claims

1.一种强化反硝化除磷功能的低碳源污水处理系统，所述系统由SBR主反应池（1）、一个污泥酸化水解池A（2）以及厌氧释磷池B（3）和化学除磷池C（4）构成；

所述SBR主反应池（1）的进水管（12）由SBR主反应池（1）的上部接入，出水管（15）由下部接出，并从SBR主反应池（1）的底部接出两根管与释磷池B（3）相连，分别是外循环污泥管（5）和外循环污泥回流管（6）；从化学除磷池C（4）接出一条除磷上清液回流管（7）到SBR主反应池（1），在SBR主反应池（1）内设置两套曝气装置，采用前置缺氧—进水—厌氧—微好氧—好氧—沉淀排水运行方式；SBR主反应池（1）通过剩余污泥管（23）与污泥酸化水解池A（2）相连；

所述污泥酸化水解池A（2）通过污泥消化液管（9）与释磷池B（3）相连，释磷池B（3）和化学除磷池C（4）从上部分别接入厌氧释磷池B（3）污水管（10）和化学除磷药剂管（11），并在两个池子之间接有相互连通的排水管（8）；化学除磷池C（4）下接出一条化学污泥管（16），在不排化学污泥的时，化学排泥管（16）通过阀门关闭，只有在从化学除磷池C（4）排除化学污泥时，才将化学排泥管（16）的阀门打开进行排泥。

2.利用权利要求1所述的系统进行低碳源污水处理方法，其特征在于：所述SBR主反应池（1）采用前置缺氧—进水—厌氧—微好氧—好氧—沉淀排水的运行方式，处理过程如下：

① 前置缺氧：上周期排水结束后，让释磷池B中的释完磷的外循环污泥回流到SBR主反应池（1），搅拌，使回流污泥充分混合，直至SBR主反应池开始沉淀排水时停止搅拌；此时空压机处于关闭状态，整个SBR主反应池中的混合液处于缺氧状态，进行反硝化吸磷，前置缺氧时间为30min-40min；反硝化吸磷结束后，将一部分污泥由外循环排至释磷池B（3）；

② 进水：根据设定进水量设定进水时间，即进水量= 进水流量×进水时间，在厌氧段开始时将污水经进水管（12）抽入SBR主反应池（1），沉淀排水时，停止进水，整个进水时间为厌氧段和微好氧段时间之和；

在以上处理过程中，在前置缺氧段后排至释磷池B（3）的一部分外循环污泥经过释磷后沉淀，上清液排入化学除磷池C（4）进行化学除磷，化学除磷上清液回流至SBR主反应池的好氧段进行下一步的处理，污泥则回流到下一周期的前置缺氧段。

3.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：所述释磷池B回流至SBR主反应池（1）前置缺氧的外循环污泥约占总污泥量的10%-15%。

4.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：SBR主反应池中吸磷污泥通过外循环污泥管（5）自流至厌氧释磷池B（3）后，要向厌氧释磷池B（3）注入污泥酸化水解池A（2）酸化水解液与污水的混合液作为释磷碳源，其加入量与释磷池B（3）中的污泥量体积比为1：1，然后进行厌氧搅拌，使池中释放的磷酸盐浓度达到35～40mg/L，释磷结束后，进行泥水分离。

5.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：在化学除磷过程中，要向化学除磷池C（4）中投加化学除磷剂，并搅拌使化学除磷剂与水中磷酸盐充分接触进行混凝沉淀，化学污泥通过池底部排泥管排出，上清液回流至SBR主反应池（1）的下一周的微好氧段以进一步去除污水中的氮和有机物，随后释磷池B（3）富含磷酸盐的上清液再次排入排空的化学除磷池C（4）。

6.根据权利要求2所述的低碳源污水处理方法，其特征在于：所述污泥酸化水解池A接受了来自SBR主反应器（1）排放的剩余污泥后，该污泥在酸化水解池中的停留时间约10天，然后搅拌、沉淀，最后再排1.5L至强化厌氧释磷池B（3）。