CN102897917B - 生活污水无回流脱氮处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生活污水无回流脱氮处理装置及方法。其装置所含的一体化反应池体内空间沿污水运行方向被依次区隔为一定数量的交替分布且串联的厌氧反硝化区和好氧硝化区，且反应池体的最尾端设为厌氧反硝化区；在各厌氧反硝化区80～90%的体积内填充有填料，且在各厌氧反硝化区上部设有集气管，用以调节自回流状态；在各好氧硝化区的底部设有微孔曝气头，且在微孔曝气头的后侧上方设置有对应的折流板。本发明装置的硝化区和反硝化区均相互独立，各级硝化区以污泥自回流方式截留硝化细菌，脱氮高效且无需添加碱度；本发明适合分散式生活污水处理，工艺简单、管理方便、基建投资省、日常运行费用低、脱氮高效，处理后的污水可达A排放标准。

Description

生活污水无回流脱氮处理装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种生活污水无回流脱氮处理装置及方法。

背景技术

当前，解决我国广大农村地区分散式污水处理技术问题是改善生态环境的重要途径。就技术角度而言，传统废水脱氮工艺研究己经较为成熟，并可稳定运行。然而中小型污水处理脱氮工艺仍是困扰我国现阶段污水处理设施高效运行的重要因素。主要原因是：l)目前的脱氮工艺大部分为A²/O工艺，脱氮效率和回流比成正比(王社平等，2006)，开启脱氮工艺后废水处理费急剧上涨；2)传统脱氮工艺除正常池体构筑物及曝气设备外，还必须包括硝化液回流设备，污泥回流设备以及污泥处理设备，基建投资明显增大；3)因回流设备多，造成操作较为复杂，而对于分散式污水处理设施，很难有专门技术人员进行日常管理，因此难以推广利用，即使建了也会成为“晒太阳工程”。

分段进水生物脱氮工艺是一种具有发展前途的污水处理新工艺。不过分段进水脱氮工艺用于分散式污水处理设施尚有些不足之处:l)现有分段进水工艺尽管省掉了硝化液回流设施，但是没有省掉污泥回流设备；2)缺氧、好氧区交替存在，从好氧区流入到缺氧区的混合液不可避免地携带部分溶解氧，若控制不利，可能致使其它异养菌与反硝化菌竞争进水中的易降解COD，对低C/N比的生活污水而言，将使得反硝化碳源不足的问题更加严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适合分散式生活污水处理、工艺简单、管理方便、基建投资省、日常运行费用低、具有高效脱氮功能的生活污水无回流脱氮处理装置，并公开了利用该装置进行生活污水处理的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种生活污水无回流脱氮处理装置，包括一体化反应池体，其两端分别设置有对应的总进水口和出水口，所述一体化反应池体内空间沿污水运行方向被依次区隔为一定数量的交替分布且串联的厌氧反硝化区和好氧硝化区，且反应池体的最尾端设置为厌氧反硝化区；在各厌氧反硝化区80～90%的体积空间内填充有填料，且在各厌氧反硝化区上部设置有集气管，用以调节自回流状态；在各好氧硝化区的底部设置有微孔曝气头，且在微孔曝气头的后侧上方设置有对应的折流板。

脱氮的基本原理是硝化和反硝化，而硝化作用一般都是自养硝化，有机物会对硝化作用产生抑制，因此本方案在反应器的前段设置厌氧脱碳区，以节省能耗和防止有机碳对硝化作用的抑制作用。

整个反应器限速瓶颈以及运行成本主要集中在好氧硝化区，由于硝化细菌生长速率较慢，因此如何设计合适的硝化反应器，充分截留硝化细菌，是关系到系统最终TN去除率以及运行费用的关键部分。传统多段进水脱氮系统主要依靠污泥回流系统来保持反应器内的污泥浓度，而本设计每一级硝化区则通过污泥自回流方式实现硝化细菌的截留，并且每一级的硝化区和反硝化区均相互独立，有助于提高各自功能菌群的浓度。硝化区的容积由污泥的硝化速率以及进水水质决定。

最后一级反硝化区除进行反硝化作用以外，还兼有去除反硝化后残余碳源的作用。

上述各好氧硝化区的底部对应的前、后端均成40～50°倾角设置，以创造更好的水力条件。

所述填料为竹球填料，如毛竹球填料等。

所述一体化反应池体设置有四级厌氧反硝化区，在它们当中间隔有对应的三级好氧硝化区，所述第一、二、三级厌氧反硝化区内均隔有前、后两级填料层，所述第四级厌氧反硝化区内区隔有前、中、后三级填料层；在所述第一级厌氧反硝化区的前级填料层的下部设置有起始进水口，在所述第二、三、四级厌氧反硝化区的前级填料层的顶部设置有分流进水口，而各级厌氧反硝化区的出水口设置在其后级填料层的顶部；且在所述第一、二、三级厌氧反硝化区的出水口处设置有导流板，用于将其出水引导至对应的好氧硝化区的底部。

所述的生活污水无回流脱氮处理装置还包括调节池、污泥浓缩池。

一种生活污水无回流脱氮的方法，包括以下步骤：

将调节后的生活污水按下述配水比引入上述生活污水无回流脱氮处理装置中，依次流经其一体化反应池体内的各级厌氧反硝化区和好氧硝化区：

第n级与第一级的配水比为:

其中Q₁，Q₂，Q₃，…，Q_n依次为所述反应池体内的第1、2、3，…，n个厌氧反硝化区或好氧硝化区的配水量；C_COD为进水COD；N_TKN为进水TKN，水温在20℃时城市生活污水的Y_H取值为0.67；

上述各级好氧硝化区DO控制为1.5～2.5mg/L，污水在该区的停留时间控制为6～8h；各厌氧反硝化区污泥浓度控制为2～4mg/L。

充足的碳源及合适的反硝化时间是保证将硝氮转化为氮气最重要的参数，因此根据反硝化速率确定反硝化区的容积。最后一级反硝化区在满足反硝化碳源需要的条件下，尽量减少污水投配量，以保证出水氨氮最低。

本发明具有积极有益的效果：

1.本发明装置的每各级硝化区通过污泥自回流方式实现硝化细菌的截留，并且各级的硝化区和反硝化区均相互独立，有助于提高各自功能菌群的浓度，进而具有高效的脱氮功能，且脱氮时无需额外添加碱度。

2.本发明适合于分散式生活污水处理、其工艺简单、管理方便、基建投资省、日常运行费用低、脱氮高效，处理后的污水可完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBI8918－2002)中的一级A排放标准。

附图说明

图1为一种生活污水无回流脱氮处理装置的结构意图。

图中，1为第一级厌氧反硝化区，2、4、6为微孔曝气头,3为第二级厌氧反硝化区，5为第三级厌氧反硝化区，7为第四级厌氧反硝化区，8为毛竹球填料，9为出水口，10、13、16为分流进水口，11、14、17为折流板，12为第三级好氧硝化区，15为第二级好氧硝化区，18为第一级好氧硝化区，19为集气管，20为总进水口,21、22、23为导流板。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中所涉及的系统结构如无特别说明，则为常规的系统结构；所涉及的具体方法步骤如无特别说明，则均为常规方法步骤。

实施例1  一种生活污水无回流脱氮处理装置（无回流脱氮反应器），参见图1，包括调节池、一体化反应池体、污泥浓缩池，其两端分别设置有对应的总进水口20和出水口9，该一体化反应池体沿污水运行方向设置有四级厌氧反硝化区(A1、A2、A3、A4)1、3、5、7，在它们当中间隔有对应的三级好氧硝化区（O1、O1、O1）18、15、12，所述第一、二、三级厌氧反硝化区1、3、5内均隔有前、后两级填料层，所述第四级厌氧反硝化区7内区隔有前、中、后三级填料层；在一级厌氧反硝化区1的前级填料层的下部设置有起始进水口，在所述第二、三、四级厌氧反硝化区3、5、7的前级填料层的顶部设置有对应的分流进水口16、13、10，而各级厌氧反硝化区的出水口设置在其后级填料层的顶部；且在所述第一、二、三级厌氧反硝化区1、3、5的出水口处设置有对应的导流板21、22、23，用于将其出水引导至对应的好氧硝化区18、15、12的底部，各好氧硝化区的底部对应的前、后端均成45°倾角设置；在各厌氧反硝化区85%的体积空间内填充有毛竹球填料8，且在各厌氧反硝化区上部设置有集气管19，用以调节自回流状态；在各好氧硝化区的底部设置有对应的微孔曝气头2、4、6，且在微孔曝气头2、4、6的后侧上方设置有对应的折流板11、14、17；以上各功能构筑物及配套设备组件的设计参数参见表4。

利用上述装置进行生活污水无回流脱氮的方法：

将C/N调节后的生活污水按下述配水比引入上述生活污水无回流脱氮处理装置中，依次流经其一体化反应池体内交替分布的各级厌氧反硝化区和好氧硝化区，各级配水比按前述配水比计算公司进行计算，各级好氧硝化区的DO控制为2.0mg/L，污水在该区的停留时间控制为6～8h；各厌氧反硝化区污泥浓度控制为2～4mg/L。

无回流脱氮反应器启动完成后，通过调整不同的进水C/N比共分5个工况运行，结果总历时约90天的试运行，具体运行参数详见表1、表2。

表1启动阶段的运行参数

好氧区有效容积	8.32L
		水力停留时间(HRT)	11.08h
超越污泥回流比(r)	0.38
		污泥回流比(R)	0.4
泥龄(SRT)	20d

表2  各阶段运行实验参数

在硝化区混合液 DO=2mg/L、进水C/N为 1.94，反硝化区进水C/N为7.6的条件下，反硝化区反硝化速率是硝化区硝化速率的2.5倍。

根据生活污水水质调查结果，一般生活污水中的TKN为32.4～70.2mg/L，在 DO=2mg/L、进水C/N=1.94、污泥硝化速率为1.6mg/h和硝化区的污泥浓度控制在3g/L左右的条件下，将生活污水中的TKN完全硝化所需要的是6.75h左右。

实施例2：本发明工艺与传统工艺和设备设施对比分析

以郑州市某生活小区实际生活污水处理工程(150T/d)为例，分别采用实施例1所述生活污水无回流脱氮处理装置（无回流脱氮反应器）和传统A²/O工艺进行工艺和设备对比，进水水质按照水质实测值，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)中的一级A标准(表5)。

表3 设计进出水水质要求

两种处理工艺主要设计参数、构筑物体积及设备见表4。

表4 两种处理工艺设计参数对比

两种处理工艺的主要投资与成本比较见表5。

表5 两种处理工艺的主要投资与成本比较

无回流脱氮反应装置将生化池以及沉淀池均合建为一体，考虑到设置了多级沉淀区，在池容上略有增加，但由于合建的沉淀区并非是终沉池，对沉淀区出水SS并未有严格要求，仅需起到污泥截流作用即可，且其泥斗与硝化区共用，因此总土建投资仅比传统A²/O工艺高6.3%(表5)。

但无回流脱氮反应器省掉了污泥回流设施和硝化液回流设施，这两部分设备投资占了小规模(150T/d)污水处理设施投资的7%左右。填料部分增加的费用与曝气器增加的费用大致相抵。由表5可知，无回流脱氮反应器设备投资约比传统A²/O工艺低了13.6%。

综合土建和设备投资可知，无回流脱氮反应器同传统A²/O工艺的基建与设备总投资相比，减少了2.3%。

从两种工艺的能耗角度分析，无回流脱氮反应器的吨水能耗仅为传统的A²/O工艺的48.9%。此外，无回流脱氮反应器利用厌氧脱碳代替好氧去除有机物，一方面节省了运行成本，另一方面也大大降低了剩余污泥的产生，节省了污泥浓缩、脱水等费用，并且厌氧区的污泥脱水性能良好，无需消化可以直接脱水。因此无回流脱氮反应器的吨水运行费要远低于传统的A²/O工艺。传统的污水处理工艺，因回流设备多，操作较为复杂，难以在分散式污水处理区推广。本发明无回流脱氮反映器省去了回流系统，结构简单，运行稳定，管理方便，便于在分散式污水处理区推广。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种生活污水无回流脱氮处理装置，包括一体化反应池体，其两端分别设置有对应的总进水口和出水口，其特征在于，所述一体化反应池体内空间沿污水运行方向被依次区隔为一定数量的交替分布且串联的厌氧反硝化区和好氧硝化区，且反应池体的最尾端设置为厌氧反硝化区；在各厌氧反硝化区80～90%的体积空间内填充有填料，且在各厌氧反硝化区上部设置有集气管；在各好氧硝化区的底部设置有微孔曝气头，且在微孔曝气头的后侧上方设置有对应的折流板。

2.根据权利要求1所述的生活污水无回流脱氮处理装置，其特征在于，所述各好氧硝化区的底部对应的前、后端均成40～50°倾角设置。

3.根据权利要求1所述的生活污水无回流脱氮处理装置，其特征在于，所述填料为竹球填料。

4.根据权利要求1所述的生活污水无回流脱氮处理装置，其特征在于，所述一体化反应池体设置有四级厌氧反硝化区，在它们当中间隔有对应的三级好氧硝化区，第一、二、三级厌氧反硝化区内均隔有前、后两级填料层，所述四级厌氧反硝化区内区隔有前、中、后三级填料层；在所述第一级厌氧反硝化区的前级填料层的下部设置有起始进水口，在第二、三、四级厌氧反硝化区的前级填料层的顶部设置有分流进水口，而各级厌氧反硝化区的出水口设置在其后级填料层的顶部；且在所述第一、二、三级厌氧反硝化区的出水口处设置有导流板，用于将其出水引导至对应的好氧硝化区的底部。

5.根据权利要求1所述的生活污水无回流脱氮处理装置，其特征在于，还包括调节池、污泥浓缩池。

6.一种生活污水无回流脱氮的方法，包括以下步骤：

将调节后的生活污水按下述配水比引入权利要求1所述生活污水无回流脱氮处理装置中，依次流经其一体化反应池体内的各级厌氧反硝化区和好氧硝化区：

第n级与第一级的配水比为:

其中Q₁，Q₂，Q₃，…，Q_n依次为所述反应池体内的第1、2、3，…，n个厌氧反硝化区或好氧硝化区的配水量；C_COD为进水COD；N_TKN为进水TKN，水温在20℃时城市生活污水的Y_H取值为0.67；

上述各级好氧硝化区DO控制为1.5～2.5mg/L，污水在该区的停留时间控制为6～8h；各厌氧反硝化区污泥浓度控制为2～4mg/L。