CN103482819B

CN103482819B - A2o+淹没式生物滤池处理生活污水的装置与方法

Info

Publication number: CN103482819B
Application number: CN201310413154.9A
Authority: CN
Inventors: 王淑莹; 王聪; 张淼; 彭永臻
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: CN103482819A

Abstract

A²O+淹没式生物滤池处理生活污水的装置与方法属于污水处理领域。所述装置的进水管与污泥回流管分别连接到A²O反应池厌氧区的底部，硝化液贮存池通过硝化液回流管与反应池的第二格室即缺氧区的第一格相连，所述A²O反应池好氧区与中间沉淀池通过第一出水管相连；所述中间沉淀池通过淹没式生物滤池进水管与淹没式生物滤池第一格室相连；所述淹没式生物滤池通过第二出水管与二沉池相连，所述二沉池通过第三出水管与硝化液贮存池相连。其方法为：通过A²O反应池实现污水反硝化脱氮除磷去除有机物；通过生物滤池将氨氮氧化，为反应池中反硝化脱氮除磷反应提供电子受体，完成有机物、氮、磷的高效去除。本发明具有高效、节能、稳定的脱氮除磷效果和污泥减量的优点。

Description

A2O+淹没式生物滤池处理生活污水的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种污水生化处理装置与方法，属于污水生物处理技术领域，具体涉及A²O+淹没式生物滤池耦合生物处理工艺的装置与方法，特别适用于生活污水处理厂的新建及污水处理厂的升级改造。

背景技术

控制与治理水体富营养化是十分棘手、代价昂贵的世界性难题，人类对引起水体富营养化的根本原因已经达成共识，即氮、磷等营养元素的过量排放是最关键因素。因此，只有切断污染源，才能根治富营养化，实现经济和社会的可持续发展。同时，要加强污水处理的一级A排放标准达标率，尤其控制TN、TP在标准范围内。由于我国生活污水C/N值较低，这就为达标处理带来了难度，最佳的解决方法是投加大量的外加碳源，但这无疑会增加污水处理厂的运行费用，再加上活性污泥法产生的大量剩余污泥，也造成了比较显著的环境问题。

A²O作为最简单的同步脱氮除磷工艺被广泛应用于国内外大型污水处理厂，然而，A²O工艺固有的缺欠就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在污泥龄、碳源需求以及回流污泥中携带的硝酸盐影响聚磷菌厌氧释磷等方面存在矛盾，高效的脱氮和除磷很难在同一系统中同时获得，并且好氧出水中携带的硝态氮很容易在二沉池内发生反硝化，导致污泥上浮，影响系统的稳定运行。特别在处理低C/N生活污水时，聚磷菌厌氧段不能充分释磷，硝化菌效率低下，碳源的缺乏使A²O脱氮除磷工艺中原本存在的问题更加突出。

淹没式生物滤池，是一种介于活性污泥法和生物膜法之间、兼具两者优点的生物处理技术，因此在工程实践中得到了迅速的发展和应用。淹没式生物滤池具有较高的容积负荷，处理效率较高，有利于缩小池容，减少占地面积；淹没式生物滤池法不需要污泥回流，也就不存在污泥膨胀问题，操作简单，运行方便，易于维护管理；生物固体量多，对水质水量的骤变有较强的适应能力；生物膜上微生物种群丰富，且污泥产量较低，节省了二沉池空间和基建费用。目前，淹没式生物滤池工艺急需解决的问题之一也是对氮、磷等营养物质的去除及反应效率的提高。

A²O+淹没式生物滤池是一种耦合生物处理工艺，集A²O与淹没式生物滤池优势于一体，将硝化菌和聚磷菌分离，能够稳定实现反硝化除磷技术，实现“一碳两用”，节省曝气量，降低污泥产量，降低运行费用，运行稳定，卫生方便，效果良好，是处理低C/N生活污水、污水处理厂的升级改造以及污水深度处理厂新建的最佳脱氮除磷工艺。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种A²O+淹没式生物滤池耦合生物处理工艺装置与方法，成功的将聚磷菌和硝化菌分离到不同的反应池中，反硝化脱氮除磷反应在以聚磷菌为优势菌种的A²O反应池中实现，淹没式生物滤池中主要由硝化菌进行硝化反应，在保证组合系统经济、稳定、高效的氮磷去除率的基础上实现污泥减量，节能降耗，绿色环保。

A²O+淹没式生物滤池耦合生物处理工艺装置是活性污泥法和生物膜法相结合的双污泥系统，装置结构见附图1，其特征在于：

装置包括原水水池1，A²O反应池2，中间沉淀池3，淹没式生物滤池4，二沉池5，硝化液贮存池6组成。所述原水水池1与A²O反应池2的第一格室厌氧区9通过进水管7相连，所述A²O反应池2由5个格室构成，第一格室是厌氧区9，随后的3格是缺氧区10，剩余的1格是好氧区11，厌氧区9和缺氧区10分别安装厌氧搅拌装置12和缺氧搅拌装置13，好氧区11安装曝气装置14，由曝气系统15供气，好氧区11出水通过第一出水管17进入中间沉淀池3；通过污泥回流泵19将所述中间沉淀池3中泥水分离后的污泥回流到A²O反应池2厌氧区9，出水流经淹没式生物滤池进水管23进入淹没式生物滤池4第一格室；所述淹没式生物滤池4共有4个格室，每格室均用悬浮填料24填充，所述悬浮填料24呈圆柱状，尺寸为D25mm×10mm，中心有网格结构，密度为0.96g/cm³，孔隙率为95%，有效比表面积为500m²/m³，每格室均安装曝气装置25，由曝气系统26供气，其出水通过第二出水管流入二沉池5；脱落的生物膜沉在二沉池5池底并通过排泥管31排放，二沉池5出水通过第三出水管流入硝化液贮存池6，硝化液贮存池6与A²O反应池2第二格室即缺氧区10第一格室通过硝化液回流管34相连，系统出水由第四出水管37排放。所述装置中第一曝气系统15与第二曝气系统26分别于鼓风机27相连。

利用上述装置进行处理生活污水的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1）原水水池1中的原水经进水管7进入A²O反应池2的第一格，即厌氧区9，同时进入的还有来自中间沉淀池3经污泥回流泵19送来的回流污泥，污泥回流比为100-300%，由厌氧搅拌装置12均匀混合，聚磷菌将原水中的有机物合成内碳源PHA储存于细胞体内，此过程伴随大量磷的释放，能去除原水中80%的有机物。

2）A²O反应池2中混合液随后进入第二格室即缺氧区10第一格室，同时进入的还有经淹没式生物滤池4充分硝化并在二沉池5完成固液分离的硝化液贮存池6中的硝化液，硝化液回流比为100-400%，由缺氧搅拌装置13均匀混合。反硝化菌率先利用剩余有机物进行反硝化脱氮反应，之后反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体，以内碳源PHA为电子供体，进行同步反硝化脱氮除磷反应。

3）A²O反应池2中混合液流经缺氧区10第二、第三格室进入好氧区11，好氧区溶解氧为1-4mg/L，根据缺氧区反硝化除磷情况做相应调整，进一步吸磷，同时吹脱反硝化过程产生的氮气,便于后续中间沉淀池3的泥水分离。A²O反应池厌氧、缺氧、好氧体积比为1:2:1-1:6:1，水力停留时间为6-10h。

4）在中间沉淀池3经固液分离后，沉淀污泥经污泥回流管20回流到A²O反应池2第一格厌氧区9，含有氨氮未被氧化的上清液进入淹没式生物滤池4第一格室。

5）将淹没式生物滤池4划分为2-10个格室，每格室均采用悬浮填料24填充，填充率为10-70%，溶解氧控制为1-4mg/L，根据硝化反应情况做相应调整，氨氮被氧化为硝态氮，其出水通过第二出水管29流入二沉池5。

6）在二沉池5中，脱落的生物膜沉到底部并由排泥管31分离出去，上清液经第二溢流口28通过第三出水管33进入硝化液贮存池7，完成脱落生物膜与处理水的分离。

7）硝化液贮存池6中富含硝态氮的回流液从底部经硝化液回流管34进入A²O反应池2的第二格室即缺氧区10第一格室，出水从池上方的出水口由第四出水管37排放。

基于所述的A²O+淹没式生物滤池耦合生物处理工艺装置，通过试验，处理生活污水的目的主要是通过以下3步技术路线实现的：

1）调节原污水的氮负荷，合理控制硝化液回流比、淹没式生物滤池溶解氧、水力停留时间等参数，确定最佳运行方式，测试脱氮效果。

2）调节原污水的磷负荷，改变控制参数，改变污泥回流比、改变A²O反应池厌氧、缺氧、好氧体积比，改变水力停留时间等参数，确定最佳运行方式，测试除磷效果。

3）模拟生活污水的实际排放情况，改变污染物负荷，测试系统抗冲击负荷的能力，增强其应用可行性。

本发明的A²O+淹没式生物滤池处理生活污水的装置与方法跟现有技术相比，具有下列优点:

1）A²O+淹没式生物滤池的装置运行简单，管理方便；

2）实现了聚磷菌和硝化菌分离，解决了传统工艺中碳源与泥龄间的矛盾，并将除磷和反硝化两个独立过程耦合,实现了碳源和曝气量的节省以及污泥的减量，尤其适用于低C/N条件下的深度脱氮除磷；

3）反硝化聚磷菌为A²O反应池中的优势菌种，硝化菌为淹没式生物滤池中的优势菌种；

4）A²O反应池中水力停留时间短，好氧区较短，节约曝气能耗；

5）中间沉淀池不易发生污泥上浮现象，运行稳定，出水效果好；

6）淹没式生物滤池生物量多，处理效率高，无需反冲洗，无需污泥回流，运行管理方便，极大的缩短了水力停留时间，污泥产率低；

7）通过合理控制淹没式生物滤池区溶解氧浓度，可实现同步硝化反硝化，全程硝化，短程硝化，不仅节约曝气能耗，更加缩短了反应时间；

8)淹没式生物滤池的型式由单格完全混合演变为多格室完全混合式与推流式相结合的型式，反应速率较高，并具有较强的抗冲击负荷能力，更适用于高水量的处理，达到更高的处理程度；

9）整个系统污泥量比一般活性污泥法少，减少了池容与构筑物基建费用，减少了污泥处置费用；

10）本发明运行稳定，有利于A²O+淹没式生物滤池耦合工艺的推广应用。

附图说明

图1为本发明所述的A²O+淹没式生物滤池装置的结构示意图；

图中：1-原水水池；2-A²O反应池；3-中间沉淀池；4-淹没式生物滤池；5-二沉池；6-硝化液贮存池；7-进水管；8-进水泵；9-厌氧区；10-缺氧区；11-好氧区；12-厌氧搅拌装置；13-缺氧搅拌装置；14,25-曝气装置；15-第一曝气系统；16-第一溢流口；17-第一出水管；18-第一中心管；19-污泥回流泵；20-污泥回流管；21-第一排泥管；22-第一排泥阀；23-淹没式生物滤池进水管；24-悬浮填料；26-第二曝气系统；27-鼓风机；28-第二溢流口；29-第二出水管；30-第二中心管；31-第二排泥管；32-第二排泥阀；33-第三出水管；34-硝化液回流管；35-硝化液回流泵；36-出水阀；37-第四出水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请专利作进一步的说明。

图1为本发明提供的A²O+淹没式生物滤池的装置实施例的结构原理示意图，所述装置主要由原水水池1、A²O反应池2、中间沉淀池3、淹没式生物滤池4、二沉池5、硝化液贮存池6组成。所述原水水池1与A²O反应池2的第一格室厌氧区9通过进水管7相连，所述A²O反应池2由5个格室构成，第一格室是厌氧区9，随后的3格是缺氧区10，剩余的1格是好氧区11，厌氧区9和缺氧区10分别安装厌氧搅拌装置12和缺氧搅拌装置13，好氧区11安装曝气装置14，由第一曝气系统15供气，好氧区11出水通过第一出水管17进入中间沉淀池3，通过污泥回流泵19将所述中间沉淀池3中泥水分离后的污泥回流到A²O反应池2厌氧区9，出水流经淹没式生物滤池进水管23进入淹没式生物滤池4第一格室；所述淹没式生物滤池4共有4个格室，每格室均用悬浮填料24填充，所述悬浮填料24呈圆柱状，尺寸为D25mm×10mm，中心有网格结构，密度0.96g/cm³，孔隙率为95%，比表面积为500m²/m³，每格室均安装曝气装置25，由第二曝气系统26供气，其出水通过第二出水管流入二沉池5；脱落的生物膜沉在二沉池5底部并通过第二排泥管31排放，二沉池5出水通过第三出水管流入硝化液贮存池6，硝化液贮存池6与A²O反应池2第二格室即缺氧区10第一格室通过硝化液回流管34相连，系统出水由第四出水管37排放。所述装置中第一曝气系统15与第二曝气系统26分别于鼓风机27相连。

试验过程中，通过流量及浓度的变化模拟生活污水的排放，优化调整运行参数，如溶解氧（1-4mg/L），硝化液回流比（100-400%），污泥回流比（100-300%），水力停留时间（A²O反应池：6-10h，淹没式生物滤池：1-4h），A²O反应池厌氧、缺氧、好氧体积比（1:2:1-1:6:1）等，探究最优运行条件。

该工艺运行的基本原理为：污水与从中间沉淀池回流过来的回流污泥进入A²O反应池第一格室厌氧区，聚磷菌利用原水中的有机物合成内碳源PHA，并释放大量的磷，能去除原水中80%的有机物。混合液随后进入第二格室缺氧区，同时进入的还有从硝化液贮存池回流过来的硝化液（亚硝态氮、硝态氮或者亚硝态氮和硝态氮的混合液），反硝化菌率先利用剩余有机物进行反硝化脱氮反应，之后反硝化聚磷菌以亚硝酸盐、硝酸盐或者亚硝酸盐和硝酸盐的混合液为电子受体，以内碳源PHA为电子供体，进行同步反硝化脱氮除磷反应。混合液随后进入A²O反应池的好氧区，进一步吸磷并吹脱反硝化过程产生的氮气。A²O反应池出水经过中间沉淀进入淹没式生物滤池，发生硝化反应，可以通过控制溶解氧，来实现全程硝化、短程硝化，将硝化液回流入A²O反应池的缺氧区进行不同电子受体的反硝化脱氮除磷反应。该工艺能够节约曝气能耗，减少污泥产量，缩短反应时间，通过反硝化除磷技术实现氮磷的高效同步去除。

实施例1

利用该装置对水质特征为：COD=100-300mg/L，TN=50-80mg/L，TP=3-7mg/L的实际生活污水进行处理，处理量Q=5L/h，A²O反应池实现的主要是以硝态氮为电子受体的反硝化除磷反应，好氧区溶解氧控制在1.0-2.5mg/L，淹没式生物滤池溶解氧控制在3.5-4.5mg/L，实现全程硝化。A²O反应池中厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比是1:3:1，厌氧区污泥浓度维持在4000-5000mg/L，水力停留时间为10h，污泥回流比为100%；淹没式生物滤池悬浮填料填充率为45%，停留时间为1.8h，硝化液回流比为300%。出水COD在50mg/L以内，出水NH₄ ⁺-N在5mg/L以内，出水TN在15mg/L以内，出水TP在0.5mg/L以内。

实施例2

利用该装置对水质特征为：COD=100-300mg/L，TN=50-80mg/L，TP=3-7mg/L的实际生活污水进行处理，处理量Q=5L/h，A²O反应池实现的主要是以亚硝态氮和硝态氮的混合液为电子受体的反硝化除磷反应，好氧区溶解氧控制在1.0-2.5mg/L，淹没式生物滤池第一格室溶解氧控制在3.5-4.5mg/L，逐渐递减为2.5-3.5mg/L、1.5-2.5mg/L、0.5-1.5mg/L，实现部分短程硝化和部分全程硝化。A²O反应池中厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比是1:3:1，厌氧区污泥浓度维持在4000-5000mg/L，水力停留时间为10h，污泥回流比为100%；淹没式生物滤池悬浮填料填充率为45%，停留时间为1.8h，硝化液回流比为300%。出水COD在50mg/L以内，出水NH₄ ⁺-N在5mg/L以内，出水TN在15mg/L以内，出水TP在0.5mg/L以内。

实施例3

利用该装置对水质特征为：COD=100-300mg/L，TN=50-80mg/L，TP=3-7mg/L的实际生活污水进行处理，处理量Q=5L/h，A²O反应池实现的主要是以亚硝态氮为电子受体的反硝化除磷反应，好氧区溶解氧控制在1.0-2.5mg/L，淹没式生物滤池溶解氧控制在0.5-2.0mg/L，实现短程硝化。A²O反应池中厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比是1:3:1，厌氧区污泥浓度维持在4000-5000mg/L，水力停留时间为10h，污泥回流比为100%；淹没式生物滤池悬浮填料填充率为45%，停留时间为1.8h，硝化液回流比为300%。出水COD在50mg/L以内，出水NH₄ ⁺-N在5mg/L以内，出水TN在15mg/L以内，出水TP在0.5mg/L以内。

以上是本发明的具体实施例，便于该技术领域的技术人员能理解和应用，本发明的实施不限于此。

Claims

1.A²O+淹没式生物滤池处理生活污水的装置，其特征在于：

所述装置包括原水水池（1）、A²O反应池（2）、中间沉淀池（3）、淹没式生物滤池（4）、二沉池（5）、硝化液贮存池（6）；所述原水水池（1）与A²O反应池（2）的第一格室厌氧区（9）通过进水管（7）相连，所述A²O反应池（2）由5个格室构成，第一格室是厌氧区（9），随后的3格是缺氧区（10），剩余的1格是好氧区（11），厌氧区（9）和缺氧区（10）分别安装厌氧搅拌装置（12）和缺氧搅拌装置（13），好氧区（11）安装曝气装置（14），由第一曝气系统（15）供气，好氧区（11）与中间沉淀池（3）通过第一出水管（17）连接；所述中间沉淀池（3）与A²O反应池（2）的厌氧区（9）通过污泥回流管（20）连接，并与淹没式生物滤池（4）第一格室通过淹没式生物滤池进水管（23）连接；所述淹没式生物滤池（4）共有4个格室，每格室均用悬浮填料（24）填充，并安装曝气装置（25），由第二曝气系统（26）供气，与二沉池（5）通过第二出水管（29）连接；脱落的生物膜沉在二沉池（5）池底并通过第二排泥管（31）排放，二沉池（5）与硝化液贮存池（6）通过第三出水管（33）连接，硝化液贮存池（6）与A²O反应池（2）第二格室即缺氧区（10）第一格室通过硝化液回流管（34）连接，系统出水由第四出水管（37）排放；所述装置中第一曝气系统（15）与第二曝气系统（26）分别与鼓风机（27）连接。

2.根据权利要求1所述的A²O+淹没式生物滤池处理生活污水的装置，其特征在于：所述的悬浮填料（24），圆柱状，尺寸为D25mm×10mm，中心有网格结构，密度为0.96g/cm³，孔隙率为95%，有效比表面积为500m²/m³。

3.应用权利要求1所述的A²O+淹没式生物滤池处理生活污水的装置的方法，其特征在于：

1）原水水池（1）中的原水经进水管（7）进入A²O反应池（2）的第一格，即厌氧区（9），同时进入的还有来自中间沉淀池（3）经污泥回流泵（19）送来的回流污泥，污泥回流比为100-300%，由厌氧搅拌装置（12）均匀混合；

2）A²O反应池（2）中混合液随后进入第二格室即缺氧区（10）第一格室，同时进入的还有经淹没式生物滤池（4）充分硝化并在二沉池（5）完成固液分离的硝化液贮存池（6）中的硝化液，硝化液回流比为100-400%，由缺氧搅拌装置（13）均匀混合；

3）A²O反应池（2）中混合液流经缺氧区（10）第二、第三格室进入好氧区（11），好氧区溶解氧为1-4mg/L；A²O反应池厌氧、缺氧、好氧体积比为1:2:1-1:6:1，水力停留时间为6-10h；

4）A²O反应池（2）好氧区（11）出水通过第一出水管（17）进入中间沉淀池（3），沉淀污泥经污泥回流管（20）回流到A²O反应池（2）第一格厌氧区（9），含有氨氮未被氧化的上清液进入淹没式生物滤池（4）第一格室；

5）将淹没式生物滤池（4）划分为4个格室，每格室均采用悬浮填料（24）填充，填充率为10-70%，溶解氧控制为1-4mg/L，水力停留时间为1-4h，其出水通过第二出水管（29）流入二沉池（5）；

6）在二沉池（5）中，脱落的生物膜沉到底部并由第二排泥管（31）分离出去，上清液经第二溢流口（28）通过第三出水管（33）进入硝化液贮存池（6）；

7）硝化液贮存池（6）中富含硝态氮的回流液从底部经硝化液回流管（34）进入A²O反应池（2）的第二格室即缺氧区（10）第一格室，出水从池上方的出水口由第四出水管（37）排放。