CN103508634A - 一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统及其工艺，涉及污水处理技术领域。针对现有的污水处理工艺固液分离效率低，污泥浓缩效果差，生化反应池内的微生物难以维持较高的浓度，导致处理能力低；而处理系统中重力沉淀池表面负荷低、占地面积大的问题。系统：脱氮除磷反应单元包括依次连通的厌氧区、缺氧区和好氧区，好氧区与缺氧区的输入端通过管路连通，与脱氮除磷反应单元串联的固液分离单元，它包括依次连通的溶气深池和气浮池，好氧区的输出端与溶气深池的输入端连通。工艺：一、厌氧释磷反应；二、反硝化反应；三、碳氧化、好氧吸磷和硝化反应；四、深池溶气；五、固液分离。本发明尤其适用于连续流污水处理厂的新建工程中。

Description

一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统及其工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统及其工艺。

背景技术

当前，我国正处于工业化、城镇化快速发展时期，城市地价持续攀升，建设用地十分紧缺。节约用地既是要素制约所迫，也是长远生存之计，只有在经济稳步增长的同时，走出一条建设占地少、土地利用效率高的污水处理厂建设用地新路子，才能持续推动城市化发展，实现建设资源节约型、环境友好型社会的目标。

开发时间短、占地面积小的高效脱氮除磷的污水处理系统及其工艺一直是污水处理领域的研究重点。长期的污水处理厂设计运行经验表明：污水处理工艺的效能与活性污泥的浓度息息相关，而活性污泥的浓度又受泥水分离效果的限制。

专利号200410091587.8，授权公告号CN 1309665C，名称为脱氮除磷工艺－NPR工艺的中国发明专利，请参见附图1（图中BAF为生物滤池），其处理工艺分为两个主体生物段，第一主体生物段设置有厌氧池、缺氧池和氧保持池共三部分。在厌氧池中，回流的污泥充分释放磷，部分有机物进行降解；在缺氧池进行反硝化脱氮，同时去除大部分有机物；氧保持池保持溶解氧的浓度，氧保持池的出水经二沉池沉淀处理后，进入第二主体生物段，第二主体生物段的生物滤池中安装有生物滤料，完成对污水中有机物的降解、氨氮的硝化和磷的去除；处理后的出水一部分排放，另一部分回流到缺氧池中进行反硝化。二沉池产生的污泥一部分回流到厌氧池，磷通过排泥被除去，另一部分含有磷的剩余污泥排出系统之外进行脱水处理。

上述技术方案的处理工艺中，采用传统重力沉淀池（即二沉池）进行泥水分离，固液分离效率低，污泥浓缩效果差，回流到厌氧池的活性污泥浓度只能维持在2000mg/L～3000mg/L，使得生化反应池（即第一主体生物段）内的微生物难以维持较高的浓度，导致污水处理厂处理能力始终处于较低水平，造成设施和设备的浪费；该处理系统中，重力沉淀池表面负荷低、占地面积大。为解决上述问题，目前，主要采用膜分离技术替代传统的重力沉淀，以提高固液分离效率，膜分离技术是利用膜的选择性分离功能实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩，具有出水水质好、出水可直接回用、设备占地面积小、便于自控、活性污泥浓度高和剩余活性污泥产量低等优点，膜分离技术可显著提高污水处理厂的处理能力。但其存在建设运行费用高、维护要求高等问题，推广难度较大。

发明内容

针对现有的污水处理工艺中采用重力沉淀，固液分离效率低，污泥浓缩效果差，使得生化反应池内的微生物难以维持较高的浓度，导致处理能力低下；而污水处理系统中重力沉淀池表面负荷低、占地面积大的问题，本发明的目的是提供一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统及其工艺，其建设用地省、运行能耗低、固液分离效果好、出水水质稳定优质，可用于连续流污水处理厂的新建工程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：污水处理系统包括脱氮除磷反应单元，所述脱氮除磷反应单元包括依次连通的厌氧区、缺氧区和好氧区，所述好氧区与所述缺氧区的输入端通过管路连通，还包括与所述脱氮除磷反应单元连通的固液分离单元，所述固液分离单元包括依次连通的溶气深池和气浮池，所述好氧区的输出端与所述溶气深池的输入端连通。

进一步地，所述溶气深池的深度为30m～100m。

更进一步地，所述溶气深池深度为40m～50m。

所述气浮池通过管路与所述厌氧区的输入端连通。

另外，本发明还提供了一种能够提高活性污泥浓度的污水处理工艺，其步骤如下：

一、厌氧释磷反应：在所述厌氧区，待处理污水与所述气浮池回流到所述厌氧区的活性污泥混合发生厌氧释磷反应；

二、反硝化反应：在所述缺氧区，经所述步骤一后的所述厌氧区的出水，与所述好氧区回流到所述缺氧区的硝化液进行反硝化反应；

三、碳氧化、好氧吸磷和硝化反应：在所述好氧区，经所述步骤二后的所述缺氧区的出水，进入所述好氧区进行碳氧化、好氧吸磷和硝化过程，所述好氧区的出水一部分回流至所述缺氧区，另一部分进入所述溶气深池；

四、深池溶气：所述步骤三中的好氧区出水在所述溶气深池中完成溶气过程；

五、固液分离：经所述步骤四的出水进入所述气浮池进行固液分离，所述气浮池表面形成的浓缩的活性污泥回流至所述厌氧区，其余则作为剩余污泥排出系统。

进一步地，所述步骤四中，所述好氧区的出水是进入深度为30m～100m的所述溶气深池进行加压溶气。

更进一步地，所述溶气深池的深度为40m～50m。

所述步骤五中，所述活性污泥回流比为30%～100%。

优选地，所述回流比为45%～55%。

本发明的效果在于：本发明的污水处理系统，通过设置串联的溶气深池和气浮池实现高效的固液分离，替代了传统的重力沉淀池。本发明的污水处理系统在脱氮除磷反应单元与气浮池之间设置了溶气深池，溶气深池利用水柱静压增加泥水混合物中的空气溶解量，上述泥水混合物再进入气浮池进行固液分离得到浓缩的活性污泥。采用溶气深池的污水处理系统与常规处理系统相比，工程占地减少30%以上，可节约大量的征地费用，节约工程投资20%～30%。

本发明的污水处理工艺，将经过脱氮除磷处理工艺的泥水混合物在溶气深池中进行加压溶气，以提高泥水混合物中的气体含量，再进入气浮池进行固液分离，相比单独采用气浮池进行固液分离的处理方法，泥水混合物中空气溶解度增大，确保了气浮效果，水力停留时间短，降低了能耗。在气浮池中可形成浓度为20000mg/L～40000mg/L的浓缩的活性污泥；本处理工艺中浓缩的活性污泥回流比控制在30%～100%，使得进入脱氮除磷反应单元中的活性污泥浓度可达到5000mg/L以上，极大地提高了活性污泥的浓度，能够充分发挥污水处理系统的处理潜力，显著提升污染物的去除效率。

附图说明

图1为现有技术中的污水处理系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例一的污水处理系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统及其工艺作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

污水脱氮除磷（AAO）处理工艺原理如下：污水生物脱氮主要通过硝化反硝化过程来实现，分为硝化和反硝化两个阶段。在好氧条件下利用污水中的硝化细菌将氮化物转化为硝酸盐，然后在缺氧条件下（溶解氧浓度＜0.5mg/L），利用污水中的反硝化细菌将硝酸盐还原成气态氮。  

污水生物除磷则主要通过聚磷菌过量摄磷和污泥排放来实现，其反应过程主要是厌氧释磷和好氧（缺氧）吸磷两个过程。即：在厌氧条件下，聚磷菌降解体内的聚磷颗粒（poly-P）产生能量，释放出磷酸盐，同时吸收水中的有机物，并将其转化为聚β-羟基链烷酸盐（PHA）并贮存于细胞内；在好氧或缺氧条件下，聚磷菌氧化分解体内的PHA，合成糖原，同时过量吸收水中的磷酸盐合成聚磷酸盐，从而达到去除水中磷的目的。

实施例一：下面结合图2说明本实施例的污水处理系统，它包括依次连通的脱氮除磷反应单元10和固液分离单元20。其中，脱氮除磷反应单元10包括依次连通的厌氧区101、缺氧区102和好氧区103，并且，好氧区103通过管路与缺氧区102的输入端连通。固液分离单元20包括依次连通的溶气深池201和气浮池202。好氧区103的输出端与溶气深池201的输入端连通。进一步地，气浮池202通过管路与厌氧区101的输入端连通。

在脱氮除磷反应单元10中，厌氧区101的输入端与污水进水口Ａ连通，污水与通过管路从气浮池202回流过来的浓缩的活性污泥在厌氧区101混合，发生厌氧释磷反应，浓缩的活性污泥中的聚磷菌降解体内的聚磷颗粒（poly-P）产生能量，释放出磷酸盐，同时，聚磷菌吸收污水中的短链脂肪酸形成PHB（聚-β-羟丁酸poly-β-hydroxybutyrate，PHB是PHA的一种）并储存于细胞体内。

厌氧区101输出端与缺氧区102的输入端连通，以将厌氧释磷反应后的出水输入缺氧区102，并与从好氧区103回流过来的硝化液进行反硝化和反硝化除磷反应。在缺氧区102中，污水中的反硝化菌将回流过来的硝化液中的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的。同时，污水中的反硝化除磷菌以硝酸盐和亚硝酸盐作为最终电子受体，吸收部分正磷酸盐，实现水中磷的过量吸收。

缺氧区102的输出端与好氧区103的输入端连通，在好氧区103，污水中的硝化细菌将污水中的氨氮及由有机氮氨转化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐，聚磷菌氧化分解体内PHA，合成糖原，同时过量吸收水中的磷酸盐合成聚磷酸盐。

本实施例的污水处理系统中，好氧区103的输出端与固液分离单元20的溶气深池201连通，以将脱氮除磷反应后的泥水混合物输入溶气深池201中。溶气深池201的直径约为1.0m～6.0m，深度约为30m～100m，池底部设有曝气装置，溶气深池201利用水柱静压，使气液两相混合均匀，增加泥水混合物中的空气溶解量，为后续的气浮做准备。优选地，溶气深池201深度为40m～50m，此时，溶气深池201水柱压力适中。厌氧区101和缺氧区102主要依靠搅拌维持泥水混合物的悬浮状态，好氧区103和溶气深池201主要依靠鼓风曝气维持活性污泥的悬浮状态。

溶气深池201的输出端与气浮池202的输入端连通，将完成溶气的泥水混合物输入气浮池202，泥水混合物在负压下释放微气泡，供气浮使用。气浮是在水中形成高度分散的微小气泡，微小气泡粘附在污水中疏水基的固体或液体颗粒上，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面，从而实现固液分离的过程。泥水混合物通过气浮池202的固液分离，可形成浓度为20000mg/L～40000mg/L的浓缩的活性污泥，气浮池202上部的浓缩的活性污泥回流至厌氧区101，含有磷的剩余污泥则通过气浮池202下部的污泥排出口Ｃ排出系统，从而达到去除水中磷的目的，处理后的水由出水口B输出。

本实施例中采用溶气深池201加压溶气，并在气浮池202中形成高浓度活性污泥，通过回流以提高脱氮除磷反应单元中活性污泥的浓度，从而提高整个污水处理系统的处理效能。采用溶气深池201的污水处理系统与常规处理系统相比，工程占地减少30%以上，可节约大量的征地费用，可节约工程投资20%～30%。

上述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例二：下面结合图2说明本实施例的污水处理工艺，包括如下步骤：

一、厌氧释磷反应：污水首先进入厌氧区101，待处理污水与气浮池202回流到厌氧区101的浓缩污泥混合，停留时间1.5h，发生厌氧释磷反应；活性污泥中的聚磷菌降解体内的聚磷颗粒（poly-P）产生能量，释放出磷酸盐，同时，聚磷菌吸收污水中的短链脂肪酸形成PHB并储存于细胞体内。

二、反硝化反应：厌氧区101的出水进入缺氧区102，与好氧区103回流到缺氧区102的硝化液进行反硝化和反硝化除磷反应，缺氧区102的水力停留时间为3.5h；污水中的反硝化菌将回流过来的硝化液中的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的，同时污水中的反硝化除磷菌以硝酸盐和亚硝酸盐作为最终电子受体，吸收部分正磷酸盐，实现水中磷的过量吸收。

三、碳氧化、好氧吸磷和硝化反应：缺氧区102的出水进入好氧区103进行碳氧化、好氧吸磷和硝化过程，好氧区103的水力停留时间为5h，污水中的硝化细菌将污水中的氨氮及由有机氮氨转化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐，聚磷菌氧化分解体内PHA，合成糖原，同时过量吸收水中的磷酸盐合成聚磷酸盐。好氧区103的出水一部分通过回流泵回流1.0倍进水流量的混合液至缺氧区102，另一部分进入溶气深池201。

四、深池溶气：好氧区103出水进入溶气深池201，溶气深池201的深度为50m，空气压缩机的供气位置距离液面40m，溶气深池201中水力停留时间为1～2min，气固比控制在0.005～0.006；在溶气深池201中，利用水柱静压完成泥水混合物的溶气过程。

五、固液分离：溶气深池201的泥水混合物进入气浮池202进行固液分离，在气浮池202中活性污泥由于气泡的浮力在表面形成浓度为20000mg/L～40000mg/L的浓缩污泥，浓缩活性污泥通过污泥回流泵输送至厌氧区101，活性污泥回流比（回流比是污泥回流量与气浮池的泥水混合物进入量的比值）为50%，同时将4%～10%的含有聚磷菌的剩余污泥由污泥排出口Ｃ排出系统，在保证污泥活性的同时实现生物除磷。

以C_{脱氮除磷反应单元}表示回流至脱氮除磷反应单元的浓缩的污泥浓度，C_气浮池表示经固液分离后气浮池中活性污泥的浓度，P_回流比例表示活性污泥的回流比，则脱氮除磷反应单元中的浓缩的活性污泥的浓度可通过如下公式计算：

。

本实施例中，以气浮池活性污泥浓度为20000mg/L计，回流比为50%时，根据上式得出脱氮除磷反应单元中浓缩的活性污泥浓度为6667mg/L，当回流比为45%时，根据上式得出脱氮除磷反应单元中浓缩的活性污泥浓度为6206mg/L，回流比为55%时，根据上式得出脱氮除磷反应单元中浓缩的活性污泥浓度为7096mg/L。

实施例三：结合图2说明本实施例的污水处理工艺，与实施例二不同的是，步骤四中，溶气深池201的深度为30m，空气压缩机的供气位置距离液面20m；步骤五中，活性污泥回流比为100％。

以气浮池活性污泥浓度为20000mg/L计，回流比为100%时，根据上述公式得出脱氮除磷反应单元中浓缩污泥浓度为10000mg/L。

实施例四：结合图2说明本实施例的污水处理工艺，与实施例二不同的是，

步骤四中，溶气深池201的深度为100m，空气压缩机的供气位置距离液面80m；步骤五中，活性污泥回流比为30％。

以气浮池活性污泥浓度为40000mg/L计，回流比为30%时，根据上述公式得出脱氮除磷反应单元中浓缩的污泥浓度为9230mg/L。

综上所述，当气浮池202中活性污泥的回流比控制在30%～100%时，进入脱氮除磷反应单元10中的浓缩的活性污泥浓度均可达到5000mg/L以上，相比传统重力沉淀池固液分离后的活性污泥浓度只能维持在2000mg/L～3000mg/L，本发明的污水处理工艺极大地提高了脱氮除磷反应单元10中浓缩的活性污泥的浓度，能够充分发挥污水处理系统的处理潜力，显著提升污染物的去除效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。     

Claims (9)

1.一种能够提高活性污泥浓度的污水处理系统，它包括脱氮除磷反应单元，所述脱氮除磷反应单元包括依次连通的厌氧区、缺氧区和好氧区，所述好氧区与所述缺氧区的输入端通过管路连通，其特征在于：还包括与所述脱氮除磷反应单元连通的固液分离单元，所述固液分离单元包括依次连通的溶气深池和气浮池，所述好氧区的输出端与所述溶气深池的输入端连通。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：所述溶气深池的深度为30m～100m。

3.根据权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于：所述溶气深池深度为40m～50m。

4.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：所述气浮池通过管路与所述厌氧区的输入端连通。

5.一种采用权利要求1至4任一项权利要求所述的污水处理系统的污水处理工艺，其步骤如下：

一、厌氧释磷反应：在所述厌氧区，待处理污水与所述气浮池回流到所述厌氧区的活性污泥混合发生厌氧释磷反应；

二、反硝化反应：在所述缺氧区，经所述步骤一后的所述厌氧区的出水，与所述好氧区回流到所述缺氧区的硝化液进行反硝化反应；

三、碳氧化、好氧吸磷和硝化反应：在所述好氧区，经所述步骤二后的所述缺氧区的出水，进入所述好氧区进行碳氧化、好氧吸磷和硝化过程，所述好氧区的出水一部分回流至所述缺氧区，另一部分进入所述溶气深池；

四、深池溶气：所述步骤三中的好氧区出水在所述溶气深池中完成溶气过程；

五、固液分离：经所述步骤四的出水进入所述气浮池进行固液分离，所述气浮池表面形成的浓缩的活性污泥回流至所述厌氧区，其余则作为剩余污泥排出系统。

6.根据权利要求5所述的污水处理工艺，其特征在于：所述步骤四中，所述好氧区的出水是进入深度为30m～100m的所述溶气深池进行加压溶气。

7.根据权利要求6所述的污水处理工艺，其特征在于：所述溶气深池的深度为40m～50m。

8.根据权利要求5所述的污水处理工艺，其特征在于：所述步骤五中，所述活性污泥回流比为30%～100%。

9.根据权利要求8所述的污水处理工艺，其特征在于：所述回流比为45%～55%。

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