CN103508635A - 一种高效脱氮除磷污水处理系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效脱氮除磷污水处理系统及其工艺，涉及污水处理技术领域。针对现有的处理系统单位面积污水处理能力有限，造成设施和设备的浪费；处理工艺采用重力沉淀，固液分离效率低，污泥浓缩效果差，导致处理能力低下问题。系统包括串联的脱氮除磷反应单元和固液分离单元，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，好氧区与缺氧区连通，固液分离单元包括相连通的二沉池、溶气深池和气浮池，好氧区的输出端与二沉池的输入端连通。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、泥水分离；五、深池溶气；六、固液分离。本发明尤其适用于污水处理厂的改造工程。

Description

一种高效脱氮除磷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，特别涉及一种采用深池气浮的高效率的脱氮除磷污水处理系统及其工艺。

背景技术

随着国民经济的快速发展，城市污水的处理量及处理标准均日益提高，许多污水处理厂因出水已不能满足要求，而面临需升级改造的窘境。直接扩建新工程不仅需要大量的工程投资，而且还需新增建设用地，而目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。因此，采取措施深入发掘现有污水处理设施的潜力便显得十分必要。

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系统中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；氧保持池只保持溶解氧的浓度，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系统，其单位面积污水处理能力有限，造成设施和设备的浪费；其处理工艺中采用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。因此，设计开发更加稳定高效的回流污泥浓缩系统及其工艺是迫切需要解决的技术难题。

发明内容

针对现有的污水处理系统单位面积污水处理能力有限，造成设施和设备的浪费；污水处理工艺采用重力沉淀，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，导致处理能力低下的问题，本发明的目的是提供一种高效脱氮除磷污水处理系统及其工艺，其污水处理能力提高，且固液分离效果好，适用于脱氮除磷污水处理厂的新建工程，尤其是污水处理厂的改造工程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括相连通的脱氮除磷反应单元和固液分离单元，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，所述固液分离单元包括二沉池，所述好氧区的输出端与所述二沉池的输入端连通，所述固液分离单元还包括依次连通的溶气深池和气浮池，所述二沉池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。

  优选地，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高效脱氮除磷污水处理工艺，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浓缩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，另一部分进入所述二沉池；

四、泥水分离：经所述步骤三的好氧区出水在所述二沉池中进行泥水分离；

五、深池溶气：经所述步骤四泥水分离后的泥水混合物回流进入所述溶气深池中完成溶气过程；

六、固液分离：经所述步骤五的泥水混合物进入所述气浮池进行浓缩，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。

  所述步骤五中，所述二沉池回流的泥水混合物是进入深度为30m～100m的所述溶气深池进行加压溶气的。

  所述溶气深池的深度为40m～50m。

  进一步地，所述步骤六中，所述气浮池回流至所述厌氧区的所述浓缩的活性污泥量占所述二沉池回流污泥总量的30%～60%。

更进一步地，所述气浮池回流至所述厌氧区的所述浓缩的活性污泥占所述二沉池回流污泥总量的45%。

本发明的效果在于：本发明的高效脱氮除磷污水处理系统，在二沉池后设置了串联的溶气深池和气浮池，以实现高效的固液分离。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。与常规处理系统相比，在占地面积相同的情况下，采用本发明的具有溶气深池和气浮池的污水处理系统，其污水处理量增加了20%，有效提高了污水处理系统单位面积的污水处理能力。

本发明的高效脱氮除磷污水处理工艺，将经过脱氮除磷处理的泥水混合物在二沉池中进行泥水分离，再回流至溶气深池中进行加压溶气，以提高混合液中的气体含量，最后进入气浮池进行固液分离，在气浮池中可形成浓度为20000mg/L～40000mg/L的浓缩的活性污泥，增加了回流污泥的浓度。相比单独采用气浮池进行固液分离的处理工艺，本发明的处理工艺使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。本处理工艺中输送至厌氧区的浓缩的活性污泥占二沉池回流污泥总量的30%～60%，使得进入脱氮除磷反应单元中的浓缩污泥浓度可达到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为现有技术中污水处理系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例一的高效脱氮除磷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高效脱氮除磷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说明本实施例的高效脱氮除磷污水处理系统，它包括相连通的脱氮除磷反应单元10和固液分离单元20，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，好氧区103与缺氧区102的输入端通过管路连通。固液分离单元20包括依次连通的二沉池201、溶气深池202和气浮池203，好氧区103的输出端与二沉池201的输入端连通。

进一步地，气浮池203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203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的输出端与缺氧区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。

本实施例的高效脱氮除磷污水处理系统中，好氧区103的输出端与固液分离单元20的二沉池201连通，将脱氮除磷反应后的泥水混合物输入二沉池201中进行泥水分离，二沉池201上部的出水经出水口B输出系统并进入后续处理单元，二沉池201底部沉淀的污泥回流至溶气深池202进行加压溶气。溶气深池202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202利用水柱静压，使气液两相混合均匀，气泡和液体接触时间长，可显著提高泥水混合物中的气体含量，为后续的气浮做准备。优选地，溶气深池202深度为40m～50m，此时，溶气深池202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202主要依靠鼓风曝气维持活性污泥的悬浮状态。

溶气深池202的输出端与气浮池203的输入端连通，将完成溶气的泥水混合物输入气浮池203，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203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203上部的浓缩的活性污泥回流至厌氧区101，气浮池203上部的清液输送至脱氮除磷反应单元10的末端，清液与好氧区103的出水混合进入二沉池201，或者直接流入二沉池201。含有磷的剩余污泥则通过气浮池203底部的污泥排出口Ｃ排出系统，从而达到去除水中磷的目的。

本实施例利用污水处理系统中原有的二沉池进行泥水分离，分离后的泥水混合物再进入溶气深池202加压溶气，并在气浮池203中形成高浓度的活性污泥，通过回流以提高脱氮除磷反应单元10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202的污水处理系统与常规处理系统相比，污水处理量增加20%，有效提高了处理系统单位面积的污水处理能力。

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说明本实施例的高效脱氮除磷污水处理工艺，包括如下步骤：

一、厌氧释磷反应：首先，待处理污水由进水口A进入厌氧区101，其与气浮池203回流到厌氧区101的浓缩的活性污泥混合发生厌氧释磷反应，水力停留时间1.5h；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，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，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，另一部分进入二沉池201。

四、泥水分离：好氧区103的出水进入二沉池201中进行泥水分离，二沉池201的表面负荷为1.0m³/（m²·h），水力停留时间为2.5～4.0h，泥水分离后的出水由出水口B输出系统并进入后续处理单元，二沉池201底部的污泥回流至溶气深池202进行加压溶气。

五、深池溶气：在溶气深池202中，利用水柱静压完成泥水混合物的溶气过程，溶气深池202的深度为50m，空气压缩机的供气位置距离液面40m，溶气深池202中水力停留时间为1～2min，气固比控制在0.005～0.006。

六、固液分离：经过加压溶气的泥水混合物进入气浮池203进行固液分离，在气浮池203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，浓缩的活性污泥通过污泥回流泵输送至厌氧区101，浓缩的活性污泥的输送比例占步骤四中二沉池污泥回流总量的45%，同时，将4%～10%的含有磷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。气浮池203上部的清液输送至脱氮除磷反应单元10的末端，清液与好氧区103的出水混合进入二沉池201，或者直接流入二沉池201，以避免清液稀释脱氮除磷反应单元10中的活性污泥。

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活性污泥的浓度，C_气浮池表示经固液分离后气浮池中活性污泥的浓度，P_回流比例表示浓缩的活性污泥的回流比，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，浓缩的活性污泥的输送比例占二沉池污泥回流总量的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6207mg/L。

实施例三：结合图2说明本实施例的高效脱氮除磷污水处理工艺，与实施例二不同的是，步骤四中，溶气深池202的深度为30m，空气压缩机的供气位置距离液面20m；步骤五中，浓缩的活性污泥的输送比例占二沉池污泥回流总量的60%。

以气浮池活性污泥浓度为20000mg/L计，浓缩的活性污泥的输送比例占二沉池污泥回流总量的60%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7500mg/L。

实施例四：结合图2说明本实施例的高效脱氮除磷污水处理工艺，与实施例二不同的是，步骤四中，溶气深池202的深度为100m，空气压缩机的供气位置距离液面80m；步骤五中，浓缩的活性污泥的输送比例占二沉池污泥回流总量的30％。

以气浮池活性污泥浓度为40000mg/L计，回流比为30%时，根据上述公式一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，当浓缩的活性污泥的输送比例占二沉池污泥回流总量的30%～60%时，进入脱氮除磷反应单元10中的浓缩的活性污泥浓度可达到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)

1.一种高效脱氮除磷污水处理系统，包括相连通的脱氮除磷反应单元和固液分离单元，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，所述固液分离单元包括二沉池，所述好氧区的输出端与所述二沉池的输入端连通，其特征在于：所述固液分离单元还包括依次连通的溶气深池和气浮池，所述二沉池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所述的高效脱氮除磷污水处理系统，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所述的高效脱氮除磷污水处理系统，其特征在于：所述溶气深池深度为40m～50m。

4.根据权利要求1所述的高效脱氮除磷污水处理系统，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高效脱氮除磷污水处理工艺，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浓缩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，另一部分进入所述二沉池；

四、泥水分离：经所述步骤三的好氧区出水在所述二沉池中进行泥水分离；

五、深池溶气：经所述步骤四泥水分离后的泥水混合物回流进入所述溶气深池中完成溶气过程；

六、固液分离：经所述步骤五的泥水混合物进入所述气浮池进行浓缩，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所述的高效脱氮除磷污水处理工艺，其特征在于：所述步骤五中，所述二沉池回流的泥水混合物是进入深度为30m～100m的所述溶气深池进行加压溶气的。

7.根据权利要求6所述的高效脱氮除磷污水处理工艺，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所述的高效脱氮除磷污水处理工艺，其特征在于：所述步骤六中，所述气浮池回流至所述厌氧区的所述浓缩的活性污泥量占所述二沉池回流污泥总量的30%～60%。

9.根据权利要求8所述的高效脱氮除磷污水处理工艺，其特征在于：所述气浮池回流至所述厌氧区的所述浓缩的活性污泥占所述二沉池回流污泥总量的45%。

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