CN103936229A

CN103936229A - 一种城市污水改良a2/o强化脱氮除磷处理装置及工艺

Info

Publication number: CN103936229A
Application number: CN201410175831.2A
Authority: CN
Inventors: 周少奇; 周晓; 黎强; 周娟
Original assignee: GUIZHOU ACADEMY OF SCIENCES; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUIZHOU ACADEMY OF SCIENCES; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: CN103936229B

Abstract

本发明公开了一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷装置以及工艺。装置包括依次连接的厌氧池、第一缺氧池、第二缺氧池、好氧池和辐流式沉淀池；厌氧池采用水力搅拌，厌氧池还通过管道和缺氧混合液回流泵与第二缺氧池连接，第一缺氧池和第二缺氧池的底部分别设有曝气头，好氧池底部也布设有曝气头；厌氧池、第一缺氧池和第二缺氧池、好氧池设置在同一壳体内，通过隔板分隔形成；辐流式沉淀池通过管道和污泥回流泵与厌氧池连接，并通过管道和出水泵与好氧池连接。本发明的工艺既提高脱氮效率，也在很大程度上降低硝酸盐对厌氧池的干扰，从而提高了除磷效率。本发明结构形式简单、运行方式灵活多变、占地面积小、脱氮除磷效果优异。

Description

一种城市污水改良A2/O强化脱氮除磷处理装置及工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷装置以及工艺。

背景技术

从我国水体污染的统计数据可以看出：城市水体主要污染因子为化学需氧量、总磷和总氮。我国现有的城市污水处理厂长期以来主要是针对碳源污染物的去除，虽然BOD 去除率可达90％以上，但脱氮率一般仅为20％～50％，除磷率为20％～30％，忽视了对导致水体富营养化的主要营养物氮、磷的去除。

水体中氮磷污染的主要危害会造成水体的富营养化。水体富营养化，不仅会降低水体观赏价值和旅游价值；导致水生生物的稳定性降低，水生生物种类减少，破坏水体的生态平衡；而且还会产生许多有毒有害的气体及其他物质，危害人类及生物的生存；也会增加污水的处理成本等等。

大多数情况下，从氮磷污染源来看，磷营养元素的污染主要来源于生活污水的排放，而磷的主要来源是家庭洗涤剂的使用，其磷的污染强度均占总磷污染负荷的50％左右；氮营养元素污染轻重与化肥使用量。氮磷营养盐是造成水体富营养化的元凶，而磷则是其罪魁祸首。这是因为尽管氮磷同为生物的重要营养物质，但藻类等水生生物对磷更为敏感。当水体中磷处于低浓度时，即使氮浓度能满足藻类等水生生物的需要，其生产能力会大受遏制。水体中的氮不足,往往可由许多固氮的微生物来补充，而磷则不能。显然,控制水体中的磷含量，比控制氮含量更有实际意义。

在脱氮除磷处理技术方面，传统的生物脱氮除磷机理认为生物脱氮与生物除磷是两个相互独立、相互竞争的生理过程。按此机理设计的生物脱氮除磷工艺（A²/O、UCT、VIP、SBR等）都设有空间或时间上的厌氧区、缺氧区、好氧区。按照现有的机理，理想化的工艺流程是严格的厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧吸磷和好氧硝化。但实际上有许多问题困扰着现有的生物脱氮除磷工艺，使其不能进行理想化的生物脱氮除磷。

而本工艺采用的理论基础和技术原理是反硝化除磷理论与技术。反硝化除磷是反硝化除磷菌(Denitrifying Phosphorus removal Bacteria，简称DPB) 经厌氧释磷后，在缺氧条件下以硝酸盐或亚硝酸盐（替代O₂）作为吸磷的电子受体，实现同步脱氮和除磷。Kuba等过化学计量表明：基于反硝化除磷原理的A₂/NSBR双污泥系统，其所需COD和O₂消耗量比传统的脱氮除磷系统分别减少50%和30%，污泥产量相应减少50%。实践表明，反硝化除磷工艺对我国城市污水特别是C/P和C/N比值较小的污水有很好的处理效果，具有较为广阔的应用前景。

发明内容

本发明针对现有反硝化除磷工艺不多, 而且工艺流程普遍复杂，构筑物多，运行控制较繁琐等不足，致力于反硝化除磷技术新工艺开发与应用，充分发挥该技术的优点，开发出一种结构形式简单、运行方式灵活多变、占地面积小、脱氮除磷效果优异的城市污水改良A²/O强化脱氮除磷装置以及工艺。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷处理装置，其包括依次连接的厌氧池、第一缺氧池、第二缺氧池、好氧池和辐流式沉淀池；厌氧池采用水力搅拌，厌氧池还通过管道和缺氧混合液回流泵与第二缺氧池连接，第一缺氧池和第二缺氧池的底部分别设有曝气头，好氧池底部也布设有曝气头；厌氧池、第一缺氧池和第二缺氧池、好氧池设置在同一壳体内，通过隔板分隔形成；辐流式沉淀池通过管道和污泥回流泵与厌氧池连接，并通过管道和出水泵与好氧池连接。

进一步优化的，辐流式沉淀池通过回流污泥管与厌氧池连通，第一缺氧池与好氧池通过硝化混合液回流泵连通。

进一步优化的，好氧池底部也布设有曝气头数目比第一缺氧池和第二缺氧池的底部设有的曝气头数目多。

进一步优化的，所述第一缺氧池和第二缺氧池的体积比为1：1。

进一步优化的，厌氧池、缺氧池和好氧池的体积比为1：2：7～1：2.9：6.1；所述缺氧池的体积包括第一缺氧池和第二缺氧池的体积。

进一步优化的，所述辐流式沉淀池包括池体、排泥管、斜板、进水管、出水管、出水堰、污泥回流管和集泥斗，所述池体中心部位设有进水管，进水管的出水端位于池体的中心部位，进水管的进水端位于出水端上方，进水管的出水端连接有喇叭口，喇叭口正下方悬挂有水平放置的反射板，池体内下方两侧各装有斜板，斜板与池体底部之间有夹角，紧邻其中一侧的斜板内壁处设有所述污水回流管，进水管的进水端与设置在池体外部的污水处理池的出水端连接，出水堰位于池体上部且与设置于池体内壁上的出水管连接；池体底部的两块所述斜板围成集泥斗，污泥回流管进泥端插入集泥斗内部，插入集泥斗内部的污泥回流管上开设有均匀间隔的若干孔，污泥回流管的出泥端与池体外部的污水处理池的进泥端连接；池体底部设有排泥口。

进一步优化的，进水管的出水端与池体侧壁的距离为1.3米，与沉淀池底部的距离为1.5米；进水管出水端的喇叭口正下方用铁丝水平固定所述反射板，反射板与喇叭口的距离为30cm；所述斜板与池体底部夹角为55°。所述集泥斗为倒圆台形。

所述进水管的出水端位于池体的中心部位，这样可使进水布水均匀，如偏离中心位置，布水不均，则无法保证沉淀池的沉淀效率。所述由斜板隔成集泥斗为锥形，这样可以最大限度的将一部分污泥回流到厌氧池，一部分污泥通过排泥管排到外界，尽量减少池体内污泥残留，保证沉淀池的沉淀效果的稳定性。所述进水管出水端喇叭口正下方30cm处用铁丝水平固定反射板，这样可以避免以下两种情况的发生：第一，反射板离喇叭口的位置过远，反射板就无法起到反冲水流的作用，影响沉淀效果；第二，反射板离喇叭口的位置过近，则污水水流流速过快，对沉淀效果的起到的负面影响较大。所述污泥回流管进泥端插入集泥区内部，插入集泥斗内部的一段污泥回流管上开设有数个距离均匀小孔，这样可以使集泥区的污泥能够均匀的回流到污泥回流管中，而不会形成死角。污水从中心进水管进水端进入沉淀池池体中，然后从中心进水管出水端流入沉淀池中，污水从中心进水管连接的喇叭口出来后遇到水平反射板，污水反弹，然后往上回流，在往上回流的过程中与沉淀下来的污泥相混合，使菌胶团更好的絮凝，加快了沉淀，污泥从四周沿着斜板下沉，在两侧斜板的较长的颗粒沉降距离条件下，可以实现将不易沉淀的絮状污泥的有效截留；污泥沉淀到集泥斗，然后通过污泥回流管的进泥端经过水泵抽走一部分回流到厌氧池，一部分剩余污泥进入池体底部排泥管的进泥端进行排放。

本发明应用所述装置的城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷工艺包括：城市污水及回流污泥首先进入厌氧池释磷，再进入第一缺氧池进行反硝化脱氢；第二缺氧池通过水泵把部分缺氧混合液回流到厌氧池，好氧池的部分硝化混合液回流到第一缺氧池，然后在第一缺氧池与厌氧池的城市污水混合，第一缺氧池和第二缺氧池的水力停留时间为2h，城市污水经辐流式沉淀池沉淀分离后，污泥体积以60-80%的比例经污泥回流泵回流到厌氧池，剩余污泥排出；出水从辐流式沉淀池排出。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明结构建造简单，投资成本低。2、本发明的辐流式沉淀池形成上部进水上部出水的处理方式，达到无需增加运行耗能的优点。3、本发明可增强沉淀池耐冲击负荷的能力，处理效率高，占地面积小，投资费用省。4、能加强反硝化细菌在厌氧池的作用时间；5、能缓解聚磷菌与反硝化菌在缺氧区的竞争关系，进一步加强脱氮除磷的作用；6、充分利用进水的碱度，加强反硝化细菌的作用。7、改良A²/O—同步强化脱氮除磷的处理工艺对污染物的去除效果如下：对COD、和磷的去除效果好，出水COD在40mg/L以下，磷出水在0.5mg/L以下；出水氨氮在4mg/L以下。各项出水水质指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

附图说明

图1为城市污水改良A²/O工艺强化脱氮除磷的流程示意图；

图2为应用图1装置对COD的去除效果图；

图3为应用图1装置对氨氮的去除效果图；

图4为应用图1装置对总氮的去除效果图；

图5为应用图1装置对总磷的去除效果图。

图6为图1中辐流式沉淀池的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

如图1所示，城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷装置包括依次连接的厌氧池、第一缺氧池A、第二缺氧池B、好氧池和辐流式沉淀池（沉淀池）；厌氧池采用水利搅拌，第一缺氧池A和第二缺氧池B底部分别设有少量曝气头，好氧池底部布设有大量曝气头，厌氧池通过管道和缺氧混合液回流泵与第二缺氧池B连接，好氧池通过管道和硝化混合液回流泵与第一缺氧池A连接，沉淀池通过管道和出水泵与好氧池连接；厌氧池、第一缺氧池A和第二缺氧池B、好氧池设置在同一壳体内，通过隔板分隔形成。缺氧池隔成前后两个池，分别为第一缺氧池A和第二缺氧池B。

如图1，其中厌氧池在首端，第一缺氧池A在厌氧池后，回流污泥管将厌氧区和沉淀池连通，硝化混合液回流泵将第一缺氧池A和好氧池连通。通过隔板调整厌氧池、缺氧池和好氧池的体积比。

如图6所示，辐流式沉淀池包括池体、中心进水管1、进水喇叭口2、反射板3、集泥管4、出水管5、出水堰6、集泥斗7、混凝沉淀区8、水泵9、污泥回流管10、剩余污泥管11、斜板12、排泥管，所述沉淀池池体中心部位设有中心进水管1，中心进水管1的出水端位于池体的中心部位，与池体左右两侧的距离均为1.3米，与池体底部的距离为1.5米，中心进水管1的进水端接在好氧池出水管，中心进水管1出水端连接进水喇叭口2，中心进水管1出水端连接的进水喇叭口2正下方30cm处用铁丝水平固定反射板3，沉淀池池体下方四周装有斜板12，斜板12与池体底部夹角55°；紧邻一侧斜板12内壁处设有污水回流管10，中心进水管1与设置在沉淀池体外部的污水处理池处理管连接，出水堰6位于池体上部且与设置于池体内壁上的出水管5连接；池体底部由斜板12围成集泥斗7，污泥回流管10进泥端插入集泥斗7内部，污泥回流管上有数个小孔。沉淀池池底设置排泥口，位于沉淀池底部的中心，与沉淀池池底距离20cm，排泥口连接排泥管进泥口，排泥管将污泥排出后，污泥再进行后续处理工艺，如污泥脱水等。

沉淀池工作原理：污水从中心进水管1进入池体中，然后从进水管1流入沉淀池中，污水从中心管出来后遇到反射板3，污水反弹，然后往上回流，在往上回流的过程中与沉淀下来的污泥相混合，使菌胶团更好的絮凝，加快了沉淀，污泥从四周沿着斜板下沉，在两侧斜板12的较长的颗粒沉降距离条件下，可以实现将不易沉淀的絮状污泥的有效截留；污泥沉淀到集泥斗7，然后经过水泵9抽走一部分回流到厌氧池，一部分剩余污泥通过池体底部排泥管排放。

本实例的装置工作时，城市污水和接种污泥以及回流污泥首先进入厌氧池释磷，再依次进入第一缺氧池A和第二缺氧池B，在第一缺氧池A中反硝化菌利用城市污水中的含碳有机物作为碳源对回流污泥中的硝酸盐进行反硝化，好氧池硝化混合液回流至第一缺氧池A，对其中的硝酸盐进行反硝化，并可减少回流污泥中的硝酸盐的含量，缓解聚磷菌和反硝化菌的竞争关系；然后城市污水进入好氧池，在好氧池的活性污泥中硝化细菌作用下，进行硝化吸磷。由于将缺氧池一分为二，既提高了脱氮效率，也在很大程度上降低硝酸盐对厌氧池的干扰，从而提高了除磷效率。然后城市污水进入沉淀池，经泥水分离后，污泥按体积比的60%～80%的比例回流到厌氧区，剩余污泥排出；出水从沉淀池排出。回流污泥系统将厌氧池和辐流式沉淀池连通，可以保证硝化反应的良好运行；硝化混合液回流系统将第一缺氧池A和好氧池连通，可以起到提高好氧池混合效率，进而提高氧利用效率。

该装置及工艺作为对传统A²/O工艺的改良，以期在不增加反应器体积的前提下，加强反硝化细菌在厌氧池的作用时间，缓解聚磷菌与反硝化细菌在缺氧区的竞争关系，进一步加强脱氮除磷的作用，并且充分利用了进水的碱度，加强反硝化细菌的作用。

实施例

城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷装置为钢板质地，设计处理水量5～8m³/h，整个处理池体积为50m³，总长为10m，宽为2.5m，高为2.5m，有效水深为2m，反应池通过隔板分为厌氧池、第一缺氧池A和第二缺氧池B、好氧池，其中厌氧池安装水泵，第一缺氧池A和第二缺氧池B池底均装有少量曝气头。好氧池底部设有大量（相对缺氧池）曝气头，可以通过阀门控制曝气量，好氧池中装有在线溶解氧测定仪，在好氧池末端装有硝化混合液回流管。通过隔板调整厌氧池、缺氧池和好氧池的体积比。系统末端是方形辐流式平流沉淀池，有效体积10.88m³，底部有排泥管和污泥回流管。根据实际运行混合液回流和污泥回流流量均采取阀门和流量计控制，多余流量部分由支管分别返回好氧池末端和沉淀池。进水由潜水泵直接从沉砂池抽取，通过阀门和流量计来进行流量控制。出水从沉淀池排出。

城市污水混合粪便污水的平均氨氮浓度为28.50mg/L，平均进水总氮浓度为在34.43mg/L，平均进水总磷浓度为2.42mg/L，平均进水COD浓度为160.73mg/L。分别考察各个因素，改良A²/O—强化同步脱氮除磷的处理工艺的效果，考察时间为5d。单因素实验结果如下：

(1)当V_厌氧：V_缺氧：V_好氧体积比为1：2：7，三个反应池的平均水力停留时间HRT=9h，污泥回流比r为75%，硝化液回流比R为200%，缺氧混合液回流比R1为150%时，氨氮平均去除率是96.47%；总氮平均去除率31.62%；总磷平均去除率为67.63%；COD平均去除率为82.47%。

(2)当V_厌氧：V_缺氧：V_好氧体积比为1：2.3：6.7，三个反应池的平均水力停留时间HRT=9h，污泥回流比r为75%，硝化液回流比R为200%，缺氧混合液回流比R1为150%时，氨氮平均去除率为94.23%；总氮平均去除率为32.55%；总磷平均去除率为67.59%；COD平均去除率为74.16%。

(3)当V_厌氧：V_缺氧：V_好氧体积比为1：2.6：6.4，三个反应池的平均水力停留时间HRT=9h，污泥回流r比为75%，硝化液回流比R为200%，缺氧混合液回流比R1为150%时，氨氮平均去除率为92.32%；总氮平均去除率为43.52%；总磷平均去除率为88.38%；COD平均去除率为78.82%。

(4)当V_厌氧：V_缺氧：V_好氧体积比为1：2.9：6.1，三个反应池的平均水力停留时间HRT=9h，污泥回流比r为75%，硝化液回流比R为200%，缺氧混合液回流比R1为150%时，氨氮平均去除率为88.05%；总氮平均去除率为43.29%；总磷平均去除率为77.75%；COD平均去除率为78.07%。

实施效果

根据以上单因素实验考察城市污水改良A²/O—强化同步脱氮除磷的处理工艺的实施结果，采用V_厌氧：V_缺氧：V_好氧体积比为1：2.6：6.4；三个反应池的平均水力停留时间HRT=9h；硝化混合液的回流比R为200%；缺氧混合液回流比R1为150%，将这四种条件综合应用，考察了改良A²/O—强化同步脱氮除磷的处理工艺的实施效果。反应周期为30天。

1、COD的去除效果

由附图2可以看出改良A²/O—强化同步脱氮除磷的处理工艺对COD有很好的去除效果。进入中试装置的城市污水COD浓度变化较大，而且总体上进水COD浓度比较低。出水COD浓度也比较低，说明有机污染物已经被充分利用。平均进水COD在185.65mg/L左右，而平均出水COD一般在40mg/L左右。COD去除率最高可达88.46%，平均去除率可达78.82%。COD是污水处理工艺中微生物生长的碳源，在进行污水的脱氮除磷作用时，反硝化脱氮菌属于异养型兼性厌氧菌，在无氧条件时，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。而实现除磷作用的聚磷菌需要主动吸收由厌氧发酵产酸菌转化水中有机物成为的乙酸苷，这也会消耗碳源。同时微生物的生长也需要消耗污水中的有机物转化成自身细胞的组成部分。

2、氨氮和总氮的去除效果

由附图3和附图4可以看出，进入中试装置的城市污水总体上总氮浓度比较低，其中，进水最低TN浓度在26.83mg/L以上，进水最高TN浓度在77.91mg/L，平均进水TN浓度在39.14mg/L，经过微生物的反硝化脱氮作用，出水总氮一般在25mg/L以下，出水最低浓度为12.95mg/L，出水最高浓度为33.70mg/L，平均为21.89mg/L，平均进水氨氮浓度为31.83 mg/L，进水最高氨氮浓度在48.6 mg/L，进水最低氨氮浓度为17.86 mg/L，平均出水氨氮浓度为2.38 mg/L，出水最高氨氮浓度为9.07 mg/L，出水最低氨氮浓度0.87 mg/L。在排放标准范围以内，主要是由于系统具有高效稳定的硝化效果，保证了装置的脱氮效果。

3、总磷的去除效果

由附图5可以看出，可以看出改良A²/O—强化同步脱氮除磷的处理工艺对总磷有很好的去除效果。进入总磷浓度的波动比较大。其中进水TP最低浓度1.26mg/L，最高浓度在4.92mg/L，平均浓度为2.71mg/L，经过微生物的除磷作用，出水T-P一般在0.5mg/L以下，平均为0.43mg/L。T-P去除率在75％以上，最高可达92.48％，平均去除率可达88.38％。

综合上述实验，本发明改良A²/O—强化同步脱氮除磷的处理工艺对污染物的去除效果如下：对COD、和磷的去除效果好，出水COD在40mg/L以下，磷出水在0.35mg/L以下；出水氨氮在4mg/L以下。各项出水水质指标均达到并优于国家一级排放标准。

Claims

1.一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷处理装置，其特征在于包括依次连接的厌氧池、第一缺氧池、第二缺氧池、好氧池和辐流式沉淀池；厌氧池采用水力搅拌，厌氧池还通过管道和缺氧混合液回流泵与第二缺氧池连接，第一缺氧池和第二缺氧池的底部分别设有曝气头，好氧池底部也布设有曝气头；厌氧池、第一缺氧池和第二缺氧池、好氧池设置在同一壳体内，通过隔板分隔形成；辐流式沉淀池通过管道和污泥回流泵与厌氧池连接，并通过管道和出水泵与好氧池连接。

2.根据权利要求1所述的一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷处理装置，其特征在于辐流式沉淀池通过回流污泥管与厌氧池连通，第一缺氧池与好氧池通过硝化混合液回流泵连通。

3.根据权利要求1所述的一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷处理装置，其特征在于好氧池底部也布设有曝气头数目比第一缺氧池和第二缺氧池的底部设有的曝气头数目多。

4.根据权利要求1所述的一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷处理装置，其特征在于：所述第一缺氧池和第二缺氧池的体积比为1：1。

5.根据权利要求1所述的一种城市污水改良A²/O强化脱氮除磷处理装置，其特征在于：厌氧池、缺氧池和好氧池的体积比为1：2：7～1：2.9：6.1；所述缺氧池的体积包括第一缺氧池和第二缺氧池的体积。

6.根据权利要求1~5任一项所述的城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷装置，其特征在于：所述辐流式沉淀池包括池体、排泥管、斜板、进水管、出水管、出水堰、污泥回流管和集泥斗，所述池体中心部位设有进水管，进水管的出水端位于池体的中心部位，进水管的进水端位于出水端上方，进水管的出水端连接有喇叭口，喇叭口正下方悬挂有水平放置的反射板，池体内下方两侧各装有斜板，斜板与池体底部之间有夹角，紧邻其中一侧的斜板内壁处设有所述污水回流管，进水管的进水端与设置在池体外部的污水处理池的出水端连接，出水堰位于池体上部且与设置于池体内壁上的出水管连接；池体底部的两块所述斜板围成集泥斗，污泥回流管进泥端插入集泥斗内部，插入集泥斗内部的污泥回流管上开设有均匀间隔的若干孔，污泥回流管的出泥端与池体外部的污水处理池的进泥端连接；池体底部设有排泥口。

7.根据权利要求6所述的城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷装置，其特征在于：进水管的出水端与池体侧壁的距离为1.3米，与沉淀池底部的距离为1.5米；进水管出水端的喇叭口正下方用铁丝水平固定所述反射板，反射板与喇叭口的距离为30cm；所述斜板与池体底部夹角为55°。

8.根据权利要求6所述的城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷装置，其特征在于：所述集泥斗为倒圆台形。

9.应用权利要求1所述装置的城市污水改良A²/O-强化同步脱氮除磷工艺，其特征在于：城市污水及回流污泥首先进入厌氧池释磷，再进入第一缺氧池进行反硝化脱氢；第二缺氧池通过水泵把部分缺氧混合液回流到厌氧池，好氧池的部分硝化混合液回流到第一缺氧池，然后在第一缺氧池与厌氧池的城市污水混合；城市污水经辐流式沉淀池沉淀分离后，污泥体积以60-80%的比例经污泥回流泵回流到厌氧池，剩余污泥排出；出水从辐流式沉淀池排出。