CN104591473B - 一种深度脱氮除磷工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种深度脱氮除磷工艺，包括如下步骤：（1）城市污水处理厂的生化出水进入臭氧氧化反应器中，在臭氧氧化剂的作用下进行臭氧氧化反应；（2）将步骤（1）臭氧氧化处理后的出水送入管式膜生物反应器中进行生化脱氮除磷处理，所述管式膜生物反应器沿污水流动方向分为进水区、好氧区和兼氧区，进水区设置臭氧过滤层分解臭氧、好氧区进行脱磷处理、兼氧区进行脱氮处理，出水经沉淀池后排放，部分污泥回流至管式膜生物反应器。该发明方法具有流程短，脱氮除磷效果稳定等特点，得到的出水可满足工业回用水的标准。

Description

一种深度脱氮除磷工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种深度脱氮除磷工艺，尤其适用于城市污水二级生化出水的深度脱 氮除磷。

背景技术

[0002] 城市污水是氮、磷等无机污染物的主要来源之一，这些生物营养物排入受纳水体 后，会导致藻类和其他水生植物的异常生长、消耗水中的溶解氧，使水变黑发臭，引起水体 的富营养化，已成为当今各国最为关注的环境问题之一。

[0003] 城市污水是一种水量稳定、供给可靠的潜在水资源，城市污水中水回用是缓解城 市水资源的短缺的有效途径之一。目前，大多数城市污水处理厂都采用传统的活性污泥处 理工艺。活性污泥法虽然能有效去除污水中的BODdPSS，但对污水中氮和磷的去除率较低。 一些常规的脱氮除磷工艺往往需要较长的污泥龄，占地大，运行管理复杂，而且微生物在脱 氮除磷过程中也存在相互竞争，相互干扰，脱氮除磷的效率难以同时达到最佳。因此，城市 污水经过二级生化处理后，水中的BOD 5得到了有效的利用，氮和磷的含量却相对过剩，导致 出水中总氮的含量达到20~50 mg/L、总磷在2~10 mg/L左右，无法满足工业回用水的水质标 准(总氮<15 mg/L，总磷<0.5 mg/L)。

[0004] CN102249491A提出了城市污水厂二级处理出水深度处理装置及工艺，通过对出水 采用反硝化生物滤池、超滤膜过滤、臭氧氧化处理，达到脱除总氮、降低浊度、色度和部分 COD的目的，实现城市污水中水回用的目的。但该工艺方法仍主要适用于含有易生化降解 COD、色度和含盐量较低的生化出水，而大多数城市污水经二级生化处理后，水中的有机物 浓度较低且多为可溶性难生物降解性有机物，后续的反硝化过程无法利用这类有机物作为 碳源达到脱除总氮的目的。另外，因其臭氧氧化单元后没有生化处理设施，其功能也主要用 于脱色，生成的易生物降解的小分子有机酸无法进一步被生物所利用，不具备深度脱除COD 的功效，处理后出水不能回用做工业用水、特别是锅炉给水。CN1456520A提出了对城市污水 采用微絮凝一一深床直接过滤同步脱氮除磷的新工艺，该工艺适用于对城市污水进行深度 处理，能有效去除二级生化处理出水中的氮、磷、COD、SS等，也可用于其它含氮磷废水。但 该工艺方法仅适用于低浊度SS<50 mg/L，低有机物浓度的二级生化出水，并且在脱氮的过 程中还需要额外投加碳源，运行费用和管理难度均有所增加，不适用于大规模工业应用。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明提出一种城市污水深度脱氮除磷工艺，适用于城市 污水经二级生化处理后的出水。该发明方法具有流程短，脱氮除磷效果稳定等特点，得到的 出水可满足工业回用水的标准。

[0006] -种深度脱氮除磷工艺，包括如下步骤：

[0007] (1)城市污水处理厂的生化出水进入臭氧氧化反应器中，在臭氧氧化剂的作用下 进行臭氧氧化反应，使污水中的有机氮、有机磷转化为可溶性的硝酸盐和磷酸盐；

[0008] (2)将步骤（1)臭氧氧化处理后的出水送入管式膜生物反应器中进行生化脱氮除 磷处理，所述管式膜生物反应器沿污水流动方向分为进水区、好氧区和兼氧区，进水区设置 臭氧过滤层分解臭氧、好氧区进行脱磷处理、兼氧区进行脱氮处理，出水经沉淀池后排放， 部分污泥回流至管式膜生物反应器。

[0009] 本发明方法步骤（1)中，臭氧由处理装置外的臭氧发生器提供，以空气作为气源， 臭氧产生量10 g/h，进气臭氧的浓度为5%~10%，臭氧的投加量为5~20 mg/L废水。

[0010] 本发明方法步骤(1)中，废水在氧化反应器中的水力停留时间为5~20 min，出口废 水臭氧浓度小于3.5 mg/L。

[0011] 本发明方法步骤(2)中，管式膜生物反应器的有机负荷为0.1~0.5 kg⑶D/m3'd，废 水停留时间为1~4 h。

[0012] 本发明方法步骤(2)中，进水区溶解氧(DO)浓度为4~6 mg/L，此区域的溶解氧由残 余臭氧分解提供;好氧区的DO浓度2~4 mg/L，好氧微生物附着在填料上形成生物膜，进一步 分解臭氧氧化生成的低分子有机物，与此同时，聚磷菌吸附过量的磷酸盐形成高磷污泥而 排出系统之外，达到除磷的效果;兼氧区DO浓度0.5~2 mg/L，利于反硝化细菌将硝酸盐还原 为氮气，达到脱氮的效果。

[0013] 本发明方法步骤(2)中，所述管式膜生物反应器由2~20级竖直单管串联而成，竖直 单管的高径比为10:1-20:1。竖直单管的出水口处设有导流板，竖直单管通过弯曲管相连 接，连接竖直单管底部的弯曲管设有排泥口，首根竖直单管内设置布水器，布水器上方为装 填臭氧分解催化剂的臭氧过滤层，末跟竖直单管的顶部设有溢流堰。所述竖直单管内填充 悬挂式立体弹性填料，比表面积为300~500 m2/m3，填充高度为竖直单管高度的1/2~5/6。填 料在反应器内部能全方位均匀布满，使微生物与废水得到充分接触，并呈推流式反应，兼有 活性污泥法和生物膜法的优点。

[0014] 本发明方法中，控制臭氧反应器出口废水臭氧浓度为1~2 mg/L及管式膜生物反应 器出水溶解氧浓度为〇. 8~1.2 mg/L时，二者相互配合具有最佳的脱氮除磷效果。

[0015] 与传统的物化和生物脱氮除磷的方法相比，臭氧与管式膜生物反应器联用的方法 无需投加化学药剂，具有处理能力大，占地小，脱氮除磷效果稳定等特点。其中，臭氧既可以 改善废水的色度，提高其可生化性，又能氧化生物处理无法代谢的氮、磷元素，使其生成微 生物可以利用的硝酸盐和磷酸盐。另外，多余的臭氧分解生成氧气，无需额外的曝气，减少 了动力消耗，管式膜生物反应器内部溶解氧呈梯度变化，有利于微生物进行脱氮除磷的代 谢活动。

附图说明

[0016] 图1是本发明一种深度脱氮除磷工艺的流程图。图中：1_臭氧发生器，2-进水池，3-臭氧氧化反应器，4-管式膜生物反应器，5-沉淀池。

[0017] 图2是本发明一种管式膜生物反应器的结构示意图。图中：6_进水口，7-底盘，8-布 水器，9-臭氧过滤层，10-填料，11-导流板，12-管腔，13-排泥口，14-溢流堰，15-出水口。

具体实施方式

[0018] 以下结合附图对本发明方法的具体工艺过程进行说明。

[0019]图1是本发明的一种具体的脱氮除磷工艺流程:来自进水池 2的城市污水二级生化 出水由蠕动栗输送至臭氧氧化反应器3中，在臭氧氧化剂的作用下，生化出水中残余的氨氮 和有机氮被氧化生成NO3'有机磷酸盐氧化生成P〇4 3'为后续生化处理提供可利用的N、P营 养元素。另外，一部分难生物降解性的有机物氧化生成低分子有机物，达到提高废水可生化 性和脱色的目的。氧化反应所需的臭氧由装置外的臭氧发生器1提供，氧化出水进入管式膜 生物反应器4处理，处理出水经沉淀池5后排放，部分污泥进行回流。

[0020]图2是本发明一种管式膜生物反应器的具体结构示意图，具体过程如下:城市污水 二级生化出水由进水口6栗入反应器内部，在布水器8的分配下，水流均匀通过臭氧过滤层 9。剩余的臭氧在催化剂的作用下分解生成氧气，供好氧微生物生长代谢。废水与悬挂式立 体弹性填料10充分接触并混合均匀，一部分好氧细菌和微生物附着在填料上形成生物膜， 在导流板11的作用下沿管腔12流动，不断吸收水中的有机物和磷酸盐。当生物膜增长到一 定程度时便自然脱落，由排泥口 13排出反应器。随着反应的进行，水中的溶解氧逐渐降低， 反硝化细菌可将氧化生成的MV还原成N2，达到生物脱氮的目的。

[0021] 下面通过实施例进一步说明本发明方法和效果。

[0022] 实施例1

[0023] 采用本发明的处理方法对国内某城市污水处理厂二级生化出水进行深度处理试 验。该城市污水处理厂二级生化处理后的水质情况如下：生化出水⑶D 80~120 mg/L、pH 7.2~7.5、氨氮ΠΚ25 mg/L、总氮35~48 mg/L、色度 175~200度、BOD5 0~5 mg/L、总磷1~5 mg/L〇

[0024] 采用本发明的方法，对上述废水进行组合处理试验。废水处理规模为lm3/h，各处 理单元的主要试验装置构成、运行条件及处理效果见表1。通过本发明的方法处理后，出水 指标可以满足工业回用水的水质要求，即COD <35 mg/L，氨氮< I mg/L，总氮< 10 mg/ L，总磷< I mg/L。

[0025] 表1实施例1的主要处理单元构成及处理效果

[0027] 实施例2

[0028] 采用实施例1的处理装置，处理与实施例1相同的污水，改变各处理单元的运行条 件所获得的废水处理效果见表2。

[0029] 表2实施例2的主要处理单元构成及处理效果

实施例2相同。臭氧氧化后的出水没有经过臭氧过滤层，直接生化处理出水COD 42 mg/L、氨 氮0.2 mg/L、总氮18.3 mg/L、总磷1.2 mg/L，脱氮除磷效果较差。

[0041] 采用本发明方法对城市污水二级生化出水进行深度脱氮除磷处理，可有效减少氮 磷等无机营养盐的排放，避免了水体富营养化，处理后的出水满足工业回用水质标准。

Claims (9)

1. 一种深度脱氮除磷工艺，其特征在于包括如下步骤： (1) 城市污水处理厂的生化出水进入臭氧氧化反应器中，在臭氧氧化剂的作用下进行 臭氧氧化反应，使污水中的有机氮、有机磷转化为可溶性的硝酸盐和磷酸盐； (2) 将步骤（1)臭氧氧化处理后的出水送入管式膜生物反应器中进行生化脱氮除磷处 理，所述管式膜生物反应器沿污水流动方向分为进水区、好氧区和兼氧区，进水区设置臭氧 过滤层分解臭氧、好氧区进行脱磷处理、兼氧区进行脱氮处理，出水经沉淀池后排放，部分 污泥回流至管式膜生物反应器，所述管式膜生物反应器由2~20级竖直单管串联而成，竖直 单管的高径比为10:1~20:1，竖直单管的出水口处设有导流板。

2. 根据权利要求1所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于：步骤（1)中臭氧由处理装置 外的臭氧发生器提供，利用空气作为原料，臭氧的投加量为5~20 mg/L废水。

3. 根据权利要求2所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于:臭氧的投加量为6~10 mg/L 废水。

4. 根据权利要求1所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于：步骤（1)中废水在氧化反应 器中的水力停留时间为5~20 min，出口废水臭氧浓度小于3.5 mg/L。

5. 根据权利要求1所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于：步骤(2)中管式膜生物反应 器的有机负荷为0.1~0.5 kgCOD/m3'd，废水停留时间为1~4 h。

6. 根据权利要求1所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于：步骤（2)中进水区溶解氧 ①0)浓度为4~6 mg/L;好氧区的DO浓度2~4 mg/L;兼氧区DO浓度0.5~2 mg/L。

7. 根据权利要求1所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于：竖直单管通过弯曲管相连 接，连接竖直单管底部的弯曲管设有排泥口，首根竖直单管内设置布水器，布水器上方为装 填臭氧分解催化剂的臭氧过滤层，末跟竖直单管的顶部设有溢流堰。

8. 根据权利要求1所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于:所述竖直单管内填充悬挂式 立体弹性填料，比表面积为300~500 m2/m3,填充高度为竖直单管高度的1/2~5/6。

9. 根据权利要求4或6所述的深度脱氮除磷工艺，其特征在于:控制臭氧反应器出口废 水臭氧浓度为1~2 mg/L及管式膜生物反应器出水溶解氧浓度为0.8~1.2 mg/L。