CN104961290B - 采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法，包括：a).污水的预处理，利用微生物对污水中的有机物和悬浮物进行吸附；b).污水的沉降；c).污水的脱氮，亚硝化细菌将污水中的氨氮转化为亚硝氮，厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝氮一同转化为氮气，实现脱氮。本发明的污水处理系统，包括预处理池、预处理沉淀池、脱氮池、鼓风机、控制器以及探测器，鼓风机实现曝气，探测器对水质进行检测，控制器控制污水处理系统的运行。本发明的污水处理系统及方法，依靠厌氧氨氧化菌的脱氮作用，将氮元素绝大部分被转化为氮气，真正离开了水体和污染物。在污泥处理阶段，通过厌氧发酵将有机物并转化为能源，能够为污水厂带来可观的自身电量消耗，并保持脱氮微生物的活性。

Description

采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及一种采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法及系统，更具体的说，尤其涉及一种将去除有机物的低碳氮比的污水进行脱氮处理、将含有有机物的无机进行厌氧发酵的污水处理方法及系统。

背景技术

我国城镇污水中普遍呈现氨氮浓度过高，导致碳氮比低于4的特征。污水生物脱氮过程包括氨化、硝化和反硝化三个过程。氨化和硝化过程需要曝气达到将有机氮和氨氮完全转化硝氮的目的，能耗巨大。反硝化过程需要提供足够多的有机物来使水体中的硝氮转化为氮气。并且以往的处理过程，部分氮元素是通过微生物的自身生长需求吸收氨氮去除的，实际上没有离开污水厂部分，而是被转移到污泥中，并在污泥处理过程中又释放入消化液中，消化液返送入污水处理流程，增加了处理负担。另一方面，由于污水中碳氮比较低，常规工艺往往呈现反硝化不完全，难以将污水中的氮元素完全去除，或者因而投加额外的碳源又增加了污水厂的运行成本。另外，由于需要污水经历不同的环境，污水在整个处理流程中被不断分配及回流，控制因素过多，操作过程极为复杂。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法及系统。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：a).污水的预处理，首先对待处理的污水进行曝气作业，利用污泥中的微生物对污水中的有机物和悬浮物进行吸附；b).污水的沉降，对预处理后的污水进行沉淀，以使污水与污泥相分离，沉降后的部分污泥再返送回至污水预处理阶段；c).污水的脱氮，沉降产生的低碳氮比污水进入脱氮阶段，污水在微曝气或间歇曝气的方式下进行脱氮，在脱氮过程中，亚硝化细菌首先将污水中的氨氮转化为亚硝氮，进而厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝氮一同转化为氮气，实现污水的脱氮处理。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法，还包括污泥处理步骤，在污泥处理过程中，首先将污水预处理阶段排出的污泥进行厌氧发酵，以使污泥中的有机物转化为生物气能源，实现对污水厂消耗能源的补充；来至污泥消化池的消化液和来至脱氮池的污泥在脱氮污泥存储池中混合后，亚硝化细菌利用来至大气的自然富氧将氨氮转化为亚硝氮，为厌氧氨氧化菌提供基质，以保持其活性。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理方法，污水在预处理阶段的停留时间为30min～120min，预处理阶段污泥的泥龄选用1～5天；沉降后进入脱氮阶段的污水的碳氮比低于2，污水在脱氮阶段的停留时间为6h～24h，脱氮阶段的泥龄选为50天至120天；脱氮阶段如采用微曝气，污水中的溶解氧控制在0.5以下，如采用间歇曝气，溶解氧维持在2以下；污水处理阶段排出的污泥厌氧发酵的时间为15天至100天。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，其特别之处在于：包括预处理池、预处理沉淀池、脱氮池、鼓风机、控制器以及探测器，预处理池的出口与预处理沉淀池的进口相通，预处理沉淀池的出水口与脱氮池的进口相通；鼓风机实现预处理池和脱氮池的曝气，探测器对由预处理池流向预处理沉淀池的水质以及脱氮池流出的水质进行检测，控制器根据探测器对水质的检测结果控制整个污水处理系统的正常运行；

污水在预处理池中经鼓风机的曝气作用，污水中的有机物和悬浮物被污泥吸附；在预处理沉淀池中，污泥实现沉降，污泥与污水相分离后，污水经出水口进入脱氮池中，污泥经预处理沉淀池的污泥出口被返送回预处理池中；进入脱氮池的污水，经微曝气运行或间歇曝气运行的方式进行脱氮处理，在亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用下，首先亚硝化细菌将污水中的氨氮转化为亚硝氮，进而厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝氮一同转化为氮气，实现污水中溶解性污染物的去除。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，污水在预处理池中的停留时间在30min～120min之间，预处理池和预处理沉淀池中污泥的泥龄选用1～5天；脱氮池中设置有搅拌装置，污水在脱氮池中的停留时间在6h～24h之间，脱氮池中污泥的泥龄选用50天至120天。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，包括污泥消化池和脱氮污泥存储池，污泥消化池的进口与预处理沉淀池的污泥出口相通，以便预处理沉淀池排出的污泥进入污泥消化池中；污泥在污泥消化池中采用厌氧发酵的方式进行稳定，并将有机物质转化为生物气能源，污泥消化池中的污泥作为固体废弃物处置；

污泥消化池的液体出口与脱氮污泥存储池的进口相通，以便含有高浓度氨氮的消化液进入脱氮污泥存储池中；脱氮池的污泥出口与脱氮污泥存储池的污泥进口相通，以便脱氮池中的污泥进入脱氮污泥存储池中。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，污泥在污泥消化池中的处理时间为15天至100天，脱氮污泥存储池中设置有搅拌装置，脱氮污泥存储池停止搅拌时产生的污水经出水口进入预处理池中；脱氮污泥存储池产生的污泥用作维持污水厂自身的运行，同时还可作为其它污水厂的接种脱氮污泥。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，所述预处理池的前端还设置有对待处理污水的水质和水量进行调节的预处理池；脱氮池中设置有将大部分污泥截留在脱氮池中的过滤膜组件，实现水体和污泥的完全分离，也保证了脱氮菌的富集。

本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，由预处理沉淀池流入脱氮池污水的碳氮比小于2；如果脱氮池采用微曝气处理，污水中的溶解氧控制在0.5以下，如果脱氮池采用间歇曝气的方法，其中曝气阶段溶解氧维持在2以下。

本发明的有益效果是：本发明的污水处理系统及方法，根据城镇污水氨氮浓度含量过高的特点，首先在曝气的条件下对污水进行预处理，通过微生物对污水中有机物和悬浮物的吸附，使得沉降后的污水具有较低的碳氮比。沉降后的污水在脱氮阶段，利用厌氧氨氧化菌具有一定的耐氧性，得以在一个池中进行亚硝化和脱氮过程，亚硝化细菌首先将污水中的氨氮转化为亚硝氮，进而厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝氮一同转化为氮气，实现污水的脱氮处理。

污泥处理过程中，利用预处理阶段排出的污泥有机物含量高，而脱氮阶段排出的污泥富含厌氧氨氧化菌的特点，对预处理阶段排除的污泥进行厌氧发酵，不仅可产生补充污水处理厂能源消耗的生物气能源，而且还避免了以往利用菌类的生长来消除污水中有机物所带来的能量消耗，节能效果显著；通过将脱氮产生的污泥与厌氧发酵过程中产生的消化液混合，亚利用硝化细菌将氨氮转化为亚硝氮，为厌氧氨氧化菌提供基质，以保持其活性。

本发明的污水处理系统及方法，脱氮阶段，主要依靠厌氧氨氧化菌的脱氮作用，脱氮阶段的氮元素绝大部分被转化为氮气，真正离开了水体和污染物。由于微生物的倍增时间长，污泥产量极小，微生物稳定，主要被储存，杜绝以往污水处理工艺中污泥消化液返回污水处理过程，增加处理负担的缺点。进水中的有机污染物进入污泥处理阶段中，并转化为能源，能够为污水厂带来可观的自身电量消耗。

附图说明

图1为本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统的原理图。

图中：1调节池，2预处理池，3预处理沉淀池，4脱氮池，5过滤膜组件，6污泥消化池，7脱氮污泥存储池，8鼓风机，9控制器，10探测器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统的原理图，其包括调节池1、预处理池2、预处理沉淀池3、脱氮池4、过滤膜组件5、污泥消化池6、脱氮污泥存储池7、鼓风机8、控制器9以及探测器10，所示的调节池1位于预处理池2的前端，生活污水首先进入调节池1中，调节池1对水质和水量进行调节，减少误会处理流程水质、水量的波动，协调整个污水处理系统流量的恒定。

预处理池2的出水口与预处理沉淀池3的进口相通，预处理沉淀池6的出水口与脱氮池4相通，预处理沉淀池3的污泥出口与预处理池2和污泥消化池6相通。脱氮池4的污泥出口与脱氮污泥存储池7相通，污泥消化池6的出水口与脱氮污泥存储池7相通，以便产生的消化液进入脱氮污泥存储池7中。鼓风机8用于对预处理池2和脱氮池4进行曝气作业，探测器10对预处理池2排出污水的水质和脱氮池4的排水水质进行检测，控制器9根据探测器10的检测数据，控制整个污水处理系统的运行。

由调节池1排除的污水进入预处理池2中，由于经调节的污水含有大量的有机物等极易腐败的污染物，预处理池2中有机负荷会更高，应通过鼓风机8向预处理池2中提供足够大的曝气量，避免供氧不足。在污水预处理阶段，主要依靠微生物对污水中有机物和悬浮物进行吸附，达到污水的去营养化目的，以使经预处理后的污水具有较低的碳氮比。

为了充分去除预处理池2中的有机物和悬浮物，污水在预处理池中的停留时间应在30分钟到2小时之间，预处理池2中泥龄宜选用1-5天。由预处理池2排出污水的碳氮比应控制在2以内，优选为小于1。

由预处理池2排出的污水进入预处理沉淀池3中，实现污水与污泥的分离，沉淀后的污水进入脱氮池4中，沉淀后的污泥重新进入预处理池2中或排入污泥消化池6中。由于预处理池2的有机负荷高，不可避免会存在一定的厌氧和缺氧过程，预处理池2和预处理沉淀池3进行加盖封闭，减少臭气对厂区工作环境和周围居民的影响。

由预处理沉淀池3进入至脱氮池4中的污水进行脱氮过程，脱氮过程在微曝气或间歇曝气的条件下进行，主要利用亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，来实现污水中氮元素的去除目的。首先亚硝化细菌将污水中的氨氮转化为亚硝氮，进而厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝氮一同转化为氮气，实现污水中氮元素的去除。

脱氮池4中污水停留时间以6小时至24小时为宜，由于厌氧氨氧化菌和亚硝化菌的世代时间长，脱氮池4中污泥的泥龄不宜低于50天和高于120天。脱氮池4宜采用开放式，有利于自然富氧过程，减少曝气能耗。脱氮池4需要设水下搅拌设施，防止微曝气搅拌不足，及在间歇曝气的非曝气阶段提供污泥和污水的充分混合。

同时由于污泥长量少，污泥浓度不高，脱氮池4出水可以采用过滤膜组件5，也可以根据情况，使用沉淀池等方法。在使用其它分离方法的时候，注意脱氮菌产生的气体对污泥的气浮作用，容易导致污泥流失。过滤膜组件5可以使大部分脱氮污泥直接留在脱氮池4，根据泥龄，部分脱氮污泥作为剩余污泥和污水进入脱氮污泥储存池7。

有机物主要通过预处理过程的沉淀方式去除，携带大量原进水中悬浮固体的有机物进入污泥处理阶段，在污泥消化池6中采用厌氧消化的方式进行稳定，并将有机物质转化为生物气能源，补充污水厂的能源需求。污泥的消化时间为15天到100天。本发明有机物的去除并不是传统工艺中在不断向曝气池鼓入空气转化为二氧化碳的方式，节省大部分的能量消耗。

经过污泥消化池6的污泥进入最后的固体废弃物处置，同时产生的含有高浓度氨氮的消化液流入脱氮污泥储存池7。

脱氮污泥储存池7对脱氮污泥活性保持的方式和脱氮池4相同，不同点在于可以不曝气，而是敞开的设置方式，只提供搅拌运行。使亚硝化菌使用来自大气的氧将氨氮转化为亚硝氮，为厌氧氨氧化菌提供基质。

携带脱氮污泥来自脱氮池4的污水和携带营养物来自污泥消化池6的消化液，经过泥水分离和处理，污泥可以长时间的储存在脱氮污泥储存池7中。脱氮污泥储存池7定期停止搅拌，使污水流出进入污水处理流程。由于脱氮过程是一个产气过程，脱氮污泥储存池7的出水应该设在池的中部。

从整体看，流入污水厂的氮元素都由脱氮污泥转化、去除。溶解性的氮元素直接在脱氮池得到去除。而固体部分的有机氮被预处理截留到污泥消化池6中，在预处理剩余污泥被消化处理的过程中，很大一部分转化为溶解性的氨氮，消化液首先流入脱氮污泥储存池7，时保持了脱氮剩余污泥的活性, 同时对污染物进行了处理,然后返送流入污水处理流程。

脱氮污泥储存池7中保存的污泥首先用作维持污水厂自身的运行，可以根据情况，因对突发事故，例如脱氮污泥流失，处理污水量增大，浓度增高等。同时可以为其它污水厂接种脱氮污泥。

从整体看，有机物主要通过沉淀的方式去除，进水中的有机污染物进入污泥处理阶段中使用厌氧的方式，转化为能源，能够为污水厂带来可观的自身电量消耗。而非传统工艺中在不断向曝气池鼓入空气转化为二氧化碳的方式，节省大部分的能量消耗。

本发明的独特之处在于：脱氮阶段，主要依靠厌氧氨氧化菌的脱氮作用，脱氮阶段的氮元素绝大部分被转化为氮气，真正离开了水体和污泥部分。由于微生物的倍增时间长，污泥产量极小，微生物稳定，主要被储存，同时从污泥浓缩池中产生的消化液，去除高浓度氨氮液，杜绝以往污水处理工艺中污泥消化液返回污水处理过程，增加处理负担的缺点。

Claims (4)

1.一种采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，其特征在于：包括预处理池（2）、预处理沉淀池（3）、脱氮池（4）、鼓风机（8）、控制器（9）、污泥消化池（6）、脱氮污泥存储池（7）以及探测器（10），预处理池的出口与预处理沉淀池的进口相通，预处理沉淀池的出水口与脱氮池的进口相通；鼓风机实现预处理池（2）和脱氮池（4）的曝气，探测器（10）对由预处理池（2）流向预处理沉淀池（3）的水质以及脱氮池（4）流出的水质进行检测，控制器（9）根据探测器对水质的检测结果控制整个污水处理系统的正常运行；

污水在预处理池（2）中经鼓风机（8）的曝气作用，污水中的有机物和悬浮物被污泥吸附；在预处理沉淀池（3）中，污泥实现沉降，污泥与污水相分离后，污水经出水口进入脱氮池（4）中，污泥经预处理沉淀池的污泥出口被返送回预处理池（2）中；进入脱氮池的污水，经微曝气运行或间歇曝气运行的方式进行脱氮处理，在亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌的协同作用下，首先亚硝化细菌将污水中的氨氮转化为亚硝氮，进而厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝氮一同转化为氮气，实现污水中溶解性污染物的去除；

污泥消化池（6）的进口与预处理沉淀池（3）的污泥出口相通，以便预处理沉淀池（3）排出的污泥进入污泥消化池（6）中；污泥在污泥消化池（6）中采用厌氧发酵的方式进行稳定，并将有机物质转化为生物气能源，污泥消化池中的污泥作为固体废弃物处置；

污泥消化池（6）的液体出口与脱氮污泥存储池（7）的进口相通，以便含有高浓度氨氮的消化液进入脱氮污泥存储池（7）中；脱氮池（4）的污泥出口与脱氮污泥存储池（7）的污泥进口相通，以便脱氮池中的污泥进入脱氮污泥存储池中；

污泥在污泥消化池（6）中的处理时间为15天至100天，脱氮污泥存储池（7）中设置有搅拌装置，脱氮污泥存储池（7）停止搅拌时产生的污水经出水口进入预处理池（2）中；脱氮污泥存储池（7）产生的污泥用作维持污水厂自身的运行，同时还可作为其它污水厂的接种脱氮污泥。

2.根据权利要求1所述的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，其特征在于：污水在预处理池（2）中的停留时间在30min～120min之间，预处理池（2）和预处理沉淀池（3）中污泥的泥龄选用1～5天；脱氮池（4）中设置有搅拌装置，污水在脱氮池（4）中的停留时间在6h～24h之间，脱氮池中污泥的泥龄选用50天至120天。

3.根据权利要求1所述的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，其特征在于：所述预处理池（2）的前端还设置有对待处理污水的水质和水量进行调节的预处理池（2）；脱氮池（4）中设置有将大部分污泥截留在脱氮池中的过滤膜组件，实现水体和污泥的完全分离，也保证了脱氮菌的富集。

4.根据权利要求1所述的采用预处理和微曝气两阶段式低能耗污水处理系统，其特征在于：由预处理沉淀池（3）流入脱氮池（4）污水的碳氮比小于2；如果脱氮池（4）采用微曝气处理，污水中的溶解氧控制在0.5以下，如果脱氮池采用间歇曝气的方法，其中曝气阶段溶解氧维持在2以下。