CN105217891A - 基于deamox强化a2/o+baf工艺生物脱氮除磷的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置与方法属于活性污泥法污水处理领域。其装置主要由水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(10)和曝气生物滤池BAF(21)顺序连接组成；本方法通过在低C/N比条件下控制缺氧区的平均水力停留时间HRT范围在3～6h之间来实现短程反硝化，为厌氧氨氧化菌提供反应底物亚硝态氮；通过在缺氧区(5)投加生物填料(8)为厌氧氨氧化菌提供生长载体，改变A2/O+BAF工艺中缺氧区(5)的功能，在原本反硝化的基础上强化短程反硝化与Anammox(厌氧氨氧化反应)，实现市政污水的脱氮除磷。本发明适用于低碳氮比市政污水处理，出水水质稳定，节能降耗优势明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种深度脱氮除磷装置与方法，属于活性污泥法污水处理技术领域，适用于新建污水厂及老污水厂的提标改造、市政污水和工业废水的处理等污水处理技术领域。
背景技术
目前市政污水较多的采用传统活性污泥法处理，我国城镇污水存在C/N比较低，能够用来进行厌氧释磷和反硝化脱氮的易降解碳源更低，对污水处理提出极大挑战，深度生物脱氮是污水处理的难点。首先硝化过程中，自养硝化菌将污水中的氨氮氧化为硝酸盐或亚硝酸盐，然后反硝化反应是异养反硝化菌在还原酶的作用下将硝酸盐还原为氮气的生物过程。我国很多污水处理厂的出水TN不能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。
传统活性污泥法工艺中存在菌种功能之间的矛盾，硝化反应需要长泥龄的硝化菌和好氧条件，吸磷需要好氧条件，而反硝化则需要短泥龄的聚磷菌和厌氧条件，因此硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾。若泥龄太高，不利于磷的去除，泥龄太低，硝化菌无法存活且泥量过大也会影响后续污泥处理。
BAF工艺是20世纪80年代末在普通生物滤池的基础上借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺。BAF以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。由于生物膜生长并固着在比表面积较大的滤料表面上，这就使得BAF中容纳着大量微生物，从而体现出容积负荷高、停留时间短的特点，同时又能保证BAF在较低的污泥负荷下运行，为进一步降解污水中的污染物提供了可靠的保证，进而获得了优良的处理效果，保证了出水的稳定性。
在缺氧条件下,以亚硝酸盐作为氧化剂将氨氧化为氮气或者以氨作为电子供体将亚硝酸盐还原成氮气的生物反应，称为厌氧氨氧化。这是一种新型高效生物脱氮工艺，其容积效能远远高于传统生物脱氮工艺，具有诱人的开发和应用前景。与硝化作用相比,它以亚硝酸盐取代氧气，改变了末端电子受体与反硝化作用相比，它以氨取代有机物，改变了电子供体。厌氧氨氧化的发现不但加深了人们对氮素循环的认识，也为人们研究和开发新型生物脱氮工艺提供了理论依据。厌氧氨氧化工艺是通过工程措施，在缺氧条件下利用的作用，将废水中的氨氮和亚硝酸盐转化为氮气的处理方法。厌氧氨氧化工艺的研究始于世纪末，至世纪初开发成功，现已应用于污泥消化液、垃圾渗滤液等高氨氮废水的脱氮处理。
DEAMOX(DenitrifyingAmmoniumOXidation)工艺，一种全新的生物脱氮工艺。它是由荷兰Delft大学的Mulder等2006年在厌氧氨氧化工艺的基础上结合异氧反硝化提出的一种新的脱氮工艺，可以有效的去除含有NH4 +-N和NO3 --N废水。即在单一反应器内，同时进行着厌氧氨氧化反应和反硝化反应，并且厌氧氨氧化反应的电子供体来自于反硝化过程产生的NO2 --N。不再需要操控困难的半短程过程，有效的解决厌氧氨氧化过程NO2 --N难以获取的问题，并且可以将厌氧氨氧化过程产生的NO3 --N原位去除，因而相比传统的厌氧氨氧化工艺出水TN浓度可以有效降低。
发明内容
本发明目的是提供一种深度脱氮除磷的装置与方法，一方面，在低C/N比条件下通过控制缺氧区的平均水力停留时间HRT来实现短程反硝化，为厌氧氨氧化菌提供反应底物亚硝态氮；通过在缺氧区投加聚丙烯空心环为厌氧氨氧化菌提供生长载体，改变缺氧区的功能，在原有缺氧区只进行反硝化反应的基础上，增加短程反硝化、Anammox功能，原水中提供氨氮，曝气生物滤池BAF进行充分的硝化反应将氨氮转化为硝态氮，通过管路回流至缺氧区提供硝态氮，硝态氮进入缺氧区发生短程反硝化产生亚硝态氮，缺氧区内的聚丙烯空心环上的厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮进行Anammox脱氮，实现市政污水的脱氮除磷，有利于出水稳定达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。另一方面，该装置集A2/O、反硝化除磷技术与曝气生物滤池BAF优势于一体，成功解决了传统工艺中DPAOS、反硝化菌与硝化菌的竞争性矛盾：一个工艺中存在两个污泥龄，将硝化过程从A2/O中分离出去，让污水在曝气生物滤池BAF充分进行硝化反应。A2/O在短泥龄条件下运行，不要求有硝化功能，发挥其除磷和反硝化效果好的优点：曝气生物滤池BAF在长泥龄条件下运行，不但不影响系统的除磷效果，反而更有利于硝化效果的稳定和高效；曝气生物滤池BAF回流回来的硝态氮为A2/O的缺氧区提供了充足的电子受体，为反硝化除磷提供了很好的环境，反硝化除磷技术实现了“一碳两用”。
基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置，其特征在于：由水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(10)和曝气生物滤池BAF(21)顺序连接组成，A2/O反应装置(3)依次包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接；好氧区(6)经A2/O溢流管(9)与二沉池(10)连接；二沉池(10)底部经过污泥回流泵(14)与厌氧区(4)连接，二沉池(10)通过提升泵(18)连接曝气生物滤池BAF(21)，曝气生物滤池BAF(21)经硝化液回流泵(17)连接至缺氧区(5)，曝气生物滤池BAF(21)设有出水口(13)、取样口(11)，好氧区(6)和曝气生物滤池BAF(21)均设置曝气装置，厌氧区(4)、缺氧区(5)内安装搅拌器(7)。缺氧区(5)内放置聚丙烯空心环(8)，其填充比为15％～25％，比表面积为200m2/m3～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3；曝气生物滤池BAF(21)内放置聚氨酯泡沫(12)，其填充比为30％～45％，孔隙率92～94％，密度为0.22～0.25g/cm3。
基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置，其特征在于，包括以下步骤：
1)生活污水由水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O反应装置(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有来二沉池(10)底部经污泥回流泵(14)抽回的回流污泥，控制厌氧水力停留时间HRT厌氧为1.5～2.5h，在厌氧区(4)内进行厌氧释磷反应：DPAOS利用原水中的挥发性脂肪酸VFAs，合成内碳源PHAs，同时释放磷。
2)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有来自曝气生物滤池BAF(21)的硝化液，硝态氮浓度为10～15mg/L，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为2～4.5h，DPAOS以硝酸盐氮为电子受体，以PHAs为电子供体，进行反硝化吸磷；回流的硝态氮进入缺氧区发生短程反硝化产生亚硝态氮，与混合液中氨氮混合，缺氧区内的生物填料(9)上的厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮进行Anammox脱氮。
3)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行好氧反应：控制溶解氧浓度为1～1.5mg/L，进行混合液中剩余磷的好氧去除，好氧水力停留时间HRT好氧控制为0.5～1h。
4)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(9)进入二沉池(10)，实现泥水分离，含有氨氮的污水经提升泵(18)进入到曝气生物滤池BAF(21)，二沉池(10)底部污泥经污泥回流泵(14)回流到厌氧区(4)，污泥回流比为75％～100％。
5)曝气生物滤池BAF(21)中的聚氨酯泡沫(12)上生长着硝化菌，控制溶解氧浓度在2～4mg/L，硝化菌在好氧条件下将氨氮氧化为硝酸盐氮，通过控制水力停留时间在3～5h使氨氮浓度降低至1mg/L以下，曝气生物滤池BAF(21)流出的硝化液一部分通过硝化液回流泵(17)回流到缺氧区(5)，硝化液回流比为200％～300％，另一部分从出水口(13)排放。
6)通过混合液的排放，保持A2/O反应装置(3)中活性污泥MLSS为3000～4500mg/L，污泥龄为11～14d。
基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置与方法，其特征在于，在低C/N比条件下通过和缺氧区的HRT来实现短程反硝化，为厌氧氨氧化菌提供反应底物亚硝态氮；通过在缺氧区投加聚丙烯空心环为厌氧氨氧化菌提供生长载体，改变A2/O+BAF工艺中缺氧区(4)的功能：进行短程反硝化、反硝化、Anammox，即污水经过厌氧区进入缺氧区含有的氨氮，从好氧区回流的硝化液含有硝态氮，发生短程反硝化产生亚硝态氮，缺氧区内的聚丙烯空心环上的厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮进行Anammox脱氮。
基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置与方法，与传统A2/O工艺相比，纯培养菌种状态下具有以下优势：
1)节省50％曝气量，传统A2/O工艺去除1gNH4 +-N理论上消耗4.57gO2，本工艺理论上消耗2.285gO2，极大节省了曝气量。
2)节省60％碳源投加量，传统A2/O工艺去除1gNH4 +-N理论上须提供2.86gCOD，本工艺理论上须提供1.14gCOD，极大节省了碳源投加量。
3)因为DEAMOX反应过程为部分自养脱氮，所以污泥产量会有效降低，有利于降低污泥处置费用，节能降耗。
附图说明
图1为基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置。
图1中：1-水箱；2-进水泵；3-A2/O反应装置；4-厌氧区；5-缺氧区；6-好氧区；7-搅拌器；8-聚丙烯空心环；9-A2/O溢流管；10-二沉池；11-取样口；12-聚氨酯泡沫；13-出水口；14-污泥回流泵；15-鼓风机；16-转子流量计；17-硝化液回流泵；18-提升泵；19-电磁阀；20-微孔曝气头；21-曝气生物滤池BAF。
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的实施方案：
1)接种传统污水处理厂活性污泥，其MLSS>8000mg/L、MLVSS/MLSS>0.65、SV<45％，投加至A2/O反应装置(3)中，使污泥浓度为3500mg/L，稳定运行20天后，接种已经挂好厌氧氨氧化生物膜的聚丙烯空心环，填充比为15％，比表面积为500m2/m3，密度为0.98g/cm3；将聚氨酯泡沫加入曝气生物滤池BAF(21)，填充比为40％，孔隙率92％，密度为0.25g/cm3。
2)生活污水由水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O反应装置(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有来二沉池(10)底部经污泥回流泵(14)抽回的回流污泥，控制厌氧区(4)水力停留时间HRT厌氧为2h，进行厌氧释磷反应。
3)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有来自曝气生物滤池BAF(21)的硝化液，硝态氮浓度为10～15mg/L，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为4h，进行反硝化吸磷；回流的硝态氮进入缺氧区发生短程反硝化产生亚硝态氮，与混合液中氨氮混合，缺氧区内的生聚丙烯空心环(8)上的厌氧氨氧化菌利用氨氮和亚硝态氮进行Anammox脱氮。
4)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行好氧反应：控制溶解氧浓度为1mg/L，进行好氧反应，控制好氧区(6)水力停留时间HRT好氧为1h。
5)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(9)进入二沉池(10)，实现泥水分离，含有氨氮的污水经提升泵(18)进入到曝气生物滤池BAF(21)，二沉池(10)底部污泥经污泥回流泵(14)回流到厌氧区(4)，污泥回流比为100％。
6)曝气生物滤池BAF(21)中，控制溶解氧浓度在2mg/L，控制水力停留时间在5h使氨氮浓度降低至1mg/L以下，曝气生物滤池BAF(21)流出的硝化液一部分通过硝化液回流泵(17)回流到缺氧区(5)，硝化液回流比为300％，另一部分从出水口(13)排放。
7)通过混合液的排放，保持A2/O反应装置(3)中活性污泥MLSS为3500mg/L，污泥龄为13d。
8)试验结果表明：系统运行稳定后，出水COD浓度为10～50mg/L，NH4 +-N浓度为0～0.5mg/L，NO3 --N浓度为7～12mg/L，TN浓度为10～15mg/L。
Claims (2)
1.基于DEAMOX强化A2/O+BAF工艺生物脱氮除磷的装置，其特征在于：由水箱(1)、A2/O反应装置(3)、二沉池(10)和曝气生物滤池BAF(21)顺序连接组成，A2/O反应装置(3)依次包括厌氧区(4)、缺氧区(5)与好氧区(6)；水箱(1)通过进水泵(2)与厌氧区(4)连接，厌氧区(4)与缺氧区(5)连接，缺氧区(5)与好氧区(6)连接；好氧区(6)经A2/O溢流管(9)与二沉池(10)连接；二沉池(10)底部经过污泥回流泵(14)与厌氧区(4)连接，二沉池(10)通过提升泵(18)连接曝气生物滤池BAF(21)，曝气生物滤池BAF(21)经硝化液回流泵(17)连接至缺氧区(5)，曝气生物滤池BAF(21)设有出水口(13)、取样口(11)，好氧区(6)和曝气生物滤池BAF(21)均设置曝气装置，厌氧区(4)、缺氧区(5)内安装搅拌器(7)；缺氧区(5)内放置聚丙烯空心环(8)，其填充比为15％～25％，比表面积为200m2/m3～800m2/m3，密度为0.96～1.00g/cm3；曝气生物滤池BAF(21)内放置聚氨酯泡沫(12)，其填充比为30％～45％，孔隙率92～94％，密度为0.22～0.25g/cm3。
2.应用如权利要求1所述的装置进行脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)生活污水由水箱(1)经进水泵(2)进入A2/O反应装置(3)的厌氧区(4)，同步进入的还有来二沉池(10)底部经污泥回流泵(14)抽回的回流污泥，控制厌氧区(4)水力停留时间HRT厌氧为1.5～2.5h，进行厌氧释磷反应；
2)混合液从厌氧区(4)进入缺氧区(5)，同时进入的还有来自曝气生物滤池BAF(21)的硝化液，硝态氮浓度为10～15mg/L，控制缺氧水力停留时间HRT缺氧为2～4.5h；
3)混合液从缺氧区(5)进入好氧区(6)，进行好氧反应：控制溶解氧浓度为1～1.5mg/L，进行好氧反应，控制好氧区(6)水力停留时间HRT好氧为0.5～1h；
4)混合液从好氧区(6)经A2/O溢流管(9)进入二沉池(10)，实现泥水分离，含有氨氮的污水经提升泵(18)进入到曝气生物滤池BAF(21)，二沉池(10)底部污泥经污泥回流泵(14)回流到厌氧区(4)，污泥回流比为75％～100％；
5)曝气生物滤池BAF(21)中，控制溶解氧浓度在2～4mg/L，控制水力停留时间在3～5h使氨氮浓度降低至1mg/L以下，曝气生物滤池BAF(21)流出的硝化液一部分通过硝化液回流泵(17)回流到缺氧区(5)，硝化液回流比为200％～300％，另一部分从出水口(13)排放；
保持A2/O反应装置(3)中活性污泥MLSS为3000～4500mg/L，污泥龄为11～14d。
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