CN107082492B

CN107082492B - 一种低耗连续流生活污水处理反应器及氮磷高效去除方法

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Publication number: CN107082492B
Application number: CN201710288620.3A
Authority: CN
Inventors: 朱光灿; 李寒; 李甲琳; 杨阳; 吴倩
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: CN107082492A

Abstract

本发明提供一种低耗连续流生活污水处理反应器，属于环境污水处理技术领域，包括顺次相连的水箱、水解池、预缺氧池、厌氧池、低氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，水箱将泥水均匀混合，水箱分别通过进水泵向水解池和预缺氧池进水；在预缺氧池、厌氧池、低氧池、缺氧池和好氧池中均设有搅拌器进行泥水混合；在低氧池和好氧池底部设有可调式空气泵对系统进行曝气；沉淀池分别与污泥回流、剩余污泥和出水相连；污泥回流进入预缺氧池。本发明还公开了氮磷高效去除方法。本发明采用同步硝化反硝化耦合反硝化除磷技术，避免了生物脱氮除磷过程中碳源的竞争，为低C/N值生活污水的处理提供了技术方案，有效降低了污水处理的能耗。

Description

一种低耗连续流生活污水处理反应器及氮磷高效去除方法

技术领域

本发明属于环境污水处理技术领域，具体涉及一种低耗连续流生活污水处理反应器及氮磷高效去除方法。

背景技术

目前我国生活污水生物脱氮除磷过程中存在碳源不足、脱氮除磷效率低、曝气能耗高、运行不稳定等问题。传统脱氮除磷理论的生活污水处理工艺，如A²/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic,A²/O)、氧化沟和各种SBR(Sequencing Batch Reactor,SBR)工艺等，存在多方面的不利因素：硝硝化菌与聚磷菌间的泥龄矛盾、缺氧反硝化与厌氧释磷对碳源的竞争、污泥中的硝酸盐对聚磷菌释磷的影响等，因此在实际应用中除磷脱氮效果不稳定。当污水的C/N值偏低时，不能同时满足反硝化和生物除磷对碳源的需求，出水总氮和总磷浓度总是难以同时低于15mg/L和0.5mg/L的限值。另一方面，城市污水处理是高能耗行业之一，其中曝气能耗占污水处理能耗的40％以上，不利于污水处理的可持续发展。

同步硝化反硝化过程(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SND)通过限制曝气，使硝化(氨氧化)和反硝化同时进行，与传统生物脱氮技术相比，SND有以下优点：曝气能耗低、碳源需求量少、剩余污泥量少等；反硝化除磷细菌能在缺氧环境下同时完成过量吸磷和反硝化过程，缓解反硝化菌和聚磷菌对碳源的争夺，减少碳源需求量，并降低耗氧量和污泥产量，实现能源和资源的双重节约。

将SND和反硝化除磷两个技术结合起来，利用不完全同步硝化反硝化过程中累积的硝态氮作为反硝化除磷过程的电子受体，实现两种技术的耦合，不仅能有效减少氮磷去除过程中对能量和碳源的需求，还能提高污染物去除效率并降低处理能耗。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种低耗连续流生活污水处理反应器及氮磷高效去除方法，在连续流中实现同步硝化反硝化与反硝化除磷耦合，是高效脱氮除磷工艺，且降低能耗、减少污泥产生量。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种低耗连续流生活污水处理反应器，包括顺次相连的水箱、水解池、预缺氧池、厌氧池、低氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述的水箱将泥水均匀混合，所述的水箱分别通过进水泵向水解池和预缺氧池进水；在预缺氧池、厌氧池、低氧池、缺氧池和好氧池中均设有搅拌器进行泥水混合；在所述的低氧池和好氧池底部设有可调式空气泵对系统进行曝气；所述的沉淀池分别与污泥回流、剩余污泥和出水相连；所述的污泥回流进入预缺氧池。

所述的厌氧池和低氧池之间、低氧池与缺氧池之间、缺氧池与好氧池之间均分别通过连接管相连。

在所述的缺氧池、厌氧池和好氧池中分别设一组搅拌器，在所述的低氧池中设三组搅拌器，在所述的缺氧池设两组搅拌器。

在所述的低氧池底部设有三组可调式空气泵，在所述的好氧池底部设有一组可调式空气泵。

所述的一种低耗连续流生活污水处理反应器的氮磷高效去除方法，包括以下几个步骤：

1)启动反应器：

将城市污水处理厂活性污泥投加至充满组合填料的水解池中，并用可调式空气泵从底部抽取混合液回流至上方；待水解池挂上膜后，将同样的活性污泥投加至预缺氧池、厌氧池、低氧池、缺氧池、好氧池，使系统内活性污泥浓度达到3000mg/L；

2)运行时调节操作如下：

2.1)所述的预缺氧池的进水流量占总进水流量20％，厌氧池进水流量占总进水流量80％；所述的预缺氧池的污泥回流量控制在30～40％；

2.2)水解池的水力停留时间控制为3h，预缺氧池的水力停留时间控制为0.5h；厌氧池水力停留时间控制为2h；低氧池的SND区、强化SND区、反硝化区的水力停留时间分别控制为1h、1h、1h；缺氧池的反硝化除磷区、反硝化除磷强化区的水力停留时间分别控制为1h、1.5h；好氧池的水力停留时间控制为1.5h；

2.3)低氧池SND区、强化SND区溶解氧浓度控制为0.8mg/L，低氧池反硝化区溶解氧浓度控制为1.8mg/L，使得低氧池内发生同步硝化反硝化作用及部分的硝化作用，氨氮转化为硝态氮并实现部分脱氮；好氧池溶解氧浓度控制为4mg/L，使得好氧池中残留的氨氮发生硝化作用转化为硝氮；

2.4)每日排泥，污泥龄控制为15d左右，污泥SVI增加时增加污泥回流比。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种低耗连续生活污水氮磷高效去除方法，具备以下优势：

1)在厌氧池及缺氧池之间增设低溶解氧曝气池，实现同步硝化反硝化作用，不仅去除部分氮素，为缺氧池提供电子受体，实现反硝化除磷，同时降低了曝气能耗，减少了反应时间；

2)采用反硝化除磷技术，避免了反硝化与生物除磷对碳源的竞争，为低C/N值生活污水的处理提供了技术方案；

3)取消了混合液回流，并降低了曝气量，有效降低了污水处理的能耗，其中，氮的去除通过同步硝化反硝化与反硝化除磷过程实现，不需要混合液回流与高浓度溶解氧实现完全硝化；磷主要通过缺氧搅拌阶段的反硝化除磷过程去除，减少了传统好氧吸磷过程所需的曝气能耗。

附图说明

图1是一种低耗连续流生活污水氮磷高效去除方法(A/LO/A/O)的步骤框图；

图2是A/LO/A/O工艺装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明进一步说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1-2所示，附图标记如下：水箱1、水解池2、预缺氧池3、厌氧池4、低氧池5、缺氧池6、好氧池7、沉淀池8、连接管9、搅拌器10、可调式空气泵11、进水12、污泥回流13、剩余污泥14、出水15和进水泵16。图1中Q表示进水量。

低耗连续流生活污水氮磷高效去除方法，采用连续流反应器处理生活污水，按照“进水12→水解池2→预缺氧池3→厌氧池4→低氧池5(1区：SND区，2区：强化SND区，3区：反硝化区)→缺氧池6(1区：反硝化除磷区，2区：反硝化除磷强化区)→好氧池7→沉淀池8→出水15”，进行连续运行。具体包括以下几个步骤：

A)将生活污水用进水泵16导入水解池2中，在水解池2中发生厌氧发酵作用，将大分子的有机物降解为小分子有机物；

B)污水从水解池2自流进预缺氧池3，且污泥自沉淀池8回流自预缺氧池3，发生缺氧反硝化作用，去除回流污泥带回的硝态氮；

C)混合液自预缺氧池3通过过流孔流入厌氧池4中，通过机械搅拌使进水与反应器中静置的污泥和水充分混合，反硝化聚磷菌吸收低分子有机物在体内合成PHA，进行厌氧释磷反应；

D)混合液自厌氧池4自流入低氧池(1区、2区、3区)，在低氧池5的1区发生同步硝化反硝化作用，在低氧池5的2区进一步发生同步硝化反硝化作用，在低氧池3区发生硝化作用，产生硝态氮作用缺氧池的电子受体；

E)混合液自低氧池5流入缺氧池6，在缺氧池6发生反硝化聚磷作用，反硝化聚磷菌利用低氧池5中产生的硝态氮作为电子受体，以厌氧池4产生的内碳源作为电子供体，进行反硝化聚磷作用，实现同步脱氮除磷；

F)混合液自缺氧池6流入好氧池7，好氧池7内DO(Dissolved Oxygen，溶解氧)控制在4mg/L以上，进行进一步的好氧吸磷，稳定进水水质；

G)混合液自好氧池7流入沉淀池8，在沉淀池8中完成泥水分离，上清液通过出水口排出，一部分污泥通过排泥口排出，一部分污泥通过污泥回流泵将污泥回流至预缺氧池3。

如图2所示，以下实施例采用的连续流反应器为进水水箱1将泥水均匀混合，通过进水泵16从水箱1向水解池2中进水，并通过进水泵16从水箱1向预缺氧池3中进水；缺氧池3中设一组搅拌器10将泥水混合反应后，进入厌氧池4并设有一组搅拌器10；通过厌氧池4与低氧池5之间的连接管9从缺氧池进水到低氧池5(退流失SND池)，通过三组搅拌器10进行泥水混合，并在底部设有三组可调式空气泵11对系统进行曝气；通过低氧池5与缺氧池6之间的连接管9从低氧池进水到缺氧池6，设有两组搅拌器10进行泥水混合；通过缺氧池6与好氧池7之间的连接管9进水到好氧池7，设有一组搅拌器10和一组可调式空气泵11，再通过好氧池7与沉淀池8的连接管9进入沉淀池8；从沉淀池8进行出水15和排剩余污泥14，以及污泥回流13进入预缺氧池3。

以下通过具体实施例进一步说明本发明：

实施例1：

16.7-20.3℃时，反应器内混合液悬浮固体浓度(mixed liquid suspendedsolids)MLSS为3000mg/L左右，生活污水进水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为141.93±21.61mg/L、22.22±2.29mg/L、4.04±0.54mg/L和21.43±2.59mg/L。系统运行设置为：进水→预缺氧池0.5h→厌氧池1.5h→低氧池1，1h→低氧池2，1h→低氧池3，1h→缺氧池1，1h→缺氧池2，1.5h→好氧池1.5h→沉淀2.08h→出水，排泥。进水流量12L/h，污泥回流比30-40％，控制SRT为15d左右。低氧池三格DO分别控制为0.8，0.8和1.8mg/L左右，实现低氧以降低曝气能耗；好氧池DO为4mg/L左右。出水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为14.72±3.3mg/L、9.21±1.35mg/L、0.37±0.05mg/L和3.58±0.87mg/L。TN与TP去除率分别为58.55±5.09％和83.29±5.1％，SND速率为47.61±0.16％。

实施例2：

试验条件19.6-23.5℃，pH6.32-6.88，MLSS为3000mg/L-3500mg/L，SRT(SludgeRetention Time，SRT)15d，总水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)9.5h，生活污水进水COD、TN、TP和NH4+-N浓度分别为125.2±19.88mg/L、19.73±1.83mg/L、6.24±0.75mg/L和18.63±2.17mg/L。系统运行设置为：进水→预缺氧池0.5h→厌氧池2h→低氧池1，1h→低氧池2，1h→低氧池3，1h→缺氧池1，1h→缺氧池2，1.5h→好氧池1.5h→沉淀2h→出水，排泥。进水流量12L/h，污泥回流比30-40％，控制SRT为15d左右。低氧池三格DO分别控制为0.4，0.4和0.8mg/L左右。出水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为16.37±2.7mg/L、17.24±0.83mg/L、1.23±0.02mg/L和8.35±1.28mg/L。TN与TP去除率分别为12.85±2.04％和80.29±4.0％，其中通过SND过程去除的TN和TP分别为11.31±2.02％和56.77±3.62％。

实施例3：

试验条件：试验水温18.6-21.5℃，进水pH6.54-6.92，进水量分配比(即预缺氧池进水量占总进水量的百分比为20％)为1:4，MLSS为3000mg/L-3500mg/L，SRT15d，HRT9.5h，生活污水进水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为118.36±15.83mg/L、18.25±1.65mg/L、4.78±0.26mg/L和16.88±1.74mg/L。系统运行设置为：进水→预缺氧池0.5h→厌氧池2h→低氧池1，1h→低氧池2，1h→低氧池3，1h→缺氧池1，1h→缺氧池2，1.5h→好氧池1.5h→沉淀2h→出水，排泥。预缺氧段硝态氮去除比较完全，厌氧段释磷也很完全，进水碳源分配比较合理，各污染物去除效果比较理想。出水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为17.47±1.48mg/L、9.43±1.26mg/L、0.03±0.00mg/L和1.87±0.07mg/L。TN与TP去除率分别为48.33±3.24％和99.37±0.25％，其中通过SND过程去除的TN和TP分别为31.29±3.77％和77.91±4.67％。

实施例4：

试验条件：试验水温20.1-25.6℃，进水pH6.67-7.03，MLSS为3000mg/L-3500mg/L，SRT15d，HRT9.5h，生活污水进水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为104.71±12.25mg/L、18.46±1.53mg/L、6.24±0.17mg/L和16.23±1.28mg/L。系统运行设置为：进水→预缺氧池0.5h→厌氧池2h→低氧池1，1h→低氧池2，1h→低氧池3，1h→缺氧池1，1h→缺氧池2，1.5h→好氧池1.5h→沉淀2h→出水，排泥。厌氧池出水浓度中COD浓度相对较低，有利于反硝化聚磷的进行，并且厌氧池停留时间较长，释磷较完全，为后面的吸磷作用提供充足的动力。出水COD、TN、TP和NH₄ ⁺-N浓度分别为18.25±1.31mg/L、7.82±1.14mg/L、0.05±0.00mg/L和0.04±0.00mg/L。TN与TP去除率分别为57.64±5.23％和99.20±0.33％，其中通过SND过程去除的TN和TP分别为30.86±2.43％和69.57±3.62％。

比较各实施例数据可知，本发明的低耗连续流生活污水氮磷高效去除方法相对于现有技术反应时间快，氮磷去除率高，具备显著的进步。

Claims

1.一种低耗连续流生活污水处理反应器的氮磷高效去除方法，其特征在于：包括顺次相连的水箱（1）、水解池（2）、预缺氧池（3）、厌氧池（4）、低氧池（5）、缺氧池（6）、好氧池（7）和沉淀池（8），所述的水箱（1）将泥水均匀混合，所述的水箱（1）分别通过进水泵（16）向水解池（2）和预缺氧池（3）进水；在预缺氧池（3）、厌氧池（4）、低氧池（5）、缺氧池（6）和好氧池（7）中均设有搅拌器（10）进行泥水混合；在所述的低氧池（5）和好氧池（7）底部设有可调式空气泵（11）对系统进行曝气；所述的沉淀池（8）分别与污泥回流（13）、剩余污泥（14）和出水（15）相连；所述的污泥回流（13）进入预缺氧池（3）；在所述的预缺氧池（3）、厌氧池（4）和好氧池（7）中分别设一组搅拌器（10），在所述的低氧池（5）中设三组搅拌器（10），在所述的缺氧池（6）设两组搅拌器（10）；在所述的低氧池（5）底部设有三组可调式空气泵（11），在所述的好氧池（7）底部设有一组可调式空气泵（11）；所述的厌氧池（4）和低氧池（5）之间、低氧池（5）与缺氧池（6）之间、缺氧池（6）与好氧池（7）之间均分别通过连接管（9）相连；该方法包括以下几个步骤：

1）启动反应器：

将城市污水处理厂活性污泥投加至充满组合填料的水解池（2）中，并用可调式空气泵（11）从底部抽取混合液回流至上方；待水解池（2）挂上膜后，将同样的活性污泥投加至预缺氧池（3）、厌氧池（4）、低氧池（5）、缺氧池（6）、好氧池（7），使系统内活性污泥浓度达到3000mg/L；

2）运行时调节操作如下：

2.1）所述的水解池（2）的进水流量占总进水流量20%，预缺氧池（3）进水流量占总进水流量80%；所述的预缺氧池（3）的污泥回流量控制在30~40%；

2.2）水解池（2）的水力停留时间控制为3h，预缺氧池（3）的水力停留时间控制为0.5h；厌氧池（4）水力停留时间控制为2h；低氧池（5）的SND区、强化SND区、反硝化区的水力停留时间分别控制为1h、1h、1h；缺氧池（6）的反硝化除磷区、反硝化除磷强化区的水力停留时间分别控制为1h、1.5h；好氧池（7）的水力停留时间控制为1.5h；

2.3）低氧池（5）SND区、强化SND区溶解氧浓度控制为0.8mg/L，低氧池（5）反硝化区溶解氧浓度控制为1.8mg/L，使得低氧池（5）内发生同步硝化反硝化作用及部分的硝化作用，氨氮转化为硝态氮并实现部分脱氮；好氧池（7）溶解氧浓度控制为4mg/L，使得好氧池（7）中残留的氨氮发生硝化作用转化为硝氮；

2.4）每日排泥，污泥龄控制为15d，污泥SVI增加时增加污泥回流比。