CN107902759A - 一种间歇曝气处理方法及处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间歇曝气处理方法及处理系统，该方法对A2/O工艺的“缺氧区—好氧区”的反硝化脱氮、氧化分解反应过程进行改进，将现有的缺氧区内加装曝气装置，将现有的好氧区加装推流器，形成新的生化池，采用“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态，强曝气是指在曝气阶段提供大量的氧，高强度曝气，生化池末端溶解氧达4mg/L以上，确保NH3－N、BOD5、CODcr等指标迅速降解，达到出水排放标准；强缺氧是指停止供气，将生化池内溶解氧严格控制在0.5mg/L以下，通过连续进水，“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行，较传统A2/O工艺运行时脱氮效率可提高14.8％左右，同时可以节省大量碳源费用，能够实现总氮稳定达标排放，可以确保达到GB18918‑2002一级标准A排放标准。

Description

一种间歇曝气处理方法及处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种间歇曝气处理方法及处理系统。

背景技术

随着我国城市化建设进程的加快，我国的江河、湖泊、海洋污染程度有增大趋势，污染治理已迫在眉睫。城市污水处理是高能耗行业之一。高能耗一方面造成了污水处理设施运营成本高；另一方面，也在一定程度上加剧了我国现阶段的能源危机。发达国家在污水处理节能降耗方面进行了很多研究和实践，而国内污水处理行业目前侧重在设施建设，对于污水处理的节能降耗及优化运营尚未进行系统地研究。

城市污水中的氮磷是造成水体富营养化和生态环境恶化的重要污染物，A2/O工艺因其较好的除磷脱氮效果而广泛应用于城市污水处理之中。实际污水处理中存在着实际进水水质与设计参数差别较大的问题，主要是COD(化学需氧量)值比设计参考值低很多，一般为130mg/L左右，雨季更低，C/N比仅为2左右，造成碳源严重不足，脱氮效率较低，一般认为要实现较好的脱氮效果，C/N比至少要大于3，要达到此值，每天需投加大量碳源。同时由于进水浓度低造成好氧区溶解氧过高，缺氧区难以控制在0.5mg/L以下甚至更低，工程的反硝化停留时间一般为3小时左右，也导致总氮去除效率低，当进水总氮浓度超过30mg/L时，存在总氮不能稳定达标的情况。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种间歇曝气处理方法，通过连续进水，“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行，可以有效提高总氮去除效率，实现出水水质的全面稳定达标排放。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种间歇曝气处理方法，对A2/O工艺的“缺氧区—好氧区”的反硝化脱氮、氧化分解反应过程进行改进，采用“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态，包括好氧曝气阶段和缺氧反硝化阶段，在好氧曝气阶段进行强曝气，强曝气是指在好氧曝气阶段提供大量的氧，高强度曝气，生化池末端溶解氧达4mg/L以上；在缺氧反硝化阶段进行强缺氧，强缺氧是指停止供气，将生化池内溶解氧严格控制在0.5mg/L以下。

对原来的A2/O工艺的“缺氧区—好氧区”的反硝化脱氮、氧化分解反应过程，由原来的“缺氧—好氧”运行状态，改为“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态，“强曝气”是指在曝气阶段提供大量的氧，高强度曝气，生化池末端溶解氧达4mg/L以上，提高氧化效率，在较短时间内完成氨氮的转化、有机物的去除，“强缺氧”是指停止供气，造成强制性缺氧环境，将池内溶解氧严格控制在0.5mg/L以下甚至更低，为反硝化反应提供有利环境，将原来的缺氧区、好氧区全部变为缺氧区运行，同时在缺氧运行时将推流器全部开启，实现泥水的充分混合，提高总氮去除效果。曝气时间和缺氧时间可以为曝气4小时，缺氧4小时交替进行，也可以根据进水氨氮浓度进行灵活调节(如曝气4.5小时缺氧3.5小时或曝气5小时缺氧3小时等)，通过数据分析，A2/O工艺运行时总氮去除率为59.5％，“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行时，总氮去除率为74.33％，平均去除率提高14.83％，可以实现出水总氮的稳定达标排放，全面达到GB18918-2002一级标准A排放标准。

由于有近一半的时间是不曝气的，所以水中的大量易降解有机物可以不被氧化分解，而是可以作为碳源使用，因而可以大量减少碳源投加量，邳州市城东污水处理厂4万吨/日的处理规模，在目前的进水水质浓度较低，碳氮比仅为2左右(满足脱氮要求，碳氮比至少要达到3以上)情况下，每月可节省碳源费用15-20万元，每年可以节约碳源费用200万元左右。

本发明同时公开了一种间歇曝气处理方法，该系统包括生化反应池，所述的生化反应池内设置有曝气器和推流器，生化反应池内间歇曝气，好氧曝气阶段仅开启曝气器实现强曝气；曝气结束后进入缺氧反硝化阶段，停止供气，并开动推流器。

作为本发明所述的间歇曝气处理系统的优选方案，所述的生化反应池是在现有A2/O工艺的基础上改进得到，将现有的缺氧区内加装曝气装置，将现有的好氧区加装推流器，好氧曝气阶段缺氧区与好氧区的曝气器同时打开，进行曝气；缺氧反硝化阶段，停止供气，缺氧区与好氧区的曝气器停止工作，开启推流器。

进一步地，所述的系统包括一期处理系统和二期处理系统，其中一期处理系统和二期处理系统共用一套供气系统，向一期处理系统和二期处理系统交替供气，一期处理系统供气时二期处理系统处于缺氧反硝化阶段，二期处理系统供气时一期处理系统处于缺氧反硝化阶段。进一步地，供气系统由二期一台气悬浮鼓风机供气，这样可以避免鼓风机的频繁启停，以免对鼓风机产生不良的影响。

由于在较短时间内完成氨氮的转化、有机物的去除，相应延长了缺氧反应时间，如邳州市城东污水厂一期工程提标后设计缺氧反应时间为3.3小时，好氧区为5.6小时，通过“强曝气、强缺氧“间歇曝气运行模式，曝气、缺氧反应时间相当，各为4.5小时左右，既可以保证氨氮、有机物的去除，也可以延长反硝化脱氮时间，提高了总氮的去除率，对氨氮的影响在可控范围内，可以确保达到GB18918-2002一级标准A排放标准。

由于实行间歇曝气运行状态，在缺氧反硝化阶段，由于鼓风机完全停止供气，溶解氧可以控制在0.5mg/L以下甚至更低，为反硝化菌的脱氮反应提供了有利环境，提高了脱氮效率。原来的一、二期工程由于入水浓度较低，曝气末端的溶解氧浓度为2mg/L以上，容易导致内回流的混合液溶解氧过高，缺氧区内溶解氧难以控制在0.5mg/L以下甚至更低，影响了反硝化的脱氮效果。

附图说明

图1是实施例1中改造前一期处理系统工艺流程图。

图2是实施例1中改造前二期处理系统工艺流程图。

图3是实施例1中本申请所述一期处理系统工艺流程图。

图4是实施例1中本申请所述二期处理系统工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

邳州市城东污水处理厂，一期于2003年4月运行，为响应国家节能减排号召，2014年元月对一期污水处理工艺进行提标改造，排放标准由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准提升为一级A标准。二期于2016年8月运行，改造前，工艺设计结构如图1和图2所示。

图1为改造前一期处理系统工艺流程图。其中：

设计进水水质：

CODcr：≤260mg/L、BOD5：≤130mg/L、SS：≤120mg/L、

NH3－N：≤40mg/L、TN：≤45mg/L、TP：≤4.0mg/L。

实际运行中进水水质：

CODcr：130－180mg/L(多为130mg/L左右)、BOD5：60-90mg/L

NH3－N：≤40mg/L、TN：≤45mg/L、TP：≤4.0mg/L。

概述如下：

1)污水首先经格栅(机械格栅)去除大块杂物后的污水进入集水池，从集水池用潜水泵提升污水去不锈钢细格栅过滤机(缝宽1mm)以去除较小杂质。经过滤的污水分两条流水线进入沉砂池进一步截留污水中的粒径大于0.2mm的砂粒。

2)污水通过生化池厌氧区配水渠道进入厌氧区。污水通过污泥层被层内的水解菌吸附和分解，使污水得到初步净化(COD去除率约达35％)。厌氧区水力停留时间HRT为2.4小时。

3)经厌氧区净化后的污水进入缺氧区(水力停留时间HRT为3.3小时)，在缺氧区污水与回流混合液及回流污泥混合，溶解氧(D.O)控制在0.3～0.5mg/L，此时回流混合液中的硝酸氮转化为氮和氧，氧被微生物利用，氮气排入大气，使污水初步脱氮。

4)缺氧区污水进入好氧区，溶解氧浓度控制在1.0～2.0mg/L，好氧微生物进一步分解水中的有机物，其中碳水化合物分解为水和二氧化碳，含氮有机物转化为硝酸盐。一般情况下，好氧区污泥浓度控制在3.0克/升。混合液回流比约为200％，好氧区水力停留时间HRT为5.6h。

5)经好氧区处理后的混合液进入沉淀池进行固液分离，澄清水从池上部排往过滤池作进一步净化。污泥沉于池底，经回流泵抽吸加压，污泥返回缺氧区前端(或厌氧区配水槽),污泥回流比为100％。当好氧区污泥(MLSS)超过3.0克/升时，用回流泵把剩余污泥加压送至污泥浓缩池。

6)经沉淀池澄清的水去过滤池，水经过滤池进一步去除水中的悬浮物和氮等有机物。

7)过滤池出水经紫外消毒后排入尾水导流通道。

8)从生化池厌氧区抽取的剩余污泥和回流泵排出的剩余好氧污泥均在污泥浓缩池浓缩，浓缩池澄清液返回集水池，浓缩污泥从池底用泵提升与药剂(采用聚丙烯胺，其用量由生产现场确定)混合后，送至污泥脱水机。

图3为本次申请改造后的一期处理系统，在原缺氧区加装曝气器，原好氧池加装推流器，缺氧时推流器运行，使原缺氧池和好氧池共同形成生化池，在生化池内“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态，包括好氧曝气阶段和缺氧反硝化阶段，在好氧曝气阶段进行强曝气，强曝气是指在好氧曝气阶段提供大量的氧，高强度曝气，生化池末端溶解氧达4mg/L以上；在缺氧反硝化阶段进行强缺氧，强缺氧是指停止供气，将生化池内溶解氧严格控制在0.5mg/L以下。曝气时间和缺氧时间可以为曝气4小时，缺氧4小时交替进行(可以根据进水浓度进行适当调节)。

当停止曝气处于强缺氧状态时，推流器开启，使微生物与污水充分混合，提高脱氮效率，正常运行时池内仅需将污泥浓度控制在3.0g/L左右，在强曝气阶段将生化池末端溶解氧控制在4mg/L以上，停止曝气时池内溶解氧自然降到0.5mg/L以下甚至更低，为脱氮反应提供了有利环境。生化池内的曝气器为德国瑞好微孔曝气管，提高氧利用率及动力效率，保证生化池池中的溶解氧浓度，以满足一级A标准对NH3-N去除率的需要。经过生化池处理后的污水进入沉淀池。该系统还包括加药装置，新建碳源加药间，安装碳源投加设备及管线。加药量根据运行情况确定(改为“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态后基本上不需要投加)，药剂建议采用醋酸钠，醋酸钠是一种钠盐的结晶体，运输、使用比较安全，二条流水线共用一套加药设备。在尽可能生物除磷的前提下，采用化学除磷，根据出水TP选择合适的加药量。加药装置与沉淀池连接并可向沉淀池进水口进行加药，沉淀池内产生的剩余污泥进行污泥浓缩，脱水后的污泥外运至建材厂或者污泥处置中心，而脱水产生的污水进入集水池，从沉淀池出来的水进入接触过滤装置，过滤装置可通过反冲洗鼓风机进行冲洗，过滤后出水经紫外消毒后排入尾水导流通道。

图2为改造前二期处理系统，为改良A2/O+二沉池+接触过滤+消毒。概述如下：

污水首先经粗格栅(机械格栅)去除大块杂物后的污水进入集水池，从集水池用潜水泵提升污水进入旋转式细格栅机(栅条间隙1mm)，用以去除水中较小的的漂浮物及浮渣，再进入污泥反硝化池，15％(可调)进入缺氧区，75％进入沉砂池。沉砂池进一步截留污水中的粒径大于0.2mm的砂粒后进入生化池，生化池采用改良A2/O+二沉池+接触过滤+消毒。其中：

1、污泥反硝化池(水力停留时间HRT为2.2小时)位于工艺首端，可优先获得原水中的碳源进行反硝化，同时由于污泥回流比大，因此有利于提高脱氮效率。

2、厌氧(水解)反应器及好氧区

1)污泥反硝化池出水以及0.75Q原水进入A2/O段的厌氧(水解)反应器，反应器水力停留时间为3.0h，溶解氧D.O＜0.3mg/L，原水提供了充足的碳源，除磷菌在此进行高效率的磷的释放，为进入好氧区吸磷积蓄能量。这里设计污泥平均浓度为7～8g/L。

2)厌氧区的出水进入前好氧区，前好氧区的水力停留时间为5.7小时，污泥浓度为2.8-3.5g/L，污泥龄达25～30天以上，因此为硝化反应提供了良好的条件。

3)前好氧区的出水进入缺氧区，主要是为污水进一步提供硝化和反硝化环境，强化脱氮效果。缺氧区溶解氧D.O控在0.3～0.5mg/L，水力停留时间约4.6h，原水进水量为0.15Q(可调)，为减小A/O段的内回流比，以节约能耗，把厌氧池含碳量较高的出水分流一部分(相当于0.4Q)直接进入A/O段的入口，内回流通过内回流泵实现，能耗低。

4)A/O段的好氧区(后好氧区)水力停留时间为5.7h，溶解氧D.O控制在1～2mg/L。

5)经后好氧区处理后的混合液进入沉淀池进行固液分离，澄清水从池上部排往过滤池作进一步净化。污泥沉于池底，经回流泵抽吸加压，污泥回流至污泥反硝化池。污泥回流比为72％～144％。

6)经沉淀池澄清的水去过滤池，水经过滤池进一步去除水中的悬浮物和氮等有机物。过滤层是由卵石和粗砂组成，其表面生长生物膜，生物膜中的微生物进一步截留和分解水中的有机物。

7)过滤池出水经紫外消毒后排入尾水导流通道。

8)从生化池厌氧区抽取的剩余污泥和回流泵排出的剩余好氧污泥均在污泥浓缩池充分浓缩，经污泥泵提升与药剂(采用聚丙烯胺，其用量由生产现场确定)混合后，送至污泥浓缩脱水一体机。

由于现状COD浓度远低于设计值，一般为130mg/L左右，造成生化池碳源严重不足，同时二期工程前好氧区及后好氧区停留时间为10.3小时，很容易造成溶解氧过高，而一期工程的反硝化停留时间为3小时左右，导致总氮去除效率低，当进水总氮浓度超过30mg/L时，存在总氮不能稳定达标的情况。

对二期处理系统进行改进，如图4所示，将原来的“前好氧区----缺氧区---后好氧区”改为“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态，即在缺氧区加装曝气器，在好氧区加装推流器，一般情况下，曝气4小时，停曝4小时(可以根据进水浓度进行适当调节)，实现出水总氮、氨氮、化学需氧量等指标全面稳定达标排放。池内仅需将污泥浓度控制在3.0g/L左右，在好氧曝气阶段段将生化池末端溶解氧控制在4mg/L以上，停止曝气时池内溶解氧自然降到0.5mg/L以下甚至更低，为脱氮反应提供了有利环境。

通过上述连续进水，“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行，解决了原来A2/O(一期)工艺或倒置A2/O+A/O(二期)运行时的以下几个缺点：进水浓度低，碳源严重不足、缺氧区停留时间较短、缺氧区内溶解氧难以控制在0.5mg/L以下甚至更低，满足了缺氧反应所需的条件，可以有效提高总氮去除效果，通过近7个月的化验数据比对，传统A2/O工艺运行时，总氮去除率为59.5％，“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行时，总氮去除率为74.33％，平均去除率提高14.83％，可以实现出水水质的全面稳定达标排放。同时可以大量减少碳源投加量，邳州市城东污水处理厂4万吨/日的处理规模，在目前的进水水质情况下，每月可节省碳源费用15-20万元，每年节省200万元左右，由于间歇曝气，每年可通过鼓风机节省电费40万元左右。

采用连续进水，“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行时，鼓风机开4小时，停4小时(可根据入水水质情况进行灵活调节)，在好氧曝气阶段运行时，加大曝气量，确保NH3－N、BOD5、CODcr等指标迅速降解，达到出水排放标准，在缺氧反硝化阶段运行的4个小时中，则为反硝化提供了碳源，控制好了缺氧环境，延长了反硝化时间，大大提高TN去除率，较传统A2/O工艺运行时可提高14.8％左右，同时可以节省大量碳源费用，能够实现总氮稳定达标排放，可以确保达到GB18918-2002一级标准A排放标准。

根据现场实际情况，一、二期处理系统均采用间歇曝气，一期曝气时二期停曝，一、二期交替运行，气悬浮风机风压在正常范围内可以自动调节，不需要频繁启停风机，不会对风机产生不良影响。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种间歇曝气处理方法，其特征在于，对A2/O工艺的“缺氧区—好氧区”的反硝化脱氮、氧化分解反应过程进行改进，采用“强曝气、强缺氧”间歇曝气工艺运行状态，包括好氧曝气阶段和缺氧反硝化阶段，在好氧曝气阶段进行强曝气，强曝气是指在好氧曝气阶段提供大量的氧，高强度曝气，生化池末端溶解氧达4mg/L以上；在缺氧反硝化阶段进行强缺氧，强缺氧是指停止供气，将生化池内溶解氧严格控制在0.5mg/L以下。

2.一种应用权利要求1所述间歇曝气处理方法的系统，包括生化反应池，所述的生化反应池内设置有曝气器和推流器，生化反应池内间歇曝气，好氧曝气阶段仅开启曝气器实现强曝气；曝气结束后进入缺氧反硝化阶段，停止供气，并开动推流器。

3.根据权利要求2所述的间歇曝气处理系统，其特征在于，所述的推流器按设定程序在缺氧反硝化阶段自动启动，在好氧曝气阶段自动停止。

4.根据权利要求2所述的间歇曝气处理系统，其特征在于，所述的生化反应池是在现有A2/O工艺的基础上改进得到，将现有的缺氧区内加装曝气装置，将现有的好氧区加装推流器，好氧曝气阶段缺氧区与好氧区的曝气器同时打开，进行曝气；缺氧反硝化阶段停止供气，缺氧区与好氧区的曝气器停止工作，开启推流器。

5.根据权利要求2所述的间歇曝气处理系统，其特征在于，包括一期处理系统和二期处理系统，其中一期处理系统和二期处理系统共用一套供气系统，向一期处理系统和二期处理系统交替供气，一期处理系统供气时二期处理系统处于缺氧反硝化阶段，二期处理系统供气时一期处理系统处于缺氧反硝化阶段。

6.根据权利要求5所述的间歇曝气处理系统，其特征在于，所述的供气系统通过电动阀门控制，电动阀门按照设定时间程序自动切换。

7.根据权利要求2所述的间歇曝气处理系统，其特征在于，处理的原水浓度较低，碳源严重不足，碳氮比为2左右，用传统A2/O工艺反硝化脱氮效率较低，用间歇曝气工艺可提高总氮去除效率。

8.根据权利要求2所述的间歇曝气处理系统，其特征在于，处理后的总氮能够稳定达标，出水水质全面达到GB18918-2002一级标准A排放标准。