CN109626754A - 一种污水高效脱氮除磷工艺（sscs）及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种污水高效脱氮除磷工艺(SSCS)及应用，特别涉及一种适合进水C/N比较低的污水厂,利用自身碳源及微生物强化脱氮除磷，所述工艺主要由厌氧、缺氧、好氧、自源强化、污泥活化等过程组成，其中，设置有原水进水点有3个：厌氧池、缺氧池2和自源强化池；以及污泥回流点3个：缺氧池1回流到厌氧池，好氧池2回流到缺氧池2，二沉池回流到污泥活化(再生)池。该工艺有利于提高处理效果，降低处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种污水高效脱氮除磷工艺(SSCS)(SelfSource Carbon Supplement)及应用，特别涉及一种适合进水C/N比较低的污水厂利用自身碳源及微生物强化脱氮除磷，提高处理效果，降低处理成本的方法。
背景技术
随着《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)的颁布和全面实施，我国对市政污水处理厂出水水质的要求不断提高。除了新建污水厂要达到新的要求外，一些原来设计标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B甚至二级污染物排放标准的污水厂，也必须提高对污水中有机物、氨氮、总氮、总磷等污染物的处理效果，通过提标改造达到一级A或更高的污染物排放标准。要达到这些要求，必须对污水处理设施进行重新设计和改造，提高污水处理能力，使出水达到相应的排放标准要求，对于大部分污水处理厂，尤其是进水C/N较低的污水厂，提高脱氮效果使总氮达标排放是最难解决的问题。
据文献报道，厌氧-缺氧-好氧法(A2/O)、氧化沟工艺、循环活性污泥法(CASS)以及厌氧-好氧工艺(A/O)是目前我国城镇污水处理厂采用的主要主体工艺，其中(A2/O)及其改良型工艺由于其较低的能耗与运行费用，且能有效地同时脱氮除磷，在行业内应用占比高达50％以上。目前传统的A2/O工艺及其改进工艺对TN的去除率在60％左右，不能满足新的污染物排放标准要求，为了达到一级A标准时，需要根据污水厂的情况采取不同的提标措施。目前解决的主要方法包括：外投加碳源及增加MBR、膜处理等构筑物进行强化提标。这些提标改造措施对用地、资金投入及运行成本都有比较高的要求。本发明提出了一种在A2/O或其改进工艺基础上，在保障有机物、总磷等去除效果的前提下，不需要增加构筑物，也不需要外加碳源，大幅提高脱氮效果的方法，该发明既能广泛应用于污水厂提标改造，也可作为新建污水厂的工艺选择。
现有技术主要包括：A2/O工艺是污水厂脱氮除磷的常用工艺。传统A2/O工艺，其A1区(厌氧池)位于工艺的最前端，A2区(缺氧池)、O区(好氧池)在其后，形成A1/A2/O布置形式，A2O工艺具体形式见图1所示。
两种在A2/O工艺基础上改进的常用工艺分别为UCT(University of Cape Town)和MUCT(Modified University of Cape Town)工艺，UCT工艺和MUCT工艺具体形式如图2和图3。
对照图1、图2和图3可以看出，UCT工艺的构筑物及布局与A2/O完全一样，只是回流方式有所改变，改污泥回流到厌氧池为缺氧池，避免硝酸盐进入厌氧池影响磷的释放，增加缺氧区向厌氧区的回流，以补充厌氧区的污泥流失；MUCT在UCT的基础上将缺氧池分为二个区，以解决回流污泥低硝酸盐氮与高回流比之间的矛盾，回流方式基本不变。
A2/O及其改进工艺的优点是工艺主要流程简单，占地面积小，整体易于控制，在污水中有机物充足，C/N比适宜时，可获得比较好的脱氮除磷效果，基本能够达到污染物排放标准一级B的要求。但是，由于在工艺的反应器中，聚磷菌、反硝化菌、反硝化异养菌和硝化菌共生于一个体系中，沿处理流程向前推进，各种生化反应关系错综复杂，系统内部除磷脱氮之间竞争矛盾突出，导致脱氮除磷效果不稳定，尤其在应对暴雨等外界突然水质水量变化时，抗冲击能力不足，恢复时间过长。
在全面落实“水十条”的背景下，对污水厂的排放标准普遍提高到一级A，其中关键的限制指标是总氮的去除率。一级A总氮的排放标准由一级B的20mg/L降低到了15mg/L，按照一般污水厂进水50mg/L左右的总氮含量，要求总氮去除率必须达到70％以上，而目前A2O及其改进工艺总氮去除率在50～65％之间，原水C/N比较低时总氮的去除率更低，无法达到现行的污染物排放标准要求。
发明内容
本发明提供了一种污水自源强化脱氮除磷的方法，采用该方法设计的污水厂生化处理系统，在不外加碳源的情况下，对BOD5的去除率可达到95％以上，CODCr的去除率可达90％以上，TP的去除率可达90％以上，氨氮去除率可达95％以上，同时，TN的去除率最高可达85％以上，年平均去除率可达75％以上，污水厂出水所有化学指标能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A的要求。
本发明首先提供了一种污水自源强化脱氮除磷系统，包括：厌氧池、缺氧池1，缺氧池2，好氧池1，自源强化池、好氧池2及二沉池组成，并依次连接；以及污泥活化(再生)池；
其中，设置原水进水点有3个：厌氧池、缺氧池2和自源强化池；
以及污泥回流点3个：缺氧池1回流到厌氧池，好氧池2回流到缺氧池2，二沉池回流到污泥活化(再生)池，污泥活化(再生)池连接缺氧池1。
作为本发明的一种优选技术方案，在自源强化池内同时安装了推流器和(或)曝气器，根据不同的工艺需求控制溶解氧DO的浓度。此外，污泥活化(再生)池与其余的好氧池的池底均安装有板条式微孔曝气器，并配有线性调流阀门，用于精确控制曝气。
本发明进一步提供了一种污水自源强化脱氮除磷工艺，采用前述的系统，包括：
(1)工艺流程主要由厌氧、缺氧、好氧、自源强化、污泥活化等过程组成，工艺中水的流向为：进水→厌氧池→缺氧池1→缺氧池2→好氧池1→自源强化池→好氧池2→二沉池；
(2)原水进水点有3个：厌氧池、缺氧池2和自源强化池；
(3)污泥回流点有3个：缺氧池1回流到厌氧池，好氧池2回流到缺氧池2，二沉池回流到污泥活化(再生)池，再进入缺氧池1。
作为本发明的一种优选技术方案，为在不增加池容的情况下，增加硝化细菌的储量，使得生物系统能够维持一个高效的硝化作用，设置污泥活化(再生)池，对二沉池回流底泥进行控制性曝气，污泥活化(再生)池的设计停留时间为总停留时间的3％-10％，设计溶解氧控制在0.2-1mg/L。污泥活化(再生)池同时可以使系统内其余菌群保持或提高活性，使系统整体处于健康的状态。
作为本发明的一种优选技术方案，在自源强化池内同时安装推流器和曝气盘，并通过设有线性调流阀门的单独的空气管道进行曝气控制供气量，设有单独的原水进水管道。当进水C/N比较低，打开原水进水阀，调整进水占总进水量的5％-50％，利用原水中的碳源弥补反硝化碳源；当C/N比较高，关闭原水进水管道，并可通过降低或关闭曝气继续作为缺氧池进行反硝化作用，控制溶解氧DO在0.5-1mg/L左右；或者采用控制ORP形式，ORP控制在-200至200mV间。
作为本发明的一种优选技术方案，控制二沉池回流到污泥活化(再生)池的污泥回流比范围为50-100％、缺氧池1回流到厌氧池的二级回流比范围为50-200％、根据一级回流及厌氧停留时间决定，好氧池1回流到缺氧池2的内回流比范围为100-300％，较A20及其衍生工艺而言，无需增加回流泵；本发明设计污泥浓度根据进水水质浓度及污泥浓度决定，污泥浓度越高，进水浓度越高，所调整气水比应越大，污泥浓度需大于等于3000mg/L，好氧曝气池控制气水比至少达到3:1；优选设计污泥浓为3000-10000mg/L，优选实际运行中在5000mg/L；优选设计好氧曝气池控制气水比范围为在3:1至8:1之间。
本发明在好氧池1、好氧池2均进行曝气，在污泥活化(再生)池中进行控制性曝气，溶解氧控制在0.2-1mg/L，停留时间为占总停留时间的3％-10％h。
本发明前述方案通过大量研究实验优选得到，具有以下特点：
(1)将MUCT原有的一格厌氧池改造为污泥活化(再生)池，二沉池的污泥回流到污泥活化(再生)池，在不提高进入二沉池混合液浓度的前提下，延长泥龄，增加硝化细菌及其余微生物数量，使系统处于一个稳定的活性状态，实现可靠的硝化。
(2)在好氧池中段设置自源强化池，在池内同时安装潜水式推流器和板条式微孔曝气器，控制DO在0.5mg/L左右，并通过补充原水，弥补碳源不足影响反硝化效率的问题。
(3)本工艺污水在通过A2/O改良工艺基础上，按照污泥活化-厌氧-缺氧-好氧-自源强化-好氧的工艺模式，通过新增污泥活化(再生)池对污泥进行微活化达到增加微生物数量级、延长污泥龄以满足硝化细菌繁殖世代较长的目的；通过新增自源强化池增加缺氧停留时间和解决碳源不足的问题，使得反硝化细菌充分发挥反硝化作用，达到强化脱氮的目的。此外，自源强化池带来的反硝化效益，减少了二沉池带回的硝酸盐，为聚磷菌提供了良好的厌氧环境，促进了磷的释放及后期磷的吸收作用。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
(1)本工艺通过新增污泥活化(再生)池创造了一个新的回流思路，将二沉池高浓度污泥集中，通过曝气直接对其进行环境控制，可以在不增加构筑物容积的情况下，使微生物数量级增大。
(2)本工艺利用原水中的碳源，无需外加碳源即可达到更优水质标准，与一般A2O及其衍生工艺相比较，运行成本大幅降低。
(3)本发明可用于所有A2O工艺及其衍生工艺改造项目，在不新增构筑物的前提下，达到水质提高的目的。
附图说明
图1，现有技术A2O工艺；
图2，现有技术UCT工艺；
图3，现有技术MUCT工艺；
图4，本发明SSCS工艺；
图5，本发明污泥活化(再生)池工艺简图；
图6，本发明自源强化池工艺简图；
图7，本发明实施方案的TN去除效果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
控制组1为MUCT工艺(参照图3所示)，组2为SSCS工艺(参照图4、5和6所示)。两组进水流量约3700m3/h、污泥回流比约80％、内回流比约250％、二级回流比105％，曝气量和进水水质均控制一致，两组生物池浓度均为8500mg/L左右。运行稳定后分别监测两组对应各个沿程点数据：
两组进水TP平均浓度为3.82mg/L，组1厌氧释放TP平均浓度至6.34mg/L，组2释放至平均浓度8.75mg/L；最终组1出水TP平均浓度为0.65mg/L，组2为0.40mg/L。
两组进水TN平均浓度为24.59mg/L，组1出水TN平均浓度为10.97mg/L去除率为55.4％，组2出水TN平均浓度为6.48mg/L，去除率为73.6％。
实施例2
参照图4、5和6所示，调整组1、组2均为SSCS工艺，进水水源相同，控制污泥回流比均约50％、二级回流比约100％、内回流比约200％，污泥浓度均为6500mg/L，控制气水比3:1；控制变量为组1自源强化池不增加原水，组2自源强化池增加原水。运行稳定后检测进、出水水质：
两组进水TP平均浓度10.08mg/L，组1、组2出水TP平均浓度均为0.2mg/L；
两组进水TN平均浓度25.96mg/L，组1出水TN平均浓度为6.58mg/L，去除率为74.65％，组2出水TN平均浓度约3.45mg/L，去除率为86.7％。
实施例3
参照图4、5和6所示，组1、组2均为SSCS工艺模式运行，进水水源相同，控制污泥回流比均约50％、二级回流比约100％、内回流比约200％，污泥浓度均为6500mg/L，组1、组2自源强化池添加相同比例的原水；控制组1气水比为3：1，组2气水比为5:1。运行稳定后检测进、出水水质：
生化池进水TP浓度约10.86mg/L，组1、组2出水TP平均浓度均为0.2mg/L；进水平均TN浓度约26.30mg/L，组1出水TN平均浓度为7.53mg/L，去除率为71.4％，组2出水TN平均浓度约4.18mg/L，去除率为84.1％。
实施例4技术效果实施例
采用实施例2的SSCS工艺，该SSCS工艺技术于2018年4月起运用于某污水处理厂，该污水厂进水COD平均浓度212mg/L(最低浓度326mg/L，最高浓度1615mg/L)，进水TN平均浓度28mg/L(最低浓度26.53mg/L，最高浓度78.74mg/L)，进水TP浓度15mg/L(最低浓度4.2mg/L，最高浓度32.14mg/L)；进水C/N平均值7.8，(最低值3.26，最高值25.88)。控制污泥活化(再生)池DO浓度约0.5mg/L，自源活化池DO浓度约0.5mg/L，气水比大于3:1，调整自源强化池进水量。正常情况下，出水水质达到TP0.2mg/L、TN6mg/L。如图7所示：运行214日过程中，TN出水浓度<8mg/L，TN去除率大于70％的天数占总天数的95％，TN去除率大于74％的天数占总天数的90％。
从上述实施实效可以得出：
1、本发明工艺适用于所有应用A2O及其衍生改进工艺、为进一步加强脱氮除磷效果、降低出水TN浓度的污水处理厂。其脱氮效率可达到70％以上，出水TN稳定在10mg/L以下。
2、本发明工艺依托于自源强化池，无需另外增加碳源成本，较A2O及其衍生工艺节约外部碳源投加，较生物膜及其他深度处理工艺节约用地、减少运行电耗，是较为经济的强化脱氮工艺。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种污水自源强化脱氮除磷系统，其特征在于，包括：厌氧池、缺氧池1，缺氧池2，好氧池1，自源强化池、好氧池2及二沉池组成，并依次连接，以及污泥活化(再生)池；
其中，设置有原水进水点有3个：厌氧池、缺氧池2和自源强化池；
以及污泥回流点3个：缺氧池1回流到厌氧池，好氧池2回流到缺氧池2，二沉池回流到污泥活化(再生)池，污泥活化(再生)池连接缺氧池1。
2.根据权利要求1所述的一种污水自源强化脱氮除磷系统，其特征在于，在自源强化池内安装了推流器和(或)曝气器。
3.一种污水自源强化脱氮除磷工艺，采用权利要求1或2所述的污水自源强化脱氮除磷系统，其特征在于，包括：
(1)工艺流程主要由厌氧、缺氧、好氧、自源强化、污泥活化等过程组成，工艺中水的流向为：进水→厌氧池→缺氧池1→缺氧池2→好氧池1→自源强化池→好氧池2→二沉池；
(2)原水进水点有3个：厌氧池、缺氧池2和自源强化池；
(3)污泥回流点有3个：缺氧池1回流到厌氧池，好氧池2回流到缺氧池2，二沉池回流到污泥活化(再生)池，再进入缺氧池1。
4.根据权利要求3所述的一种污水自源强化脱氮除磷工艺，其特征在于，设置污泥活化(再生)池，对二沉池回流底泥进行控制性曝气，污泥活化(再生)池的设计停留时间为总停留时间的3％-10％，设计溶解氧控制在0.2-1mg/L。
5.根据权利要求3所述的一种污水自源强化脱氮除磷工艺，其特征在于，在自源强化池内安装推流器和曝气盘，并通过设有线性调流阀门的单独的空气管道进行曝气控制供气量，设有单独的原水进水管道；当进水C/N比较低，打开原水进水阀，调整进水占总进水量的5％-50％，利用原水中的碳源弥补反硝化碳源；当C/N比较高，关闭原水进水管道，并可通过降低或关闭曝气继续作为缺氧池进行反硝化作用，控制溶解氧DO在0.5-1mg/L左右；或者采用控制ORP形式，ORP控制在-200至200mV间。
6.根据权利要求3所述的一种污水自源强化脱氮除磷工艺，其特征在于，控制二沉池回流到污泥活化(再生)池的污泥回流比范围为50-100％、缺氧池1回流到厌氧池的二级回流比范围为50-200％，根据一级回流及厌氧停留时间决定，好氧池1回流到缺氧池2的内回流比范围为100-300％。
7.根据权利要求3所述的一种污水自源强化脱氮除磷工艺，其特征在于，根据进水水质浓度及污泥浓度决定，污泥浓度越高，进水浓度越高，所调整气水比应越大，污泥浓度需大于等于3000mg/L；好氧曝气池控制气水比至少达到3:1。
8.根据权利要求7所述的一种污水自源强化脱氮除磷工艺，其特征在于，设计污泥浓度在3000-10000mg/L；设计好氧曝气池控制气水比范围在3:1至8:1之间。
9.根据权利要求3所述的一种污水自源强化脱氮除磷工艺，其特征在于，在好氧池1、好氧池2均进行曝气，在污泥活化(再生)池中进行控制性曝气，溶解氧控制在0.2-1mg/L，停留时间占总停留时间的3％-10％。
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