CN109809563A - 一种污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理方法。所述方法包括如下步骤,将污水依次经过除杂、沉沙、厌氧释磷反应、反硝化反应、硝化反应、泥水分离获得处理后的水。本发明能够更加科学合理地控制和分配生化池活性污泥的硝化和反硝化反应时段,能更有效地去除COD、NH3‑N和TN,大大减少碳源的投加费用和能耗,并能确保水质的稳定达标排放,工艺的改良具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种污水处理方法
技术领域
本发明属于环保工程领域,具体的涉及一种污水处理方法。
背景技术
传统的活性污泥法A2/O污水处理工艺是采用连续曝气的运行方式,具有抗冲击能力强,工艺成熟,易于管理等优点,实践表明,传统的活性污泥法A2/O工艺在处理低C/N比污水时,能在硝化反应阶段很好的去除COD和NH3-N,一般去除率可达95%左右。
但当进水C/N比不足(理论上小于5)时,硝化反应生成的硝酸盐氮会由于缺乏足够的电子供体(碳源)而不能有效地进行反硝化脱氮反应,从而需要额外投加足够的碳源来提供电子供体以帮助完成反硝化脱氮反应,大大增加了运行的成本。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种污水处理方法,用于解决现有技术中存在的硝化反应不能有效地进行反硝化脱氮反应的问题。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案为:
一种污水处理方法,所述方法包括如下步骤,
将污水依次经过除杂、沉沙、厌氧释磷反应、反硝化反应、硝化反应、泥水分离获得处理后的水。
进一步的,所述除杂具体包括:将污水经细格栅除去水中较大的固体杂物。
进一步的,所述沉沙方法具体过程包括:将除杂后的污水通过曝气方法使得无机颗粒沉淀在污水池中,然后除去无机颗粒。
进一步的,所述硝化反应的具体步骤如下:对污水进行间歇曝气处理并在停曝气时间内持续搅拌污水。
进一步的,所述间歇曝气处理过程包括:通过鼓风机将空气输入至曝气主管,由曝气主管将空气输送至污水中;所述曝气主管上设置有泄气调节阀,所述空气风量的调节范围为0~100%。所述空气风量通过泄气调节阀可实现更大范围、更精确控制。
进一步的,所述曝气处理时溶解氧控制在2-4mg/L;
所述每次曝气处理时间为:2~3小时,所述每次停曝气时间为:0.2~1小时;
所述总的曝气处理时间为:18~21.8小时/天;
所述总停曝气时间为:2.2~6小时/天。
所述每次曝气处理生成的出水COD和NH3-N值不超过规定的限值。
进一步的,所述方法还包括混合液回流、污泥回流;
所述混合液回流为将硝化反应产生的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮回流至缺氧段进行反硝化反应;
所述污泥回流为将泥水分离步骤中的部分活性污泥回流至厌氧段,以补充生化中的生物量。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明通过将传统活性污泥法A2/O工艺进行改良得到新型活性污泥法污水处理工艺(简称A2/O(A)工艺),该方法克服了低C/N(碳氮比,一般用进水BOD5/TN的值确定)比进水条件下反硝化脱氮碳源不足的问题,在生化池活性污泥处于完全混合的状态下,在全流程推流连续进水、出水工况下,通过采用间歇曝气的方式,将传统活性污泥法A2/O工艺中的好氧段(O段)变成为好氧(O段)和缺氧(A段)交替运行,能够更加科学合理地控制和分配生化池活性污泥的硝化和反硝化反应时段,能更有效地去除COD、NH3-N和TN,大大减少碳源的投加费用和能耗,并能确保水质的稳定达标排放,工艺的改良具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
如图1所示,一种污水处理方法,所述方法包括如下步骤,
除杂:将污水经细格栅除去水中较大的固体杂物。
沉沙:将除杂后的污水通过曝气方法使得无机颗粒沉淀在污水池中,然后除去无机颗粒。
厌氧释磷反应:污水进入生化池厌氧段进行厌氧释磷反应;
反硝化反应:污水进入生化池缺氧段进行反硝化脱氮反应;
硝化反应:对污水进行间歇曝气处理并在停曝气时间内持续搅拌污水;
间歇曝气处理过程包括:通过鼓风机将空气输入至曝气主管;所述曝气主管上设置有泄气调节阀,由曝气主管将空气输送至污水中;所述空气风量通过泄气调节阀可实现更大范围、更精确控制。所述空气风量调节范围为0~100%。
所述曝气处理时溶解氧控制在2-4mg/L;
所述每次曝气处理时间为:2~3小时,所述每次停曝气时间为:0.2~1小时;
所述总的曝气处理时间为:18~21.8小时/天;
所述总的停曝气时间为:2.2~6小时/天。
所述每次曝气处理生成的出水COD和NH3-N值不超过规定的限值。
泄气阀,由于受设备安全稳定运行等因素限制,目前通过鼓风机变频器或进出口导叶调节鼓风机风量的范围有限,通常鼓风机的风量调节范围只能在45%~100%范围内调节,超出这个范围则鼓风机容易发生喘振等危及鼓风机安全运行的现象,通过在曝气主管上设置泄气调节阀之后,可实现鼓风机风量在0~100%的范围内进行调节,大大增加了风量的调节范围,可以更加精确的控制溶解氧,并保证鼓风机的安全运行。
搅伴器,传统的A2/O工艺只在厌氧段和缺氧段设置搅伴器,在好氧段不设置搅伴器,改良后的A2/O(A)工艺除了在厌氧段和缺氧段设置搅伴器以外,还在好氧段设置了搅伴器,当好氧段停止曝气时仍能保持活性污泥不下沉,以保证生化池中活性污泥的混合均匀和充分反应。
硝化反应具体包括:污水进入生化池好氧段(或缺氧段)进行好氧硝化反应,降解有机物、去除氨氮和总磷,当由好氧段变成缺氧段后进行反硝化脱氮反应去除总氮。这一阶段改变了传统的活性污泥法A2/O工艺在好氧段连续曝气的运行模式,把好氧段连续曝气改为间歇曝气,好氧和缺氧交替运行,使得在进行硝化反应之后,紧接着发生反硝化反应,使得反硝化速率大幅提升,总氮去除率大大提高,节约了碳源的投加费用和电费。为防止好氧段在停止曝气期间活性污泥下沉,在好氧段安装了搅伴器,使好氧段变为缺氧段后,活性污泥仍能混合均匀充分反应。
泥水分离后获得处理后的水。
所述方法还包括混合液回流、污泥回流步骤;
所述混合液回流为将硝化反应产生的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮回流至缺氧段进行反硝化反应;
所述污泥回流为将泥水分离步骤中的部分活性污泥回流至厌氧段,以补充生化池中的生物量。
实践表明,传统的活性污泥法A2/O工艺在处理低C/N比污水时,能在硝化反应阶段很好的去除COD和NH3-N,一般去除率可达95%左右,但由于C/N比过低碳源不足,反硝化效果不佳,脱氮效率较低,需要辅助投加大量碳源才能确保出水总氮的达标,通过长期大量的试验研究并经实践运行检验证明,对传统活性污泥法A2/O工艺进行改良,在满足硝化反应去除COD和NH3-N的条件下,通过采用间歇曝气的方式为反硝化反应创造良好的条件,可以实现在低C/N比进水条件下,不用额外投加碳源就可以大大提高反硝化脱氮的效率,使出水总氮稳定达标排放,从而实现能耗、药剂成本的大幅度降低和出水COD、NH3-N和TN的稳定达标排放。
本工艺A2/O(A)改良之处是将原传统的活性污泥法A2/O工艺的好氧段连续曝气改进为间歇曝气,也就是将好氧段改为好氧段或缺氧段交替运行,好氧段停曝气时间T根据硝化反应的效果来决定,具体可量化为两个约束指标,即要同时满足出水COD和NH3-N的设定值,利用停曝气时段,生化池中活性污泥随着溶解氧的逐步降低经历从好氧到兼氧到缺氧的过程,在此过程中实现同步硝化反硝化,由于整个好氧段都变成了缺氧,大大延长了反硝化缺氧段的长度和水力停留时间,使活性污泥在停曝气时段里充分的发生反硝化反应,反硝化速率大幅提高,总氮得到有效去除,这种通过采取对好氧、缺氧环境的交替控制和延伸反硝化时段缺氧段物理空间和延长缺氧时间的措施,可以在不用额外投加碳源的情况下就能实现总氮的有效去除,彻底改变了低C/N比进水情况下必须投加碳源实现反硝化脱氮的传统运行模式,大大节约了运行的成本,并能确保总氮的稳定达标排放,具有非常巨大的推广使用价值。
本工艺的关键在于怎样合理确定曝气和停曝气的时间组合,由于硝化反应在污泥浓度、水温和PH一定的条件下(本研究污泥浓度控制在3500-4000mg/L,水温在10-25℃,PH在6.5-7.5),主要是受曝气强度(q)和曝气时间(t)的影响,通常可记为曝气强度(q)和曝气时间(t)的函数,曝气强度一般根据溶解氧来控制,控制标准为在生化池末端溶解氧控制在2-4mg/L,溶解氧的精确控制除了可以采用风机变频调节和风机导叶开度调节来实现以外,还可以采用在曝气主管上安装泄气调节阀来辅助精确控制溶解氧的方式,安装泄气调节阀之后扩大了溶解氧的调节范围,使溶解氧的控制更为精确。把溶解氧控制好之后,接下来曝气时间的控制较为关键,既要使生化池活性污泥充分进行硝化反应,使COD和NH3-N得到充分的降解,又不能让曝气时间过长,使后续的反硝化反应难以进行,因此我们设定了两个约束条件,即把生化池出水COD和NH3-N值作为约束指标(把COD和NH3-N的降解率作为衡量硝化反应是否完全的指标),只要在停曝气这段时间内出水COD和NH3-N的值不超过规定的限值(可留一定的安全裕量)即可,让活性污泥在停曝气的这段时间内充分地发生反硝化反应,从而提高脱氮效率,使出水总氮稳定达标,为精确掌握生化池出水COD、NH3-N和TN的变化,在生化池末端出水处安装了实时在线COD、NH3-N和TN检测仪。当反硝化反应结束后,后续接着进行曝气,让活性污泥又进入硝化反应阶段,这样原传统的A2/O工艺的好氧段就变成了好氧→缺氧→好氧→缺氧交替循环反复的过程。
一般来说生化池COD和NH3-N的降解率在污泥浓度、水温和PH等参数一定的条件下主要是受曝气强度(q)和曝气时间(t)的影响,为曝气强度和曝气时间的函数f(q,t)。
即:XCOD=f1(q,t)
XNH3-N=f2(q,t)
其中:XCOD:生化池COD的降解率
XNH3-N:生化池NH3-N的降解率
q:生化池好氧段曝气强度
t:生化池好氧段曝气时间
则停曝气时间T的控制应满足下列条件:
T:Max{COD}<SCOD∪Max{NH3-N}<SNH3-N
其中:Max{COD}:停曝气时段出水COD的最大值
Max{NH3-N}:停曝气时段出水NH3-N的最大值
SCOD:设定的出水COD限值
SNH3-N:设定的出水NH3-N限值
只要在停曝气时段出水的Max{COD}和Max{NH3-N}不超过设定的排放限值,就可以充分利用停曝气的时段,让生化池活性污泥进行反硝化反应,从而大大提高脱氮效率,实现总氮的有效去除。
应用案例:
按照以上改良方案,在南京某污水处理厂(简称A污水处理厂)进行了长期大量的试验,改良后的A2/O(A)工艺已投入运行3年,取得了良好的出水效果和经济效益。
A污水处理厂设计规模为日处量水量10万吨,原设计采用传统的活性污泥法A2/O工艺,生化池总水力停留时间为13.2小时,其中厌氧段1.55小时,缺氧段3.52小时,好氧段8.13小时,设计污泥浓度MLSS为3500~4000mg/L。在运行初期,由于进水的C/N(BOD5/TN)比较低,按照传统的A2/O工艺运行出水总氮TN很难稳定达标,通常出水总氮TN在18-20mg/L左右,因此必须持续投加碳源才能确保总氮TN稳定达标(小于15mg/L)。
在经过大量试验后,对传统的A2/O工艺进行了改良,把好氧段的连续曝气运行模式改为间歇曝气运行模式,这样就可以大大延长缺氧段的水力停留时间,大幅提高反硝化速率,增强反硝化的效果使总氮得以有效去除。
为确保COD、NH3-N和TN都能得到有效去除并达到排放标准,经过长期大量试验,总结出了曝气3小时,停曝气0.5小时的运行调控方案,在停曝气阶段,新增缺氧段的水力停留时间由原来的3.52小时(缺氧段)增加到了3.52小时(缺氧段)+8.13小时(好氧段变成缺氧段)=11.38小时,缺氧段水力停留时间在原有的基础上增加了2.32倍,反硝化速率比原来提高了2倍多,反硝化脱氮的效果大大提升,经过3年多的运行表明各项出水指标能长期稳定达标并远优于《GB18918-2002》中一级A的排放标准,特别是总氮的去除效果十分明显,并且大幅降低了运行成本,产生了良好的经济效益和环境效益。
表一是采用曝气3小时,停曝气0.5小时的运行方式实测得到的一组数据:
表一
从表一数据可以看出,进水C/N(BOD5/TN)比只有65.3/41.5=1.57,远小于反硝化脱氮所需要的C/N=5的要求,但是通过对传统A2/O工艺的曝气方式进行优化改良,采用了曝气3小时,停曝气0.5小时循环反复的调控方式后,在不外加碳源的情况下,可以看到出水COD、NH3-N、TN和TP都远优于《GB18918-2002》中一级A排放标准,并且TN的去除率大幅度提高,远低于15mg/L的排放标准,大大节约了碳源的投加费用,同时由于采用间歇曝气的方式使能耗大幅降低。
下面就以日处理水量为10万吨的A污水处理厂为例,测算所节约的碳源费用和电费。
一般来说当进水C/N(BOD5/TN)<5时由于反硝化碳源不足需要额外投加碳源以提高反硝化脱氮的效率,通常投加的碳源有甲醇、葡萄糖、乙酸钠和乙酸等,我们以乙酸为例测算投加的成本。
根据经验公式,碳源投加量可根据下式进行计算:
Cm=5N
式中Cm:必需投加的外部碳源(以COD计),mg/L;
5:反硝化1kg硝态氮需外部碳源量(COD计),kgCOD/kgNO3-N;
N:需要用外部碳源反硝化去除的氮量,mg/L;
这样我们以处理量为10万吨/日的A污水处理厂为例来计算,还是以表一进水数据为例说明,根据试验,当进水BOD5为65.3mg/L,TN为41.5mg/L时,在不投加碳源的情况下,出水总氮为20mg/L左右,要达到《GB18918-2002》一级A排放标准中规定的总氮为15mg/L的要求,需要在反硝化段投加的碳源为:
Cm=5×(20-15)=25mg/L
以日处理100000吨进水量计算,需要的COD为(100000×(25÷1000))÷1000=2.5吨/天
折合成乙酸(乙酸的COD当量为1.07kg COD/kg)的量为:
2.5÷1.07=2.34吨/天,如选用固体含量为40%的乙酸,则需要投加的乙酸量为:
2.34÷40%=5.84吨/天
则全年需投加的乙酸量为:5.84×365=2132吨
根据目前市场上40%含量乙酸的价格1800元/吨计算,则全年需投加的乙酸费用约为2132吨×1800元/吨=383.76万元
同时由于是采用间歇曝气的方式,因此能耗也会大幅度降低,以曝气3小时,停0.5小时来计算,每天节约的电量为:鼓风机总功率515kw×3.4h=1765.71kw·h
以平均电价0.9元/kw·h计,则全年可节省电费:
1765.71kw·h/天×365天×0.90元/kw·h=58万元
把节省的碳源费用和电费两项合计,则全年可节省运行费用:
383.76+58=441.76万元
从以上数据可以看出,由于采用了改良后的推流式完全混合间歇曝气连续流A2/O(A)工艺,不仅各项出水水质指标远优于国家排放标准《GB18918-2002》中一级A的排放标准,特别是出水总氮TN的平均值为6.66mg/L,在不额外投加碳源的情况下远低于国家排放标准《GB18918-2002》一级A中15mg/L的排放标准,且每年可节约运行费用合计约441.76万元,具有良好的经济效益和环保效益。
改良后A2/O(A)工艺与传统的A2/O工艺和SBR工艺的区别
A2/O工艺从时间上讲整个工艺上是连续的,水流通过不同的构筑物完成缺氧、厌氧、好氧等过程。
SBR工艺是序批式活性污泥法处理工艺的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,其在整个工艺流程上是间断的,SBR的所有工艺过程均在同一个构筑物内完成,无二沉池和污泥回流系统,构筑物首先先进水进行缺氧、厌氧,然后曝气进行好氧,最后沉淀排出澄清液,整个过程都是在一个池子内不同时段完成,SBR工艺中活性污泥不是处于全程推流完全混合的状态,这样活性污泥与污水的接触反应就没有在全程推流完全混合状态下的反应充分和彻底。
改良型A2/O(A)工艺则是将传统的A2/O工艺的好氧段(O段)变成好氧段(O段)或缺氧段(A段)交替运行。改良型A2/O(A)吸取了传统A2/O工艺全程推流完全混合连续流和SBR工艺间歇曝气的优点,是在两种工艺基础上的创新。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
但由于C/N比过低碳源不足,反硝化效果不佳,脱氮效率较低,需要辅助投加大量碳源才能确保出水总氮的达标,通过长期大量的试验研究并经实践运行检验证明,对传统活性污泥法A2/O工艺进行改良,在满足硝化反应去除COD和NH3-N的条件下,通过采用间歇曝气的方式为反硝化反应创造良好的条件,可以实现在低C/N比进水条件下,不用额外投加碳源就可以大大提高反硝化脱氮的效率,使出水总氮稳定达标排放,从而实现能耗、药剂成本的大幅度降低和出水COD、NH3-N和TN的稳定达标排放。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种污水处理方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤,
将污水经过除杂、沉沙、厌氧释磷反应、反硝化反应、硝化反应、泥水分离获得处理后的水。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理方法,其特征在于,所述除杂具体包括:将污水经细格栅除去水中较大的固体杂物。
3.根据权利要求2所述的一种污水处理方法,其特征在于,所述沉沙方法具体过程包括:将除杂后的污水通过曝气方法使得无机颗粒沉淀在污水池中,然后除去无机颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理方法,其特征在于,
所述硝化反应的具体步骤如下:对污水进行间歇曝气处理并在停曝气时间内持续搅拌污水。
5.根据权利要求4所述的一种污水处理方法,其特征在于,所述间歇曝气处理过程包括:通过鼓风机将空气输入至曝气主管,由曝气主管将空气输送至污水中;所述曝气主管上设置有泄气调节阀,所述空气风量的调节范围为0~100%。
6.根据权利要求4所述的一种污水处理方法,其特征在于,
所述间歇曝气处理时溶解氧控制在2-4mg/L;
所述每次曝气处理时间为:2~3小时,所述每次停曝气时间为:0.2~1小时;
所述总的曝气处理时间为:18~21.8小时/天;
所述总的停曝气时间为:2.2~6小时/天。
7.根据权利要求4所述的一种污水处理方法,其特征在于,所述方法还包括混合液回流、污泥回流;
所述混合液回流为将硝化反应产生的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮回流至缺氧段进行反硝化反应;
所述污泥回流为将泥水分离步骤中的部分活性污泥回流至厌氧段,以补充生化池中的生物量。
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