CN110510737B - 一种加强活性污泥法污水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加强活性污泥法污水处理工艺，相对于传统活性污泥工艺，该工艺通过配置进水预混区，将进水与部分循环回流液充分混合后予以一定停留时间，再进入主曝气区，同时全池(包括进水预混区)采用精确溶氧控制，能进一步增强污泥活性，提高活性污泥的污染物降解效率，达到更好的出水水质，从而提供一种优异的环境保护方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种加强活性污泥法污水处理工艺，应用于高级生化水处理领域。
背景技术
1914年，E.Ardern和W.T.Lockett创立了活性污泥工艺；上世纪五六十年代，相关理论创立与发展；而在过去的几十年里，经典的生化水处理工艺得到了不断的改进。从国际常规技术(A/O、AAO、2级或三级生化处理、SBR等)到各类新兴技术，活性污泥法的稳定性不断得到提升，相关参数(污泥悬浮固体浓度、容积负荷、传氧速率等)随之完善，活性污泥法也得到大规模的应用。
目前，因为环境的客观要求和技术水平的提升，我国对污水处理的要求也不断提高。从《污水综合排放标准》(GB 8978-88)算起三十年间，对COD的指标从120mg/L到50mg/L甚至更低，对TN和TP的出水指标要求从无到有。这两年各地也在业内的巨大争议中陆续提出准Ⅴ类、准Ⅳ类、严格Ⅳ类甚至Ⅲ类的地方标准，指标的越发苛刻使得很多污水厂不得不选择更为昂贵的工艺和繁冗的工艺流程，业内的目光也都集中到“性价比”这个问题上来。
污水处理厂为了达到提标要求，往往会选择二级强化+深度处理的工艺流程，为了使出水水质更好、或为达到某些指标的特殊要求(如TN小于10mg/L)，还会加上深床反硝化这一深度处理工艺。但是在前端好氧生化过程之后，可供反硝化利用的BOD已基本消耗殆尽，后续单独的反硝化工艺还需要额外投加大量碳源药剂，这一环节无疑将运行成本抬高了一大截。
对于单独的反硝化工艺，很多人都有过这样一个设想：为什么不直接利用进水中的BOD来反硝化？事实上，经典的前置反硝化工艺有过这方面的尝试，缺氧池设立在好氧池前，在好氧池中形成的大量NO3—N回流进入缺氧池，利用进水中BOD电子当量实现反硝化过程，而不需要额外投加大量碳源。这一经典工艺可以减少曝气和药剂成本，但是由于所需要的回流量过大(将足够的NO3—N带回缺氧池)，极大增加了管道和泵的成本，并且也无法将污染物降解到极致。
污水脱氮的另一个先进理论即同步硝化反硝化(SND)，研究者在很早就观察到同步硝化反硝化这样的现象，但一般是只有在实验室的环境下将硝化菌和反硝化菌置于同一反应器内混合培养才可以实现，业内普遍认为这一理论离实际应用仍有一定距离。即使在1985年已有报道表明，Rittmann和Langeland应用同步硝化反硝化基本实现了100％的氮去除，但是过去成功的案例参数设计极为保守，并且也没有确保系统稳定可靠运行的参数组合。同时根据SND的相关理论，硝化细菌要在低DO甚至零DO的环境下生长繁殖，必须要较长的污泥龄(提供更大的安全系数)，从而需要很高的MLSS浓度，而“健康”的高污泥浓度很难维持。
2006年3月，德国Wilke Engelbart博士公布了一个新的工艺，BioDopp工艺(国内也有翻译为“生物倍增”)，最令人印象深刻的重要特质是：在整个生化曝气池中保持非常低的溶解氧浓度，且大量实践证明，在极低DO条件下，硝化反应仍在持续发生。
应市场和技术发展需求，希冀可以在一个生化池内培养一种污泥，硝化、反硝化与COD降解可以同步进行，同时通过聚磷和释磷作用去除水中的磷。在各地陆续提标的大环境下，要求对COD及TN的去除率接近100％。本发明提出一种加强活性污泥法污水处理工艺，以低溶氧、高污泥浓度、低污泥负荷为表面特征，实质为提高污泥活性的同步硝化反硝化(或者说将反硝化过程整合进硝化反应中的)工艺，处理效果优越，在理想状态下出水可达到极低的污染物浓度，如地表Ⅱ类水标准。
发明内容
本发明工艺的生化处理池包括进水预混区、主曝气区、至少一个气提装置、配水设施、澄清区、回流通道，进水预混区底部设有微孔曝气系统，进水点设在进水预混区的前端，此处混合原水及部分循环回流的泥水混合物，同时控制低溶解氧条件，培养更紧实的污泥絮体，后流入主曝气区；回流通道上方或旁边配置澄清区，该澄清区可以实现污泥筛选截留，同时澄清分离被处理后的污水，排入集水系统。主曝气区的泥水混合物在尾端经气提推流后，由配水设施配水分别流入到进水预混区和底部回流通道，再回到主曝气区；循环混合液经气提推流后，不超过50％通过进水预混区，再回到主曝气区，其他循环混合物通过回流通道，回到主曝气区。
进一步的，在主曝气区以及进水预混区可采用间歇曝气，保持其溶解氧浓度低于0.3mg/L。
优选的，生化池内采用微孔曝气装置和自动控制，以实现生化池的精确溶氧控制。
进一步的，气提后设有配水设施以控制回流比例。
进一步的，澄清区底部的回流通道配置有污泥吹扫装置。
优选的，在澄清单元底部的回流通道末端的池底设置污泥斗，从而浓缩生化处理池的剩余污泥后进行外排。
本发明把原水进水与反应池内物质混合位置设置在配水装置后、进水预混区前端，气提推流混合液分别经过澄清区下方的回流通道和进水预混区回到主曝气区内。
首先，为了完成生化池内的大循环(市政污水一般在15倍循环量以上，有时可达50倍)，主曝气区尾端设置气提装置，以推动极大体量的混合液朝正确的方向流动。这种气提装置类似于传统活性污泥工艺中常见的回流泵，但是远比传统意义上的泵节约能耗和节省成本。
在进水点，由配水设施分配的部分循环混合液与进水相遇，共同穿过狭长的进水预混区，在此过程中，回流污泥与进水得到充分混合，同时在较短的停留时间内(15min＜HRT＜30min)，微生物大量吸收进水中的COD等污染物质，但并不完全水解从而形成更为紧密的污泥絮体，生化池内的污泥浓度因此更易控制到较高水平(如8000mg/L～12000mg/L),污泥活性更高，污泥负荷可提高20％，出水水质更为洁净，理想条件下可达地表Ⅱ类。
值得注意的是，为达到较好的培养活性污泥的效果，同时避免污泥膨胀现象的发生，该进水预混区在确保污泥不沉淀也不发生厌氧发酵的同时，需严格控制溶解氧浓度。然而，气提推流的循环混合液已携带了一些溶解氧进入进水预混区。
为解决这一问题，其一，在进水预混区内布置较少量的微孔曝气装置，精确控制溶解氧，在确保避免沉泥的同时控制区域内的低溶解氧浓度；其二，配水设施的设计显得极为重要——要使得气提推流的混合液的小部分(不超过50％)流入进水预混区，同时保证这一部分混合液携带的氧只占进水预混区内微孔曝气设施提供的较小比例(如10％)。
进水预混区设计的另一好处是，通过进水预混区所培养的污泥沉降性能更好(SVI＜60),整个生化池内污泥活性较高，MLVSS/MLSS保持一个较高水平，这样的活性污泥不易流失，因此即使本工艺是污泥浓度相比传统工艺高，澄清区出水跑泥风险较大，通过该设计可规避这一风险。
同时，澄清区在生化池运行之初可发挥筛选培养微生物的作用，破碎的、散乱的微生物絮体随水流出，筛选出的、留在生化池内的污泥性状相对较好，周而复始地循环重复后可以培养出污泥龄更长、絮体结构更好的活性污泥。在生化池稳定运行后，澄清区可以优化活性污泥的稳定性，从而出水水质更为洁净。
在本发明的工艺中，污水原水在进水混合处与回流混合液进行混合，在进水预混区控制缺氧环境，以培养性状更好的活性污泥，在进入主曝气区后进一步降解污染物质，达到曝气区尾端时，污染物浓度已降低至接近于0(尤其是NH3-N)，此时气提推流产生大循环量，大部分进入澄清单元底部的回流通道，另一部分回到进水预混区，完成一个大循环，如此优化及稳定活性污泥。
如上所述，在已知的活性污泥处理原则下，根据活性污泥的实际性能选择合适的污染物总负荷时，本发明工艺的处理可以达到更好的效果，如地表水Ⅱ类标准；同时，由于对活性污泥的选择与培养进一步加强，污泥吸收含磷污染物的能力也随之得到提升，通过生化排泥去除含磷污染物的比例增大，所需化学除磷药剂可减少。
总而言之，根据本发明中的方法，对于气提的绝佳应用、采用进水预混区和回流通道进行大循环，以及澄清区的设计，改善了反应器流态，加强了活性污泥各方面的性能，可更多地降解难生化有机物，同时近乎100％除氮。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的一种加强活性污泥生化污水处理工艺的生化处理池的平面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，并将结合具体实施例进行详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、进水点；2、进水预混区；3、生化池的主曝气区；4、气提装置；5、配水设施；6、澄清区，配置污泥截留模块，安装在回流通道之上；7、回流通道；8、出水渠道，安装在污泥截留模块上面，用于澄清后的出水流出系统；9、生化池池体。
本发明工艺的生化处理池包括进水预混区(2)、主曝气区(3)、至少一个气提装置(4)、配水设施(5)、澄清区(6)、回流通道(7)，进水预混区(2)底部设有微孔曝气系统，进水点设在进水预混区(2)的前端，此处混合原水及循环回流的泥水混合物，同时控制低溶解氧条件，培养更紧实的污泥絮体，后流入主曝气区(3)；回流通道(7)上方或旁边配置澄清区(6)，该澄清区(6)可以实现污泥筛选截留，同时澄清分离被处理后的污水，排入出水渠道(8)。主曝气区(3)的泥水混合物在尾端经气提(4)推流后，由配水设施(5)配水分别流入到进水预混区(2)和澄清区(6)底部回流通道(7)，再回到主曝气区(3)；循环混合液经气提(4)推流后，不超过50％通过通过进水预混区(2)，再回到主曝气区(3)。
进一步的，在主曝气区(3)以及进水预混区(2)可采用间歇曝气，保持其溶解氧浓度低于0.3mg/L。
优选的，生化池(9)内采用微孔曝气装置和自动控制，以实现生化池的精确溶氧控制。
进一步的，气提(4)后设有配水设施以控制回流比例。
进一步的，上述回流通道(7)配置有污泥吹扫装置。
优选的，上述回流通道(7)末端的池底设置污泥斗，从而浓缩生化处理池的剩余污泥后进行外排。
本发明通过气提的设计来完成全池的大循环；设置进水预混区，由配水设施分配的部分循环混合液与进水相遇，共同穿过狭长的进水预混区，在此过程中，回流污泥与进水得到充分混合，同时在较短的停留时间内(15min＜HRT＜30min)，微生物大量吸收进水中的COD等污染物质，但并不完全水解从而形成更为紧密的污泥絮体，微生物因而具有更好的沉降性能；同时澄清区配合优化活性污泥，使出水更为洁净。
具体实施案例1，本发明提供一种强化活性污泥法污水处理工艺，其实现方式包括如下步骤：(1)污水经过预处理(格栅、沉沙池)，去除较大悬浮物和砂粒物，然后进入本发明所述单元——生化池，进水水质要求TCOD:TN>4；(2)在生化池中，活性污泥浓度为8000mg/L，污水在停留时间12小时内，同步降解COD、氨氮、硝酸盐氮，最终澄清区出水达到地表水Ⅲ类水体要求的COD<20mg/L，TN＜1.0mg/L；(3)具体水池尺寸为，15m×8m×5m(长×宽×高)，有效水深4.6m，总容积为550m3，处理水量为1000m3/d,其中主曝气区为15m×4.4m×5m(长×宽×高)，澄清区12m×3.6m×4m(长×宽×高)，澄清区下面为污泥稳定区(回流通道)，气提位于澄清区的一侧，气提区尺寸3.2m×1m×5m(长×宽×高)；(4)进水处混合原水及循环后的污水，培养更紧实的污泥絮体，进入主曝气区，主曝气区中保持低溶解氧(DO<0.2mg/L)，维持同步硝化反硝化状态，随着循环水流到主曝气区末端，结束大部分COD和TN生物降解之后，进入气提区，在气提推流动力下，大部分混合液进入回流通道，一部分水上升穿过澄清区，固液分离后，得到出水，大部分循环液穿过回流通道与新的进水一起混合进入主曝气区；小部分混合液由配水设施分配至进水预混区，再回到主曝气区，完成整个循环。
具体实施案例2，本发明提供一种强化活性污泥法污水处理工艺，其实现方式包括如下步骤：(1)该工程为提标改造项目，进水量20000m3/d，部分为上游氧化沟一级A出水，部分为预处理后的原水，备有一台碳源(乙酸钠或乙醇等)投加装置以保证TCOD:TN>4；(2)进水COD＜175mg/L，TN＜37mg/L，出水达到地表水Ⅲ类水要求，即COD<20mg/L，TN＜1.0mg/L；(3)具体水池尺寸为，57.5m×22.4m×6.5m(长×宽×高)，有效水深6.0m，总容积为7700m3，其中主曝气区为57.5m×12.8m×6m(长×宽×高)，澄清区52.5m×9.6m×5.0m(长×宽×高)，澄清区下面为污泥稳定区(通道)，气提位于澄清区的一侧，气提区尺寸11.6m×1m×6m(长×宽×高)；(4)主曝气区供氧176kgO2/h，随着进水浓度波动，保持低溶解氧状态，澄清区表面负荷＜1.5m3/m2·h，随着进水水量波动，保持较好的澄清效果，出水SS<10mg/L。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
还需说明的是，以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种加强活性污泥法污水处理工艺，该工艺的生化处理池包括进水预混区、主曝气区、至少一个气提装置、配水设施、澄清区、回流通道，其特征在于：
a)进水预混区底部设有微孔曝气系统，进水点设在进水预混区的前端，此处混合原水及循环回流的泥水混合物，同时控制低溶解氧条件，培养更紧实的污泥絮体，后流入主曝气区；
b)回流通道上方或旁边配置澄清区，该澄清区可以实现污泥筛选截留，同时澄清分离被处理后的污水，排入集水系统；
c)主曝气区的泥水混合物在尾端经气提推流后，由配水设施配水分别流入到进水预混区和底部回流通道，再回到主曝气区；
d)循环混合液经气提推流后，不超过50％通过进水预混区再回到主曝气区；
气提后设有配水设施以控制混合比例；
在主曝气区以及进水预混区可采用间歇曝气，保持其溶解氧浓度低于0.3mg/L；
回流污泥与进水充分混合的时间为15min-30min。
2.根据权利要求1所述的一种加强活性污泥法污水处理工艺，其特征在于，采用微孔曝气装置和自动控制，以实现生化池的精确溶氧控制。
3.根据权利要求1所述的一种加强活性污泥法污水处理工艺，其特征在于，澄清区底部的回流通道配置有污泥吹扫装置。
4.根据权利要求3所述的一种加强活性污泥法污水处理工艺，其特征在于，在回流通道末端的池底设置污泥斗，从而浓缩生化处理池的剩余污泥后进行外排。
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