CN111547848A - 一种分区控制分点进水强化脱氮除磷（a/o/a）-mbr一体化工艺及其系统装置 - Google Patents

一种分区控制分点进水强化脱氮除磷（a/o/a）-mbr一体化工艺及其系统装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分区控制分点进水强化脱氮除磷(A/O/A)‑MBR一体化工艺及其系统，采用分区控制分点进水的运行方式在污水处理系统中对低C/N比生活污水按时间顺序依次进行包括厌氧释磷处理、好氧吸磷及硝化处理、沉淀出水、反硝化脱氮处理和MBR硝化脱碳处理的处理过程。本发明通过将除磷和脱氮过程进行分区控制，实现除磷菌和硝化菌的空间分离，保障了微生物在各自的系统中良好生长环境，解决了传统工艺中存在的泥龄矛盾、硝酸盐影响、HRT与SRT的完全分离等问题；同时，采用分点进水的方式解决了投加碳源等污水处理运行能耗问题，达到高效脱氮除磷的目的。同时具有出水水质好、流程简单、占地面积小、操作方便等优点。

Description

一种分区控制分点进水强化脱氮除磷(A/O/A)-MBR一体化工 艺及其系统装置
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，具体说是一种针对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的工艺及其系统装置。
技术背景
污水中有机物的含量是影响脱氮除磷工艺中厌氧释磷、反硝化脱氮效果的一个关键因素。但据调查统计，有高达65％以上的污水处理厂存在碳源不足的问题，这就导致污水中的氮和磷元素不能较好地得到去除。另外，由于生物脱氮和除磷是由两类完全不同的细菌来执行的，生化过程也是完全不同的，它们对环境因素的要求各异，传统工艺普遍存在泥龄矛盾、硝酸盐等影响的问题，使得同步提高脱氮除磷效率难以协调。而污水排放标准在逐渐提高，这就给污水处理厂的运行，尤其是TN和TP的达标增加了难度。因此，在处理低碳氮比生活污水时，需要寻求既能有解决碳源不足问题，又能提高脱氮除磷效率的新技术。
近来，膜生物反应器(MBR)工艺以其高效的膜分离作用在水处理界备受关注。
MBR法具有出水水质稳定、剩余污泥产量少、固液分离高、占地面积小、运行管理方便等优点，故而得到广泛的应用。但随着排放标准越来越严格，以及进水C/N的降低，MBR法在氮磷去除方面的冲突越来越大。
本发明采用分区控制分点进水(A/O/A)-MBR的处理工艺，既实现了除磷菌、脱氮菌的空间分离，提高了污染物去除效率，又能解决进水中碳源不足问题，保证出水水质稳定达标。本发明的分区控制分点进水(A/O/A)-MBR的处理工艺极具开发研究价值，在污水处理领域，尤其针对低碳氮比生活污水总氮总磷的脱除，具有良好的发展与应用前景。
发明内容
本发明的目的在于从解决低碳源的问题和实现高效脱氮除磷的角度出发改进传统脱氮除磷工艺，提供一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的工艺，该工艺是一种新的提高同步脱氮除磷效率的工艺，能实现稳定高效脱氮除磷。
本发明的另一目的在于提供一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的污水处理系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的工艺，采用分区控制分点进水的运行方式在污水处理系统中对低C/N比生活污水按时间顺序依次进行包括厌氧释磷处理、好氧吸磷及硝化处理、沉淀出水、反硝化脱氮处理和MBR硝化脱碳处理的处理过程。
作为一种优选技术方案，所述的污水处理系统包括依次设置的厌氧区、好氧区、沉淀区、反硝化区、MBR膜区和清水区，所述的MBR膜区内安装有膜组件用于固液分离。
上述技术方案的关键点在于，采用分区控制分点进水方式与MBR组合工艺处理生活污水，所述的分区控制为将除磷和脱氮过程分别在污水处理系统的两个区域中进行，实现除磷菌、硝化菌的空间分离。
进一步优选的，所述的分点进水为进水时厌氧区和反硝化区的进水比例为1:4～1:2。
所述厌氧释磷处理的过程，是将部分污水泵入厌氧区内，由厌氧区内的聚磷菌(PAOs)吸收污水中的有机物并以聚羟基脂肪酸(PHB)的形式贮存在胞内同时释放体内的磷酸盐；
所述好氧吸磷及硝化处理的过程，是厌氧区出水自流进入好氧区内，在供氧条件下(可通过鼓风机对好氧区内的微生物进行供氧，但不限于此)，PAOs利用体内储存的PHB作为碳源，以水中的氧气作为电子受体，氧化分解体内的PHB获得能量，从混合液中过量吸收磷；同时硝化细菌利用混合液中的有机底物进行硝化反应将NH4 +-N转化为NO3 -；
所述沉淀出水及定期排泥的过程，是沉淀区的出水自流进入反硝化区，定期通过污泥泵将沉淀区底部富磷污泥作为剩余污泥排除进行除磷，同时将一部分污泥泵入前段的厌氧区以保证厌氧区所需的污泥浓度；
所述反硝化脱氮处理的过程，是反硝化区的出水自流进入后段MBR膜区，同时将部分低C/N比生活污水泵入反硝化区，反硝化区中富集的反硝化菌利用原水中的有机物作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮；
所述MBR硝化脱碳处理的过程，是MBR膜区的出水泵入清水区，在供氧条件下，通过亚硝化菌和硝化菌，将氨氮氧化成硝态氮，产生的硝化液回流至反硝化区进行脱氮，同时进行深度脱碳。MBR膜的截留作用能够保证反应区内的高污泥浓度，有利于增值缓慢的硝化菌的生长、繁殖，确保系统的硝化效率。
进一步优选的，各处理步骤的耗时依次为：厌氧释磷处理为0.8～1.5h，好氧吸磷及硝化处理为2～3h，沉淀出水为0.5～1h，反硝化脱氮处理为1～2h，MBR硝化脱碳处理为3～5h。
研究发现，分点进水时厌氧区和反硝化区的分点进水比例以及各处理步骤的耗时显著影响本发明处理工艺的处理效果，分点进水的比例过低会影响到前段聚磷菌对基质的需求，从而会影响除磷效果；分点进水的比例过高会影响后段反硝化菌对基质的需求，从而影响脱氮效果。
因此，技术人员通过实验筛选，将厌氧区和反硝化区的分点进水比例限定为1:4～1:2。各处理步骤的耗时限定为厌氧释磷处理为0.8～1.5h，好氧吸磷及硝化处理为2～3h，沉淀出水为0.5～1h，反硝化脱氮处理为1～2h，MBR硝化脱碳处理为3～5h。
一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的污水处理系统，所述的污水处理系统包括依次设置的厌氧区、好氧区、沉淀区、反硝化区、MBR膜区和清水区，所述的MBR膜区内安装有膜组件用于固液分离；所述的厌氧区和反硝化区分别设有低C/N比生活污水的进水管。
所述好氧区和MBR膜区的底部分别设有曝气装置。
作为一种优选技术方案，所述的沉淀区的底部通过管道连通所述的厌氧区用于将沉淀区内80％～95％的污泥泵入厌氧区以保证厌氧区的污泥浓度。
作为一种优选技术方案，所述的反硝化区通过管道连通所述的MBR膜区用于将MBR膜区产生的硝化液通过混合液回流泵泵入至反硝化区进行脱氮，同时进行脱碳。
作为一种优选技术方案，所述MBR膜区的出水由抽吸泵泵入清水区。
本发明技术方案的基本思路是，采用分区控制分点进水方式与MBR组合工艺处理低C/N生活污水，前段利用传统的除磷工艺去除部分有机物和总磷，后段利用“反硝化++MBR膜处理”的工艺进行脱氮脱碳。将生物除磷和生物脱氮过程分置于A/O、A/MBR前后两套系统中，实现除磷菌、脱氮菌的空间分离，而且脱氮系统中硝化产生的硝酸盐不进入生物除磷系统，同时解决泥龄矛盾和消除硝酸盐干扰除磷过程的问题，达到高效除磷的目的。后置脱氮部分，通过改变进水的方式，将2/3～4/5的原水分配至反硝化区，利用原水中的有机物作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮，成功解决了碳源不足的问题，最终使出水稳定达标排放。
本发明的有益效果：
首先，本发明改进了传统脱氮除磷工艺，将生物除磷和生物脱氮过程分置于前后两套系统中，实现除磷菌、硫自养反硝化菌的空间分离，一定程度上避免了除磷、脱氮微生物之间的相互影响，保障了微生物在各自的系统中良好生长环境，强化脱氮效果和除磷效果，从而实现高效脱氮除磷效能；其次，生物除磷系统设置较短污泥龄，以及后续脱氮系统中硝化产生的硝酸盐不进入除磷系统，解决了硝酸盐干扰除磷的问题，保证了系统除磷的高效运行。
最后，后段脱氮系统，采用分点进水的方式，保证了反硝化菌所需的有机物含量，同时MBR膜的截留作用能够保证反应区内的高污泥浓度，有利于增值缓慢的硝化菌的生长、繁殖，确保系统的硝化效率。总之，较传统工艺，该工艺具有效率高、流程简单、生物浓度高、占地面积小、出水水质好等优点，对低碳氮比生活污水处理新工艺的开发和现有处理工艺的升级改造具有重要指导意义。
附图说明
图1是本发明对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的污水处理系统结构图。
图中：1－提升泵，2－厌氧调节阀，3－反硝化调节阀，4－厌氧区，5－好氧区，6－沉淀区，7－污泥泵，8－污泥回流阀，9－排泥阀，10－反硝化区，11－MBR膜区，12－膜组件，13－混合液回流泵，14－鼓风机，15－产水阀，16－抽吸泵，17－清水区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的污水处理系统是一种分区控制分点进水强化脱氮除磷(A/O/A)-MBR一体化处理系统，该污水处理系统包括依次串接设置的厌氧区4、好氧区5、沉淀区6、反硝化区10、MBR膜区11和清水区17；其中MBR膜区11内安装有膜组件12，用于固液分离。
所述的厌氧区4和反硝化区10分别设有低C/N比生活污水的进水管。通往厌氧区4和反硝化区10的进水管上分别设有厌氧调节阀2和反硝化调节阀3；采用提升泵1将污水按1:4～1:2的进水比例分别泵入厌氧区4和反硝化区10内；
所述好氧区5和MBR膜区11的底部分别设有曝气管；所述的曝气管分别连通鼓风机14，通过鼓风机14对好氧区5、MBR膜区11和膜组件12内的微生物进行供氧。
所述的沉淀区6的底部通过管道连通所述的厌氧区4用于将沉淀区6内80％～95％的污泥泵入厌氧区4以保证厌氧区4的污泥浓度，所述的管道上设有污泥泵7、排泥阀9和污泥回流阀8。
所述的反硝化区10通过管道连通所述的MBR膜区11用于将MBR膜区11产生的硝化液通过混合液回流泵13泵入至反硝化区10进行脱氮，同时进行脱碳。所述MBR膜区11的出水由抽吸泵16泵入清水区17。
污水处理系统工作过程中先将低C/N生活污水泵入厌氧区4内，然后自流进入好氧区5内，经过沉淀后，上清液自流进入反硝化区10内，最终通过抽吸泵16泵入清水区17内。整个工艺流程包括厌氧释磷处理过程、好氧吸磷及硝化过程、沉淀出水及定期排泥过程、反硝化脱氮过程、MBR硝化脱碳过程五个过程。
一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的工艺，该工艺采用分区控制分点进水的运行方式在污水处理系统中对低C/N比生活污水按时间顺序依次进行包括厌氧释磷处理、好氧吸磷及硝化处理、沉淀出水、反硝化脱氮处理和MBR硝化脱碳处理的处理过程。该工艺的关键点在于采用分区控制分点进水方式与MBR组合工艺处理生活污水，所述的分区控制为将除磷和脱氮过程分别在污水处理系统的两个区域中进行，实现除磷菌、硝化菌的空间分离。所述的分点进水为进水时将低C/N比生活污水进水量按1:4～1:2的比例分配至厌氧区4和反硝化区10。
具体运行过程：
1、厌氧释磷处理过程：采用提升泵1将1/5～1/3的污水通过厌氧调节阀2泵入厌氧区4内，同时此时厌氧区4内的聚磷菌(PAOs)吸收污水中的有机物并以聚羟基脂肪酸(PHB)的形式贮存在胞内同时释放体内的磷酸盐。
2、好氧吸磷及硝化过程：此时厌氧区4的出水自流进入好氧区5内，通过鼓风机14和曝气管对好氧区5内的微生物进行供氧，PAOs利用体内储存的PHB作为碳源，以水中的氧气作为电子受体，氧化分解体内的PHB获得能量，从混合液中过量吸收磷；同时硝化细菌利用混合液中的有机底物进行硝化反应将NH4 +-N转化为NO3 -。
3、沉淀出水及定期排泥过程：沉淀区6内的上清液自流进入后段反硝化区10，定期通过污泥泵7，打开排泥阀9，关闭污泥回流阀8，将沉淀区内5％-20％的富磷污泥作为剩余污泥排除进行除磷；关闭排泥阀9，打开污泥回流阀8，通过污泥泵7将沉淀区内80％～95％的污泥泵入厌氧区4以保证其污泥浓度。
4、反硝化脱氮过程：反硝化区10的出水自流进入后段MBR膜区11内，同时将2/3～4/5的污水通过提升泵1和反硝化调节阀3进入反硝化区10，反硝化区10中富集的反硝化菌利用原水中的有机物作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮。
5、MBR硝化脱碳过程：MBR膜区11内的出水由抽吸泵16泵入清水区17，通过鼓风机14对MBR膜区11内的微生物进行供氧，通过亚硝化菌和硝化菌，将氨氮氧化成硝态氮，产生的硝化液通过混合液回流泵13泵入至反硝化区11进行脱氮，同时进行脱碳。MBR膜的截留作用能够保证反应区内的高污泥浓度，有利于增值缓慢的硝化菌的生长、繁殖，确保系统的硝化效率。
该工艺采用分区控制分点进水与MBR工艺组合的运行方式，1/5～1/3污水泵入厌氧区4首先进行至厌氧段进行厌氧释磷及有机物的降解；随后系统运行至好氧区5，进行好氧吸磷和硝化反应，经过沉淀阶段后出水进入反硝化区10。沉淀区6起到了将生物脱氮除磷两个系统隔开的作用，后续进入生物脱氮系统。反硝化区4中富集的自养反硝化菌利用分点进入2/3～4/5的污水中的有机物作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮。MBR膜区11内产生的硝化液泵入至反硝化区11进行脱氮，同时进行脱碳。出水最终抽吸进入清水区17。其中厌氧释磷0.8～1.5h，好氧吸磷2～3h，沉淀0.5～1.0h，缺氧反硝化1～2h，MBR硝化脱碳3～5h。
实施例1
(1)采用城市生活污水处理厂的低C/N的生活污水进行实验，进水指标为CODcr：350mg/L，NH3-N：35mg/L，TN：50mg/L，TP：5mg/L。
(2)将部分生活污水经提升进入厌氧池进行反应，厌氧池和反硝化池的进水比例为1:4，厌氧池停留时间为1h，然后进入好氧池反应，并同时进行鼓风曝气，停留时间为2.5h，出水进入沉淀池经沉淀去除污泥。
(3)沉淀池出水进入反硝化池反应，反硝化池停留时间为1.5h，然后进入MBR反应池反应，并同时进行鼓风曝气，停留时间为4h，最终通过抽吸泵抽吸排放。
实施例2
步骤(2)厌氧池和反硝化池的进水比例为1:2，其他操作过程同实施例1。
实施例3
步骤(2)厌氧池和反硝化池的进水比例为1:1，其他操作过程同实施例1。
实施例4
步骤(2)厌氧池和反硝化池的进水比例为2:1，其他操作过程同实施例1。
表1实施例1～4对低C/N比生活污水处理后的水质的检测指标
检测指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
CODcr 35 38 45 48
NH3-N 1 1.5 2.5 2.4
TN 10 12 16 18
TP 0.48 0.45 0.62 0.71
检测结果显示，实施例1～4中厌氧池和反硝化池的进水比为1:4～1:2的范围内，出水的各项指标均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

Claims (10)

1.一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的工艺，其特征在于：采用分区控制分点进水的运行方式在污水处理系统中对低C/N比生活污水按时间顺序依次进行包括厌氧释磷处理、好氧吸磷及硝化处理、沉淀出水、反硝化脱氮处理和MBR硝化脱碳处理的处理过程。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的污水处理系统包括依次设置的厌氧区、好氧区、沉淀区、反硝化区、MBR膜区和清水区，所述的MBR膜区内安装有膜组件用于固液分离。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：采用分区控制分点进水方式与MBR组合工艺处理生活污水，所述的分区控制为将除磷和脱氮过程分别在污水处理系统的两个区域中进行，实现除磷菌、硝化菌的空间分离。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的分点进水为进水时厌氧区和反硝化区的进水比例为1:4～1:2。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：
所述厌氧释磷处理的过程，是将部分污水泵入厌氧区内，由厌氧区内的聚磷菌(PAOs)吸收污水中的有机物并以聚羟基脂肪酸(PHB)的形式贮存在胞内同时释放体内的磷酸盐；
所述好氧吸磷及硝化处理的过程，是厌氧区出水自流进入好氧区内，在供氧条件下，PAOs利用体内储存的PHB作为碳源，以水中的氧气作为电子受体，氧化分解体内的PHB获得能量，从混合液中过量吸收磷；同时硝化细菌利用混合液中的有机底物进行硝化反应将NH4 +-N转化为NO3 -；
所述沉淀出水及定期排泥的过程，是沉淀区的出水自流进入反硝化区，定期通过污泥泵将沉淀区底部富磷污泥作为剩余污泥排除进行除磷，同时将一部分污泥泵入前段的厌氧区以保证厌氧区所需的污泥浓度；
所述反硝化脱氮处理的过程，是反硝化区的出水自流进入后段MBR膜区，同时将部分低C/N比生活污水泵入反硝化区，反硝化区中富集的反硝化菌利用原水中的有机物作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，进行反硝化脱氮；
所述MBR硝化脱碳处理的过程，是MBR膜区的出水泵入清水区，在供氧条件下，通过亚硝化菌和硝化菌，将氨氮氧化成硝态氮，产生的硝化液回流至反硝化区进行脱氮，同时进行深度脱碳。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：各处理步骤的耗时依次为：厌氧释磷处理为0.8～1.5h，好氧吸磷及硝化处理为2～3h，沉淀出水为0.5～1h，反硝化脱氮处理为1～2h，MBR硝化脱碳处理为3～5h。
7.一种对低C/N比生活污水进行强化脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的污水处理系统包括依次设置的厌氧区、好氧区、沉淀区、反硝化区、MBR膜区和清水区，所述的MBR膜区内安装有膜组件用于固液分离；所述的厌氧区和反硝化区分别设有低C/N比生活污水的进水管。
8.根据权利要求7所述的污水处理系统，其特征在于：所述好氧区和MBR膜区的底部分别设有曝气装置；
所述的沉淀区的底部通过管道连通所述的厌氧区用于将沉淀区内80％～95％的污泥泵入厌氧区以保证厌氧区的污泥浓度。
9.根据权利要求7所述的污水处理系统，其特征在于：所述的反硝化区通过管道连通所述的MBR膜区用于将MBR膜区产生的硝化液通过混合液回流泵泵入至反硝化区进行脱氮，同时进行脱碳。
10.根据权利要求7所述的污水处理系统，其特征在于，所述MBR膜区的出水由抽吸泵泵入清水区。
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