CN111646652A - 一种用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，包括进水井通过连接进水管、缺氧区内回流系统、好氧区内回流系统、外回流管将待处理水源、缺氧区、好氧区以及回流污泥泵房连接在一起，其特征在于，所述缺氧区靠近好氧区的后端设有密集填料区；密集填料区下方靠近好氧区的部分布有用于将泥排至储泥池的穿孔排泥管，所述好氧区分为多个廊道，每个廊道内均布有曝气装置及四个好氧区推流器，曝气系统采用间歇曝气‑推流的方式运行，好氧区中段设有一氨氮分析仪，好氧池末端设有好氧区内回流系统。本发明在污水厂进水低碳氮比严重偏低的情况下，少加或不外加碳源，可实现高标准脱氮，硝酸盐氮的去除效率提高到100％。

Description

一种用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置

技术领域

本发明涉及一种用于低碳氮比污水的高效碳氮装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着城市化进程的加速，工业产业逐渐增多，人们的生活水平质量逐步提高，水环境问题日益显现，污染物排放要求越来越严格，尤其对于污水排放的氮、磷类指标，设置了特殊排放限值标准。除磷可以通过物化加药的方式解决，但氮类指标去除存在较多的局限性。

传统污水处理厂工艺脱氮效果受到较多边界条件的制约，具体如下：

1、传统工艺脱氮通过增大外回流和内回流流量，使脱氮效率进一步增加，因此具有一定局限性：首先，传统污水项目在正常情况下设计内回流量为400％，根据理论脱氮公式

可知脱氮效率理论值为83.33％。进一步提高内、外回流量时，脱氮效率上升幅度极为有限，同时较大的内回流量对缺氧环境也会造成影响，因此无法满足当前环境形势。其次，内、外回流量增加会导致能耗将大幅升高，增加污水处理的成本。

2、脱氮效果受到进水碳源的限制，当进水碳氮比小于3时，系统脱氮效果极差。在我国南方城市该问题更为明显，甚至有部分污水项目连续数月进水碳氮比小于3，导致反硝化脱氮碳源供给不足，使系统脱氮受限。同时，国家对污水排放限值进行了多次提标，出水执行标准严格，污水厂只能通过外加碳源保证系统脱氮效果，进而导致水处理成本上升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：城市污水处理厂受污水低碳氮比影响生物脱氮效率的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，包括进水井通过连接进水管、缺氧区内回流系统、好氧区内回流系统、外回流管将待处理水源、缺氧区、好氧区以及回流污泥泵房连接在一起，其中，缺氧区内回流系统包括穿孔排泥管、缺氧区回流泵、缺氧区回流管.好氧区内回流系统包括好氧区内回流泵、好氧区回流渠，进水井与缺氧区、缺氧区和好氧区之间通过过水洞连接，在好氧区的末端设有用于将处理好的水排出的出水堰和出水管，其特征在于，所述缺氧区靠近好氧区的后端设有密集填料区；密集填料区下方靠近好氧区的部分布有用于将泥排至储泥池的穿孔排泥管，所述好氧区分为多个廊道，每个廊道内均布有曝气装置及四个好氧区推流器，曝气系统采用间歇曝气-推流的方式运行，好氧区中段设有一氨氮分析仪，好氧池末端设有好氧区内回流系统。

优选地，所述的密集填料区采用固定床式填料。

更优选地，所述的密集填料区采用发散针型，相邻两束填料的摆放间距小于5cm。

在密集填料区，在填料的水利截留作用下，该区域水利流速急剧下降，在密集填料区中端，流速小于0.3m/s；泥水进行自然分层，上清液及部分污泥混合液进入好氧单元，大部分污泥被截留在填料区底部。

密集填料区有更丰富的微生物种群，这是因为填料的设置即为微生物的繁殖提供了载体，填料上有大量的附着性微生物，被截留在底部的高浓度污泥如乳酸菌，醋酸钾，甲烷菌等大量厌氧微生物提供了有利的生存环境。

优选地，所述缺氧区内的污泥浓度控制在12000mg/L，f值不低于40％。

所述密集填料区自上而下污泥浓度是递增的，由于污泥浓度的不同在密集填料区垂直位置上发生的沉淀类型也不同，上部为自由沉淀，下部为成层沉淀，并且会在底部出现大量积泥，此时该区域会出现厌氧水解。厌氧水解即兼氧细菌可以向体外分泌胞外酶，将大分子的固态和胶态物质水解成细菌可吸收的溶解性物质。随后厌氧细菌将溶解性物质吸入胞内继续进行分解代谢，主要产生一些脂肪酸以及挥发醇类，进一步为反硝化提供所需碳源。

优选地，所述的缺氧区内回流系统的回流比为10-30％，这是根据缺氧池末端底部泥层高度情况调整的。穿孔排泥管定期排放缺氧池内的污泥，这是因为随着反应的进行，缺氧池的f值会逐渐下降，定期排放污泥可以使惰性固体物质随污泥排出系统，保证缺氧池内的生化反应更高效。

优选地，所述缺氧区分为两格，每格内分别设有一面水平布置的导流墙，其主要作用是为了使池内流体混合均匀，以达到良好的推流效果。

更优选地，所述缺氧区内靠近进水井一格的导流墙的两侧分别设有对称分布的缺氧区推流器一；另一格的导流墙的两侧分别设有对称分布的缺氧区推流器二；缺氧区推流器一、缺氧区推流器二的前后池体的长度比为5：7。

好氧区根据中间氨氮仪表的数据来确定系统曝气的时间。由于在曝气阶段由于进水中的碳源大部分被缺氧池反硝化细菌利用，不能被完全利用的BOD20、BOD30等有机污染物质，所需要的溶解氧极为有限。曝气的主要目的是了完成硝化反应，因此曝气时间控制可根据好氧池中间段的氨氮值确定。

优选地，所述好氧区采用曝气—推流交替运行的间歇曝气模式；当好氧池中间段氨氮数值达到1mg/L以下时，停止曝气阶段，好氧池开始进行推流，此时，好氧池后段可作为后缺氧单元使用，随着反应进行，可利用的碳源消耗殆尽，微生物只能通过内源呼吸消耗自身碳源进行新陈代谢，为反硝化脱氮提供碳源，为了达到更好的脱氮效果，可在好氧池停曝阶段少量投加碳源，使出水脱氮效率达进一步升高，理论脱氮效率可达到100％。因此，好氧池中间段氨氮数值控制的越低，系统的理论脱氮效率越高。好氧池中间段氨氮数值不易超过5mg/L，可能存在氨氮超标风险。该模式实现了间歇曝气同步脱氮，推流阶段增加了反硝化的停留时间，使进水中不能完全被反硝化细菌利用掉的BOD20、BOD30等有机污染物质进一步下降，从而提高脱氮效率。

优选地，所述好氧区的污泥浓度MLSS控制在3500-4500mg/L，其中f值不低于40％。

优选地，所述好氧区内回流比为100％，根据缺氧区污泥浓度和脱氮需求进行调整；由所述出水管排至二沉池的泥水经二沉池泥水分离后，部分污泥经回流污泥泵回流至进水管，外回流比根据生化池的污泥浓度控制在80-100％。

优选地，所述好氧区氨氮仪表的位置置于工艺的正中间。

优选地，所述好氧区曝气系统的布置为全池均匀布置。

好氧区内回流系统使用内回流渠输送硝化液；对比管道，渠道的水力损失更少，也更容易维护。

优选地，经过所述密集填料区的污泥分为三部分，其中一部分随水流进入好氧区，另一部分污泥沉积到密集填料区底部进行厌氧水解，第三部分污泥随水流方向实现环流，在缺氧池内继续进行反硝化反应脱氮。

在密集填料区具有更高的污泥浓度，微生物菌群结构、种类和数量更为丰富，使污水处理效果更好，反硝化效果更稳定、更彻底、无需外加碳源。穿孔排泥管使惰性固体物质随污泥排出系统，保证缺氧池内的生化反应更高效，穿孔排泥管连接缺氧区内回流系统将厌氧水解产生的有机物回流至进水端，直接参与反硝化脱氮反应，活性污泥厌氧水解作为二次碳源再次被利用。同时，缺氧池内反硝化菌会优先利用进水的快速碳源进行反硝化反应，随着反应进行，缺氧池内的可利用的碳源消耗殆尽，微生物只能通过内源呼吸消耗自身碳源进行新陈代谢，为反硝化脱氮提供二次碳源。因此，即使在进水营养不均衡，碳氮比较低的情况下，微生物仍然可以利用水解和内源呼吸产生的碳源进行正常反硝化脱氮。在反硝化进行的过程中，缺氧池内的污泥浓度也会相应下降，使活性污泥被资源化利用，减少污泥产生量。由于好氧区使用间歇曝气，内回流对缺氧区的影响较小。

本发明与传统工艺相比，可有效降低污水处理厂的运行能耗。

传统工艺脱氮主要在缺氧区完成，根据理论脱氮公式

可知，传统工艺是通过增大外回流和内回流流量，使脱氮效率进一步增加。本发明专利脱氮主要在缺氧区和好氧区推流阶段实现，其中缺氧区脱氮效率计算和传统工艺一致；好氧区推流阶段理论上可实现100％的脱氮效率。首先好氧区曝气阶段完成硝化反应，将氨氮转化成为硝酸盐氮，当好氧区中间段氨氮全部转化成为硝酸盐氮后，停止曝气，开启推流实现缺氧脱氮功能。因此，内、外回流量只需要满足缺氧区内有足够的污泥浓度即可，较传统工艺既满足了脱氮需要，又大幅降低了内、外回流泵的运行能耗。

一般污水处理厂好氧区采用连续曝气的方式运行，曝气能耗占到污水厂总能耗的40％左右。采用间歇曝气的方式运行，当好氧区中间段氨氮数值达到1mg/L以下时，停止曝气阶段；当好氧区中间段氨氮数值升高到5mg/L时，开启曝气。通过间歇往复开启和关闭曝气系统，可有效降低好氧区曝气能耗。在保证高标准脱氮的同时，大幅降低运行能耗。

一般污水处理厂好氧区采用连续曝气的方式运行，曝气能耗占到污水厂总能耗的40％左右。采用间歇曝气的方式运行，当好氧区中间段氨氮数值达到1mg/L以下时，停止曝气阶段；当好氧区中间段氨氮数值升高到5mg/L时，开启曝气。通过间歇往复开启和关闭曝气系统，可有效降低好氧区曝气能耗。在保证高标准脱氮的同时，大幅降低运行能耗。

同时，本发明缺氧区和好氧区内的微生物内源呼吸产生的碳源为反硝化提供二次碳源，使反硝化反应更为彻底。进而使污泥减量，减少污泥处理费用，降低污水处理成本。

本发明的微生物菌群结构、种类、数量较传统工艺有较大区别，使污水处理项目更好，反硝化效果更稳定、更彻底、无需外加碳源。

本发明各区域的污泥浓度较传统工艺有较大区别，传统工艺各区域的污泥浓度大致相等，本发明各个区域的污泥浓度是有明显差别的，好氧区3500mg/L到4500mg/L之间，缺氧区12000mg/L，密集填料区较缺氧区其他区域更高，在稳定系统硝化反应的同时大幅度强化了系统的反硝化反应。

本发明可更好的实现反硝化脱氮功能，在少加或不外加碳源的情况下，实现高标准脱氮，将硝酸盐氮的理论去除效率提高到100％。同时，运营能耗大幅下降，剩余污泥产量减少，有效降低了污水处理成本。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、突破理论脱氮技术瓶颈，将硝酸盐氮的去除效率提高到100％。

2、在污水厂进水低碳氮比严重偏低的情况下，即碳氮比＜3时，少加或不外加碳源，可实现高标准脱氮。

3、好氧区采用间歇曝气-推流的方式运行，在保证高标准脱氮的同时，大幅降低运行能耗。

4、污泥减量，减少污泥处理费用，降低污水处理成本。

附图说明

图1为本发明提供的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置的主视图；

图2为图1的透视图；

图3为图1中A-A面的剖视图；

图4为图1中B-B面的剖视图；

图5为图1中C-C面的剖面图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1-5所示，为本发明提供的一种用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其包括依次分布的进水井18、缺氧区及好氧区，进水井18分别通过进水管1、缺氧区回流管3、好氧区内回流渠15连接待处理水源、缺氧区、好氧区，进水井18底部还通过外回流管4连接污泥泵房，缺氧区回流管3上设有缺氧区回流泵8，好氧区内回流渠15上设有好氧区回流泵13，缺氧区通过过水洞连通好氧区，好氧区底部设有用于与二沉池连接的出水管14，好氧区内分布有曝气装置17。所述缺氧区在水平方向上分为两格，靠近好氧区的一格的上部一侧设有与缺氧区回流管3连接穿孔管9，另一侧设有密集填料区16，密集填料区16内靠近好氧区的一侧设有穿孔排泥管10；好氧区内设有氨氮分析仪12。

所述缺氧区靠近进水井18的一格的中部设有一对缺氧区推流器一5，另一个的中部设有一对缺氧区推流器二6；所述好氧区分为三廊道，每个廊道分别设有四个好氧区推流器11。

所述缺氧区的两个内分别设有一面水平布置的导流墙7。

所述的密集填料区16采用固定床式填料；或为发散针状型填料，相邻两束填料的摆放间距小于5cm。

所述缺氧区内的回流液在缺氧区回流泵8的作用下经过缺氧区回流管3进入进水井18，好氧区内的回流液在好氧区回流泵13的作用下经过好氧区内回流渠15进入进水井18，污泥泵房内的回流污泥在污泥回流泵的作用下经过外回流管4进入进水井18，三者混合在一起后通过水口2进入缺氧区。缺氧区内两个推流器的主要作用是使水循环流动，在推流器作用下，缺氧区是一个半推流半混合流反应器。其污泥浓度控制在12000mg/L左右，f值不低于40％。在混合液在进入第一格后，和原本池中的水一同在池中循环运行，进行反硝化作用。随后通过过水洞进入到第二格，污水在第二格与第一格相同，在水中循环运行。

混合液进入密集填料区16后，在填料的水利截留作用下，该区域水利流速急剧下降，在密集填料区16中端，混合液流速小于0.3m/s。混合液进入密集填料区16后，在填料的水利截留作用下，该区域水利流速急剧下降，在密集填料区16中端，泥水进行自然分层，上清液及部分污泥混合液穿过密集填料区16后分为两部分，一部分通过过水洞进入好氧区，另一部分在缺氧区循环运行，沉降下来的污泥分为两部分，一部分老化的污泥通过穿孔排泥管10排至储泥池进行污泥处理，另一部分通过穿孔管9收集后经缺氧区回流泵3回流至进水管1。沉降下来的污泥浓度较缺氧区其它区域的更高，这部分污泥甚至会出现沉积情况，此时该区域会出现厌氧水解现象，产生快速碳源。回流和排泥根据密集填料区的污泥情况来进行控制，一般回流比控制在10％-30％。回流污泥携带的快速碳源会优先被反硝化细菌利用，进行反硝化反应。随着反应进行，缺氧区内的可利用的碳源消耗殆尽，微生物只能通过内源呼吸消耗自身碳源进行新陈代谢，为反硝化脱氮提供二次碳源。

在好氧区，根据氨氮仪表12的数据来判断好氧区是否需要曝气。曝气装置17采用间歇式曝气的方式曝气。曝气状态下，来水在好氧区正常进行硝化反应，当中段氨氮浓度≤1mg/L时，曝气系统停止，来水在好氧区推流器11的作用下推流前进，此时好氧区处于一个低溶解氧环境，生物池内发生反硝化反应，相当于增大了缺氧区面积，增加了反硝化时间，进一步强化脱氮效果。在运行过程中尽量保持中段氨氮浓度在5mg/L以下，否则存在氨氮超标的危险。好氧区的污泥浓度MLSS一般控制在3500mg/L至4500mg/L之间，其中f值不低于40％。内回流比可以根据缺氧区污泥浓度和脱氮需求进行调整，一般控制在100％左右，由于好氧区使用间歇曝气，好氧区溢出的溶解氧较少，内回流对缺氧区的影响较小。

由出水管14排至二沉池的泥水经二沉池泥水分离后，部分污泥经回流污泥泵回流至进水管1，外回流比根据生化池的污泥浓度控制在80％到100％。

Claims (12)

1.一种用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，包括进水井通过连接进水管、缺氧区内回流系统、好氧区内回流系统、外回流管将待处理水源、缺氧区、好氧区以及回流污泥泵房连接在一起，其中，缺氧区内回流系统包括穿孔排泥管(10)、缺氧区回流泵(8)、缺氧区回流管(3).好氧区内回流系统包括好氧区内回流泵(15)、好氧区回流渠(15)，进水井(18)与缺氧区、缺氧区和好氧区之间通过过水洞连接，在好氧区的末端设有用于将处理好的水排出的出水堰和出水管，其特征在于，所述缺氧区靠近好氧区的后端设有密集填料区(16)；密集填料区(16)下方靠近好氧区的部分布有用于将泥排至储泥池的穿孔排泥管(10)，所述好氧区分为多个廊道，每个廊道内均布有曝气装置(17)及四个好氧区推流器(11)，曝气系统采用间歇曝气-推流的方式运行，好氧区中段设有一氨氮分析仪(12)，好氧池末端设有好氧区内回流系统。

2.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述的密集填料区(16)采用固定床式填料。

3.如权利要求2所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述的密集填料区(16)采用发散针型，相邻两束填料的摆放间距小于5cm。

4.如权利要求2所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述的固定床式填料上设有附着型微生物。

5.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述缺氧区内的污泥浓度控制在12000mg/L，f值不低于40％。

6.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述的缺氧区内回流系统的回流比为10-30％。

7.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述缺氧区分为两格，每格内分别设有一面水平布置的导流墙(7)。

8.如权利要求7所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述缺氧区内靠近进水井(18)一格的导流墙(7)的两侧分别设有对称分布的缺氧区推流器一(5)；另一格的导流墙(7)的两侧分别设有对称分布的缺氧区推流器二(6)；缺氧区推流器一(5)、缺氧区推流器二(6)的前后池体的长度比为5：7。

9.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述好氧区采用曝气—推流交替运行的间歇曝气模式；当好氧池中间段氨氮数值达到1mg/L以下时，停止曝气阶段，好氧池开始进行推流，此时，好氧池后段可作为后缺氧单元使用，随着反应进行，可利用的碳源消耗殆尽，微生物只能通过内源呼吸消耗自身碳源进行新陈代谢，为反硝化脱氮提供碳源。

10.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述好氧区的污泥浓度MLSS控制在3500-4500mg/L，其中f值不低于40％。

11.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，所述好氧区内回流比为100％；由所述出水管(14)排至二沉池的泥水经二沉池泥水分离后，部分污泥经回流污泥泵回流至进水管(1)，外回流比根据生化池的污泥浓度控制在80-100％。

12.如权利要求1所述的用于低碳氮比污水的高效生物脱氮装置，其特征在于，经过所述密集填料区(16)的污泥分为三部分，其中一部分随水流进入好氧区，另一部分污泥沉积到密集填料区(16)底部进行厌氧水解，第三部分污泥随水流方向实现环流，在缺氧池内继续进行反硝化反应脱氮。

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