CN112093977B - 基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统及方法 - Google Patents

基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统，包括依次连接的污泥床厌氧池、第一限氧曝气池、第一污泥床缺氧池、第二限氧曝气池、第二污泥床缺氧池、微好氧池以及二沉池，污泥床厌氧池连接进水管道，二沉池通过回流管道与污泥床厌氧池相连接，第一限氧曝气池、第二限曝气池、微好氧池与曝气装置相连。该系统在单污泥系统和双污泥浓度下，利用氨氧化菌和硝化菌的饱和溶氧系数差别，通过控制溶氧量和污泥龄，富集氨氧化菌和厌氧除磷菌，淘汰硝化菌，该方法同时满足氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和厌氧除磷菌的驯化富集条件，产泥量少，处理效果好，并节约大量的搅拌功率和曝气功率，脱氮除磷效率高，同时可以节约大量碳源的投加。

Description

基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统及方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，更具体地说，涉及一种基于活性污泥工艺的单污泥系统双污泥浓度低碳氮比污水脱氮除磷系统及方法。
背景技术
目前用于生物脱氮除磷的工艺中，厌缺氧段采用各种型式的搅拌，达到混合的目的，厌缺氧段的污泥浓度与好氧段基本一致，比如常见的A2O工艺、多段AO工艺、各种型式氧化沟工艺、SBR及其变形工艺、MUCT工艺和前置内碳源反硝化的JHB工艺等，由于厌缺氧段不存在溶氧的传递，可以在高污泥浓度下运行，同时由于厌缺氧段的搅拌功耗也较大，造成池容和电量的双重浪费。同时由于碳源的不足，需要投加碳源完成生物脱氮，导致脱氮成本高。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于单污泥系统双污泥浓度的活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统及方法，通过引入污泥床工艺，做为厌缺氧段使用，由于污泥床污泥浓度高，同等容积条件下厌缺氧段污泥龄长，在配合限氧段的使用，为厌氧氨氧化菌和厌氧除磷菌提供了生长空间，达到高效脱氮除磷的目的，减少脱氮对碳源的依赖，同时并不排除在碳源充足情况下的常规反硝化脱氮。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统，包括依次连接的污泥床厌氧池、第一限氧曝气池、第一污泥床缺氧池、第二限氧曝气池、第二污泥床缺氧池、微好氧池以及二沉池，所述污泥床厌氧池连接进水管道，所述二沉池通过回流管道与污泥床厌氧池相连接，所述第一限氧曝气池、第二限氧曝气池、微好氧池与曝气装置相连；
污泥床厌氧池和污泥床缺氧池，具有比限氧曝气池更高的污泥浓度，从而实现单污泥系统双污泥浓度，更好的发挥厌缺氧段的生物活性，使相同池容下，具备更长的污泥龄，给厌氧氨氧化菌、厌氧除磷菌更好的生存环境；
所述污泥床厌氧池接收进水管道的污水以及二沉池通过回流管道回流过来的回流污泥，实现以下工艺：
1)利用污水中的氨氮以及回流污泥中的亚硝氮，在厌氧氨氧化菌作用下，实现厌氧氨氧化脱氮；
2) 利用污水中的氨氮和磷酸盐，在厌氧除磷菌作用下将磷转化为磷化氢释放，达到厌氧除磷的目的；
所述第一限氧曝气池通过控制溶氧量，使经过污泥床厌氧池处理后的混合液除降解COD外，发生以短程硝化为主的除氨氮反应，将污水中氨氮转化为亚硝氮；
所述第一污泥床缺氧池接收经过第一限氧曝气池处理后的混合液，在缺氧条件下，利用处理后的混合液中的剩余氨氮和亚硝氮，利用厌氧氨氧化菌作用转化为氮气，实现厌氧氨氧化脱氮，达到进一步去除总氮的效果，同时利用处理后的混合液中氨氮和磷酸盐，在厌氧除磷菌作用下进一步去除总磷；
所述第二限氧曝气池接收经过第一污泥床缺氧池处理后的混合液，对第一污泥床缺氧池处理后的混合液，进行短程硝化，将部分剩余氨氮转化为亚硝氮；
所述第二污泥床缺氧池接收第二限氧曝气池处理后的混合液，利用混合液中的亚硝氮和氨氮进行厌氧氨氧化反应，进一步去除总氮；同时利用水中氨氮和磷酸盐，在厌氧除磷菌作用下去除总磷；
所述微好氧池接收第二污泥床缺氧池处理后的混合液，为控制溶氧量为0.5-1mg/L的末端曝气池，对混合液中的剩余氨氮和COD进行最终降解，满足出水指标要求；
所述二沉池对微好氧池处理后的混合液进行泥水分离，清水进入后续深度处理工序，污泥回流至污泥床厌氧段。
优选地，所述污泥床厌氧池中还包括以下工艺：利用污水中碳源与回流污泥中的硝氮、亚硝氮，实现常规的反硝化脱氮和短程反硝化脱氮。
优选地，限氧曝气池中溶氧量控制为0.3-0.8mg/L，水力停留时间控制在1-4小时，微好氧池中溶氧量控制为0.5-1mg/L，水力停留时间控制在1-2小时。
优选地，限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，水力停留时间控制在3小时，微好氧池中溶氧量控制为0.8mg/L，微好氧池水力停留时间控制在1小时。
基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统的脱氮除磷方法，包括以下步骤：
步骤一，打开进水管道，污水进入污泥床厌氧池，同时回流污泥通过回流管道进入污泥床厌氧池，污水中的氨氮和回流污泥中的亚硝氮在厌氧氨氧化菌作用下，实现厌氧氨氧化脱氮，且，厌氧除磷菌利用污水中的氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放；
污水中包含有氨氮、磷酸盐、COD，回流污泥中包含有亚硝氮、硝氮，在污泥床厌氧池中可发生以下反应：
（a）利用短程反硝化菌在有碳源参与下实现的短程反硝化脱氮：
亚硝氮+COD→氮气+二氧化碳
（b）利用反硝化菌实现的反硝化脱氮：
硝氮+COD→氮气+二氧化碳
（c）利用厌氧氨氧化菌实现的厌氧氨氧化脱氮：
亚硝氮+氨氮→氮气+水
以及（d）利用厌氧除磷菌实现的厌氧除磷：
磷酸盐+氨氮→磷化氢+氮气；
步骤二，污泥床厌氧池处理后的混合液进入第一限氧曝气池进行曝气处理，在第一限氧曝气池内通过控制溶氧量，使经过污泥床厌氧池处理后的混合液发生短程硝化，实现亚硝氮的积累；
第一限氧曝气池中发生的反应有：
（e）降解COD：COD+O2→二氧化碳+水
（f）氨氧化脱氮：氨氮+O2→亚硝氮+二氧化碳
（g）微量硝化：亚硝氮+O2→硝氮；
步骤三，第一限氧曝气池处理后的混合液进入第一污泥床缺氧池，在缺氧条件下，利用混合液中剩余氨氮和亚硝氮，进一步实现厌氧氨氧化脱氮；厌氧除磷菌利用混合液中氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放；
第一污泥床缺氧池中发生有污泥床厌氧池中的（a）、（c）以及（d）反应；
步骤四，第一污泥床缺氧池处理后的混合液进入第二限氧曝气池，在第二限氧曝气池利用氨氧化菌和硝化菌的饱和溶氧系数不同，通过控制溶氧量，使混合液中剩余氨氮转化为亚硝氮实现短程硝化；
第二限氧曝气池与第一限氧曝气池中发生的反应类似；
步骤五，第二限氧曝气池处理后的混合液进入第二污泥床缺氧池，在第二污泥床缺氧池内的缺氧条件下，利用厌氧氨氧化菌将第二限氧曝气池处理后的混合液中剩余氨氮和积累的亚硝氮经过厌氧氨氧化生成氮气，实现总氮去除；同时厌氧除磷菌利用氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放，达到厌氧除磷效果；
第二污泥床缺氧池与第一污泥床缺氧池发生类似反应；
步骤六，第二污泥床缺氧池处理后的混合液进入微好氧池，微好氧池对最终出水进行降解COD与残留氨氮降解，从而去除残留的COD与氨氮，满足出水指标要求；
步骤七，完成脱氮除磷的混合液进入二沉池，在二沉池内进行固液分离，上清液进入后续深度处理段，沉淀通过回流管道进入污泥床厌氧池后，重复上述步骤，剩余污泥排出系统。
优选地，所述步骤一中还包括利用污水中碳源与回流污泥中的硝氮、亚硝氮，实现常规的反硝化脱氮和短程反硝化脱氮工艺。
优选地，限氧曝气池中溶氧量控制为0.3-0.8mg/L，水力停留时间控制在1-4小时，微好氧池中溶氧量控制为0.5-1mg/L，水力停留时间控制在1-2小时。
优选地，限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，水力停留时间控制在3小时，微好氧池中溶氧量控制为0.8mg/L，水力停留时间控制在1小时。
本发明所达到的有益技术效果：
本发明，在单污泥系统双污泥浓度下，利用氨氧化菌和硝化菌的饱和溶氧系数差别，通过控制溶氧量和污泥龄，富集氨氧化菌，淘汰硝化菌，在限氧曝气段实现亚硝氮的积累，在污泥床厌缺氧段利用污水中氨氮和亚硝氮富集厌氧氨氧化菌，实现厌氧氨氧化反应，同时利用污水氨氮与磷酸盐在厌缺氧段富集厌氧除磷菌，实现厌氧除磷。该方法操作简单，处理效果好，工艺条件能同时满足氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和厌氧除磷菌的驯化富集生长条件，产泥量减少30%以上，并节约大量的搅拌功率和曝气功率，同时由于高效脱氮，在低碳氮比的污水处理中节约大量碳源投加，减少污水处理成本。也由于厌氧除磷菌引入，可使出水总磷远低于常规的聚磷菌除磷效果，正常情况下可以免于药剂除磷。该方法是本技术领域的一次创新，值得推广。
附图说明
图1为本发明基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统，包括依次连接的污泥床厌氧池1、第一限氧曝气池2、第一污泥床缺氧池3、第二限氧曝气池4、第二污泥床缺氧池5、微好氧池6以及二沉池7，污泥床厌氧池1连接进水管道8，二沉池7通过回流管道9与污泥床厌氧池1相连接，第一限氧曝气池2、第二限氧曝气池4以及微好氧池6与曝气装置10相连，
污泥床厌氧池1接收进水管道8的污水以及二沉池7通过回流管道9回流过来的回流污泥，实现以下工艺：
1)利用污水中的氨氮以及回流污泥中的亚硝氮，在厌氧氨氧化菌作用下，实现厌氧氨氧化脱氮；
2) 利用污水中的氨氮和磷酸盐，在厌氧除磷菌作用下将磷转化为磷化氢释放，达到厌氧除磷的目的；
3)利用污水中碳源与回流污泥中的硝氮、亚硝氮，实现常规的反硝化脱氮和短程反硝化脱氮；
第一限氧曝气池2通过控制溶氧量，使经过污泥床厌氧池处理后的混合液除降解COD外，发生以短程硝化为主的除氨氮反应，将污水中部分氨氮转化为亚硝氮；第一限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，水力停留时间控制在3小时；
第一污泥床缺氧池3接收经过第一限氧曝气池2处理后的混合液，在缺氧条件下，利用处理后的混合液中的剩余氨氮和亚硝氮，利用厌氧氨氧化菌作用转化为氮气，实现厌氧氨氧化脱氮，达到进一步去除总氮的效果，同时利用处理后的混合液中氨氮和磷酸盐，在厌氧除磷菌作用下进一步去除总磷；
第二限氧曝气池4接收经过第一污泥床缺氧池3处理后的混合液，对第一污泥床缺氧池处理后的混合液，进行短程硝化，将部分剩余氨氮转化为亚硝氮；第二限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，水力停留时间控制在3小时；
第二污泥床缺氧池5接收第二限氧曝气池4处理后的混合液，利用混合液中的亚硝氮和剩余氨氮进行厌氧氨氧化反应，进一步去除总氮；同时利用水中剩余氨氮和磷酸盐，在厌氧除磷菌作用下去除总磷；
微好氧池6接收第二污泥床缺氧池5处理后的混合液，其为一控制溶氧量0.8mg/L的末端曝气池，对混合液中的剩余氨氮和COD进行最终降解，满足出水指标要求；
二沉池7对微好氧池6处理后的混合液进行泥水分离，清水进入后续深度处理工序，污泥回流至污泥床厌氧段。
基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统的脱氮除磷方法，包括以下步骤：
步骤一，打开进水管道，污水进入污泥床厌氧池，同时回流污泥通过回流管道进入污泥床厌氧池，污水中的氨氮和回流污泥中的亚硝氮在厌氧氨氧化菌作用下，实现厌氧氨氧化脱氮，且，厌氧除磷菌利用污水中的氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放；
步骤二，污泥床厌氧池处理后的混合液进入第一限氧曝气池进行曝气处理，在第一限氧曝气池内通过控制溶氧量，使经过污泥床厌氧池处理后的混合液部分氨氮发生短程硝化，实现亚硝氮的积累；
步骤三，第一限氧曝气池处理后的混合液进入第一污泥床缺氧池，在缺氧条件下，利用混合液中剩余氨氮和亚硝氮，进一步实现厌氧氨氧化脱氮；厌氧除磷菌利用混合液中氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放；第一限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，水力停留时间控制在3小时；
步骤四，第一污泥床缺氧池处理后的混合液进入第二限氧曝气池，在第二限氧曝气池利用氨氧化菌和硝化菌的饱和溶氧系数不同，通过控制溶氧量，使混合液中部分剩余氨氮转化为亚硝氮实现短程硝化；
步骤五，第二限氧曝气池处理后的混合液进入第二污泥床缺氧池，在第二污泥床缺氧池内的缺氧条件下，利用厌氧氨氧化菌将第二限氧曝气池处理后的混合液中剩余氨氮和积累的亚硝氮经过厌氧氨氧化生成氮气，实现总氮去除；同时厌氧除磷菌利用氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放，达到厌氧除磷效果；第二限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，水力停留时间控制在3小时；
步骤六，第二污泥床缺氧池处理后的混合液进入微好氧池，控制溶氧量为0.5-1mg/L，水力停留时间1-2小时，微好氧池对最终出水进行降解COD与残留氨氮降解，从而去除残留的COD与氨氮，满足出水指标要求；
步骤七，完成脱氮除磷的混合液进入二沉池，在二沉池内进行固液分离，上清液进入后续深度处理段，沉淀通过回流管道进入污泥床厌氧池后，重复上述步骤，剩余污泥排出系统。
实施例：
以城市污水为进水，平均BOD75mg/L，进水总氮30 mg/L，进水总磷4.5 mg/L，进水采用可调流量离心泵，污泥床厌氧池1的水力停留时间为2.5小时，第一限氧曝气池2的水力停留时间为3小时，控制溶氧0.7 mg/L，第一污泥床缺氧池3的水力停留时间为4小时，第二限氧曝气池4的水力停留时间为3小时，溶氧控制0.75mg/L，第二污泥床缺氧池5的水力停留时间为2.5小时，微好氧池6的水力停留时间为1小时，溶氧控制0.8 mg/L，二沉池7的污泥回流量采用50%的进水流量，装置运行三个月，在没有内回流情况下，实现总氮去除率80%以上，总磷去除率95%以上，出水水质平均达到一级A出水标准。
以上已以较佳地实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统的脱氮除磷方法，其特征在于，所述系统包括依次连接的污泥床厌氧池、第一限氧曝气池、第一污泥床缺氧池、第二限氧曝气池、第二污泥床缺氧池、微好氧池以及二沉池，所述污泥床厌氧池连接进水管道，所述二沉池通过回流管道与污泥床厌氧池相连接，所述第一限氧曝气池、第二限氧曝气池、微好氧池与曝气装置相连；
所述方法包括以下步骤：
步骤一，打开进水管道，污水进入污泥床厌氧池，同时回流污泥通过回流管道进入污泥床厌氧池，回流污泥中的厌氧氨氧化菌利用污水中的氨氮和回流污泥中的亚硝氮实现厌氧氨氧化脱氮，且，厌氧除磷菌利用污水中的氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放；
步骤二，污泥床厌氧池处理后的混合液进入第一限氧曝气池进行曝气处理，在第一限氧曝气池内通过控制溶氧量，使经过污泥床厌氧池处理后的混合液发生短程硝化，实现亚硝氮的积累，第一限氧曝气池中溶氧量控制为0.3-0.8mg/L；
步骤三，第一限氧曝气池处理后的混合液进入第一污泥床缺氧池，在缺氧条件下，利用混合液中剩余氨氮和亚硝氮，进一步实现厌氧氨氧化脱氮；厌氧除磷菌利用混合液中氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放；
步骤四，第一污泥床缺氧池处理后的混合液进入第二限氧曝气池，在第二限氧曝气池利用氨氧化菌和硝化菌的饱和溶氧系数不同，通过控制溶氧量，使混合液中剩余氨氮转化为亚硝氮实现短程硝化，第二限氧曝气池中溶氧量控制为0.3-0.8mg/L；
步骤五，第二限氧曝气池处理后的混合液进入第二污泥床缺氧池，在第二污泥床缺氧池内的缺氧条件下，利用厌氧氨氧化菌将第二限氧曝气池处理后的混合液中剩余氨氮和积累的亚硝氮经过厌氧氨氧化生成氮气，实现总氮去除；同时厌氧除磷菌利用氨氮和磷酸盐，将磷转化为磷化氢释放，达到厌氧除磷效果；
步骤六，第二污泥床缺氧池处理后的混合液进入微好氧池，去除残留的COD与氨氮，满足出水指标要求，微好氧池中溶氧量控制为0.5-1mg/L；
步骤七，完成脱氮除磷的混合液进入二沉池，在二沉池内进行固液分离，上清液进入后续深度处理段，沉淀通过回流管道进入污泥床厌氧池后，重复上述步骤，剩余污泥排出系统。
2.根据权利要求1所述的基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统的脱氮除磷方法，其特征在于，所述步骤一中还包括利用污水中碳源与回流污泥中的硝氮、亚硝氮，实现反硝化脱氮和短程反硝化脱氮工艺。
3.根据权利要求2所述的基于活性污泥工艺的低碳氮比污水脱氮除磷系统的脱氮除磷方法，其特征在于：限氧曝气池中溶氧量控制为0.7mg/L，微好氧池中溶氧量控制为0.8mg/L。
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