CN112125396A - 一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，包括：生化池和二沉池。生化池内部共分为六个区域，即预缺氧区、厌氧区、第一缺氧区、好氧区、第二缺氧区、后曝气区。本发明还提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷方法，将短程硝化耦合厌氧氨氧化和短程反硝化耦合厌氧氨氧化应用于市政污水的高效深度脱氮除磷中，相较于传统硝化/反硝化脱氮工艺，能够有效降低需氧量，无需投加外碳源，节省能耗，降低处理费用；两种自养脱氮途径的优势互补也能够提高系统稳定性；自养脱氮减轻生物脱氮过程对碳源依赖的同时，促使原水中有机物更多地为生物除磷所用，使得系统内的碳源分配与利用更为合理高效。

Description

一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统及方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，尤其涉及一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统及方法。
背景技术
目前，国内外城镇污水处理厂主要采用活性污泥法对市政污水进行处理，利用硝化/反硝化实现氮素的脱除，利用厌氧释磷/好氧吸磷实现磷的去除，且这两个转化过程都需要碳源的参与。然而，市政污水本身有机物较少，在同一活性污泥系统中，脱氮与除磷存在碳源竞争，难以保证同步脱氮除磷的效果。此外，硝化细菌生长较为缓慢，需要较长的污泥龄，而聚磷菌生长速率较快，并需要通过剩余污泥的排放实现磷的去除，所需污泥龄较短，在单一污泥系统中两种功能菌存在污泥龄矛盾。
厌氧氨氧化作为一种新型生物脱氮技术，能够直接将亚硝和氨氮转化为氮气，且厌氧氨氧化菌为化能自养菌，反应过程无需碳源的参与。目前，该技术在高氨氮废水中的工程应用已经较为成熟，但是应用在市政污水领域还存在诸多技术问题：应用厌氧氨氧化技术的关键在于为厌氧氨氧化菌提供足够多的亚硝，而氮素在市政污水中的主要形式却为氨氮；控制较为困难，无法保证系统的稳定性；需要消耗一定量的有机物。因此，市政污水厌氧氨氧化需要解决的问题是：如何构建合适的厌氧氨氧化工艺与系统，在节省曝气和碳源的同时，使得工艺的运行更为稳定可靠。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统及方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，包括：生化池，所述生化池内部包括：第一缺氧区、好氧区及第二缺氧区，所述第一缺氧区、好氧区及第二缺氧区内设置填料，所述填料富集厌氧氨氧化菌；所述第一缺氧区用于短程反硝化耦合厌氧氨氧化，同步去除部分有机物、氨氮以及硝酸盐；所述好氧区，用于好氧吸磷以及短程硝化耦合厌氧氨氧化，去除部分氨氮和磷酸盐；所述第二缺氧区，用于短程反硝化耦合厌氧氨氧化，进一步去除有机物、氨氮以及硝酸盐。
在一些可选的实施例中，所述生化池还包括：预缺氧区及厌氧区；所述预缺氧区，用于回流污泥中硝酸盐的反硝化；所述厌氧区，用于活性污泥释磷。
在一些可选的实施例中，所述生化池还包括：后曝气区；所述生化池内混合液以推流的方式依次流入所述预缺氧区、厌氧区、第一缺氧区、好氧区、第二缺氧区、后曝气区；所述后曝气区用于进一步吸磷及去除剩余氨氮。
在一些可选的实施例中，所述好氧区末端混合液通过内回流管路回流至所述第一缺氧区。
在一些可选的实施例中，所述生化池进水通过提升泵和管路按比例分三股，并分别进入所述预缺氧区、所述第一缺氧区和所述第二缺氧区。
在一些可选的实施例中，所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，还包括：二沉池，用于泥水分离；所述后曝气区的混合液通过管路进入所述二沉池，所述二沉池沉淀后的部分污泥通过管路回流至所述预缺氧区，与进入所述预缺氧区的进水混合，进行回流污泥中硝酸盐的反硝化。
在一些可选的实施例中，所述第一缺氧区、好氧区以及第二缺氧区内安装的填料为固定式悬浮球，所述固定式悬浮球内部为聚氨酯海绵填料和聚丙烯多孔填料，且各区填料的填充率为30-50％。
本发明还提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷方法，包括：启动阶段；所述启动阶段包括如下步骤：将市政污泥投加至生化池，所述生化池所用填料富集厌氧氨氧化菌；向所述生化池内部的第一缺氧区和第二缺氧区投加乙酸钠，使得进水C/N比为3-4；利用碳源促进短程反硝化耦合厌氧氨氧化的快速启动，待所述第一缺氧区和第二缺氧区出现氨氮去除时，停止投加乙酸钠；控制所述生化池内部的好氧区溶解氧为0.5-1.0mg/L，以使得氨氧化菌逐渐在填料表面生长；待所述好氧区出水NH3-N为零，且所述好氧区出水的NO3-N与好氧区进水NH3-N浓度比在0.11-0.4之间时，启动成功。
在一些可选的实施例中，所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷方法，还包括：正常运行阶段；所述正常行阶段包括如下步骤：控制所述生化池内部的预缺氧区、第一缺氧区和第二缺氧区的进水分配比例为3:6:1；二沉池沉淀后的部分污泥回流至所述预缺氧区，进行回流污泥中硝酸盐的反硝化，控制二沉池污泥回流比为50％-100％，使得生化池内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；控制所述好氧区的溶解氧在0.5-1.5mg/L，控制所述生化池内部的后曝气区溶解氧在2mg/L以上；通过所述二沉池的排泥控制活性污泥的污泥龄在10-15天。
本发明所带来的有益效果：将短程硝化耦合厌氧氨氧化和短程反硝化耦合厌氧氨氧化应用于市政污水的高效深度脱氮除磷中，相较于传统硝化/反硝化脱氮工艺，能够有效降低需氧量，无需投加外碳源，节省能耗，降低处理费用；两种自养脱氮途径的优势互补也能够提高系统稳定性；自养脱氮减轻生物脱氮过程对碳源依赖的同时，促使原水中有机物更多地为生物除磷所用，使得系统内的碳源分配与利用更为合理高效。
附图说明
图1是本发明厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统的示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，通过活性污泥与固定式生物膜的结合，生物除磷与厌氧氨氧化自养脱氮的结合，同时利用分段进水实现污水中碳源更为合理地分配与利用，最终实现该系统高效稳定的脱氮除磷。
本发明包括：生化池和二沉池1。生化池内部共分为六个区域，即预缺氧区2、厌氧区3、第一缺氧区4、好氧区5、第二缺氧区6、后曝气区7。
生化池进水通过提升泵和管路按比例分三股，并分别进入预缺氧区2、第一缺氧区4和第二缺氧区6。生化池内部的预缺氧区2、第一缺氧区4和第二缺氧区6的进水分配比例为3:6:1。
好氧区5末端混合液通过内回流管路回流至第一缺氧区4。
生化池内活性污泥与生物膜两种微生物聚集形态共存。其中，第一缺氧区4、好氧区5及第二缺氧区6内设置填料，填料富集厌氧氨氧化菌。第一缺氧区、好氧区以及第二缺氧区内安装的填料为固定式悬浮球，固定式悬浮球内部为聚氨酯海绵填料和聚丙烯多孔填料，且各区填料的填充率为30-50％。
后曝气区7的混合液通过管路进入二沉池1，并在二沉池1中完成泥水分离，沉淀后的污泥部分通过管路回流至预缺氧区2，与第一股进水混合，部分以剩余污泥的形式排出。
生化池内混合液以推流的方式依次流入所述预缺氧区2、厌氧区3、第一缺氧区4、好氧区5、第二缺氧区6、后曝气区7，并在各个区完成相应的生化反应。
预缺氧区2内，回流污泥与原水混合，并实现回流污泥中硝酸盐的反硝化。
厌氧区3，用于活性污泥释磷。
第一缺氧区4，用于短程反硝化耦合厌氧氨氧化，同步去除部分有机物、氨氮以及硝酸盐。
好氧区5，用于好氧吸磷以及短程硝化耦合厌氧氨氧化，去除部分氨氮和磷酸盐。
第二缺氧区6，用于短程反硝化耦合厌氧氨氧化，进一步去除有机物、氨氮以及硝酸盐。
后曝气区7，用于进一步吸磷及去除剩余氨氮。
最终，生化系统以厌氧氨氧化自养脱氮为推动力，达到强化脱氮除磷的效果。
本发明系统将厌氧氨氧化技术应用于市政污水的处理，能够大幅减少脱氮过程的碳源需求量，同时理论上最多能够减少约60％的需氧量，促进污水处理厂节能降耗。应用厌氧氨氧化技术的关键在于为厌氧氨氧化菌提供足够多的亚硝，而氮素在污水中的主要形式为氨氮，为了将部分氨氮转化为亚硝，可以通过短程硝化实现，但是短程硝化的控制较为困难，单纯的短程硝化/厌氧氨氧化工艺无法保证系统的稳定性。根据最新研究进展，短程反硝化也能为厌氧氨氧化提供亚硝，且该过程无需维持短程硝化，一定程度上较容易实现，但是短程反硝化需要消耗一定量的有机物。
本发明系统将活性污泥与固定式生物膜相结合，以实现不同生长速率功能菌在同一生化系统的共存，利用活性污泥实现污水的生物除磷。在好氧区和两个缺氧区生物膜上富集厌氧氨氧化菌，分别通过短程硝化耦合厌氧氨氧化和短程反硝化耦合厌氧氨氧化促进氮素的自养脱除，两种自养脱氮途径的优势互补也能够提高系统稳定性；自养脱氮减轻生物脱氮过程对碳源依赖的同时，促使原水中有机物更多地为生物除磷所用，使得系统内的碳源分配与利用更为合理高效。通过该厌氧氨氧化强化脱氮除磷系统，能够促进市政污水稳定高效、节能低耗地处理。
本发明还提供一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷方法，包括如下步骤：
启动阶段：
启动阶段包括如下步骤：
将污水处理厂剩余污泥或已经培养好的短程硝化污泥投加至本发明上文所提到的厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统中的生化池，同时将已完成挂膜且富集了厌氧氨氧化菌的固定式填料放入生化池中；
向生化池内部的第一缺氧区和第二缺氧区投加乙酸钠，使得进水C/N比为3-4；
利用易降解碳源促进短程反硝化耦合厌氧氨氧化的快速启动，待第一缺氧区和第二缺氧区出现氨氮去除时，停止投加乙酸钠；
控制生化池内部的好氧区溶解氧为0.5-1.0mg/L，以使得氨氧化菌逐渐在填料表面生长，并避免抑制生物膜内部厌氧氨氧化菌活性，好氧区实现好氧吸磷以及短程硝化耦合厌氧氨氧化，去除部分氨氮和磷酸盐；
待好氧区出水NH3-N为零，且好氧区出水的NO3-N与好氧区进水NH3-N浓度比在0.11-0.4之间时，系统启动成功。
正常运行阶段：
控制生化池内部的预缺氧区、第一缺氧区和第二缺氧区的进水分配比例为3:6:1；二沉池沉淀后的部分污泥回流至预缺氧区，进行回流污泥中硝酸盐的反硝化，控制二沉池污泥回流比为50％-100％，使得生化池内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；控制好氧区的溶解氧在0.5-1.5mg/L，控制生化池内部的后曝气区溶解氧在2mg/L以上；通过二沉池的排泥控制活性污泥的污泥龄在10-15天，以保证污泥中存储的磷及时从系统排出。
正常运行时，在不投加外碳源，系统运行稳定时，出水各主要指标为：NH3-N<1mg/L，TN<10mg/L，TP<0.5mg/L，BOD<10mg/L，COD<30mg/L，SS<10mg/L。
本发明方法将厌氧氨氧化技术应用于市政污水的处理，能够大幅减少脱氮过程的碳源需求量，同时理论上最多能够减少约60％的需氧量，促进污水处理厂节能降耗。应用厌氧氨氧化技术的关键在于为厌氧氨氧化菌提供足够多的亚硝，而氮素在污水中的主要形式为氨氮，为了将部分氨氮转化为亚硝，可以通过短程硝化实现，但是短程硝化的控制较为困难，单纯的短程硝化/厌氧氨氧化工艺无法保证流程的稳定性。根据最新研究进展，短程反硝化也能为厌氧氨氧化提供亚硝，且该过程无需维持短程硝化，一定程度上较容易实现，但是短程反硝化需要消耗一定量的有机物。
本发明方法将活性污泥与固定式生物膜相结合，以实现不同生长速率功能菌在同一生化系统的共存，利用活性污泥实现污水的生物除磷。在好氧区和两个缺氧区生物膜上富集厌氧氨氧化菌，分别通过短程硝化耦合厌氧氨氧化和短程反硝化耦合厌氧氨氧化促进氮素的自养脱除，两种自养脱氮途径的优势互补也能够提高流程稳定性；自养脱氮减轻生物脱氮过程对碳源依赖的同时，促使原水中有机物更多地为生物除磷所用，碳源分配与利用更为合理高效。且能够促进市政污水稳定高效、节能低耗地处理。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，包括：生化池，其特征在于，所述生化池内部包括：第一缺氧区、好氧区及第二缺氧区，所述第一缺氧区、好氧区及第二缺氧区内设置填料，所述填料富集厌氧氨氧化菌；所述第一缺氧区用于短程反硝化耦合厌氧氨氧化，同步去除部分有机物、氨氮以及硝酸盐；所述好氧区，用于好氧吸磷以及短程硝化耦合厌氧氨氧化，去除部分氨氮和磷酸盐；所述第二缺氧区，用于短程反硝化耦合厌氧氨氧化，进一步去除有机物、氨氮以及硝酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述生化池还包括：预缺氧区及厌氧区；所述预缺氧区，用于回流污泥中硝酸盐的反硝化；所述厌氧区，用于活性污泥释磷。
3.根据权利要求2所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述生化池还包括：后曝气区；所述生化池内混合液以推流的方式依次流入所述预缺氧区、厌氧区、第一缺氧区、好氧区、第二缺氧区、后曝气区；所述后曝气区用于进一步吸磷及去除剩余氨氮。
4.根据权利要求3所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述好氧区末端混合液通过内回流管路回流至所述第一缺氧区。
5.根据权利要求4所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述生化池进水通过提升泵和管路按比例分三股，并分别进入所述预缺氧区、所述第一缺氧区和所述第二缺氧区。
6.根据权利要求5所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，其特征在于，还包括：二沉池，用于泥水分离；所述后曝气区的混合液通过管路进入所述二沉池，所述二沉池沉淀后的部分污泥通过管路回流至所述预缺氧区，与进入所述预缺氧区的进水混合，进行回流污泥中硝酸盐的反硝化。
7.根据权利要求6所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述第一缺氧区、好氧区以及第二缺氧区内安装的填料为固定式悬浮球，所述固定式悬浮球内部为聚氨酯海绵填料和聚丙烯多孔填料，且各区填料的填充率为30-50％。
8.一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷方法，其特征在于，包括：启动阶段；所述启动阶段包括如下步骤：
将市政污泥投加至生化池，所述生化池所用填料富集厌氧氨氧化菌；
向所述生化池内部的第一缺氧区和第二缺氧区投加乙酸钠，使得进水C/N比为3-4；
利用碳源促进短程反硝化耦合厌氧氨氧化的快速启动，待所述第一缺氧区和第二缺氧区出现氨氮去除时，停止投加乙酸钠；
控制所述生化池内部的好氧区溶解氧为0.5-1.0mg/L，以使得氨氧化菌逐渐在填料表面生长；
待所述好氧区出水NH3-N为零，且所述好氧区出水的NO3-N与好氧区进水NH3-N浓度比在0.11-0.4之间时，启动成功。
9.根据权利要求8所述的一种厌氧氨氧化强化市政污水脱氮除磷方法，其特征在于，还包括：正常运行阶段；所述正常运行阶段包括如下步骤：
控制所述生化池内部的预缺氧区、第一缺氧区和第二缺氧区的进水分配比例为3:6:1；
二沉池沉淀后的部分污泥回流至所述预缺氧区，进行回流污泥中硝酸盐的反硝化，控制所述二沉池污泥回流比为50％-100％，使得所述生化池内污泥浓度MLSS＝2000-5000mg/L；
控制所述好氧区的溶解氧在0.5-1.5mg/L，控制所述生化池内部的后曝气区溶解氧在2mg/L以上；
通过所述二沉池的排泥控制活性污泥的污泥龄在10-15天。
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