CN113955851A - 后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮装置与方法 - Google Patents
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Abstract
后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮装置与方法属于污水生物处理技术领域。城市污水分别进入厌氧MBBR池和后置选择缺氧/好氧反应池，通过控制曝气管路自控闸阀的开启和关闭，调控后置选择缺氧/好氧反应池的A段和B段为缺氧池、好氧池及缺氧串联好氧池的方式运行；充分利用污泥内碳源，并将污水中有机碳源原位转化为内碳源，为下一阶段反硝化过程提供充足的电子供体，并促进短程反硝化与厌氧氨氧化耦合，实现节能降耗与总氮深度去除。
Description
技术领域
本发明涉及后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的工艺技术，属于污水生物处理领域。
背景技术
城镇污水处理厂是解决城市水污染的不可或缺的组成部分，但是长期以来，城镇污水处理厂氮素排放不达标是引发环境问题的重要原因之一。现有的污废水处理工艺脱氮效率难以满足日益严格的排放标准，导致氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐在出水中积累，引发水体富营养化。因此，我国对污水的深度处理提出了更高的要求，尤其是对于氮素的控制，目前，我国城镇污水排放标准(GB18918-2002)一级A标准对氨氮的限值为5mg/L，总氮的限值为15mg/L，而有些地区的标准更为严格，也对污水脱氮技术提出了更大的挑战，因此，重视污水脱氮，推动相关技术的研发具有重要的现实意义。
我国城市污水普遍碳氮比较低，城市污水处理为达到日趋严格的排放标准，传统脱氮过程需要消耗大量曝气能耗和有机碳源，带来剩余污泥处理处置及温室气体释放等二次污染问题。低碳高效的城市污水深度脱氮技术已成为现阶段迫切需求。污水脱氮一方面要克服有机碳源不足的限制，一方面要降低工艺运行的能耗成本。新型的厌氧氨氧化技术在低碳源需求和节能降耗方面，表现出巨大的潜力和广泛的应用前景。该技术以厌氧氨氧化菌独特的生理代谢途径为基础，利用亚硝酸盐替代氧，作为电子受体将氨氮转化为氮气，与传统脱氮工艺相比，节省曝气能耗和有机碳源，污泥产量低，具有经济高效的重要优势。然而，这一技术尚未应用于主流城市污水处理的实际工程，其瓶颈问题是基质亚硝态氮的产生。短程反硝化为解决这一问题提供了新思路，其是将硝态氮还原为亚硝态氮，再与氨氮同步由厌氧氨氧化过程去除，不仅节省有机碳源，还能够去除过量硝态氮，易于调控与稳定维持。另一方面，污泥发酵产生的短链脂肪酸可以为反硝化过程提供易利用碳源，作为补充电子供体，从而无需外加碳源，且无需深度脱氮。但在实际过程中，有机碳源作为反硝化电子供体的补充位置与污泥活性、进水基质浓度等均密切相关，为达到深度脱氮的目的，应开发利用以污水污泥内碳源实现深度脱氮的控制方法。
发明内容
本发明提出了后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的装置与方法。具体是城市污水分别进入厌氧MBBR池和后置选择缺氧/好氧反应池，通过控制曝气管路自控闸阀的开启和关闭，调控后置选择缺氧/好氧反应池的A段和B段为缺氧池、好氧池及缺氧串联好氧池的方式运行；充分利用污泥内碳源，为反硝化过程提供充足的电子供体，并促进短程反硝化与厌氧氨氧化耦合，实现节能降耗与总氮深度去除。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
1、后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的装置，其特征在于，包括厌氧-缺氧-好氧+后置选择好氧/缺氧(A2O/A)系统(1)、曝气系统(2)、二沉池(3)、污泥回流管路(4)、污泥浓缩池(5)、厌氧发酵处理系统系统(6)；A2O/A系统包括第一进水管(1.1)、厌氧MBBR池(1.2)、缺氧MBBR池(1.3)、好氧池(1.4)、第二进水管(1.5)、后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)、出水管(1.7)；曝气系统(2)分别与好氧池(1.4)及后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)相连；厌氧MBBR池(1.2)投加悬浮生物载体的填充比为10％～15％；缺氧MBBR池(1.3)投加悬浮悬浮生物载体的填充比为15％～30％；后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)设有在线溶解氧检测器(1.8)、在线氨氮检测器(1.9)，分为 A段(1.10)与B段(1.11)；曝气系统(2)包括空压机(2.1)、曝气管路(2.2)和曝气管路自控闸阀(2.3)；厌氧发酵处理系统(6)包括污泥投加管路(6.1)、机械混合装置(6.2)、保温装置(6.3)、碱度投加装置(6.4)、pH检测装置(6.5)、发酵污泥回流管路(6.6)；二沉池(3)沉淀污泥通过污泥回流管路(4)与污泥浓缩池(5)相连；污泥浓缩池(5)通过污泥投加管路(6.1)与厌氧发酵处理系统(6)相连；厌氧发酵处理系统(6)通过发酵污泥回流管路(6.6)与厌氧MBBR池(1.2)相连。
2、后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
城市污水分别通过第一进水管进入厌氧MBBR池，同时通过第二进水管进入后置选择缺氧/好氧反应池，第一进水管与第二进水管的进水流量比为8:1～10:1；发酵污泥回流量与第一进水管的进水流量之比为30％～60％，厌氧MBBR池水力停留时间为1.0～3.0h；水力停留时间为2.0～4.0h；好氧池溶解氧浓度为1.0～2.0mg/L，水力停留时间为3.0～6.0h；后置选择缺氧/好氧反应池水力停留时间为1.0～3.0h，A段与B段水力停留时间之比为1:1～2:1； A2O/A系统污泥浓度为2.0～4.0gVSS/L。
所述的好氧池出水氨氮浓度≥2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度＜2mg/L时，后置选择好氧/缺氧反应池A段的曝气管路自控阀门开启，第二进水管进水至B段，B段阀门关闭，A段溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，A段和B段分别为好氧和缺氧方式运行；
所述的好氧池出水氨氮浓度＜2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度≥2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段的曝气管路自控阀门关闭，B段阀门开启，B段溶解氧浓度为 0.5～1.0mg/L，A段和B段分别为缺氧和好氧方式运行；
所述的好氧池出水氨氮浓度≥2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度≥2mg/L时，关闭第二进水管阀门，后置选择缺氧/好氧反应池A段和B段的曝气管路自控阀门开启，溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，A段和B段均以好氧方式运行；
所述的好氧池出水氨氮浓度＜2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度＜2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段和B段的曝气管路自控阀门关闭，第二进水管进水至A段，A 段和B段均以缺氧池的方式运行；
所述的厌氧发酵处理系统内温度为25～32℃，pH为7～9，污泥龄为5～10天，污泥浓度为3.0～5.0gVSS/L。
本发明提供的后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的方法，具有以下优势和特点：
(1)在厌氧池内可通过生物膜富集和持留厌氧氨氧化菌，反硝化菌利用原水碳源将回流剩余污泥中的硝态氮还原为亚硝态氮，为厌氧氨氧化菌提供基质，充分发挥原水有机物利用与厌氧池脱氮功能。
(2)在城市污水碳氮比缺乏、难以满足脱氮除磷对碳源的需求的前提下，利用污泥发酵产生的短链脂肪酸，不仅为反硝化菌提供充足电子供体，也能够为聚磷菌提供碳源，并且引入水解产酸功能的微生物，为污水中大分子有机物向易被微生物利用的小分子有机物提供功能菌种，促进脱氮效率提高的同时时间剩余污泥减量。
(3)厌氧与缺氧反应区中富集的厌氧氨氧化菌可以减轻后续硝化过程的氮负荷，从而节省曝气能耗和有机碳源，达到深度脱氮的同时大幅节省运行能耗和费用。
(4)后置选择好氧/缺氧反应池具有运行调控灵活、节省曝气能耗、提高反硝化脱氮效率的重要优势，通过好氧区末端氨氮限值控制，实现减少好氧水力停留时间和溶解氧消耗，并充分利用剩余污泥产生碳源进行深度脱氮。
附图说明
图1是本发明的装置。
1——厌氧-缺氧-好氧+后置选择好氧/缺氧(A2O/A)系统，2——曝气系统，3——二沉池，4——污泥回流管路，5——污泥浓缩池，6——厌氧发酵处理系统，1.1——第一进水管，1.2——厌氧MBBR池，1.3——缺氧MBBR池，1.4——好氧池，1.5——第二进水管，1.6——后置选择缺氧/好氧反应池，1.7——出水管，1.8——在线溶解氧检测器，1.9 ——在线氨氮检测器，1.10——A段，1.11——B段，2.1——空压机，2.2——曝气管路， 2.3——曝气管路自控闸阀，6.1——污泥投加管路，6.2——机械混合装置，6.3——保温装置，6.4——碱度投加装置，6.5——pH检测装置，6.6——发酵污泥回流管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的装置，其特征在于，包括厌氧-缺氧-好氧+后置选择好氧/缺氧(A2O/A)系统(1)、曝气系统(2)、二沉池(3)、污泥回流管路(4)、污泥浓缩池(5)、厌氧发酵处理系统系统(6)；A2O/A系统包括第一进水管(1.1)、厌氧MBBR池(1.2)、缺氧MBBR池(1.3)、好氧池(1.4)、第二进水管(1.5)、后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)、出水管(1.7)；曝气系统(2)分别与好氧池(1.4) 及后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)相连；厌氧MBBR池(1.2)投加悬浮生物载体的填充比为10％～15％；缺氧MBBR池(1.3)投加悬浮悬浮生物载体的填充比为15％～30％；后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)设有在线溶解氧检测器(1.8)、在线氨氮检测器(1.9)，分为A段(1.10)与B段(1.11)；曝气系统(2)包括空压机(2.1)、曝气管路(2.2)和曝气管路自控闸阀(2.3)；厌氧发酵处理系统(6)包括污泥投加管路(6.1)、机械混合装置 (6.2)、保温装置(6.3)、碱度投加装置(6.4)、pH检测装置(6.5)、发酵污泥回流管路(6.6)；二沉池(3)沉淀污泥通过污泥回流管路(4)与污泥浓缩池(5)相连；污泥浓缩池(5) 通过污泥投加管路(6.1)与厌氧发酵处理系统(6)相连；厌氧发酵处理系统(6)通过发酵污泥回流管路(6.6)与厌氧MBBR池(1.2)相连。
后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
城市污水分别通过第一进水管进入厌氧MBBR池，同时通过第二进水管进入后置选择缺氧/好氧反应池，第一进水管与第二进水管的进水流量比为8:1～10:1；发酵污泥回流量与第一进水管的进水流量之比为30％～60％，厌氧MBBR池水力停留时间为1.0～3.0h；水力停留时间为2.0～4.0h；好氧池溶解氧浓度为1.0～2.0mg/L，水力停留时间为3.0～6.0h；后置选择缺氧/好氧反应池水力停留时间为1.0～3.0h，A段与B段水力停留时间之比为1:1～2:1；A2O/A系统污泥浓度为2.0～4.0gVSS/L。
城市污水分别通过第一进水管进入厌氧MBBR池，同时通过第二进水管进入后置选择缺氧/好氧反应池，第一进水管与第二进水管的进水流量比为8.5；发酵污泥回流量与第一进水管的进水流量之比为40％，厌氧MBBR池水力停留时间为1.5h；水力停留时间为2.0h；好氧池溶解氧浓度为1.5mg/L，水力停留时间为3.5h；后置选择缺氧/好氧反应池水力停留时间为1.5h，A段与B段水力停留时间之比为2:1；A2O/A系统污泥浓度为2.5gVSS/L。
所述的好氧池出水氨氮浓度≥2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度＜2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段的曝气管路自控阀门开启，第二进水管进水至B段，B段阀门关闭，A段溶解氧浓度为0.8mg/L，A段和B段分别为好氧和缺氧方式运行。
所述的好氧池出水氨氮浓度＜2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度≥2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段的曝气管路自控阀门关闭，B段阀门开启，B段溶解氧浓度为0.8mg/L，A段和B段分别为缺氧和好氧方式运行。
所述的好氧池出水氨氮浓度≥2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度≥2mg/L时，关闭第二进水管阀门，后置选择缺氧/好氧反应池A段和B段的曝气管路自控阀门开启，溶解氧浓度为0.8mg/L，A段和B段均以好氧方式运行。
所述的好氧池出水氨氮浓度＜2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度＜2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段和B段的曝气管路自控阀门关闭，第二进水管进水至A段，A 段和B段均以缺氧池的方式运行。
厌氧发酵处理系统内温度为28℃，pH为8.0，污泥龄为5天，污泥浓度为4.5gVSS/L。
当平均进水氨氮浓度为56.7mg/L，平均进水COD浓度为176.2mg/L时，A2O/A系统出水平均氨氮浓度为0.83mg/L，平均出水总氮浓度为7.62mg/L，实现城市污水深度脱氮。
Claims (2)
1.后置选择缺氧/好氧的内碳源强化城市污水深度脱氮的装置，其特征在于，包括厌氧-缺氧-好氧+后置选择好氧/缺氧系统以下简称A2O/A系统(1)、曝气系统(2)、二沉池(3)、污泥回流管路(4)、污泥浓缩池(5)、厌氧发酵处理系统系统(6)；A2O/A系统包括第一进水管(1.1)、厌氧MBBR池(1.2)、缺氧MBBR池(1.3)、好氧池(1.4)、第二进水管(1.5)、后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)、出水管(1.7)；曝气系统(2)分别与好氧池(1.4)及后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)相连；厌氧MBBR池(1.2)投加悬浮生物载体的填充比为10％～15％；缺氧MBBR池(1.3)投加悬浮悬浮生物载体的填充比为15％～30％；后置选择缺氧/好氧反应池(1.6)设有在线溶解氧检测器(1.8)、在线氨氮检测器(1.9)，分为A段(1.10)与B段(1.11)；曝气系统(2)包括空压机(2.1)、曝气管路(2.2)和曝气管路自控闸阀(2.3)；厌氧发酵处理系统(6)包括污泥投加管路(6.1)、机械混合装置(6.2)、保温装置(6.3)、碱度投加装置(6.4)、pH检测装置(6.5)、发酵污泥回流管路(6.6)；二沉池(3)沉淀污泥通过污泥回流管路(4)与污泥浓缩池(5)相连；污泥浓缩池(5)通过污泥投加管路(6.1)与厌氧发酵处理系统(6)相连；厌氧发酵处理系统(6)通过发酵污泥回流管路(6.6)与厌氧MBBR池(1.2)相连。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
城市污水分别通过第一进水管进入厌氧MBBR池，同时通过第二进水管进入后置选择缺氧/好氧反应池，第一进水管与第二进水管的进水流量比为8:1～10:1；发酵污泥回流量与第一进水管的进水流量之比为30％～60％，厌氧MBBR池水力停留时间为1.0～3.0h；水力停留时间为2.0～4.0h；好氧池溶解氧浓度为1.0～2.0mg/L，水力停留时间为3.0～6.0h；后置选择缺氧/好氧反应池水力停留时间为1.0～3.0h，A段与B段水力停留时间之比为1:1～2:1；A2O/A系统污泥浓度为2.0～4.0gVSS/L；
所述的好氧池出水氨氮浓度≥2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度＜2mg/L时，后置选择好氧/缺氧反应池A段的曝气管路自控阀门开启，第二进水管进水至B段，B段阀门关闭，A段溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，A段和B段分别为好氧和缺氧方式运行；
所述的好氧池出水氨氮浓度＜2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度≥2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段的曝气管路自控阀门关闭，B段阀门开启，B段溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，A段和B段分别为缺氧和好氧方式运行；
所述的好氧池出水氨氮浓度≥2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度≥2mg/L时，关闭第二进水管阀门，后置选择缺氧/好氧反应池A段和B段的曝气管路自控阀门开启，溶解氧浓度为0.5～1.0mg/L，A段和B段均以好氧方式运行；
所述的好氧池出水氨氮浓度＜2mg/L，且A2O/A系统出水氨氮浓度＜2mg/L时，后置选择缺氧/好氧反应池A段和B段的曝气管路自控阀门关闭，第二进水管进水至A段，A段和B段均以缺氧池的方式运行；
所述的厌氧发酵处理系统内温度为25～32℃，pH为7～9，污泥龄为5～10天，污泥浓度为3.0～5.0gVSS/L。
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