CN113998783B - 一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置和方法，属于污水生物处理技术领域。本发明工艺中，城市污水和回流污泥进入厌氧区，发生厌氧释磷，再进入好氧区，发生好氧吸磷和硝化，再进入缺氧区。同时，将部分二沉池污泥回流至污泥深度厌氧处理池，进行污泥发酵产酸同步释磷，再将此污泥回流至缺氧区。缺氧区发生短程反硝化吸磷厌氧氨氧化，最终实现深度脱氮除磷。本发明通过短程反硝化厌氧氨氧化脱氮降低脱氮对碳源的需求量，同时节省曝气能耗；通过部分回流污泥深度厌氧处理，将污泥水解酸化强化释磷和提高内碳源贮存，控制聚糖菌生长，以降低生物除磷对原水中有机碳源的需求量，最终实现城市污水低碳深度脱氮除磷。

Description

一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除 磷装置和方法

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置和方法。

背景技术

随着经济发展和人民生活水平的提高，国家对水环境质量要求更高，对于水环境敏感地区污水处理要基本达到一级A排放标准，并强调选择经济适用、节能低碳污水处理工艺路线。因此，城市污水处理同时面临“节能”与“减排”的双重目标，低碳低能耗城市污水脱氮除磷技术的研发与应用，对于当前生态环境保护与经济社会发展具有重要意义。

目前城市污水脱氮除磷普遍采用传统A2O工艺：厌氧区A区发生释磷反应，缺氧区A区发生反硝化反应，好氧区O区发生好氧硝化反应。这种传统生物处理过程存在能耗较高(消耗化石燃料)、排放大量温室气体(包括CO₂、N₂O等)、投加外碳源、投加化学除磷药剂等问题。

近年来新开发的短程反硝化厌氧氨氧化脱氮技术为城市污水低碳低能耗脱氮提供了可能。该技术脱氮过程中，首先通过短程反硝化将硝态氮还原为亚硝态氮，然后再通过厌氧氨氧化反应将亚硝态氮与污水中的氨氮转化为氮气，实现总氮的去除。因厌氧氨氧化脱氮无需有机碳源和氧气，因此该技术可实现低碳低能耗生物脱氮。

传统生物除磷系统中，聚磷菌PAOs在厌氧区将污水中挥发性脂肪酸VFAs转化为内碳源PHAs，并释放磷酸盐，随后在好氧区或缺氧区发生过量吸磷，从而达到污水生物除磷目的。对于低C/N比城市污水，有机物含量不足，导致释磷量低，进而造成后续吸磷量低，生物除磷效果难以保证，因此需投加化学药剂进行化学除磷，以满足出水磷达标。

我国城市污水普遍存在C/N比低，为了实现出水一级A排放，不得不投加外碳源来实现深度脱氮，不得不投加化学药剂来保障除磷效果。因此，开发新技术实现低碳低能耗城市污水脱氮除磷对于我国当前的水环境保护有着重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，针对传统生物脱氮除磷工艺中能耗高、碳源投加量大和难以实现深度脱氮除磷的问题，提出一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置和方法。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置，设有城市污 水原水箱、AOA生化池、二沉池、污泥深度厌氧处理池；城市污水原水箱设有溢流管和放空 管；城市污水原水箱通过AOA生化池进水泵和AOA生化池进水阀与AOA生化池相连接；AOA生 化池分为五个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；第一个格室为厌氧 区，第二、三个格室为好氧区，第四、第五格室为缺氧区；厌氧区和缺氧区设有搅拌器，且缺氧区填充厌氧氨氧化生物膜；好氧区设有空压机、气体流量计、气量调节阀及曝气头；AOA生化池出水管通过二沉池进水阀与二沉池连接，二沉池通过污泥回流泵与AOA生化池相连接， 最终出水通过二沉池出水管排放；部分二沉池回流污泥通过污泥深度厌氧处理池进泥泵和 污泥深度厌氧处理池进泥阀进入污泥深度厌氧处理池；污泥深度厌氧处理池设有污泥深度 厌氧处理池搅拌器，污泥深度厌氧处理池通过污泥深度厌氧处理池排泥阀与缺氧区连接。

一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置的方法，包括以下步骤：

(1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至AOA生化池，使污泥浓度为3000-4000mg/L；接种具有良好厌氧氨氧化活性的生物膜填料，投加到缺氧区，填料体积占整个缺氧区反应区体积的30％-50％；

(2)运行时调节操作如下：

2.1)厌氧区污泥回流比为50％-120％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20d；

2.2)AOA生化池总水力停留时间为7.5-12.5h，其中厌氧区水力停留时间为1.5-2.5h，好氧区水力停留时间为3-5h，缺氧区水力停留时间为3-5h；

2.3)污泥深度厌氧处理池的污泥回流比为5％-25％；

2.4)污泥深度厌氧处理池水力停留时间为35-48h，氧化还原电位ORP＜-300mv；

2.5)污泥深度厌氧处理池间歇搅拌，每周搅拌一次，每次搅拌15min。

处理流程具体为：

城市污水和部分回流污泥进入厌氧区，PAOs发生厌氧释磷与内碳源PHAs贮存；随后污泥混合液进入好氧区，PAOs进行好氧吸磷，氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB将部分氨氮氧化为硝态氮；随后污泥混合液进入缺氧区；同时将部分回流污泥输送至污泥深度厌氧处理池，进行污泥发酵产酸、厌氧释磷与内碳源PHAs贮存；深度厌氧处理后的污泥继续回流至缺氧区；缺氧区发生短程反硝化吸磷厌氧氨氧化，实现同步脱氮除磷。对比于AOA工艺中厌氧区(ORP为-150mv及以上)，污泥深度厌氧处理池长时间污泥发酵可形成深度厌氧环境(ORP＜-300mv)，在保证回流污泥发酵产酸、厌氧释磷的同时，控制聚磷菌的竞争者聚糖菌(GAOs)的生长，提高污泥内碳源贮存量，强化生物除磷。

与传统A2O工艺相比，本发明基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置及方法，具有以下有益效果：

1)短程反硝化厌氧氨氧化的实现，降低了脱氮对污水中有机碳源的需求量，同时节省曝气能耗；

2)部分回流污泥深度厌氧处理，通过污泥发酵产酸强化生物除磷，减少生物除磷对原水有机碳源的需求，进而降低化学除磷药剂投加量；

3)AOA工艺中将缺氧区置于工艺末端，同时去除硝态氮和氨氮，为实现深度脱氮提供了基础；

4)系统剩余污泥排放量和化学含磷污泥产生量低，使得污泥处理处置费用低。

附图说明

图1为一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置的结构

示意图。

图中1为城市污水原水箱、2为AOA生化池、3为二沉池、4为污泥深度厌氧处理池；1.1为溢流管、1.2为放空管；2.1为AOA生化池进水泵、2.2为AOA生化池进水阀、2.3为厌氧区、2.4为好氧区、2.5为缺氧区、2.6为污泥回流阀、2.7为污泥回流泵、2.8为搅拌器、2.9为空压机、2.10为气体流量计、2.11为气量调节阀、2.12为曝气头、2.13为厌氧氨氧化生物膜、2 .14为AOA生化池出水管；3.1为二沉池进水阀、3 .2为二沉池出水管、3.3为剩余污泥排泥阀；4 .1为污泥深度厌氧处理池排泥阀、4.2为污泥深度厌氧处理池搅拌器、4.3为污泥深度厌氧处理池进泥泵、4.4为污泥深度厌氧处理池进泥阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置，其包括依次串联的城市污水原水箱1、AOA生化池2、二沉池3，其中二沉池3的污泥除通过剩余污泥排泥阀3.3排出外，还分别送入到污泥深度厌氧处理池4、AOA生化池2中。所述城市污水原水箱1包括溢流管1.1和放空管1.2，并通过安装有AOA生化池进水泵2.1和AOA生化池进水阀2.2的管路与AOA生化池2的厌氧区2.3连接，厌氧区2.3为AOA生化池2的第一格室；所述AOA生化池2还包括第二格室、第三格室构成的好氧区2.4，以及第四格室、第五格室构成的缺氧区2.5；所述厌氧区2.3、好氧区2.4、缺氧区2.5形成AOA生化池2的五个格室，所述AOA生化池2的每个格室在水流方向上均交错设置有过流孔，并通过过流孔以驱使水流依次通过每个格室。所述厌氧区2.3、缺氧区2.5的内部设有搅拌器2.8，所述缺氧区2.5的内部填充厌氧氨氧化生物膜2.13，所述好氧区2.4的内部设置有曝气头2.12，所述曝气头2.12通过安装有气体流量计2.10、气量调节阀2.11的管路与空压机2.9连接；所述缺氧区2.5通过AOA生化池出水管2.14及设置于AOA生化池出水管2.14的二沉池进水阀3.1与二沉池3连接，所述二沉池3处理后的最终出水通过二沉池出水管3.2排放；所述二沉池3处理后的剩余污泥通过剩余污泥排泥阀3.3控制；所述二沉池3的部分污泥通过污泥回流泵2.7及设置有污泥回流阀2.6的管路送入AOA生化池2的厌氧区2.3，在二沉池3中的部分二沉池回流污泥通过污泥深度厌氧处理池进泥泵4.3及安装有污泥深度厌氧处理池进泥阀4.4的管路送入污泥深度厌氧处理池4；在污泥深度厌氧处理池4的内部安装有用于污泥搅拌的污泥深度厌氧处理池搅拌器4.2，并且污泥深度厌氧处理池4通过安装有污泥深度厌氧处理池排泥阀4.1的管路与缺氧区2.5连接。

试验采用人工配水作为原水，具体水质如下：COD浓度为150-300mg/L；

浓度为50-80mg/L，

TP≤7mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，AOA生化池有效体积为25L，均分为5个格室，污泥深度厌氧处理池容积为10L。

具体运行操作如下：

1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至AOA生化池2，使污泥浓度为3500mg/L；接种具有良好厌氧氨氧化活性的生物膜填料，投加到缺氧区2.5，填料体积占整个缺氧区反应区体积的40％；

2)运行时调节操作如下：

2.1)厌氧区2 .3污泥回流比为100％；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为18d；

2.2)AOA生化池2总水力停留时间为12.5h，其中厌氧区2.3水力停留时间为2.5h，好氧区2.4水力停留时间为5h，缺氧区2.5水力停留时间为5h；

2.3)污泥深度厌氧处理池4的污泥回流比为10％；

2.4)污泥深度厌氧处理池4水力停留时间为48h，氧化还原电位ORP＜-300mv；

2.5)污泥深度厌氧处理池4间歇搅拌，每周搅拌一次，每次搅拌15min。

试验结果表明：运行稳定后，系统出水COD浓度为25-70mg/L ,平均为40mg/L；

浓度为0-2.5mg/L，平均为1.3mg/L，

浓度为0-1mg/L，平均为0.4mg/L，

浓度为0-5mg/L，平均为2.5mg/L，TP浓度为0-0.7mg/L，平均为0.3mg/L。

需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。

显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于部分回流污泥深度厌氧处理的城市污水低碳脱氮除磷装置的方法，其特征在于：

所述装置设有城市污水原水箱(1)、AOA生化池(2)、二沉池(3)、污泥深度厌氧处理池(4)；

城市污水原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；城市污水原水箱(1)通过AOA生化池进水泵(2.1)和AOA生化池进水阀(2.2)与AOA生化池(2)相连接；

AOA生化池(2)分为五个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室；第一个格室为厌氧区(2.3)，第二、三个格室为好氧区(2.4)，第四、第五格室为缺氧区(2.5)；厌氧区(2.3)和缺氧区(2.5)设有搅拌器(2.8)，且缺氧区(2.5)填充厌氧氨氧化生物膜(2.13)；好氧区(2.4)设有空压机(2.9)，空压机(2.9)通过气体管路依次串联有气体流量计(2.10)、气量调节阀(2.11)及曝气头(2.12)，曝气头(2.12)位于好氧区(2.4)内；所述缺氧区(2.5)通过AOA生化池出水管(2.14)及二沉池进水阀(3.1)与二沉池(3)连接，二沉池(3)通过污泥回流泵(2.7)和污泥回流阀(2.6)与AOA生化池(2)相连接，最终出水通过二沉池出水管(3.2)排放；

部分二沉池回流污泥通过污泥深度厌氧处理池进泥泵(4.3)和污泥深度厌氧处理池进泥阀(4.4)进入污泥深度厌氧处理池(4)；污泥深度厌氧处理池(4)设有污泥深度厌氧处理池搅拌器(4.2)，污泥深度厌氧处理池(4)通过污泥深度厌氧处理池排泥阀(4.1)与缺氧区(2.5)连接；

包括以下步骤：

步骤(1)启动系统：接种传统污水处理厂活性污泥投加至AOA生化池(2)，使污泥浓度为3000-4000mg/L；接种具有良好厌氧氨氧化活性的生物膜填料，投加到缺氧区(2.5)，填料体积占整个缺氧区(2.5)反应区体积的30%-50%；

步骤(2)运行时调节操作如下：

2.1)厌氧区(2.3)污泥回流比为50%-120%；通过调整剩余污泥的排放量，控制反应器中絮体污泥的污泥龄控制为15-20d；

2.2)AOA生化池(2)总水力停留时间为7.5-12.5h，其中厌氧区(2.3)水力停留时间为1.5-2.5h，好氧区(2.4)水力停留时间为3-5h，缺氧区(2.5)水力停留时间为3-5h；

2.3)污泥深度厌氧处理池(4)的污泥回流比为5%-25%；

2.4)污泥深度厌氧处理池(4)水力停留时间为35-48h，氧化还原电位ORP＜-300mV；

2.5)污泥深度厌氧处理池(4)间歇搅拌，每周搅拌一次，每次搅拌15min。

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