CN114524518B - 基于ao-anammox工艺的废水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于AO‑ANAMMOX工艺的废水处理系统及方法，所述系统包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池输出端与多功能池连接，所述多功能池的出泥端与厌氧池连接，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料；所述多功能池用于初步去除废水中的磷并将污泥和污水分离，所述污水于第一好氧池好氧处理后与所述污泥在厌氧池汇流并进行厌氧氨氧化反应，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池。本发明总体上工艺以ANAMMOX法为主，集厌氧与好氧一体化，且属于活性污泥和生物膜法相结合，工艺脱氮率高，运行费用低。

Description

基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统及方法

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种基于AO-ANAMMOX工艺的较高浓度氨氮废水处理系统及方法。

背景技术

高浓度氨氮废水的处理一直是工业废水处理领域比较棘手的问题，对于特别高浓度的氨氮废水(如质量浓度>10000mg/L)一般可以通过物理的吹脱方法将氨氮浓度降低到数百mg/L左右(若溶液pH值高，气液比大，吹脱时间长浓度可降的更低，但不经济)；对于除氨氮外其他污染物浓度较低的高浓度氨氮废水，也可通过化学沉淀形成磷酸镁铵作为化学肥料而将氨氮转化为化学肥料的成分。但是工业废水通常水质都比较复杂，除了氨氮外常常还有多种有机物、油类、重金属、SS等，对于氨氮浓度较高(如质量浓度为数百mg/L)而水质又比较复杂的工业废水，现有工艺中并没有特别有效且经济的去除方法。而化学氧化法、离子交换法和化学吸附法等常规技术一般适宜于低浓度氨氮废水，对于高浓度氨氮废水成本过高，很少采用。采用传统的生物方法(如A_N/O工艺)对于氨氮的去除比较有效，但是处理高浓度的氨氮废水需要大量的碳源，对于缓冲能力差的高氨氮废水,还需要补充大量的碱度来维持体系的pH在反硝化所需的范围内，工艺曝气量很大，工程费用大、处理成本高、效率低。

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH₄ ⁺-N为电子供体，以NO₂ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N与NO₂ ^--N转变成N₂气的生物化学反应过程。厌氧氨氧化有别于传统的硝化与反硝化反应，是一种新型的厌氧条件下的生物脱氮反应。与传统生物脱氮技术相比,该技术无需外加碳源作电子供体,同时可降低耗氧能耗和节省可观的中和试剂，是一种非常适宜的高浓度氨氮废水处理技术。目前西方国家已有工业化规模的基于ANAMMOX的反应装置，应用在各种高浓度含氮的工业废水，包括制革、半导体、食品加工、发酵、酿酒、酵母等废水。此外，实验室规模的厌氧氨氧化工艺还可以处理厕所排水厌氧消化液、尿液、粪便消化液和制药废水等。基于ANAMMOX的生物脱氮技术在西方国家发展势头迅速，而我国目前尚处于起步阶段。

根据ANAMMOX的生物脱氮原理，该工艺仅仅能够去除氨氮(总氮)，对废水中的其他可生物降解成分几乎没有去除效率，如废水中存在可生物降解的有机物时(如含有BOD、COD、含油等)，还需要先将有机物去除方可获得高效的厌氧氨氧化效果；如果废水中含磷，ANAMMOX也没有除磷效果。所以对于水质复杂的工业废水，采用单纯的ANAMMOX工艺脱氮，势必需要先采用其他相应技术将这些污染物去除，即导致工艺比较复杂，也造成运行管理的繁琐。开发一种可以基于ANAMMOX工艺脱氮为主体，同时具有多种水质净化功能的且比较简单有效的废水处理工艺是迫切需要的技术。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统及方法，具体是根据目前高浓度氨氮废水治理技术的缺陷，开发了一种以高浓度氨氮废水需要的ANAMMOX脱氮为主而且兼顾除磷、有机物去除的一种新工艺，工艺结合活性污泥和生物膜法，将缺氧(A)和好氧(O)有机结合，与ANAMMOX形成完整的工艺，具有脱氮、除磷和BOD降解等功能，且无需补充碳源，能耗较低。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池输出端与多功能池连接，所述多功能池的出泥端与厌氧池连接，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料；

所述多功能池用于初步去除废水中的磷并将污泥和污水分离，所述污水于第一好氧池好氧处理后与所述污泥在厌氧池汇流并进行厌氧氨氧化反应，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；

所述系统还包括设置于多功能池和厌氧池之间的缺氧池，所述缺氧池输入端还与第一好氧池连接；缺氧池的选用基于废水中BOD₅/TP值进行确定，当BOD₅/TP≤17时不选择使用缺氧池，当BOD₅/TP>17时，使用缺氧池消耗BOD₅。

其中，第一好氧池和厌氧池采用生物膜法处理废水，并分别为两个泥龄系统，多功能池、缺氧池和第二好氧池采用活性污泥法处理废水，形成第三个泥龄系统。

本发明系统适宜处理含氨氮(凯氏氮)浓度较高、温度较高、但BOD₅、COD和总磷等污染指标一般，而且有毒有害物质浓度不高的工业废水或经过预处理后水质大致符合上述要求的工业废水，具体的，所述工业废水中氨氮浓度为20-40mg/L，COD_Cr浓度为500～600mg/L，BOD₅浓度<280mg/L，总磷浓度为2～4mg/L，水温为25-40℃。

本发明总体上工艺以ANAMMOX法为主，集厌氧(A)与好氧(O)一体化，且属于活性污泥和生物膜法相结合，工艺脱氮率高，运行费用低。

作为本发明的进一步优化方案，所述多功能池为集缺氧-厌氧和沉淀于一体的复合型反应池，分为A-B-C区，即缺氧区-厌氧区-沉淀区，在系统运行时，废水首先进入多功能池的缺氧区，其中含有的有机物在该缺氧区内将回流污泥带来的硝酸盐去除；在厌氧区主要进行厌氧磷的释放，最后在沉淀区进行沉淀；其中，

该复合型反应池内缺氧区和厌氧区均设置搅拌装置，因为回流的污泥中硝酸盐含量较低，故缺氧区实际上很小；

所述沉淀区进行的沉淀并不彻底，但是大致将污水分成上部以污水为主，下部以污泥为主，沉淀区上部出水端与第一好氧池连接，下部出泥端与厌氧池连接。另外，因为本工艺的污泥是活性污泥和生物膜污泥的混合物，所以即使在沉淀区的停留时间短暂，其沉淀效果也可满足要求。

作为本发明的进一步优化方案，所述填料为悬浮的塑料球填料，所述第一好氧池内腔中部高度处设置有曝气结构，所述第一好氧池下部输入端与多功能池连接，上部输出端与厌氧池连接。

多功能池的上部出水进入第一好氧池，第一好氧池在中间高度处进行微孔曝气(为了避免冲击生物膜导致脱落，采用鼓风机加微孔扩散盘的方式曝气)，由于反应器上部加载有大量悬浮塑料球为填料，性质属于生物膜，故反应器上部好氧且氧浓度偏低，下部因为曝气环流动力有限，形成缺氧区。由于第一好氧池需要将氨氮氧化为亚硝酸盐(NO₂ ^-)而需要控制和减少硝酸盐(NO₃ ^-)的形成，氨氧化菌(AOB)可以在低DO下进行氨氧化反应，而亚硝酸盐氧化菌(NOB)却很难在该DO浓度下完成氧化亚硝酸盐为硝酸盐，故可以控制硝酸盐的形成。但是考虑到生物膜内分子氧O₂存在一定的浓度梯度，故控制DO浓度可略高于0.5mg/L。反应器上部进水，下部出水，出水的DO要求低于0.2mg/L。因为上部有大量载体，虽然是悬浮载体，但是为了配水均匀，也需要设置配水设施，配水可以采用穿孔管。第一好氧池的功能是将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，最佳控制反应温度在30℃以上，可以进一步抑制硝酸盐的形成。第一好氧池一般情况下需要补充碱度，因为在该反应过程中有酸释放，而亚硝化过程需要弱碱性条件。第一好氧池的出水(会含有少量脱落的生物膜)，进入厌氧池；

多功能池的下部出泥进入缺氧池，缺氧池水力停留时间较短，且控制较低的DO浓度(<0.5mg/L)。此反应池的功能是当进水有机物浓度大，在此将残留的有机物分解并去除一部分亚硝酸盐氮，减少厌氧池负荷。

作为本发明的进一步优化方案，所述厌氧池密封设置且内部设置有螺旋桨搅拌器。

第一好氧池和缺氧池的出水进入厌氧池，厌氧池停留时间长，加载填料，主要功能是进行厌氧氨氧化反应。第一好氧池的出水主要是亚硝酸盐氮，缺氧池的出水主要是氨氮，且两个反应器有机物均消耗殆尽，所以这些水质条件都非常适宜于厌氧氨氧化反应，故本反应器厌氧氨氧化功能能够较好发挥。厌氧池需要搅拌措施，考虑到池内存在大量悬浮填料，可以采用螺旋桨搅拌器在接近池底处进行搅拌，水流推流向上，形成池内循环。考虑到厌氧氨氧化菌的时代时间长，为了保持泥龄，采用加载填料的生物膜法。在厌氧池内，缺氧池带来的悬浮污泥仍可以正常发挥作用，所以厌氧池的附着污泥(生物膜)主要进行ANAMMOX反应，去除氨氮总氮，为主反应；而悬浮污泥(活性污泥)将进一步释放磷，是副反应，由于在本反应器内有机物浓度已经较低，故释放磷的功能一定程度受到限制。

经过厌氧池后，水中的氨氮、总氮、有机物均很少了，只有磷酸盐仍存在(而且以正磷酸盐形式存在)，污水进入第二好氧池。第二好氧池主要功能是吸收磷，也具有进一步降低有机物和氨氮浓度的功能。经过第二好氧池后水质主要参数氨氮、总氮、有机物(BOD₅)、总磷浓度均较低，经过沉淀后再消毒即可排放。污泥则回流到多功能池。

如果原废水较难降解，即BOD₅/COD为0.20～0.30，则多功能池B区的容积应该增加，且反应器应该为推流形式(或者单独增加水解酸化池)。相当于该反应器的功能是反硝化(A区)、水解酸化(B区)、厌氧释放磷(B区)、沉淀(C区)，所以反应池的B区容积应该增加，具体容积应该以计算确定。如果原废水BOD₅/COD比值更低，则在生物化学处理前应该增加化学氧化等有效措施，以提高污水的BOD₅/COD比值。

采用上述基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统进行高浓度氨氮废水处理，处理方法包括以下步骤：

S1.污水于多功能池内与沉淀池回流的污泥混合，进行初步除磷并完成泥水分离；

S2.步骤S1中分离所得污水于第一好氧池内进行氨氮氧化后和分离所得污泥在厌氧池汇流，并进行厌氧氨氧化反应，实现脱氮；

S3.厌氧池出水于二次好氧池内二次除磷后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池内，完成一个污水处理循环。

作为本发明的进一步优化方案，当步骤S1中多功能池接收废水BOD₅/TP≤17时，在厌氧兼沉淀池内有机物已经几乎消耗殆尽，则缺氧池可以超越过去，即步骤S1所得污泥和第一好氧池出水直接输出至厌氧池中，故缺氧池性质属于备用，仅在进水有机物浓度较大的时候启用。缺氧池不曝气，需要的氧来自第一好氧池，所以缺氧的进水应该来自第一好氧池的上部，且多功能池出水量与出泥量比例为1:1。

作为本发明的进一步优化方案，当步骤S1中多功能池接收废水BOD₅/TP>17时，则为了减轻厌氧池的压力，可以从第一好氧池引流一部分污水至缺氧池，亚硝酸盐和有机物在缺氧池混合进行反硝化脱氮，此时需要多功能池出水量大于出泥量，且从第一好氧池的引流流量需要通过计算确定，缺氧池内DO浓度为0.2～0.5mg/L。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S2中所述的第一好氧池上部DO浓度控制在0.50～0.70mg/L，底部DO浓度控制在0.15～0.30mg/L范围内。

作为本发明的进一步优化方案，所述厌氧池和第一好氧池内水力停留时间分别为10～12h，5～6h，所述多功能池内水力停留时间为2～3h，其他反应池停留时间均<2h，整个系统总平均水力停留时间为19～24h。

本发明工艺系统的污泥实际上是各自完成其相应的功能，好氧生物膜是亚硝化反应，厌氧生物膜是ANAMMOX反应，悬浮的活性污泥功能则是生物除磷，所以其污泥龄实际上也是分开的。对于第一好氧池来说，由于载体附着生长生物膜，故亚硝化菌的长泥龄通过生物膜的附着实现，其泥龄可以达到30d以上，对硝化反应非常有利。同样的，厌氧氨氧化菌也需要长的泥龄，故厌氧池内加载填料，其泥龄也可达30d以上，能够有效保证厌氧氨氧化菌的生存。而对于除磷系统来说，依靠的是悬浮污泥，故系统的活性污泥泥龄可以直接按照除磷的要求进行控制，其泥龄可以在3～7d左右，而不需要考虑脱氮和厌氧氨氧化过程，故本发明的工艺事实上形成了多泥龄生物反应系统(三泥龄系统)。

若进水有机物浓度过高，进水BOD₅/TP远远>17时，但是总磷浓度不高，则应该考虑设置前曝气池将有机物去除一部分，否则过高的BOD₅浓度容易导致第一好氧池的硝化菌运行困难。如果采用加大第一好氧池容积并且将硝化液回流到多功能池前部的A区以通过反硝化去除部分有机物的方式，若运行不当，容易导致多功能池的厌氧功能受到影响。若进水有机物浓度过高，总磷浓度也很高，即使进水BOD₅/TP接近于17，本工艺也可能会不适应，因为在本工艺中BOD₅主要通过除磷环节去除，除磷实际上主要是通过污泥排放去除BOD₅，当BOD₅浓度高意味着泥龄很短，而过短的泥龄对于除磷来说未必是合适的。

本发明的有益效果在于：

本发明充分发挥好氧与厌氧的功能，在ANAMMOX反应实现脱氮的基础上，巧妙地将反硝化脱氮和生物除磷集于一体，充分利用生物膜和活性污泥各自的优点，实现脱氮、除磷和去除有机物功能的集成；工艺运行灵活，可靠，工艺流程相对不复杂，且能耗与运行总费用较低，无需补充碳源。

附图说明

图1是本发明实施例2中系统采用缺氧池的工艺流程图。

图2是本发明实施例3中系统未采用缺氧池的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式进行说明，应当理解，此处所描述的实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明工艺的流程、构造、参数等；实施方式中所给的具体参数仅仅是为了说明本发明的示例，而非必须采用的参数。本实施方式仅仅为了说明一种用于氨氮废水处理的活性污泥生物膜联用AO-ANAMMOX工艺的布置形式和具体运行效果。实际上工艺可以适宜于能够满足主要水质要求的各种流量的较高浓度氨氮工业废水的处理，具体应用不限于实施方式的工艺流程布置方式和示例数值。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，该系统处理的废水中氨氮浓度为20-40mg/L，COD_Cr浓度为500～600mg/L，BOD₅浓度<280mg/L，总磷浓度为2～4mg/L，水温为25-40℃；

所述系统包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，以及可选择的连接于多功能池和厌氧池之间且输入端还与第一好氧池连接的缺氧池，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料，所述填料为悬浮的塑料球填料；

所述多功能池用于初步去除废水中的磷并进行泥水分离，所得污水和污泥分别于第一好氧池和缺氧池内处理后汇流至厌氧池进行厌氧氨氧化反应，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；其中，第一好氧池和厌氧池采用生物膜法处理废水，多功能池、缺氧池和第二好氧池采用活性污泥法处理废水；

所述多功能池为集缺氧-厌氧和沉淀于一体的复合型反应池，该复合型反应池内缺氧区和厌氧区均设置搅拌装置，所述沉淀区上部出水端与第一好氧池连接，下部出泥端与厌氧池连接；

所述第一好氧池内腔中部高度处设置有曝气结构，所述第一好氧池下部输入端与多功能池连接，上部输出端与厌氧池连接，所述厌氧池密封设置且内部设置有螺旋桨搅拌器。

采用上述基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统进行高浓度氨氮废水处理，处理方法包括以下步骤：

S1.污水于多功能池内与沉淀池回流的污泥混合，释放磷，并大致完成污水Q1和污泥Q2的分离；

S2.所述污水Q1输出至第一好氧池内进行氨氮的氧化，得到污水Q3和污水Q4，所述污泥Q2与所述Q3输出至缺氧池中去除BOD₅或反硝化脱氮(根据进水水质情况)，得到污水Q5；

S3.所述污水Q5和污水Q4汇流到厌氧池内进行厌氧氨氧化反应；

S4.厌氧池出水输出至第二好氧池，在第二好氧池进行吸收磷，残余有机物氧化，残余氨氮氧化等反应，最后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池内，完成一个污水处理循环。

其中，当步骤S1中多功能池接收废水BOD₅/TP>17时(具体见图1)，则为了减轻厌氧池的压力，可以从第一好氧池引流一部分污水至缺氧池，亚硝酸盐和有机物在缺氧池混合进行反硝化脱氮，此时需要多功能池出水量大于出泥量，且从第一好氧池的引流流量需要通过计算确定，缺氧池内DO浓度为0.2～0.5mg/L；

当步骤S1中多功能池接收废水BOD₅/TP≤17时(具体见图2)，在厌氧兼沉淀池内有机物已经几乎消耗殆尽，则缺氧池可以超越过去，即步骤S1所得污泥Q2和第一好氧池出水直接输出至厌氧池中，故缺氧池性质属于备用，仅在进水有机物浓度较大的时候启用。缺氧池不曝气，需要的氧来自第一好氧池，所以缺氧的进水应该来自第一好氧池的上部，且多功能池出水量与出泥量比例为1:1；

步骤S2中所述的第一好氧池上部DO浓度控制在0.50～0.70mg/L，底部DO浓度控制在0.15～0.30mg/L范围内；

所述厌氧池和第一好氧池内水力停留时间分别为10～12h，5～6h，所述多功能池内水力停留时间为2～3h，其他反应池停留时间均<2h，整个系统总平均水力停留时间为19～24h。

实施例2

对于某氨氮废水(化工行业)，设计流量5500m³/d，主要水质指标如下(取平均值且取整)，氨氮-690mg/L，总氮-750mg/L，COD_Cr-550mg/L，BOD₅-150mg/L，石油类-14mg/L，水温40℃，悬浮物-220mg/L，TP-2mg/L，氰化物4mg/L，挥发酚20mg/L，硫化物10mg/L。

排放要求达到：pH值6～9,悬浮物-50mg/L,化学需氧量(COD_Cr)80mg/L,氨氮25mg/L,总氮35mg/L,总磷0.5mg/L,氰化物0.2mg/L，挥发酚0.1mg/L，硫化物0.5mg/L，石油类3mg/L。由于水质和水量有较大变化，故在进入生化处理前需要设置调节池。

经过分析，虽然氰化物、挥发酚、硫化物等有毒物质去除率要求较高，但是考虑到正常的生化处理对这些物质已经有较高的去除率，而且在生化处理后设置深度处理，故这些指标可以达到排放标准。石油类虽然生化处理过程可能去除率一般，但是污泥对其有一定的吸附能力，后续的深度处理也可确保其达标。其他水质参数完全符合本发明的要求水质。再考虑到C/P比远大于17，则采用本发明工艺应该对第一好氧池污水部分引流进入缺氧池，且多功能池的分配流量按照引流流量考虑。采取工艺流程具体见图1。

流量分配分析：废水进水流量5500m³/d，污泥回流比按照45.5％计算，回流流量为2500m³/d，进入多功能池的流量合计8000m³/d。

先估计回流污泥中总氮浓度为20mg/L(所含氮为硝酸盐氮)，则回流污泥消耗的BOD₅量为100kg/d，在多功能池中应该分配相应的容积以满足反硝化的需要，多功能池出水BOD₅则为73mg/L(多功能池流入的BOD₅总量是5500m³/d×150mg/L＝825kg/d，用于反硝化脱氮消耗100kg/d，用于除磷系统按照碳磷比17和出水总磷0.5mg/L估算，则消耗140kg/d，残留的BOD₅为825-100-140＝585kg/d，出流的流量是8000m³/d，浓度为73mg/L)。

多功能池出水总氮浓度接近516mg/L(主要考虑的稀释作用，也考虑反硝化不能达到100％，其中有0.4mg/L是回流污泥的总氮贡献。计算如下：进水总氮量是5500m³/d×750mg/L＝4125kg/d，出流的流量是8000m³/d，浓度为515.6mg/L，但是回流到多功能池的硝酸盐不可能全部被去除，按照残留0.4mg/L估算)，进水总氮因为无氧化状态的硝酸盐/亚硝酸盐故可以直接按照凯氏氮考虑。

故第一好氧池出水亚硝酸盐氮浓度为516mg/L，而缺氧池的BOD₅为73mg/L，根据碳氮比为2的考虑(用来氧化有机物的的亚硝酸氮，不是硝酸盐氮)，因为73×Q2/516×Q3＝2，所以Q2/Q3≈14，再因为Q1-Q3＝Q2，Q1+Q2＝8000m³/d，所以Q1＝4140m³/d，Q2＝3860m³/d，Q3＝280m³/d。这样流入厌氧池的Q4和Q5反应当量相同，满足ANAMMOX过程的需要。这样从第一好氧池引流280m³/d到缺氧池的根本原因是进水BOD₅/TP太高了，多余的有机物必须在进入厌氧池前消耗掉，否则会影响ANAMMOX的正常运行。本例BOD₅/TP＝75，如果为其他数值，根据上述方法计算引流流量。

当BOD₅/TP≤17，Q3取值为0，即不再从第一好氧池向缺氧池进水，而且Q2可以直接超越缺氧池到厌氧池，具体见图2。污泥回流流量按照污泥沉降性能考虑，污泥回流比R＝X/(Xr-X)，X为多功能池的污泥浓度，Xr为回流污泥浓度。

水质分析：如上分析，多功能池出水总氮浓度接近516mg/L，第一好氧池的功能是完成亚硝化反应，故第一好氧池出水的亚硝酸盐氮浓度为516mg/L。流入到厌氧池的亚硝酸盐氮量为Q4×516mg/L＝(Q1-Q3)×516mg/L＝3860m³/d×516mg/L＝1992kg/d。同样的从多功能流出氨氮为Q2，经过缺氧池后氨氮总量不变，仍为Q2×516mg/L＝3860m³/d×516mg/L＝1992kg/d。厌氧池停留时间长，生物膜量大，故其总氮去除率按照96％计算，若总氮残留总量为3984×4％＝159kg/d，流量8000m³/d，故浓度约20mg/L。在第二好氧池内各种形态的氮将转化为硝酸盐氮，出水总氮浓度即20mg/L。对于有机物，在多功能池内有机物用于除磷，残留的少量有机物在第一好氧池内被异养菌代谢以及在缺氧池内反硝化去除，对于进水BOD₅浓度不是非常高的废水来说，其出水BOD₅浓度较低，对后续的深度处理没有不良影响。

构筑物分析：

(1)多功能池。多功能池的A区为反硝化。可以按照反硝化脱氮速率为0.06gNO₃ ^--N/(gMLVSS·d)，则容积为167m³。多功能池的B区功能是厌氧释放磷，按照停留时间考虑，停留时间为1.0h。多功能池的C区为沉淀功能，按照快速沉淀，0.5h水力停留时间考虑，则多功能池的总容积为667m³,水力停留时间为2h。上述计算将回流流量考虑在内。

(2)第一好氧池。第一好氧池是功能是亚硝化，将氨氮转化为亚硝酸盐氮。这种针对低BOD₅、高氨氮、且温度较高的废水，其生物好氧亚硝化反应目前尚没有设计规范或设计案例可循，考虑到本工艺污水温度比较理想，采用生物膜污泥浓度较大，则参考硝化反应并适当增加反应时间，经过估算其水力停留时间约5～6h。

(3)缺氧池。在本实施方式中，缺氧池的入流亚硝酸盐为280m³/d×516mg/L＝144kg/d。反硝化脱氮速率为0.08gNO₃ ^—N/(gMLVSS·d)，污泥浓度为4000mg/L，则容积为450m³。考虑到入池实际流量达到4140m³/d，实际水力停留时间为2.6h。反硝化脱氮采用的速率高于规范推荐值的原因，是因为反应温度较高，池内的亚硝酸盐浓度也较合适(约35mg/L)，且反硝化是从亚硝酸盐进行，比从硝酸盐进行相对流程短。

(4)厌氧池。厌氧池的功能是ANAMMOX，ANAMMOX工艺目前也没有设计规范或成熟的设计案例可循，考虑到采用生物膜污泥量较大且反应温度较高，根据大量文献报道的结果并结合实验室小试数据，取1.0～1.2kgTN/(m³·d)，则厌氧池容积为3320～3980m³，考虑回流流量相当于水力停留时间10.0～12.0h。

(5)第二好氧池。好氧池的功能是吸收磷，在好氧池内已经几乎无有机物需要氧化，未去除的氨氮也较少(可以按照20mg/L考虑)，所以硝化反应不是主要过程。磷吸收无计算公式，且磷的浓度也较低，故好氧池停留时间根据传统脱氮除磷的工艺直接确定为1.5h，容积确定为500m³。

实施例3

对于某合成氨废水，设计流量400m³/d，主要水质指标如下，COD_Cr为500～600mg/L，BOD₅为200～280mg/L，石油类为150-210mg/L，水温为25℃，悬浮物为150～280mg/L，氨氮为500～700mg/L，总磷为2～4mg/L，硫化物为3～10mg/L。排放要求达到：pH值6～9,悬浮物为60mg/L,化学需氧量(COD_Cr)为100mg/L,氨氮为40mg/L，硫化物为0.5mg/L，石油类为5mg/L。

分析其水质，发现石油类和悬浮物浓度较大，故在进入生化反应前设置一个气浮池，经过气浮池处理后悬浮物和石油类已经达标，BOD₅的去除率以30％计算(进入生化系统的BOD₅为140～200mg/L)。故针对生化处理部分主要考虑的是氨氮、BOD₅、COD_Cr、总磷和硫化物，据此认为该水质可以采用本发明的工艺流程。总磷最大值为4，根据除磷需要的有机物量，其需要消耗BOD₅为70mg/L，仍有一定的BOD₅多余。考虑到本系统污泥分为三个相对独立的系统，故悬浮污泥的泥龄采用3～6d，则污泥产率系数采用0.60kgMLVSS/kgBOD₅(不仅仅是活性污泥细胞增殖需要有机物，生物膜细胞的增值也需要有机物)，则相当于有84～120mg/L的有机物转化为污泥。这样不考虑异养菌的代谢作用，多余的有机物约仅有60～80mg/L，考虑到两个方面的因素：①在低的C/N比条件下亚硝化菌处于优势，能够与异养菌竞争O₂，所以在第一好氧池内亚硝化过程不会受阻。②少量的碳源特别是低分子的有机酸对ANAMMOX菌没有负面影响，甚至还有一定的促进作用，故少量BOD₅的存在不会对厌氧池的ANAMMOX造成负面影响。故，本实施方式不考虑去除少量的碳源，即省掉工艺的缺氧池，而是让污水在多功能池内完成分离，底部排出的污泥直接进入厌氧池。主生化部分的工艺流程见图2。

在本实施方式中，因为不再调节流量，故Q1＝Q2＝200m³/d，一半污水进入第一好氧池，氨氮被转化为亚硝酸盐氮；另一半污水(底部排出，相当于污泥)进入厌氧池，其中的氨氮与来自第一好氧池的亚硝酸盐发生反应，多余的BOD₅在第二好氧池完成降解。污泥回流比取值为48％，故回流流量为240m³/d。

以上实施方式仅仅显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，上述实施方式之参数均是根据理论和小试数据推求，在生产中的具体最佳参数尚需要根据实际结果进行调整。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，包括不同的参数设定、多功能改为其他方式、将缺氧池取消而将硝化液回流到多功能池的A区、各个反应池的结构或局部进行细节变更等，这些变化和改进都属于本发明要求保护的范围内。凡是在ANAMMOX基础上，通过生物膜与活性污泥工艺联用，A-O联用(厌氧与好氧联用)，从而实现高浓度氨氮废水处理的同时能够除磷和去除有机物的工艺均是本发明的创造性保护范围，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，所述废水中氨氮浓度为20-40 mg/L，COD_Cr浓度为500~600mg/L，BOD₅浓度<280mg/L，总磷浓度为2~4 mg/L，水温为25-40℃，BOD₅/TP>17，其特征在于：包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池输出端与多功能池连接，所述多功能池的出泥端与厌氧池连接，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料，所述厌氧池为ANAMMOX厌氧氨氧化反应池；

所述多功能池用于初步去除废水中的磷并将污泥和污水分离，所述污水于第一好氧池好氧处理后与所述污泥在厌氧池汇流并进行厌氧氨氧化反应，再于第二好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；

所述多功能池为集缺氧-厌氧和沉淀于一体的复合型反应池，分为A-B-C区，即缺氧区-厌氧区-沉淀区，在系统运行时，废水首先进入多功能池的缺氧区，其中含有的有机物在该缺氧区内将回流污泥带来的硝酸盐去除；在厌氧区主要进行厌氧磷的释放，最后在沉淀区进行沉淀；

所述系统还包括设置于多功能池和厌氧池之间的缺氧池，所述缺氧池输入端还与第一好氧池连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，其特征在于：该复合型反应池内缺氧区和厌氧区均设置搅拌装置，所述沉淀区上部出水端与第一好氧池连接，下部出泥端与厌氧池连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，其特征在于：所述填料为悬浮的塑料球填料，所述第一好氧池内腔中部高度处设置有曝气结构，所述第一好氧池下部输入端与多功能池连接，上部输出端与厌氧池连接，所述厌氧池密封设置且内部设置有螺旋桨搅拌器。

4.一种使用权利要求1所述的基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统的废水处理方法，其特征在于，所述废水处理方法包括以下步骤：

S1.污水于多功能池内与沉淀池回流的污泥混合，进行初步除磷并完成泥水分离；

S2.步骤S1中分离所得污水于第一好氧池内进行氨氮氧化后和分离所得污泥在厌氧池汇流，并进行厌氧氨氧化反应，实现脱氮，多功能池出泥和第一好氧池部分出水汇流至缺氧池内进行反硝化脱氮处理，再输出至厌氧池，此时多功能池出水量大于出泥量，缺氧池内DO浓度为0.2~0.5mg/L；

S3.厌氧池出水于二次好氧池内二次除磷后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池内，完成一个污水处理循环。

5.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于：步骤S2中所述的第一好氧池上部DO浓度控制在0.50~0.70 mg/L，底部DO浓度控制在0.15~0.30mg/L范围内。

6.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于：所述厌氧池和第一好氧池内水力停留时间分别为10~12h，5~6h，所述多功能池内水力停留时间为2~3h，其他反应池停留时间均<2h，整个系统总平均水力停留时间为19~24h。

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