CN114940539B - 一种基于deamox技术强化a2n工艺生物脱氮除磷的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于DEAMOX技术强化A2N工艺生物脱氮除磷的装置与方法，属于污水生物处理领域。该装置由原水水箱、A2N生物反应器、中沉池、终沉池组成；生活污水和回流污泥进入A2N生物反应器的厌氧区，反硝化聚磷菌储存内碳源并发生厌氧释磷反应；厌氧区出水在中沉池进行泥水分离，底部污泥通过超越污泥泵进入缺氧区，而上清液进入硝化区完成硝化反应；随后硝化区的出水进入缺氧区，发生反硝化除磷反应、短程反硝化反应和厌氧氨氧化反应。然后混合液进入后置好氧区，完成剩余磷的去除和氮气吹脱，随后进入终沉池泥水分离。本发明应用双污泥理论和反硝化除磷及DEAMOX技术，解决传统A2N工艺出水氨氮过高的问题，实现同步深度脱氮除磷。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于DEAMOX技术强化A2N工艺生物脱氮除磷的装置与方法，适用于新建城市污水处理厂或旧水厂提标改造，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，全国河流污染形势严峻，水体富营养化现象严重。水体富营养化严重破坏水体的自然环境，使水质发生恶化，对人们的生产生活及可持续发展会造成持续性的影响。因而，提高污水处理率、攻克污水脱氮除磷的难点是目前急需解决的问题。
传统污水脱氮除磷的难点在于反硝化菌和聚磷菌对碳源的竞争，以及硝化菌和聚磷菌长短泥龄的矛盾。因此，合理充分利用原水碳源、解决泥龄矛盾是实现深度脱氮除磷的关键。反硝化除磷（Denitrifying phosphorus removal）技术的出现打破了传统脱氮除磷工艺中生物脱氮和除磷方式的认知，反硝化脱氮和生物除磷可同时由一种兼具反硝化和吸磷功能的微生物完成，即反硝化聚磷菌（Denitrifying phosphorusaccumulatingorganisms， DPAOs）。与传统脱氮除磷方式相比较，反硝化吸磷过程可充分利用原水碳源、更大程度上节约了曝气能耗，同时达到了污泥减量的效果，反硝化除磷技术是提高低C/N污水同步脱氮除磷效率最有效的污水处理技术之一，其广泛应用对于促进污水处理行业高效率、低能耗的可持续发展方向具有重要意义。
传统的A2N工艺采用反硝化除磷技术，聚磷菌和硝化菌污泥在不同的反应器中实现污泥龄的分离，反硝化除磷效果良好，但是传统A2N工艺存在出水氨氮浓度过高的问题，限制该技术的推广应用。
厌氧氨氧化(Anammox)是指在缺氧条件下由厌氧氨氧化菌以亚硝态氮(NO2 --N)为电子受体将氨氮(NH4 +-N)直接转化为氮气，并生成少量的硝态氮的生物反应过程，理论总氮去除率高达89%。
基于反硝化过程产生的NO2 --N为厌氧氨氧化提供底物，将反硝化与厌氧氨氧化过程相结合建立的反硝化氨氧化工艺(DEnitrifying AMmonium OXidation，DEAMOX)，无需控制复杂的短程硝化过程，另外可以将厌氧氨氧化反应的产物硝态氮同步去除，进一步降低出水总氮浓度。这拓展了厌氧氨氧化工艺的应用范围，为污水脱氮提出了具有一定应用潜力的新技术。
发明内容
本发明的目的是针对A2N工艺的弊端，提供一种能够以硝态氮作为电子受体实现反硝化除磷并耦合厌氧氨氧化的，实现同时深度脱氮除磷的装置和方法。利用该装置和方法，在原有A2N工艺下，仅在缺氧区投加厌氧氨氧化填料，使缺氧区在保留反硝化除磷功能的基础上，增加部分反硝化、厌氧氨氧化功能。超越污泥提供氨氮与有机碳源，硝化池出水提供硝态氮，硝态氮一部分发生完全反硝化反应生成氮气，另一部分发生短程反硝化反应生成亚硝态氮，聚乙烯填料上生长的厌氧氨氧化菌利用氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应脱氮，实现生活污水的深度脱氮除磷。
基于DEAMOX强化A2N工艺生物脱氮除磷的装置与方法，其特征在于：包括原水水箱(1)、A2N生物反应器(2)、中沉池(3)、终沉池（4）顺序连接组成；A2N生物反应器(2)顺次包括厌氧区(2.1)、硝化区(2.2)、缺氧区(2.3)、后置好氧区(2.4)；原水水箱(1)通过进水泵(1.1)与厌氧区(2.1)首段连接，厌氧区末段（2.1）经溢流管（2.5）与中沉池(3)连接，中沉池(3)上部通过水泵（3.1）与硝化区(2.2)首段连接，中沉池(3)底部通过超越污泥泵（3.2）与缺氧区(2.3)首段连接；硝化区（2.2）与厌氧区（2.1）不连通，与缺氧区（2.3）相连，且有效水位高于缺氧区（2.3），缺氧区(2.3)与后置好氧区(2.4)连接，后置好氧区(2.4)经溢流管(2.12)与终沉池(4)连接；终沉池(4)底部通过污泥回流泵(4.3)与厌氧区(2.1)首段连接，终沉池(4)出水经排水管(4.1)排放，定期从排泥管(4.2)排泥；A2N生物反应器(2)中厌氧区(2.1)与缺氧区(2.3)均装有搅拌器(2.9)，曝气泵(2.6)通过转子流量计(2.7)与硝化区(2.2)和后置好氧区(2.4)中曝气砂块(2.8)连接；硝化区(2.2)中放置悬浮聚乙烯生物填料(2.10)，比表面密度为450-500m2/m3,填料填充比为30％-40％，缺氧区(2.3)中放置厌氧氨氧化填料(2.11),填充比为20%。
应用所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）生活污水由原水水箱（1）经进水泵（1.1）进入A2N生物反应器（2）厌氧区（2.1）首段，同时进入的还有来自终沉池（4）底部经污泥回流泵（4.3）抽回的部分回流污泥，回流比为40-60%，反硝化菌利用进水中的有机物发生反硝化，去除回流污泥中的硝态氮，随后反硝化聚磷菌进行内碳源储存并发生厌氧释磷反应，控制厌氧区的水力停留时间为2-3h。厌氧池（2.1）末段出水混合液经溢流管（2.5）与中沉池（3）中心管相连；
2）混合液在中沉池（3）静置进行泥水分离，中沉池（3）底部通过超越污泥泵（3.2）与缺氧区（2.3）首段相连，超越污泥为进水流量体积30%。而上清液经水泵（3.1）进入硝化区（2.2）；
3）硝化区（2.2）填充了聚乙烯生物填料（2.10），填充比为30-40%，通过转子流量计（2.7）控制溶解氧浓度为2-4mg/L，控制硝化区（2.2）水力停留时间为4-6h，填料上的生物膜将上清液中的NH4 +-N氧化成NO3 --N，实现NH4 +-N的硝化；
4）硝化区（2.2）出水溢流至缺氧区（2.3），缺氧区（2.3）通过搅拌装置（2.9），使得硝化区（2.2）富含硝态氮和磷酸盐的出水与含有内碳源和氨氮的超越污泥充分混合。缺氧区（2.3）填充了厌氧氨氧化填料（2.11），填充比为20%，控制缺氧区（2.3）平均水力停留时间在4-6h。反硝化聚磷菌利用厌氧段储存的内碳源进行反硝化除磷、短程反硝化反应，将硝化池生成的硝态氮还原成硝态氮或亚硝态氮，实现同步脱氮除磷。厌氧氨氧化填料上的生物膜，利用氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，进一步去除总氮。
5）混合液从缺氧区（2.3）进入后置好氧区（2.4），完成剩余磷的吸收和吹脱缺氧区产生的氮气，同时改善污泥沉降性能。水力停留时间控制在1-1.5h，通过转子流量计（2.7）控制溶解氧浓度为1-2mg/L。
6）混合液从后置好氧区（2.4）通过溢流管（2.12）进入终沉池（4），实现泥水分离的目的，上清液经排水管（4.1）排放，终沉池底部的污泥经污泥回流泵（4.3）回流到厌氧区（2.1）前端，污泥回流比为40-60％；
保持反应器内活性污泥浓度为2500-3500mg/L，总水力停留时间为11~16.5h，絮体污泥龄控制在10-14d。
本发明提供的是一种基于DEAMOX强化A2N工艺生物脱氮除磷的装置与方法，具有以下优点：
1)反硝化除磷“一碳两用”实现脱氮除磷，节省碳源和能源；
2)采用的双污泥系统，实现聚磷菌和硝化菌的泥龄分离，提高处理效率；
3)厌氧氨氧化菌附着生长在填料上，实现厌氧氨氧化菌的有效截留；
4)污泥回流量、超越量低，减少能源消耗；
5)短程反硝化和厌氧氨氧化反应可以实现污水的深度脱氮，解决传统A2N工艺出水氨氮浓度偏高的问题
附图说明
图1为一种基于DEAMOX技术强化A2N工艺生物脱氮除磷的装置
图1中：1-原水水箱；1.1-进水泵；2-A2N生物反应器；2.1-厌氧区；2.2-硝化区；2.3-缺氧区；2.4-后置好氧区；2.5-溢流管；2.6-曝气泵；2.7-转子流量计；2.8-曝气砂块；2.9-搅拌器；2.10-聚乙烯生物填料；2.11-厌氧氨氧化填料；2.12-溢流管；3-中沉池；3.1-水泵；3.2-超越污泥泵；4-终沉池；4.1-排水管；4.2-排泥管；4.3-污泥回流泵
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的实施方案：
1）生活污水由原水水箱（1）经进水泵（1.1）进入A2N生物反应器（2）厌氧区（2.1）首段，同时进入的还有来自终沉池（4）底部经污泥回流泵（4.3）抽回的部分回流污泥，回流比为40-60%，反硝化菌利用进水中的有机物发生反硝化，去除回流污泥中的硝态氮，随后反硝化聚磷菌进行内碳源储存并发生厌氧释磷反应，控制厌氧区的水力停留时间为2-3h。厌氧池（2.1）末段出水混合液经溢流管（2.5）与中沉池（3）中心管相连；
2）混合液在中沉池（3）静置进行泥水分离，中沉池（3）底部通过超越污泥泵（3.2）与缺氧区（2.3）首段相连，超越污泥为进水流量体积30%。而上清液经水泵（3.1）进入硝化区（2.2）；
3）硝化区（2.2）填充了聚乙烯生物填料（2.10），填充比为20-30%，通过转子流量计（2.7）控制溶解氧浓度为2-4mg/L，控制硝化区（2.2）水力停留时间为4-6h，填料上的生物膜将上清液中的NH4 +-N氧化成NO3 --N，实现NH4 +-N的硝化；
4）硝化区（2.2）出水溢流至缺氧区（2.3），缺氧区（2.3）通过搅拌装置（2.9），使得硝化区（2.2）富含硝态氮和磷酸盐的出水与含有内碳源和氨氮的超越污泥充分混合。缺氧区（2.3）填料充了厌氧氨氧化填（2.11），填充比为20%，控制缺氧区（2.3）平均水力停留时间在4-6h。反硝化聚磷菌利用厌氧段储存的内碳源进行反硝化除磷、短程反硝化反应，将硝化池生成的硝态氮还原成硝态氮或亚硝态氮，实现同步脱氮除磷。厌氧氨氧化填料上的生物膜，利用氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，进一步去除总氮。
5）混合液从缺氧区（2.3）进入后置好氧区（2.4），完成剩余磷的吸收和吹脱缺氧区产生的氮气，同时改善污泥沉降性能。水力停留时间控制在1-1.5h，通过转子流量计（2.7）控制溶解氧浓度为1-2mg/L。
6）混合液从后置好氧区（2.4）通过溢流管进入终沉池（4），实现泥水分离的目的，上清液经排水管（4.1）排放，终沉池底部的污泥经污泥回流泵（4.3）回流到厌氧区（2.1）前端，污泥回流比为40-60％；
保持反应器内活性污泥浓度为2500-3500mg/L，絮体污泥龄控制在10-14d。
试验结果表明，该系统稳定运行情况下，出水COD浓度在25-45mg/L，NH4 +-N浓度＜5mg/L，NO3 —-N＜5mg/L，TN浓度＜10mg/L，TP浓度＜0.5mg/L，达到污水国家一级A排放标准。
Claims (1)
1.一种基于DEAMOX强化A2N工艺生物脱氮除磷的方法，其特征在于：该方法所用装置包括原水水箱(1)、A2N生物反应器(2)、中沉池(3)、终沉池（4）顺序连接组成；A2N生物反应器(2)顺次包括厌氧区(2.1)、硝化区(2.2)、缺氧区(2.3)、后置好氧区(2.4)；原水水箱(1)通过进水泵(1.1)与厌氧区(2.1)首段连接，厌氧区（2.1）末段经溢流管（2.5）与中沉池(3)连接，中沉池(3)上部通过水泵（3.1）与硝化区(2.2)首段连接，中沉池(3)底部通过超越污泥泵（3.2）与缺氧区(2.3)首段连接；硝化区（2.2）与厌氧区（2.1）不连通，与缺氧区（2.3）相连，且有效水位高于缺氧区（2.3），缺氧区(2.3)与后置好氧区(2.4)连接，后置好氧区(2.4)经溢流管(2.12)与终沉池(4)连接；终沉池(4)底部通过污泥回流泵(4.3)与厌氧区(2.1)首段连接，终沉池(4)出水经排水管(4.1)排放，定期从排泥管(4.2)排泥；A2N生物反应器(2)中厌氧区(2.1)与缺氧区(2.3)均装有搅拌器(2.9)，曝气泵(2.6)通过转子流量计(2.7)与硝化区(2.2)和后置好氧区(2.4)中曝气砂块(2.8)连接；硝化区(2.2)中放置悬浮聚乙烯生物填料(2.10)，比表面密度为450-500m2/m3,填料填充比为30％-40％，缺氧区(2.3)中放置厌氧氨氧化填料(2.11),填充比为20%；
其特征在于，包括以下步骤：
1）生活污水由原水水箱（1）经进水泵（1.1）进入A2N生物反应器（2）厌氧区（2.1）首段，同时进入的还有来自终沉池（4）底部经污泥回流泵（4.3）抽回的部分回流污泥，回流比为40-60%，反硝化菌利用进水中的有机物发生反硝化，去除回流污泥中的硝态氮，随后反硝化聚磷菌进行内碳源储存并发生厌氧释磷反应，控制厌氧区的水力停留时间为2-3h；厌氧池（2.1）末段出水混合液经溢流管（2.5）与中沉池（3）中心管相连；
2）混合液在中沉池（3）静置进行泥水分离，中沉池（3）底部通过超越污泥泵（3.2）与缺氧区（2.3）首段相连，超越污泥为进水流量体积30%；而上清液经水泵（3.1）进入硝化区（2.2）；
3）硝化区（2.2）填充了聚乙烯生物填料（2.10），填充比为30-40%，通过转子流量计（2.7）控制溶解氧浓度为2-4mg/L，控制硝化区（2.2）水力停留时间为4-6h，填料上的生物膜将上清液中的NH4 +-N氧化成NO3 --N，实现NH4 +-N的硝化；
4）硝化区（2.2）出水溢流至缺氧区（2.3），缺氧区（2.3）通过搅拌装置（2.9），使得硝化区（2.2）富含硝态氮和磷酸盐的出水与含有内碳源和氨氮的超越污泥充分混合；缺氧区（2.3）填料充了厌氧氨氧化填料（2.11），填充比为20%，控制缺氧区（2.3）平均水力停留时间在4-6h；反硝化聚磷菌利用厌氧段储存的内碳源进行反硝化除磷、短程反硝化反应，将硝化池生成的硝态氮还原成硝态氮或亚硝态氮，实现同步脱氮除磷；厌氧氨氧化填料上的生物膜，利用氨氮与亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应，进一步去除总氮；
5）混合液从缺氧区（2.3）进入后置好氧区（2.4），完成剩余磷的吸收和吹脱缺氧区产生的氮气，同时改善污泥沉降性能；水力停留时间控制在1-1.5h，通过转子流量计（2.7）控制溶解氧浓度为1-2mg/L；
6）混合液从后置好氧区（2.4）通过溢流管（2.12）进入终沉池（4），上清液经排水管（4.1）排放，终沉池底部的污泥经污泥回流泵（4.3）回流到厌氧区（2.1）前端，污泥回流比为40-60％；
保持反应器内活性污泥浓度为2500-3500mg/L，总水力停留时间为11-16.5h，絮体污泥龄控制在10-14d。
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