CN115057534B

CN115057534B - 一种低碳型污水脱氮除磷系统及工艺

Info

Publication number: CN115057534B
Application number: CN202210888524.3A
Authority: CN
Inventors: 郑兴灿; 夏琼琼; 尚巍; 李鹏峰
Original assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2042-07-27
Also published as: CN115057534A; US11739015B2; US20230202893A1

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体尤其涉及一种低碳型污水脱氮除磷系统及工艺。本发明的低碳型污水脱氮除磷系统包括初沉发酵池、主流改良A²O脱氮除磷单元和旁路厌氧氨氧化单元组成。本发明在A²O系统缺氧池内设置了反硝化除磷功能区，在好氧池内设置了消氧区，结合初沉发酵池，强化了A²O工艺碳源的高效利用，在此基础上通过设置旁路厌氧氨氧化池、碳源分离沉淀池和污泥双回流系统，解决了厌氧氨氧化技术与A²O工艺难以耦合的技术难点，实现了主流改良A²O脱氮除磷单元和旁路厌氧氨氧化单元的稳定、高效运行。工艺系统出水水质好，出水满足一级A排放标准，整体无外加碳源，曝气能耗低，实现了高效、低碳的脱氮除磷。

Description

一种低碳型污水脱氮除磷系统及工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体尤其涉及一种低碳型污水脱氮除磷系统及工艺。

背景技术

目前，生活污水处理普遍采用的传统A²O工艺对污水中的碳氮比（C/N）和碳磷比（C/P）等有一定要求，当进水有机物浓度较低时，通常需要额外投加外碳源，另外去除有机物和硝化过程需要较高的曝气能耗。针对碳源不足的问题，优化现有A²O工艺，实现其对碳源的高效利用是一条有效的途径。另外，采用低碳、高效、可持续的新工艺也正成为一种较为热门的解决方案。而厌氧氨氧化等新型自养脱氮除磷工艺的诞生，为设计处理工艺提供了新的理论和思路。

厌氧氨氧化反应是在厌氧条件下，以NH₄ ⁺为电子供体、NO₂ ^-为电子受体，以CO₂或HCO₃ ^-为碳源，通过厌氧氨氧化菌的作用，将氨氮氧化为氮气的过程。与传统脱氮除磷工艺相比，厌氧氨氧化工艺不用投加有机碳源，曝气能耗也可节省约60%，且污泥产量小。

目前，利用厌氧氨氧化技术处理高氨氮废水已经相对成熟，但是处理生活污水仍有较大的难度。主要原因是，进水氮浓度较低，NOB（亚硝酸盐氧化菌）的抑制条件不存在。另外，出水氨氮浓度较低时，AOB（氨氧化菌）的生长速率比NOB低，为保证系统的稳定运行，厌氧氨氧化的出水氨氮通常要保持在5mg/L以上，因此后续还应做进一步处理，才能获得较好的出水水质。

整体而言，利用厌氧氨氧化技术处理生活污水由于仍存在瓶颈问题尚未解决，而且单独采用厌氧氨氧化工艺无法完成磷的去除，所以在应用层面上，与传统A²O工艺相比难以形成显著的竞争优势。随着耦合工艺的快速发展，在强化传统A²O工艺碳源高效利用的基础上，将厌氧氨氧化技术与传统A²O工艺相结合，发挥二者的优势，克服自身缺陷，已成为实现厌氧氨氧化在生活污水处理领域中应用的主要方向之一。

在工艺耦合过程中，由于厌氧氨氧化和A²O工艺所需进水碳氮比不同，如何满足各自的进水水质是一个需要关注的难点。另外，A²O工艺存在的污泥回流，进一步稀释了进水氮浓度，对厌氧氨氧化工艺的稳定运行更为不利，如何避免两种工艺系统的相互影响，实现各自功能微生物的有效持留和生长，也是需要考虑的重要问题。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种低碳型污水脱氮除磷系统及工艺。本发明在主流改良A²O脱氮除磷单元的缺氧池内设置了反硝化除磷区，在好氧池内设置了消氧区，结合初沉发酵池，强化了A²O工艺碳源的高效利用，在此基础上通过设置旁路厌氧氨氧化池、碳源分离沉淀池和污泥双回流系统，解决了厌氧氨氧化技术与A²O工艺难以耦合的技术难点，实现了主流改良A²O脱氮除磷单元和旁路厌氧氨氧化单元的稳定、高效运行。工艺系统出水水质好，整体无外加碳源，曝气能耗低，实现了高效、低碳的脱氮除磷。

为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种低碳型污水脱氮除磷系统，包括初沉发酵池、主流改良A²O脱氮除磷单元和旁路厌氧氨氧化单元；

所述主流改良A²O脱氮除磷单元包括预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池；

所述初沉发酵池的出水口同时与所述预缺氧池及厌氧池的进口端连接，所述预缺氧池的出口端与所述厌氧池的进口端连接，所述厌氧池的出口端与所述缺氧池的进口端连接，所述缺氧池的出口端与所述好氧池连接，所述好氧池的出口端同时与所述二沉池的进口端及内回流泵的进口端连接，所述内回流泵的出口端与所述缺氧池的进口端连接，所述二沉池的底部排泥口同时与第一污泥回流泵及第二污泥回流泵的进口端连接，所述第一污泥回流泵的出口端与所述缺氧池进口端连接，所述第二污泥回流泵的出口端与所述预缺氧池的进口端连接；

所述旁路厌氧氨氧化单元包括碳源分离沉淀池和厌氧氨氧化池，所述碳源分离沉淀池的进口端与进水泵的出口端连接，所述碳源分离沉淀池的出口端与所述厌氧氨氧化池的进口端连接，所述厌氧氨氧化池的出口端与所述缺氧池进口端连接，所述碳源分离沉淀池底部排泥口与所述缺氧池进口端连接，所述进水泵的进口端与所述厌氧池的出口端连接。

进一步地，所述缺氧池包括反硝化除磷区和反硝化区，所述反硝化除磷区的进口端同时与所述厌氧池的出口端、所述碳源分离沉淀池的底部排泥口、所述厌氧氨氧化池的出口端、所述内回流泵的出口端及所述第一污泥回流泵的出口端连接，所述反硝化除磷区的出口端与所述反硝化区的进口端连接，所述反硝化区的出口端与所述好氧池的进口端连接。

进一步地，所述好氧池包括好氧区和消氧区，所述好氧区的进口端与所述反硝化区的出口端连接，所述好氧区的出口端同时与所述消氧区及所述二沉池的进口端连接，所述消氧区的出口端与所述内回流泵的进口端连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种低碳型污水脱氮除磷工艺，包括以下步骤：

步骤S1、经预处理的生活污水进入初沉发酵池进行初步沉淀并发酵，为后续脱氮除磷提供碳源；

步骤S2、所述初沉发酵池的部分出水与二沉池部分回流污泥一起进入预缺氧池进行反硝化；

步骤S3、所述初沉发酵池的另一部分出水与所述预缺氧池的出水一起进入厌氧池，进行生物释磷；

步骤S4、所述厌氧池的部分出水进入碳源分离沉淀池进行泥水分离；

步骤S5、碳源分离沉淀池的上清液进入厌氧氨氧化池完成自养脱氮；

步骤S6、碳源分离沉淀池底部排出的污泥、进入内回流泵的内回流混合液、进入第一污泥回流泵的回流污泥、厌氧氨氧化池的出水和厌氧池的另一部分出水同时进入缺氧池的反硝化除磷区进行反硝化吸磷；

步骤S7、所述反硝化除磷区出水依次进入缺氧池的反硝化区、好氧池的好氧区完成反硝化脱氮、好氧吸磷和硝化；

步骤S8、所述好氧区的部分出水进入好氧池的消氧区，所述消氧区出水经内回流泵进入所述反硝化除磷区；

步骤S9、好氧区的另一部分出水进入二沉池完成泥水分离后，清液由所述二沉池的出口端排出；

步骤S10、所述二沉池的底部排泥一部分经第一污泥回流泵进入所述反硝化除磷区，另一部分经第二污泥回流泵进入预缺氧池。

进一步地，所述初沉发酵池中的固体停留时间为1~5 d，水力停留时间为0.5~1.0h；表面负荷为2.0~2.5 m³/(m²·h)，控制泥位为有效水深的60%~80%，搅拌功率不超过0.5W/m³。

进一步地，所述碳源分离沉淀池中的水力停留时间为1~2h。

进一步地，所述消氧区的水力停留时间为0.5~1.0 h，内设搅拌器或推进器，末端DO控制在0.5 mg/L以下。

进一步地，所述厌氧氨氧化池为一体式厌氧氨氧化系统，在同一池中完成亚硝化和厌氧氨氧化过程。

进一步地，所述厌氧氨氧化池中的水力停留时间为2~6 h，采用活性污泥工艺时，固体停留时间为4~6 d，DO为0.5 mg/L以下，采用纯膜MBBR（移动床生物膜反应器）工艺时，填料填充比为30%~50%，DO为0.5~2.5 mg/L。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

（1）本发明通过设置旁路厌氧氨氧化单元，将自养脱氮和A²O脱氮除磷工艺相结合，克服了传统脱氮除磷高能耗、高药耗的缺点，同时避免了单独采用厌氧氨氧化工艺，出水氨氮难以获得很低的浓度且不能除磷的缺点，既保障了出水水质，又实现了高效、低碳的脱氮除磷，出水满足一级A排放标准。

（2）在A²O系统缺氧池内设置了反硝化除磷区，通过反硝化除磷菌的代谢同时完成过量吸磷和反硝化过程，兼顾了除磷和脱氮的效率，实现了“一碳两用”，通过引入初沉发酵、反硝化除磷和厌氧氨氧化技术，实现系统整体无外加碳源，显著节省了运行费用。

（3）初沉发酵池通过污泥停留时间、机械搅拌和高泥位的控制，强化水力剪切作用，将悬浮颗粒外层包裹的有机物剥离的同时进行初步水解，有效改善了出水碳源结构，提高了碳源利用效率。

（4）通过设置碳源分离沉淀池，将释磷液进行泥水分离，既满足了厌氧氨氧化低碳氮比的进水要求，也为缺氧池反硝化除磷提供了胞内碳源，利于厌氧氨氧化和反硝化除磷的高效运行。

（5）采用污泥双回流系统，避免了将污泥全部回流至预缺氧池，对厌氧氨氧化池进水造成较大程度的稀释，利于NOB的抑制，进而实现厌氧氨氧化的稳定运行。

（6）将A²O好氧池中的混合液分流，并分别进入消氧区和好氧区，在不影响好氧区实际运行功能的情况下，实现对内回流混合液DO（Dissolved Oxygen，溶解氧）的控制，避免了回流至缺氧池后DO对反硝化过程的抑制。

附图说明

图1是本发明实施例中的工艺流程图。

附图标记说明：1-初沉发酵池；2-预缺氧池；3-厌氧池；4-缺氧池；4a-反硝化除磷区；4b-反硝化区；5-好氧池；5a-好氧区；5b-消氧区；6-二沉池；7-碳源分离沉淀池；8-厌氧氨氧化池；9-进水泵；10-内回流泵；11-第一污泥回流泵；12-第二污泥回流泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种低碳型污水脱氮除磷系统，包括初沉发酵池1、主流改良A²O脱氮除磷单元和旁路厌氧氨氧化单元；

主流改良A²O脱氮除磷单元包括预缺氧池2、厌氧池3、缺氧池4、好氧池5和二沉池6；

初沉发酵池1的出水口同时与预缺氧池2及厌氧池3的进口端连接，预缺氧池2的出口端与厌氧池3的进口端连接，厌氧池3的出口端与缺氧池4的进口端连接，缺氧池4的出口端与好氧池5连接，好氧池5的出口端同时与二沉池6的进口端及内回流泵10的进口端连接，内回流泵10的出口端与缺氧池4的进口端连接，二沉池6的底部排泥口同时与第一污泥回流泵11及第二污泥回流泵12的进口端连接，第一污泥回流泵11的出口端与缺氧池4进口端连接，第二污泥回流泵12的出口端与预缺氧池2的进口端连接；

旁路厌氧氨氧化单元包括碳源分离沉淀池7和厌氧氨氧化池8，碳源分离沉淀池7的进口端与进水泵9的出口端连接，碳源分离沉淀池7的出口端与厌氧氨氧化池8的进口端连接，厌氧氨氧化池8的出口端与缺氧池4进口端连接，碳源分离沉淀池7底部排泥口与缺氧池4的进口端连接，进水泵9的进口端与厌氧池3的出口端连接。

具体地，缺氧池4包括反硝化除磷区4a和反硝化区4b，反硝化除磷区4a的进口端同时与厌氧池3的出口端、碳源分离沉淀池7的底部排泥口、厌氧氨氧化池8的出口端、内回流泵10的出口端及第一污泥回流泵11的出口端连接，反硝化除磷区4a的出口端与反硝化区4b的进口端连接，反硝化区4b的出口端与好氧池5的进口端连接。

好氧池5包括好氧区5a和消氧区5b，好氧区5a的进口端与反硝化区4b的出口端连接，好氧区5a的出口端同时与消氧区5b及二沉池6的进口端连接，消氧区5b的出口端与内回流泵10的进口端连接。

实施例2

一种低碳型污水脱氮除磷工艺，包括以下步骤：

步骤S1、经预处理的生活污水进入初沉发酵池1进行初步沉淀并发酵，污水中悬浮固体的无机组分被去除，有机组分从悬浮颗粒外层剥离的同时被水解，为后续脱氮除磷提供碳源；

初沉发酵池1中的固体停留时间为1~5 d，水力停留时间为0.5~1.0 h；表面负荷为2.0~2.5 m³/(m²·h)，初沉发酵池1内的泥位为有效水深的60%~80%，搅拌功率不超过0.5 W/m³。

步骤S2、初沉发酵池1中的部分出水（总进水量的0~30%）与二沉池6部分回流污泥（总进水量的25~50%）一起进入预缺氧池2进行反硝化；通过反硝化作用去除回流污泥中的硝酸盐，消除其对后续厌氧池释磷过程的不利影响。

步骤S3、初沉发酵池1的另一部分出水（总进水量的70~100%）与预缺氧池2的出水一起进入厌氧池3，进行生物释磷；

生物释磷过程中溶解性有机物经兼性细菌的发酵转化为VFA（挥发性有机酸），后被聚磷菌吸收进入细胞内，同化合成胞内碳源存储物PHB（聚-β羟基丁酸盐）。

步骤S4、厌氧池3的部分出水（总进水量的0~50%）进入碳源分离沉淀池7进行泥水分离；碳源分离沉淀池7的水力停留时间为1~2h。

步骤S5、碳源分离沉淀池7的上清液溶解性有机物的含量较少，进入厌氧氨氧化池8完成自养脱氮；厌氧氨氧化池8为一体式厌氧氨氧化系统，在同一池中完成亚硝化和厌氧氨氧化过程。

厌氧氨氧化池8的水力停留时间为2~6 h，采用活性污泥工艺时，固体停留时间为4~6 d，DO为0.5 mg/L以下，采用纯膜MBBR工艺时，填料填充比为30%~50%，DO为0.5~2.5 mg/L。

步骤S6、碳源分离沉淀池7底部排出的污泥、进入内回流泵10的内回流混合液、进入第一污泥回流泵11的回流污泥、厌氧氨氧化池8的出水和厌氧池3的另一部分（总进水量的0~50%）出水同时进入缺氧池4的反硝化除磷区4a进行反硝化吸磷；

碳源分离沉淀池7底部的排出的污泥富含PHB，在缺氧阶段，反硝化聚磷菌利用内回流混合液中的NO₃ ^－中的N为电子供体，氧化PHB，将厌氧氨氧化池8的出水和厌氧池3的另一部分出水中的溶解性磷酸盐过量吸收，并同时将NO₃ ^-还原为氮气。

步骤S7、反硝化除磷区4a出水依次进入缺氧池4的反硝化区4b、好氧池5的好氧区5a完成反硝化脱氮、好氧吸磷和硝化；

步骤S8、好氧区5a的部分出水（总进水量的10~30%）进入好氧池的消氧区5b，降低内回流混合液DO，减少内回流混合液DO对缺氧区反硝化效果的影响，好氧池消氧区5b出水经内回流泵10进入反硝化除磷区4a；

消氧区5b的水力停留时间为0.5~1.0 h，内设搅拌器或推进器，末端DO控制在0.5mg/L以下，需要说明的是末端指的是内回流点前的消氧区5b的末端。

步骤S9、好氧区5a的另一部分出水（总进水量的70~90%）进入二沉池6完成泥水分离后，清液由二沉池6的出口端排出；

步骤S10、二沉池6的底部排泥一部分（总进水量的25~50%）经第一污泥回流泵11进入反硝化除磷区4a，另一部分（总进水量的25~50%）经第二污泥回流泵12进入预缺氧池2。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种低碳型污水高效脱氮除磷系统，其特征在于，包括初沉发酵池（1）、主流改良A²O脱氮除磷单元和旁路厌氧氨氧化单元；

所述主流改良A²O脱氮除磷单元包括预缺氧池（2）、厌氧池（3）、缺氧池（4）、好氧池（5）和二沉池（6）；

所述初沉发酵池（1）的出水口同时与所述预缺氧池（2）及厌氧池（3）的进口端连接，所述预缺氧池（2）的出口端与所述厌氧池（3）的进口端连接，所述厌氧池（3）的出口端与所述缺氧池（4）的进口端连接，所述缺氧池（4）的出口端与所述好氧池（5）连接，所述好氧池（5）的出口端同时与所述二沉池（6）的进口端及内回流泵（10）的进口端连接，所述内回流泵（10）的出口端与所述缺氧池（4）的进口端连接，所述二沉池（6）的底部排泥口同时与第一污泥回流泵（11）及第二污泥回流泵（12）的进口端连接，所述第一污泥回流泵（11）的出口端与所述缺氧池（4）进口端连接，所述第二污泥回流泵（12）的出口端与所述预缺氧池（2）的进口端连接；

所述旁路厌氧氨氧化单元包括碳源分离沉淀池（7）和厌氧氨氧化池（8），所述碳源分离沉淀池（7）的进口端与进水泵（9）的出口端连接，所述碳源分离沉淀池（7）的出口端与所述厌氧氨氧化池（8）的进口端连接，所述厌氧氨氧化池（8）的出口端与所述缺氧池（4）进口端连接，所述碳源分离沉淀池（7）底部排泥口与所述缺氧池（4）进口端连接，所述进水泵（9）的进口端与所述厌氧池（3）的出口端连接；

所述缺氧池（4）包括反硝化除磷区（4a）和反硝化区（4b），所述反硝化除磷区（4a）的进口端同时与所述厌氧池（3）的出口端、所述碳源分离沉淀池（7）的底部排泥口、所述厌氧氨氧化池（8）的出口端、所述内回流泵（10）的出口端及所述第一污泥回流泵（11）的出口端连接，所述反硝化除磷区（4a）的出口端与所述反硝化区（4b）的进口端连接，所述反硝化区（4b）的出口端与所述好氧池（5）的进口端连接；

所述好氧池（5）包括好氧区（5a）和消氧区（5b），所述好氧区（5a）的进口端与所述反硝化区（4b）的出口端连接，所述好氧区（5a）的出口端同时与所述消氧区（5b）及所述二沉池（6）的进口端连接，所述消氧区（5b）的出口端与所述内回流泵（10）的进口端连接。

2.一种低碳型污水高效脱氮除磷工艺，其特征在于，在权利要求1所述的脱氮除磷系统中进行，包括以下步骤：

步骤S1、经预处理的生活污水进入初沉发酵池（1）进行初步沉淀并发酵，为后续脱氮除磷提供碳源；

步骤S2、所述初沉发酵池（1）的部分出水与二沉池（6）的部分回流污泥一起进入预缺氧池（2）进行反硝化；

步骤S3、所述初沉发酵池（1）的另一部分出水与所述预缺氧池（2）的出水一起进入厌氧池（3），进行生物释磷；

步骤S4、所述厌氧池（3）的部分出水进入碳源分离沉淀池（7）进行泥水分离；

步骤S5、碳源分离沉淀池（7）的上清液进入厌氧氨氧化池（8）完成自养脱氮；

步骤S6、碳源分离沉淀池（7）底部排出的污泥、进入内回流泵（10）的内回流混合液、进入第一污泥回流泵（11）的回流污泥、厌氧氨氧化池（8）的出水和厌氧池（3）的另一部分出水同时进入缺氧池（4）的反硝化除磷区（4a）进行反硝化吸磷；

步骤S7、所述反硝化除磷区（4a）出水依次进入缺氧池（4）的反硝化区（4b）、好氧池（5）的好氧区（5a）完成反硝化脱氮、好氧吸磷和硝化；

步骤S8、所述好氧区（5a）的部分出水进入好氧池（5）的消氧区（5b），所述消氧区（5b）出水经内回流泵（10）进入所述反硝化除磷区（4a）；

步骤S9、所述好氧区（5a）的另一部分出水进入二沉池（6）完成泥水分离后，清液由所述二沉池（6）的出口端排出；

步骤S10、所述二沉池（6）的底部排泥一部分经第一污泥回流泵（11）进入所述反硝化除磷区（4a），另一部分经第二污泥回流泵（12）进入预缺氧池（2）。

3.根据权利要求2所述的低碳型污水高效脱氮除磷工艺，其特征在于，所述初沉发酵池（1）中的固体停留时间为1~5 d，水力停留时间为0.5~1.0 h；表面负荷为2.0~2.5 m³/(m²·h)，所述初沉发酵池（1）内的泥位为有效水深的60%~80%，搅拌功率不超过0.5 W/m³。

4.根据权利要求2所述的低碳型污水高效脱氮除磷工艺，其特征在于，所述碳源分离沉淀池（7）中的水力停留时间为1~2h。

5.根据权利要求2所述的低碳型污水高效脱氮除磷工艺，其特征在于，所述消氧区（5b）的水力停留时间为0.5~1.0 h，内设搅拌器或推进器，末端DO控制在0.5 mg/L以下。

6.根据权利要求2所述的低碳型污水高效脱氮除磷工艺，其特征在于，所述厌氧氨氧化池（8）为一体式厌氧氨氧化系统，在同一池中完成亚硝化和厌氧氨氧化过程。

7.根据权利要求2所述的低碳型污水高效脱氮除磷工艺，其特征在于，所述厌氧氨氧化池（8）中的水力停留时间为2~6 h，采用活性污泥工艺时，固体停留时间为4~6 d，DO为0.5mg/L以下，采用纯膜MBBR工艺时，填料填充比为30%~50%，DO为0.5~2.5 mg/L。