CN115072870A - 一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统和方法。实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统包括原水池，以及依次连接的厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池；原水池通过第一进水泵、第一进水管与厌氧池连接；原水池通过第二进水泵、第二进水管与缺氧池连接；沉淀池底部通过污泥回流泵、污泥回流管连接到厌氧池前端；缺氧池能够投加填料富集厌氧氨氧化菌；在缺氧池反硝化菌利用在厌氧池储存的内碳源和原水中的外碳源进行全程反硝化和部分短程反硝化，厌氧氨氧化菌利用短程反硝化产生的亚硝酸盐氮和进入缺氧池的原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，从而实现异养与自养协同高效脱氮。

Description

一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统和方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统和方法。

背景技术

近些年，我国的生态环保越来越受到重视，污水处理行业排放标准也日益严格。在传统的污水处理模式和技术条件下，高标准排放导致污水处理行业普遍出现能源消耗和资源浪费等一系列问题。污水处理被认为是一个高耗能行业。随着污水处理行业迎来高质量发展新时期，减污与降碳的协同对污水处理行业提出更高的要求。在此背景下，开发新型低碳水处理技术并推动其在我国落地推广十分必要。

现阶段污水处理厂常用的二级生化处理技术处理低碳氮比的污水，总氮难以达标，往往需要投加大量碳源，造成运行成本升高和资源的消耗；此外，现有污水处理工艺多为AAO等前置反硝化技术，其工艺自身脱氮效果受硝化液回流比限制，很难深度脱氮，在出水高标准要求地区，如环境敏感区，水厂常采用增设深度处理单元来达到出水标准，不仅增长了工艺流程，还造成建设和运行成本的增加。

因此，无论从水处理经济效益角度还是生态环境保护角度，开发污水脱氮新工艺、新技术，都显得尤为迫切。

进一步的,后置反硝化，能够利用内碳源反硝化，且脱氮效率不受回流比限制。

需要说明的是,厌氧氨氧化技术是可将氨氮和亚硝态氮转化为氮气的自养脱氮过程，相比反硝化，厌氧氨氧化能减少碳源、能耗和污泥产量，被认为是符合可持续发展概念的绿色低碳污水处理技术。污水中亚硝态氮的积累是实现厌氧氨氧化的难点，实现亚硝态氮的积累有两种途径：短程硝化和短程反硝化。短程硝化影响因素较多，工程上难以维持稳定。相较而言，短程反硝化可以比较稳定的实现亚硝态氮积累，因此通过短程反硝化可实现部分厌氧氨氧化自养脱氮。

发明内容

本发明的目的包括提供一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其能够提供一种新的污水处理工艺，实现异养与自养协同高效脱氮，以改善现有技术中污水脱氮效率受制于硝化液回流比的限制，以及投加大量外加碳源造成处理成本高的问题。

本发明的另一目的包括提供一种包括上述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统的处理方法，其能够利用AOA工艺将原水中有机物储存为内碳源，还能够在AOA系统中投加填料富集厌氧氨氧化菌，并设置厌氧、缺氧两点进水，在缺氧池发生短程反硝化部分厌氧氨氧化协同异养反硝化，实现高效脱氮的目的，无需投加碳源，可节省能耗、污泥减量。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其包括：

原水池，以及依次连接的厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池；

所述原水池通过第一进水泵、第一进水管与所述厌氧池连接；所述原水池通过第二进水泵、第二进水管与所述缺氧池连接；

所述沉淀池底部通过污泥回流泵、污泥回流管连接到所述厌氧池前端；

所述缺氧池能够投加填料富集厌氧氨氧化菌；在缺氧池反硝化菌利用在厌氧池储存的内碳源和进入缺氧池原水中的COD为碳源，进行全程反硝化和部分短程反硝化，厌氧氨氧化菌利用短程反硝化产生的亚硝酸盐氮和进入缺氧池的原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，从而实现异养与自养协同高效脱氮。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括第一进水调节阀、第一进水流量计、第二进水调节阀和第二进水流量计；

沿管道中流体的流动方向，所述第一进水调节阀和所述第一进水流量计依次设置在所述第一进水管上，所述第二进水调节阀和所述第二进水流量计依次设置在所述第二进水管上。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括COD在线监测仪和氨氮在线监测仪

所述COD在线监测仪和所述氨氮在线监测仪均设置在所述原水池上。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括搅拌装置；所述厌氧池、所述缺氧池均设置有所述搅拌装置。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括曝气设备；所述曝气设备包括依次连接的风机、曝气管路和曝气器，且所述曝气器设置在所述好氧池底部；

和/或，沿管道中流体的流动方向，所述曝气管路上依次连接有曝气调节阀和气体流量计；

和/或，所述好氧池设置有DO在线监测仪。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括污泥回流调节阀和污泥回流流量计；

沿管道中流体的流动方向，所述污泥回流调节阀和所述污泥回流流量计依次设置在所述污泥回流管上。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括排泥设备，所述排泥设备包括排泥泵和排泥管，所述排泥泵通过所述排泥管与所述沉淀池底部相连；

和/或，所述排泥管上设置排泥阀。

在本发明的一种实施例中：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括中央控制器；

所述中央控制器至少与所述第一进水泵、第二进水泵和污泥回流泵电连接以实现对所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统的自动化控制；

和/或所述中央控制器为PLC控制器。

本发明的另一目的包括提供一种包括上述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统的处理方法，其能够利用AOA工艺在厌氧池将通过将有机物储存为内碳源，且在缺氧池投加填料富集厌氧氨氧化菌，并设置厌氧、缺氧两点进水，在后置缺氧池，实现短程反硝化部分厌氧氨氧化协同异养反硝化高效脱氮，无需外加碳源，且脱氮效率不受回流比限制。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理方法，其基于上述任一项实施方式的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，所述处理方法包括以下步骤：

启动所述第一进水泵、所述第二进水泵，原水由所述原水池分别沿第一进水管和第二进水管进入厌氧池和缺氧池；

在所述厌氧池中，经第一进水管进入厌氧池的原水与回流到厌氧池的回流污泥搅拌混合，利用原水中的COD储存为内碳源并进行释磷反应；

在所述好氧池中，来自厌氧池的出水进入好氧池后，好氧池进行曝气作业，好氧池中的污水进行硝化、吸磷反应，去除氨氮和磷；

在所述缺氧池中，来自好氧池的出水与经第二进水管进入缺氧池的原水混合均匀，利用在厌氧池储存的内碳源和进入缺氧池的原水中的COD为碳源进行短程反硝化，将好氧池产生的硝态氮转化成亚硝态氮，一部分亚硝态氮被反硝化菌进一步还原为氮气去除，一部分被填料上富集的厌氧氨氧化菌利用和原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应脱氮；

在所述沉淀池中，来自所述缺氧池出水流入沉淀池进行泥水分离后将上清液排出，所述沉淀底部污泥回流至所述厌氧池前端，剩余污泥经排泥管排出；定期开启排泥泵和排泥阀，排出剩余污泥。

在本发明的一种实施例中：

所述缺氧池填料投加比为10～30％；

和/或，所述沉淀池回流至所述厌氧池的污泥回流比为50％～100％；

和/或，所述好氧池的DO浓度为1.5～3mg/L。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统和方法能够采用AOA生化流程并设置多点进水，在厌氧池充分利用有机物储存为内碳源，在缺氧池发生短程反硝化部分厌氧氨氧化协同异养反硝化，达到异养与自养协同高效脱氮的效果,无需投加碳源，可节省能耗、污泥减量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统的结构示意图。

图标：10-原水池；11-第一进水泵；12-第一进水调节阀；13-第一进水流量计；14-第二进水泵；15-第二进水调节阀；16-第二进水调节阀；17-COD在线监测仪；18-氨氮在线监测仪；20-厌氧池；30-好氧池；31-风机；32-曝气调节阀；33-气体流量计；34-曝气器；35-DO在线监测仪；40-缺氧池；41-填料；50-沉淀池；51-污泥回流泵；52-污泥回流调节阀；53-污泥回流流量计；54-排泥泵；55-排泥阀；60-中央控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其包括原水池10，以及依次连接的厌氧池20、好氧池30、缺氧池40和沉淀池50。

原水池10通过第一进水泵11、第一进水管与厌氧池20连接；原水池10通过第二进水泵14、第二进水管与缺氧池40连接；

沉淀池50底部通过污泥回流泵51、污泥回流管连接到厌氧池20前端；

缺氧池40能够投加填料41富集厌氧氨氧化菌；在缺氧池40反硝化菌利用在厌氧池储存的内碳源和进入缺氧池原水中的COD为碳源，进行全程反硝化和部分短程反硝化，厌氧氨氧化菌利用短程反硝化产生的亚硝酸盐氮和进入缺氧池的原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，从而实现异养与自养协同高效脱氮。

进一步，请继续参阅图1，从图中还可以看出，在本发明的本实施例中，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括第一进水调节阀12、第一进水流量计13、第二进水调节阀15和第二进水流量计；沿管道中流体的流动方向，第一进水调节阀12和第一进水流量计13依次设置在第一进水管上，第二进水调节阀15和第二进水流量计依次设置在第二进水管上。

可选的，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括COD在线监测仪17和氨氮在线监测仪18；COD在线监测仪17和氨氮在线监测仪18均设置在原水池10上。缺氧池40的进水流量根据COD在线监测仪17和氨氮在线监测仪18监测得到COD浓度、氨氮浓度、厌氧池20进水流量、污泥回流流量综合计算所得。

在本发明的本实施例中，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括搅拌装置；厌氧池20、缺氧池40均设置有搅拌装置。搅拌装置用于使得厌氧池20、缺氧池40中的组分混合均匀，提高反应效率，保障污水处理的质量。

从图中还可以看出，在本发明的本实施例中，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括曝气设备；曝气设备包括依次连接的风机31、曝气管路和曝气器34，且曝气器34设置在好氧池30底部。

沿管道中流体的流动方向，曝气管路上依次连接有曝气调节阀32和气体流量计33。如此以使对曝气情况的监控和自动化控制。

好氧池30设置有DO在线监测仪35。如此是对好氧池30中参数的监控和控制。

从图中还可以看出，在本发明的本实施例中，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括污泥回流调节阀52和污泥回流流量计53；沿管道中流体的流动方向，污泥回流调节阀52和污泥回流流量计53依次设置在污泥回流管上。

实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括排泥设备，排泥设备包括排泥泵54和排泥管，排泥泵54通过排泥管与沉淀池50底部相连。进一步的，排泥管上设置排泥阀55。

在本发明的本实施例中，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括中央控制器60；中央控制器60至少与第一进水泵11、第二进水泵14和污泥回流泵51电连接以实现对实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统的自动化控制。可选的，中央控制器60为PLC控制器。

进一步的，第一进水泵11、第一进水调节阀12、第一进水流量计13、第二进水泵14、第二进水调节阀15、第二进水流量计、污泥回流泵51、污泥回流调节阀52、污泥回流流量计53、搅拌装置、风机31、曝气调节阀32、气体流量计33、COD在线监测仪17、NH₃-N在线监测仪(即氨氮在线监测仪18)、DO在线监测仪35、排泥泵54和排泥阀55通过电线电缆连接到PLC控制器，形成控制系统。

一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理方法具体如下：

(1)启动第一进水泵11、第二进水泵14，原水由原水池10分别沿第一进水管和第二进水管进入厌氧池20和缺氧池40，通过第一进水调节阀12和第二进水调节阀15来调节分配到厌氧池20和缺氧池40的进水量。

(2)原水进入厌氧池20与回流到厌氧池20的回流污泥搅拌混合，利用原水中的COD储存为内碳源并进行释磷反应。

(3)厌氧池20出水进入好氧池30，风机31开启，向好氧池30曝气，污水进行硝化、吸磷反应，去除氨氮和磷，PLC控制器根据好氧池30的DO在线监测仪35反馈的数据调节风机31频率或曝气调节阀32控制风量。

(4)好氧池30出水、原水池10分配的部分原水进入缺氧池40混合均匀，利用在厌氧池20储存的内碳源和进入缺氧池40的原水中的COD为碳源进行短程反硝化，将好氧池30产生的硝态氮转化成亚硝态氮，一部分亚硝态氮被反硝化菌进一步还原为氮气去除，一部分被填料41上富集的厌氧氨氧化菌利用和原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应脱氮。

(5)缺氧池40出水流入沉淀池50，泥水分离后，上清液排出，底部污泥回流至所述厌氧池20前端，剩余污泥经排泥管排出；回流至厌氧池20的污泥量通过污泥回流泵51或污泥回流调节阀52调节；定期开启排泥泵54和排泥阀55，排出剩余污泥。

可选的,缺氧池填料投加比为10～30％；

和/或，沉淀池回流至厌氧池的污泥回流比为50％～100％；

和/或，好氧池的DO浓度为1.5～3mg/L。

本实施例中，处理规模125m³/d,进水为海口市某污水处理厂生活污水，厌氧池和缺氧池进水的分配比为4:1，缺氧池填料投加比15％，污泥浓度MLSS为3000～5000mg/L，沉淀池回流到厌氧池的回流比为80％，好氧末端DO控制浓度为1.5～2.0mg/L,系统填料挂膜稳定后，进出水水质如下：

项目	COD(mg/L)	NH<sub>3</sub>-N(mg/L)	TN(mg/L)
				进水	100～200	20～30	22～35
出水	30	≤2	≤8

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1、本发明提供的装置和方法采用AOA生化工艺+多点进水能够实现：

(1)充分利用有机物储存为内碳源；

(2)缺氧池进水为缺氧池厌氧氨氧化菌提供氨氮作为反应底物，且原水中COD能够为反硝化提供碳源；

(3)缺氧池后置，脱氮效率不受回流比限制

2、本发明提供的装置和方法缺氧池投加填料41，由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，投加填料41可有效富集厌氧氨氧化菌。

综上，实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统及方法利用AOA工艺在厌氧池将有机物储存为内碳源，且在缺氧池投加填料41富集厌氧氨氧化菌，并设置厌氧、缺氧两点进水，在后置缺氧池，实现短程反硝化部分厌氧氨氧化协同异养反硝化深度脱氮，无需外加碳源，且脱氮效率不受回流比限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于，包括：

原水池，以及依次连接的厌氧池、好氧池、缺氧池和沉淀池；

所述原水池通过第一进水泵、第一进水管与所述厌氧池连接；所述原水池通过第二进水泵、第二进水管与所述缺氧池连接；

所述沉淀池底部通过污泥回流泵、污泥回流管连接到所述厌氧池前端；

所述缺氧池能够投加填料富集厌氧氨氧化菌；在缺氧池反硝化菌利用在厌氧池储存的内碳源和进入缺氧池原水中的COD为碳源，进行全程反硝化和部分短程反硝化，厌氧氨氧化菌利用短程反硝化产生的亚硝酸盐氮和进入缺氧池的原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，从而实现异养与自养协同高效脱氮。

2.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括第一进水调节阀、第一进水流量计、第二进水调节阀和第二进水流量计；

沿管道中流体的流动方向，所述第一进水调节阀和所述第一进水流量计依次设置在所述第一进水管上，所述第二进水调节阀和所述第二进水流量计依次设置在所述第二进水管上。

3.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括COD在线监测仪和氨氮在线监测仪

所述COD在线监测仪和所述氨氮在线监测仪均设置在所述原水池上。

4.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括搅拌装置；所述厌氧池、所述缺氧池均设置有所述搅拌装置。

5.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括曝气设备；所述曝气设备包括依次连接的风机、曝气管路和曝气器，且所述曝气器设置在所述好氧池底部；

和/或，沿管道中流体的流动方向，所述曝气管路上依次连接有曝气调节阀和气体流量计；

和/或，所述好氧池设置有DO在线监测仪。

6.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括污泥回流调节阀和污泥回流流量计；

沿管道中流体的流动方向，所述污泥回流调节阀和所述污泥回流流量计依次设置在所述污泥回流管上。

7.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括排泥设备，所述排泥设备包括排泥泵和排泥管，所述排泥泵通过所述排泥管与所述沉淀池底部相连；

和/或，所述排泥管上设置排泥阀。

8.根据权利要求1所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，其特征在于：

所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统还包括中央控制器；

所述中央控制器至少与所述第一进水泵、第二进水泵和污泥回流泵电连接以实现对所述实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统的自动化控制；

和/或所述中央控制器为PLC控制器。

9.一种实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理方法，其特征在于：

所述处理方法基于权利要求1-8中任一项所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理系统，所述处理方法包括以下步骤：

启动所述第一进水泵、所述第二进水泵，原水由所述原水池分别沿第一进水管和第二进水管进入厌氧池和缺氧池；

在所述厌氧池中，经第一进水管进入厌氧池的原水与回流到厌氧池的回流污泥搅拌混合，利用原水中的COD储存为内碳源并进行释磷反应；

在所述好氧池中，来自厌氧池的出水进入好氧池后，好氧池进行曝气，好氧池中的污水进行硝化、吸磷反应，去除氨氮和磷；

在所述缺氧池中，来自好氧池的出水与经第二进水管进入缺氧池的原水混合均匀，利用在厌氧池储存的内碳源和进入缺氧池的原水中的COD为碳源进行短程反硝化，将好氧池产生的硝态氮转化成亚硝态氮，一部分亚硝态氮被反硝化菌进一步还原为氮气去除，一部分被填料上富集的厌氧氨氧化菌利用和原水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应脱氮；

在所述沉淀池中，来自所述缺氧池出水流入沉淀池进行泥水分离后将上清液排出，所述沉淀底部污泥回流至所述厌氧池前端，剩余污泥经排泥管排出；定期开启排泥泵和排泥阀，排出剩余污泥。

10.根据权利要求9所述的实现污水异养与自养协同高效脱氮的处理方法，其特征在于：

所述缺氧池填料投加比为10～30％；

和/或，所述沉淀池回流至所述厌氧池的污泥回流比为50％～100％；

和/或，所述好氧池的DO浓度为1.5～3mg/L。

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