CN115215439A - 基于两级ao双回流工艺的污水深度脱氮装置及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置及运行方法，包括原水箱、主反应器和二沉池，主反应器分隔为依次连通的预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区，原水箱通过第一进水泵与预缺氧区和缺氧区的首段连通，第二好氧区末段通过溢流管与二沉池的顶端连通，第一好氧区的末段底部通过第一内回流泵与预缺氧区连通，第二好氧区的末段底部通过第二内回流泵与缺氧区的首段连通，二沉池的底部通过污泥回流泵与预缺氧区连通；第一好氧区和第二好氧区内部的底端均安装有曝气盘，曝气盘外部连通气泵，每个曝气盘与气泵之间均设有转子流量计，该装置无需投加外碳源，有效解决城市污水低C/N导致的脱氮效率低的问题。

Description

基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置及运行方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置及运行方法。
背景技术
现有发明专利(申请号：CN2019108711057)公开了一种基于DEAMOX污泥双回流AOAO污水深度脱氮除磷的装置与方法，该专利设计中：厌氧区超越污泥步骤的设置虽然会避开后续好氧段，减少溶解氧对水中碳源的无效消耗，但也会直接引入原水中的有机物，干扰缺氧段的厌氧氨氧化过程的同时，也会影响内碳源的储存；同时，系统厌氧段短程反硝化作用生成的亚硝态氮极易在后续好氧段被硝化菌当作底物所利用，继而生成的硝态氮会干扰氨氮和亚硝态氮的比例，影响厌氧氨氧化过程；并且从二沉池回流到厌氧区的污泥中会含有一定浓度的溶解氧，影响厌氧释磷过程的同时也极易破坏短程反硝化过程，进而干扰后续反应器的处理能力，降低脱氮效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置及运行方法，以解决目前城市污水处理厂存在的运行成本高、碳源不足、出水总氮难以稳定达标等问题。
本发明提供一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，包括依次连通的原水箱、主反应器和二沉池，所述主反应器分隔为依次连通的预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区，所述原水箱通过第一进水泵与所述预缺氧区和所述缺氧区的首段连通，第二好氧区末段通过溢流管与所述二沉池的顶端连通，所述第一好氧区的末段底部通过第一内回流泵与所述预缺氧区连通，所述第二好氧区的末段底部通过第二内回流泵与所述缺氧区的首段连通，所述二沉池的底部设有污泥回流口，所述污泥回流口通过污泥回流泵与所述预缺氧区连通；
所述第一好氧区和所述第二好氧区内部的底端均安装有曝气盘，所述曝气盘外部连通气泵，每个所述曝气盘与所述气泵之间均设有转子流量计，所述第一好氧区和所述第二好氧区内部均放置有悬浮空心环填料。
进一步的，所述第一进水泵与所述缺氧区首段的连通管路上设有第二进水泵。
进一步的，所述预缺氧区、厌氧区和所述缺氧区内部均设置有搅拌桨，每个所述搅拌桨的顶端均连接有搅拌器。
进一步的，所述预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区的体积之比为1:1:2:2:2。
进一步的，所述第一好氧区和所述第二好氧区中所述悬浮空心环填料的填充比为30％-40％，孔隙率为95％，比表面为500-1000m2/m3，密度为900-1000kg/m3。
进一步的，所述预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区之间通过连接孔依次连通，所述连接孔依次上下错位排列。
进一步的，所述主反应器的的材质为有机玻璃。
进一步的，所述搅拌器的转速为70-80rpm。
一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置的运行方法，其特征在于，具体包括启动阶段和稳定运行阶段；
S1：两级AO主反应器启动阶段；
S101：原水由原水箱内通过第一进水泵进入主反应器的预缺氧区，同时与原水一同进入预缺氧区的还有来自二沉池的回流污泥，反硝化菌利用进水中的有机物及回流污泥中残留的硝态氮进行反硝化；
S102：混合液进入厌氧区，含氮有机物在厌氧区发生氨化作用分解转化为氨氮，同时，厌氧区内存在的反硝化聚磷菌能够进行内碳源储存，为后续缺氧反硝化提供部分碳源；
S103：混合液进入第一好氧区发生硝化反应，通过转子流量计控制溶解氧的浓度；
S104：混合液由第一好氧区进入缺氧区，缺氧区的硝化液在反硝化菌作用下进行脱氮；
S105：混合液由缺氧区进入第二好氧区再次发生硝化反应，溶解氧的存在使悬浮空心环填料及悬浮污泥处于流化状态，进而改善污泥的沉降性能，同时第二好氧区的溶解氧能够吹脱缺氧区反硝化作用产生的氮气，部分混合液通过第二内回流泵回流到缺氧区的硝化液在反硝化菌的作用下进一步脱氮，此时第二内回流比设置为200％；
S106：混合液由第二好氧区进入二沉池进行泥水分离，二沉池中的上清液进行排放，二沉池底部分离的部分污泥通过污泥回流泵回流到预缺氧区；
S2：系统稳定运行阶段：待主反应器系统的原水均为生活污水的条件下启动运行时；
S201：将原水箱出口端设置为分段进水，启动第二进水泵，调节第二进水泵转速，预缺氧区和缺氧区的原水进水体积比为1:1，以补充缺氧区反硝化菌利用的碳源；
S202：开启第一内回流泵，使第一好氧区末段的部分硝化液回流至预缺氧区，缓解缺氧区反硝化菌的压力的同时也能利用原水中的碳源；
S203：随着反应的进行，进入缺氧区的混合液中有机物含量减少，将第一内回流比调整为150％，将第二内回流比调整为100％，以平衡各反应区的进水流量，减少回流硝化液中溶解氧对缺氧环境的影响。
进一步的，系统启动前期，步骤S101中的原水采用人工配水，其中NH4Cl浓度为190.8mg/L，所对应的NH4 +-N为50.0mg/L；葡萄糖浓度为141.5mg/L，所对应的COD当量为150.0mg/L；KH2PO4浓度为44.0mg/L，所对应的PO4 3--P为10.0mg/L；NaHCO3浓度为800.0mg/L，pH值控制在7.0-8.0，在此期间内，每天监测主反应器进出水NH4 +、NO3 -及COD浓度，待出水各指标稳定后，逐渐增加生活污水的比例，直至原水全部为生活污水。
本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果是：通过设置双回流的策略，可有效提高原水中碳源的利用率，同时，两级AO工艺的结合也能够强化反硝化脱氮过程，另外，预缺氧区及分段进水的设置在减少溶解氧对缺氧环境影响的同时，也能降低碳源投加等运行成本，最终达到城市污水深度脱氮的目的。本发明工艺流程简单，无需投加外碳源，能够有效解决城市污水低C/N导致的脱氮效率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明的整体结构及流程示意图；
附图标记说明：1-原水箱、2-预缺氧区、3-厌氧区、4-第一好氧区、5-缺氧区、6-第二好氧区、7-二沉池、8-溢流管、9-出水管、10-悬浮空心环填料、11-第一进水泵、12-第一内回流泵、13-第二内回流泵、14-曝气盘、15-气泵、16-转子流量计、17-污泥回流泵、18-第二进水泵、19-搅拌桨、20-搅拌器。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“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1
如图1所示，一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，包括依次连通的原水箱1、主反应器和二沉池7，主反应器均分为八格，具体的：主反应器分隔为依次连通的预缺氧区2、厌氧区3、第一好氧区4、缺氧区5和第二好氧区6，预缺氧区2、厌氧区3、第一好氧区4、缺氧区5和第二好氧区6之间通过连接孔依次连通，连接孔依次上下错位排列。并且预缺氧区2、厌氧区3、第一好氧区4、缺氧区5和第二好氧区6的体积之比为1:1:2:2:2，预缺氧区2、厌氧区3和缺氧区5内部均设置有搅拌桨19，每个搅拌桨19的顶端均连接有搅拌器20。此外，该反应装置涉及到的所有管线均采用硅胶软管。
预缺氧区2底部设置有剩余污泥回流口及第一内回流口，原水箱1通过第一进水泵11与预缺氧区2和缺氧区5的首段连通，第二好氧区6末段通过溢流管8与二沉池7的顶端连通，第一好氧区4的末段底部通过第一内回流泵12与预缺氧区2的第一内回流口连通，缺氧区5位于两个好氧区中间，缺氧区5的首段底部设有进水口和第二内回流口，第二好氧区6的末段底部通过第二内回流泵13与缺氧区5首段的第二内回流口连通，二沉池7的底部设有污泥回流口，污泥回流口通过污泥回流泵17与预缺氧区2连通，泥水混合物经过静沉后上清液最为最终出水流出处理系统。
第一好氧区4和第二好氧区6内部的底端均安装有曝气盘14，曝气盘14外部连通气泵15，每个曝气盘14与气泵15之间均设有转子流量计16，通过转子流量计16调节曝气量，第一好氧区4和第二好氧区6内部均放置有悬浮空心环填料10，第一好氧区4和第二好氧区6中悬浮空心环填料10的填充比为30％-40％，孔隙率为95％，比表面为500-1000m2/m3，密度为900-1000kg/m3。
第一进水泵11与缺氧区5首段的连通管路上设有第二进水泵18。
一种基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置的运行方法，主要包括两级AO主反应器的启动阶段和稳定运行阶段。
两级AO主反应器启动阶段：原水通过第一进水泵11进入主反应器中的预缺氧区2，原水箱1注水体积为100L，进水流量Q为3.2L/h，进水水温为常温，主反应器有效容积为80L(主反应器材质为有机玻璃)，与原水一同进入预缺氧区2的还有来自二沉池7的回流污泥，反硝化菌利用进水中的有机物及回流污泥中残留的硝态氮进行反硝化，含氮有机物在厌氧区3发生氨化作用分解转化为氨氮，同时，厌氧区3内存在的反硝化聚磷菌等异养菌能够进行内碳源储存，为后续缺氧反硝化提供部分碳源，随后在第一好氧区4及第二好氧区6发生硝化反应，溶解氧的存在使悬浮空心环填料10及悬浮污泥处于流化状态，进而改善污泥的沉降性能，同时，第二好氧区6中的溶解氧也能吹脱缺氧区5反硝化作用产生的N2，部分回流到缺氧区5的硝化液在反硝化菌的作用下进一步脱氮，第二好氧区6通过溢流管8将泥水混合物排入到二沉池7，最终经过二沉池7的静沉作用，上清液从出水管9排出系统。二沉池7有效容积为30L，污泥回流比为100％，水力停留时间为25.0h，污泥龄为15.0d，两个好氧区内的溶解氧均控制在2.0-4.0mg/L，曝气泵15额定排气量为180L/h，转子流量计16额定量程为2L/min，两个好氧区中设置的悬浮空心环填料10填充比均为30％-40％，孔隙率为95％，比表面积为500-1000m2/m3，密度为900-1000kg/m3，在确保曝气量的前提下使悬浮空心环填料10处于流化状态，第一好氧区4和第二好氧区6均不主动排泥。主反应器中的各搅拌器20转速均控制在70-80rpm。各反应区之间通过连接孔相连，且连接孔位置均为上下错位排列。主反应器接种污泥采用全程硝化污泥，取自污水处理厂二沉池7，MLSS(混合液污泥浓度)范围为3000-5000mg/L。通过调节第二内回流泵13使第二好氧区6末端硝化液回流至缺氧区5前端的内回流比为200％。系统启动前期(0-30d)，原水采用人工配水，其中：NH4Cl浓度为190.8mg/L，所对应的NH4 +-N(以氮计)为50.0mg/L；葡萄糖浓度为141.5mg/L，所对应的COD当量为150.0mg/L；KH2PO4浓度为44.0mg/L，所对应的PO4 3--P(以磷计)为10.0mg/L；NaHCO3浓度为800.0mg/L左右，pH值范围控制在7.0-8.0。在此期间内，每天监测主反应器进出水NH4 +、NO3 -及COD浓度，待出水各指标稳定后，逐渐增加生活污水的比例，直至原水全部为生活污水。在此条件下连续运行60d后(31-90d)，若系统出水NH4 +-N稳定在1.0-2.0mg/L，NO3 --N稳定在3.0-5.0mg/L，COD(化学需氧量)定在20.0-30.0mg/L，则说明系统启动完成；若某个或某些指标不在范围内，则针对其出现的位置及阶段改善运行条件(如溶解氧、污泥浓度、污泥回流比等)。
系统调整优化及稳定运行阶段。待主反应器系统在原水均为生活污水的条件下启动运行后，将原水设置为分段进水，增设第二进水泵18，并调节其转速，使预缺氧区2与缺氧区5的进水体积比为1:1，分段后的原水分别进入到预缺氧区2及缺氧区5，以补充缺氧区5反硝化菌利用的碳源。由于流入缺氧区5的硝化液来自于第一好氧区4及第二好氧区6，这会导致缺氧区5的硝态氮浓度增加，因此，通过增设第一内回流泵12使第一好氧区4末端的部分硝化液回流至预缺氧区2，以缓解缺氧区5反硝化菌的压力，同时，也可以充分利用原水中的碳源，将第一内回流比设置为150％。另外，随着反应的进行，进入到缺氧区5的混合液中有机物含量减少，将第二内回流比调整为100％，一方面能够平衡各反应器的进水流量，另一方面也能减少回流硝化液中溶解氧对缺氧环境的影响。维持其它运行条件不变(污泥回流比为100％，进水流量Q为3.2L/h，HRT(水力停留时间)为25.0h，SRT(污泥龄)为15.0d，好氧区DO控制在2.0-4.0mg/L)。在此条件下连续运行120d(91-210d)，期间每天监测主反应器进出水的NH4 +、NO3 -及COD浓度，若系统出水NH4 +-N稳定在0-1.0mg/L，NO3 --N稳定在1.0-3.0mg/L，COD稳定在0-20.0mg/L，并通过前两个数据计算出的总氮去除率NRE≥80％时，则说明该系统已达稳定运行阶段，脱氮效果良好；若出水NH4 +-N较高，说明硝化菌活性或丰度较低，可通过提高好氧区溶解氧浓度、增加第二内回流比等方法增强硝化能力；若出水NO3 --N较高，说明反硝化菌丰度或活性较低，可通过调整内回流比及进水比补充用来供给反硝化菌利用的底物；若出水COD(化学需氧量)高，说明异养菌对有机物降解的速率低，可通过调整SRT控制系统内污泥浓度以保证COD的去除率。
本发明的技术方案与传统污水处理厂生物脱氮工艺相比，该发明具有以下优势：
(1)两级AO工艺的引入既降低了系统前级出水溶解氧、pH对后级处理的干扰，又能为缺氧区5反硝化菌提供充足的碳源，提高脱氮效率，同时，反硝化菌和聚磷菌在串联交替的缺氧好氧环境中也可以更好地生长繁殖，提高了磷的去除效率；
(2)分段进水的设置在能够补充缺氧区5反硝化过程所需的碳源、减少好氧区曝气对原水中碳源的过度消耗的同时，也可以加强内碳源的储存，另外，反应区内混合液悬浮固体浓度也能得到有效提高；
(3)通过设置硝化液双回流的策略能够实现原水中碳源利用的最大化，同时，也能平衡各反应区的进水流量，相比于单回流，该方法也可以减少硝化液中残留的溶解氧对缺氧环境的影响，强化系统的脱氮效率；
(4)反硝化聚磷菌的存在使系统能够在深度脱氮的同时，也能达到部分磷去除的目的，真正实现“一碳两用”，不仅解决了反硝化菌及聚磷菌对碳源的竞争问题，又可以将部分硝态氮或亚硝态氮作为电子受体，从而减少好氧区的曝气能耗；
(5)两个好氧区设置的空心环填料能够有效持留住硝化菌等关键菌群，由于微生物正常的生理代谢作用，填料上脱落的部分污泥随硝化液回流至前端缺氧区5能够在补充污泥浓度的同时，也可以使回流混合液中的硝态氮在缺氧区5反硝化为N2；
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，包括依次连通的原水箱、主反应器和二沉池，所述主反应器分隔为依次连通的预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区，所述原水箱通过第一进水泵与所述预缺氧区和所述缺氧区的首段连通，第二好氧区末段通过溢流管与所述二沉池的顶端连通，所述第一好氧区的末段底部通过第一内回流泵与所述预缺氧区连通，所述第二好氧区的末段底部通过第二内回流泵与所述缺氧区的首段连通，所述二沉池的底部设有污泥回流口，所述污泥回流口通过污泥回流泵与所述预缺氧区连通；
所述第一好氧区和所述第二好氧区内部的底端均安装有曝气盘，所述曝气盘外部连通气泵，每个所述曝气盘与所述气泵之间均设有转子流量计，所述第一好氧区和所述第二好氧区内部均放置有悬浮空心环填料。
2.根据权利要求1所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述第一进水泵与所述缺氧区首段的连通管路上设有第二进水泵。
3.根据权利要求1所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述预缺氧区、厌氧区和所述缺氧区内部均设置有搅拌桨，每个所述搅拌桨的顶端均连接有搅拌器。
4.根据权利要求1所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区的体积之比为1:1:2:2:2。
5.根据权利要求1所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述第一好氧区和所述第二好氧区中所述悬浮空心环填料的填充比为30％-40％，孔隙率为95％，比表面为500-1000m2/m3，密度为900-1000kg/m3。
6.根据权利要求1所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述预缺氧区、厌氧区、第一好氧区、缺氧区和第二好氧区之间通过连接孔依次连通，所述连接孔依次上下错位排列。
7.根据权利要求1所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述主反应器的的材质为有机玻璃。
8.根据权利要求3所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置，其特征在于，所述搅拌器的转速为70-80rpm。
9.根据权利要求2所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置的运行方法，其特征在于，具体包括启动阶段和稳定运行阶段；
S1：两级AO主反应器启动阶段；
S101：原水由原水箱内通过第一进水泵进入主反应器的预缺氧区，同时与原水一同进入预缺氧区的还有来自二沉池的回流污泥，反硝化菌利用进水中的有机物及回流污泥中残留的硝态氮进行反硝化；
S102：混合液进入厌氧区，含氮有机物在厌氧区发生氨化作用分解转化为氨氮，同时，厌氧区内存在的反硝化聚磷菌能够进行内碳源储存，为后续缺氧反硝化提供部分碳源；
S103：混合液进入第一好氧区发生硝化反应，通过转子流量计控制溶解氧的浓度；
S104：混合液由第一好氧区进入缺氧区，缺氧区的硝化液在反硝化菌作用下进行脱氮；
S105：混合液由缺氧区进入第二好氧区再次发生硝化反应，溶解氧的存在使悬浮空心环填料及悬浮污泥处于流化状态，进而改善污泥的沉降性能，同时第二好氧区的溶解氧能够吹脱缺氧区反硝化作用产生的氮气，部分混合液通过第二内回流泵回流到缺氧区的硝化液在反硝化菌的作用下进一步脱氮，此时第二内回流比设置为200％；
S106：混合液由第二好氧区进入二沉池进行泥水分离，二沉池中的上清液进行排放，二沉池底部分离的部分污泥通过污泥回流泵回流到预缺氧区；
S2：系统稳定运行阶段：待主反应器系统的原水均为生活污水的条件下启动运行时；
S201：将原水箱出口端设置为分段进水，启动第二进水泵，调节第二进水泵转速，预缺氧区和缺氧区的原水进水体积比为1:1，以补充缺氧区反硝化菌利用的碳源；
S202：开启第一内回流泵，使第一好氧区末段的部分硝化液回流至预缺氧区，缓解缺氧区反硝化菌的压力的同时也能利用原水中的碳源；
S203：随着反应的进行，进入缺氧区的混合液中有机物含量减少，将第一内回流比调整为150％，将第二内回流比调整为100％，以平衡各反应区的进水流量，减少回流硝化液中溶解氧对缺氧环境的影响。
10.根据权利要求9所述的基于两级AO双回流工艺的污水深度脱氮装置的运行方法，其特征在于，系统启动前期，步骤S101中的原水采用人工配水，其中NH4Cl浓度为190.8mg/L，所对应的NH4 +-N为50.0mg/L；葡萄糖浓度为141.5mg/L，所对应的COD当量为150.0mg/L；KH2PO4浓度为44.0mg/L，所对应的PO4 3--P为10.0mg/L；NaHCO3浓度为800.0mg/L，pH值控制在7.0-8.0，在此期间内，每天监测主反应器进出水NH4 +、NO3 -及COD浓度，待出水各指标稳定后，逐渐增加生活污水的比例，直至原水全部为生活污水。
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