CN116621338B - 一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，包括：有机氮转化段通过高浓度厌氧菌将难降解有机氮转化为易生物降解的氮；第一脱氮段分为厌氧/缺氧/好氧三段，通过构建泥膜复合生物反应器，将进水总氮削减至8mg/L以下；第二脱氮段分为缺氧/好氧两段，通过投加粒径分布集中在20~75µm的复合粉末载体，在单位体积污水中提供的比表面积高达80000~240000m2/m3，为附着型的微生物提供了大量的位点，结合精准的碳源投加系统和多点投加的方式，实现了碳源的最大化利用和出水的稳定达标；还包括污泥浓缩分离单元在混合液进入二沉池之前将绝大部分的复合粉末载体回流至第二脱氮段，提升脱氮菌的丰度。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法。
背景技术
现在众多地区的城市污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，其中总氮值要求低于15mg/L；部分敏感水体甚至执行更为严格的排放标准，要求除总氮外其余指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的IV类标准，其中，仅总氮值放宽至TN≤10mg/L。即使如此，上述总氮值仍高于地表水V类标准的限值，对于特殊水域要求，控制城镇污水处理厂出水全部指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的IV类水质标准也是必须实行的策略。
污水厂排放满足IV类水质要求，需达到TN≤1.5mg/L的深度脱氮水平，而NO3--N因受限于尾水的基质浓度，通常成为深度脱氮的难点。对于普通城市污水水质，采用A/O、A2/O、改良A2/O、多模式A2/O等传统工艺处理，仅能够达到一级A标准。为达到氮的高标准稳定去除，往往需要在两级生物脱氮的基础上进行深度脱氮。目前广泛采用的是集脱氮与过滤为一体的反硝化深床滤池工艺，该工艺被用作保障污水总氮达标的技术手段，可实现出水总氮稳定小于5mg/L，但仍无法满足IV类水水质标准，而且在工程应用中还存在如下缺陷：1、需新增用地；2、受进水水质波动影响较大；3、脱氮量有限，易造成滤池生物量大堵塞严重；4、滤池易堵塞，需频繁气水反冲洗且强度较大，易造成生物膜流失，导致系统处理效果不稳定，能耗较高。
鉴于此，开发一种仅通过两级生物脱氮就可实现出水稳定达到IV类水质要求的新技术，是十分必要的。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于城镇污水的深度脱氮系统，旨在解决现有技术总氮稳定去除率低，脱氮处理受进水水质波动影响大，滤池易堵塞、生物膜流失严重、系统处理效果不稳定且能耗高等问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于城镇污水的深度脱氮系统，包括：
第一脱氮段，用于对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/L≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/L；
第二脱氮段，与所述第一脱氮段连通，用于接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段包括依次连通的第一缺氧区以及第一好氧区，所述第一缺氧区包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。
进一步地，所述第一脱氮段包括沿污水流动方向依次连通的第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述第二好氧区与所述第一缺氧区连通；
所述第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区分别包括处于厌氧氛围的第一复合生物反应器、处于缺氧氛围的第二复合生物反应器以及处于好氧氛围的第三复合生物反应器，且任一所述复合生物反应器均包括生物膜和活性污泥。
进一步地，所述第一复合生物反应器、第二复合生物反应器以及第三复合生物反应器分别为第三粉末载体生物流化床、第四粉末载体生物流化床和第五粉末载体生物流化床；
其中，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
有机氮转化段，位于所述第一脱氮段沿污水流动方向的前方，用于将进水的有机氮含量调节至≤1mg/L。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
控制单元，包括碳源投加系统、硝氮在线检测系统和pH在线检测系统；
所述碳源投加系统，位于所述第一缺氧区，用于在所述第一脱氮水中加入碳源；所述碳源投加的方式为单点投加或多点投加，所述多点投加采用两点之间水力停留时间时长控制，时长范围在15min~30min，其中，优选为25min；
所述硝氮在线检测系统位于所述第一脱氮段中的缺氧区的进口和出口；
所述pH在线检测系统的检测点遍布于所述第一脱氮段中的缺氧区，用于控制碳源的投加。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
污泥浓缩分离单元，位于所述第二脱氮段的后方。所述污泥浓缩分离单元为低速旋分离心分离装置或涡流分离离心分离装置；
通过所述污泥浓缩分离单元将大比重复合粉末载体及附着型微生物与轻比重的活性污泥分离，其中所述轻比重的活性污泥和少量附着微生物的复合粉末载体输送至二沉池内，所述大比重复合粉末载体及附着型微生物以内回流的形式返回第一缺氧区，所述内回流的物料质量占比为进入所述污泥浓缩分离单元总物料质量的60%~75%，提升所述第一缺氧区中污泥浓度至8~12g/L，同步提升所述第一缺氧区内的脱氮菌数量，进而提高第一缺氧区内的碳源利用率和脱氮效率。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
依次排列的二沉池和水力筛分装置，所述二沉池位于所述污泥浓缩分离单元的后方。
如上述任意一项所述的深度脱氮系统，所述第一缺氧区、第一好氧区、第二厌氧区、第二缺氧区以及第二好氧区均设置有机械搅拌装置。
本发明还提供了一种用于城镇污水的深度脱氮方法，包括以下步骤：
通过第一脱氮段对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/L≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/L；
通过第二脱氮段接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段与所述第一脱氮段连通，所述第二脱氮段包括依次连通的第一缺氧区以及第一好氧区，所述第一缺氧区包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。
进一步地，还包括通过有机氮转化段在进水在第一脱氮段之前将其中的有机氮含量调节至≤1mg/L；
所述调节有机氮含量的方式为：设置所述有机氮转化段在所述第一脱氮段之前，对进水进行预处理；
其中，所述有机氮转化段的处理能力为每小时转化0.5mg/L有机氮，有机氮转化段为完全厌氧状态并富集有高浓度的厌氧菌；且有机氮转化段的氧化还原电位为-400~-300mV，含有的污泥浓度为20~35g/L。
本发明中涉及的主要技术原理包括：
1、首先，需要理解的是在污水处理过程中所描述的总氮除了包括易生物降解的氨氮、硝氮、亚硝氮，可通过反硝化作用转化为氮气；还包括难生物降解的有机氮，很难通过反硝化作用去除。现有技术中对于污水中的总氮处理主要集中于氨氮、硝氮、亚硝氮的去除上，对于有机氮的去除较难实现。
然而，与现有技术不同的是，本发明中提供的用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，旨在实现包括有机氮在内的污水中氮的去除，尤其是能够实现使污水经过所述用于城镇污水的深度脱氮系统处理后的水体排放满足IV类水质要求，其中，总氮排放量达到 TN≤1.5mg/L。
2、其次，需要明确的是，本发明中，在深度脱氮装置的第一脱氮段，采用了泥膜混合工艺，即生物膜法与活性污泥法的结合；此种结合方式通过处于所述第一脱氮段的第一复合生物反应器、第二复合生物反应器、第三复合生物反应器来实现。所述三个复合生物反应器的单位体积污水复合粉末载体提供的比表面积为80000~240000m2/m3，为附着型的微生物提供了大量的位点，且所述复合粉末载体包括基础生物载体和无机/有机替代碳源，可诱导专性脱氮微生物在系统内的富集，提升了系统内反硝化菌的丰度和数量。同时通过精准控制单元实现碳源的精准投加，在复合粉末载体中的无机/有机替代碳源协同配合作用下，为反硝化脱氮提供电子供体，能够实现总氮的深度去除。
3、另外，值得注意的是，本发明中，所述第一好氧区和第二好氧区的溶解氧值控制在0.5~1.5mg/L，且在缺氧区和好氧区安装由机械搅拌系统，实现了在低溶氧条件下出水氨氮和总氮的稳定达标。一方面，复合粉末载体的投加提升了系统内硝化菌和反硝化菌的丰度，低溶氧条件下，在复合粉末载体及附着微生物结构中构建缺氧/好氧的微环境，有利于在好氧区为同步硝化反硝化创造条件，进一步削减氨氮和总氮水平。另一方面，机械搅拌系统的安装，可增加污水中污染物、微生物和溶解氧的碰撞几率，加速反应；同步可提高溶解氧的传质效率，提高溶解氧的利于率，降低曝气能耗，控制溶解氧值处于较低水平即可实现出水的稳定达标；此外，机械搅拌系统可实现载体表面生物膜的更新，提高系统的微生物活性。
本用于城镇污水的深度脱氮系统通过在第一脱氮段的前端设置有机氮转化段来调节第二脱氮段的进水总氮中有机氮含量超过1mg/L的情况，使得所述第二脱氮段的进水总氮中有机氮含量≤1mg/L。所述有机氮转化段为富含高浓度厌氧污泥的厌氧反应器，通过高浓度厌氧菌将难降解有机氮转化成易降解的氮，反应完成后的混合液经三相分离器后输入第一脱氮段。
再者，本用于城镇污水的深度脱氮系统于所述第二脱氮段的后方设置污泥浓缩分离单元，通过所述污泥浓缩分离单元将大比重复合粉末载体及附着型脱氮除磷专性菌与轻比重的活性污泥分离，其中轻比重的活性污泥和少量的附着微生物的复合粉末载体排至体系外，所述大比重复合粉末载体及附着型脱氮除磷专性菌以内回流的形式返回第二脱氮段的第一缺氧区，使得相应的脱氮除磷专性菌含量同步提升，提高了所述第二脱氮段的第一缺氧区内的反硝化脱氮效率；同时，减少进入二沉池的物料质量，降低二沉池运行的实际负荷。
进入二沉池的物料，经浓缩后，一部分以外回流的方式返回第二厌氧区，进行厌氧释磷；一部分通过水力筛分装置将进行分离，以活性污泥为主的轻质物料以剩余污泥的形式从水力筛分装置上口排出系统，复合粉末载体及附着微生物在水力筛分装置下口富集回流至第一厌氧区。实现了目标粒径复合粉末载体及附着微生物在系统内的富集，减少复合粉末载体的投加量；同时可实现载体表面生物膜的更新，提高微生物的活性。
此外，需要强调的是，通过以上所述各机理的协同作用以及共同配合下，本发明才实现了仅通过两级生物脱氮处理，无需新建反硝化滤池，在较短的水力停留时间下，系统稳定深度脱氮。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、实现了稳定深度脱氮；所述用于城镇污水的深度脱氮系统处理后的水体排放满足IV类水质要求，其中，总氮排放量达到TN≤1.5mg/L。
2、所述脱氮处理几乎不受进水水质波动影响。
3、无需新建反硝化滤池，节约用地。
4、采用精准控制单元，通过pH和硝氮在线检测系统协同控制碳源的精准投加，实现了碳源的最大化利用，避免碳源过量投加造成出水有机物含量超标的风险，节约了药剂成本。
5、可在较短的水力停留时间下实现出水稳定达标，所述用于城镇污水的深度脱氮系统的第一脱氮段和第二脱氮段的总水力停留时间≤10h。
6、所述用于城镇污水的深度脱氮系统的占地面积小，在高效处理的前提下，大大节省了基建费用，应用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中的用于城镇污水的深度脱氮系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
10、有机氮转化段；20、第一脱氮段；21、第二厌氧区；22、第二缺氧区；23、第二好氧区；24、第一机械搅拌装置；25、第二机械搅拌装置；26、第三机械搅拌装置；30、第二脱氮段；31、第一缺氧区；32、第一好氧区；33、碳源投加系统；34、第四机械搅拌装置；35、第五机械搅拌装置；40、污泥浓缩分离单元；50、二沉池；60、水力筛分装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。本领域技术人员应当知道的是，作为对本申请文件的一种说明，在不影响对本申请技术方案实际理解的情况下。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。下列实施例中所需要的材料或试剂，如无特殊说明均为市场购得。
为了解决现有技术总氮稳定去除率低，脱氮处理受进水水质波动影响大，滤池易堵塞、生物膜流失严重、系统处理效果不稳定且能耗高等问题，本发明提供了一种用于城镇污水的深度脱氮系统，包括：
第一脱氮段20用于对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/L≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/L；其中，第一脱氮段20的具体形式不做限定；可以是采用活性污泥法的A2/O工艺，也可以是采用在所述第一脱氮段20的所述第二厌氧区21、所述第二缺氧区22、所述第二好氧区23中均构建复合生物反应器的形式。
第二脱氮段30与所述第一脱氮段20连通，用于接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段30包括依次连通的第一缺氧区31以及第一好氧区32，所述第一缺氧区31包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区32包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。
进一步地，所述第一脱氮段20包括沿污水流动方向依次连通的第二厌氧区21、第二缺氧区22和第二好氧区23，所述第二好氧区23与所述第一缺氧区31连通。
所述第二厌氧区21、第二缺氧区22和第二好氧区23分别包括处于厌氧氛围的第一复合生物反应器、处于缺氧氛围的第二复合生物反应器以及处于好氧氛围的第三复合生物反应器，且任一所述复合生物反应器均包括生物膜和活性污泥。
具体地，所述第一复合生物反应器、第二复合生物反应器以及第三复合生物反应器分别为第三粉末载体生物流化床、第四粉末载体生物流化床和第五粉末载体生物流化床；所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。通过生物膜与活性污泥的结合，在提升系统内附着微生物的数量和浓度的同时，可实现所述复合粉末载体在池体内全程流化，同步提升第一脱氮段20的生物量。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
有机氮转化段10，位于所述第一脱氮段20沿污水流动方向的前方，用于将进水的有机氮含量调节至≤1mg/L。
后续的第一脱氮段20、第二脱氮段30主要是针对氨氮进行脱氮处理，对高浓度有机氮去除效果不明显。因此，在一些实施例中，在进水的有机氮含量较高的情形下，例如有机氮含量＞1mg/L时，可以设置有机氮转化段10，使处于此段的污水内有机氮转化为铵盐，以便进行后续步骤的处理。而相关的深度脱氮系统技术中，由于发明人并未意识到有机氮无法通过常规反硝化技术进行脱氮处理，而导致出水的总氮含量居高不下。例如，后置反硝化生物滤池，该技术通过在二级生物脱氮系统后端新建填料填充的生物反应构筑物，在厌氧条件下投加碳源，实现了出水总氮稳定小于5mg/L，但仍受限于进水有机氮含量的影响，无法满足地表IV类水标准中的总氮小于等于1.5mg/L。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
控制单元，包括碳源投加系统33、硝氮在线检测系统（图未示出）和pH在线检测系统（图未示出）；
所述碳源投加系统33，位于所述第一缺氧区31，用于在所述第一脱氮水中加入碳源；所述碳源投加的方式为单点投加或多点投加，所述多点投加采用两点之间水力停留时间时长控制，时长范围在15min~30min，其中，优选为25min；通过投加复合粉末载体，单位体积污水复合粉末载体提供的比表面积为80000~240000m2/m3，可为附着型微生物提供位点，提升系统内反硝化菌的丰度和数量，并为反硝化脱氮提供电子供体，实现总氮的深度去除。
所述硝氮在线检测系统位于所述第一脱氮段20中的第二缺氧区22的进口和出口；所述pH在线检测系统的检测点遍布于所述第一脱氮段20中的第二缺氧区22，通过监测值来精准调控前端的碳源投加量。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
污泥浓缩分离单元40，位于所述第二脱氮段30的后方。所述污泥浓缩分离单元40为低速旋分离心分离装置或涡流分离离心分离装置；
通过所述污泥浓缩分离单元40将大比重复合粉末载体及附着型微生物与轻比重的活性污泥分离，其中所述轻比重的活性污泥和少量附着微生物的复合粉末载体输送至二沉池50内，所述大比重复合粉末载体及附着型微生物以内回流的形式返回第一缺氧区31，所述内回流的物料质量占比为进入所述污泥浓缩分离单元40总物料质量的60%~75%，提升所述第一缺氧区31中污泥浓度至8~12g/L，同步提升所述第一缺氧区31内的脱氮菌数量，进而提高第一缺氧区31内的碳源利用率和脱氮效率。
具体地，所述低速旋分离心分离装置包括旋转驱动部、旋转连接件、曲面离心叶片以及具有筒内腔的旋流筒体，所述曲面离心叶片设于所述旋流筒体内，所述旋流筒体上设有与所述筒内腔连通的进料槽，所述进料槽通过所述引流装置与所述生化池的输出口连通，所述旋转连接件的第一端伸入至所述旋流筒体内与所述曲面离心叶片的第一侧连接，所述曲面离心叶片的第二侧向外延伸并与所述旋流筒体的内壁面之间留有径向间隙，所述旋转连接件的第二端与所述旋转驱动部连接，通过所述旋转驱动部驱动所述旋转连接件转动进而带动所述曲面离心叶片绕中轴线旋转，以使进入所述旋流筒体内的物料离心分离，所述旋流筒体上设有轻物料出口和重物料出口，所述轻物料出口通过排流装置与所述二沉池的输入口连通，所述重物料出口通过回流装置与所述生化池的第一回流口连通。
所述涡流分离离心分离装置包括旋转驱动部、旋转连接件、曲面离心叶片以及具有筒内腔的旋流筒体，所述曲面离心叶片设于所述旋流筒体内，所述旋流筒体上设有与所述筒内腔连通的进料槽，所述进料槽通过所述引流装置与所述生化池的输出口连通，所述旋转连接件的第一端伸入至所述旋流筒体内与所述曲面离心叶片的第一侧连接，所述曲面离心叶片的第二侧向外延伸并与所述旋流筒体的内壁面之间留有径向间隙，所述旋转连接件的第二端与所述旋转驱动部连接，通过所述旋转驱动部驱动所述旋转连接件转动进而带动所述曲面离心叶片绕中轴线旋转，以使进入所述旋流筒体内的物料离心分离，所述旋流筒体上设有轻物料出口和重物料出口，所述轻物料出口通过排流装置与所述二沉池的输入口连通，所述重物料出口通过回流装置与所述生化池的第一回流口连通。
通过所述污泥浓缩分离单元40将大比重复合粉末载体及附着型脱氮除磷专性菌与轻比重的活性污泥分离，其中轻比重的活性污泥和少量的附着微生物的复合粉末载体排至体系外，所述大比重复合粉末载体及附着型脱氮除磷专性菌以内回流的形式返回第二脱氮段30的第一缺氧区31，使得相应的脱氮除磷专性菌含量同步提升，提高了所述第二脱氮段30的第一缺氧区31内的反硝化脱氮效率。
进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：
依次排列的二沉池50和水力筛分装置60，所述二沉池50位于所述污泥浓缩分离单元40的后方。进入二沉池50的物料，经所述污泥浓缩分离单元40浓缩后，一部分以外回流的方式返回所述第二厌氧区21，一部分通过所述水力筛分装置60进行分离，上口的物料以剩余污泥的形式排出系统，所述复合粉末载体及附着微生物在下口富集回流至所述第二厌氧区21。起到了回收剩余的复合粉末载体及附着微生物的作用；实现了载体表面生物膜的更新，提高了微生物的活性；还富集了目标粒径的生物载体颗粒。
如上述任意一项所述的深度脱氮系统，所述第一缺氧区31、第一好氧区32、第二厌氧区21、第二缺氧区22以及第二好氧区23均设置有机械搅拌装置，例如第一机械搅拌装置24、第二机械搅拌装置25、第三机械搅拌装置26、第四机械搅拌装置34、第五机械搅拌装置35。通过机械搅拌装置可增加污水中污染物、微生物和溶解氧的碰撞几率，加速反应，提高处理效率；并提高溶解氧的传质效率，控制溶解氧处于较低水平时即可实现出水氨氮的稳定达标，降低了曝气能耗；实现载体表面生物膜的更新，提高了系统的微生物活性。
本发明还提供了一种用于城镇污水的深度脱氮方法，包括以下步骤：
通过第一脱氮段20对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/L≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/L；
通过第二脱氮段30接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段30与所述第一脱氮段20连通，所述第二脱氮段30包括依次连通的第一缺氧区31以及第一好氧区32，所述第一缺氧区31包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区32包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。
进一步地，还包括通过有机氮转化段10在进水在第一脱氮段20之前将其中的有机氮含量调节至≤1mg/L；
所述调节有机氮含量的方式为：设置所述有机氮转化段10在所述第一脱氮段20之前，对进水进行预处理；
其中，所述有机氮转化段10的处理能力为每小时转化0.5mg/L有机氮，有机氮转化段10为完全厌氧状态并富集有高浓度的厌氧菌；且有机氮转化段10的氧化还原电位为-400~-300mV，含有的污泥浓度为20~35g/L。
为对本发明作进一步的理解，现举例说明：
其中下述进水均取自某城镇污水处理厂细格栅出水，水质特征为：COD为213～476mg/L；氨氮（NH4 +-N）浓度为40.3～52.1mg/L；总氮（TN）浓度为45.7～60.3mg/L；有机氮浓度为1.3~4.6mg/L，BOD5/TN的均值小于3.5，属于典型的低碳氮比水质；pH为6.8～7.6。接种污泥均取自好氧池末端的活性污泥，其中，接种污泥浓度为3000mg/L，复合粉末载体投加量为5g/L。
实施例1
一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，包括：
1、有机氮转化段10处理
进水首先经过有机氮转化段10，即高浓度的厌氧反应器，污泥浓度控制在25~30g/L，ORP为-400~-300mV，根据城镇污水处理厂连续检测的进水有机氮浓度的最大值和有机氮转化段10的处理能力按每小时转化0.5mg/L有机氮计算，确定进水在有机氮转化段10的水力停留时间。该段出水有机氮含量稳定低于1mg/L。
2、第一脱氮段20处理——采用了活性污泥法的A2O工艺
步骤1的出水进入第一脱氮段20，其中第一脱氮段20采用了活性污泥法的A2O工艺。污泥浓度控制在3000~5000mg/L，第二好氧区23溶解氧控制2~2.5mg/L，水力停留时间为14h，内回流比为200%。按将进水总氮浓度削减至8mg/L，在第二缺氧区22投加碳源，碳源投加量为碳源中COD当量与总氮削减量比值为8：1。通过碳源的投加，本处理过程产生的第一脱氮水的总氮浓度为6.7~8mg/L。
3、第二脱氮段30处理
步骤2产生的第一脱氮水进入第二脱氮段30，投加复合粉末载体5g/L，污泥浓度控制10g/L，第一缺氧区31水力停留时间为3h，第一好氧区32溶解氧控制在1~1.5mg/L，第一好氧区32水力停留时间为1h。根据进出水硝氮浓度确定碳源投加量，采用多点投加碳源方式，两点之间的水力停留时间间隔为25min，通过pH调控每个点位碳源投加的时长。出水总氮浓度范围为0.9~1.5mg/L，可稳定达标IV类水质要求。
实施例2
一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，包括：
1、有机氮转化段10处理
进水首先经过有机氮转化段10，即高浓度的厌氧反应器，污泥浓度控制在25~30g/L，ORP为-400~-300mV，根据城镇污水处理厂连续检测的进水有机氮浓度的最大值和有机氮转化段的处理能力按每小时转化0.5mg/L有机氮计算，确定进水在有机氮转化段10的水力停留时间。该段出水有机氮含量稳定低于1mg/L。
2、第一脱氮段20处理——采用泥膜工艺
步骤1的出水进入采用投加填料的泥膜工艺的第一脱氮段20。污泥浓度控制在3000~5000mg/L，第二好氧区23溶解氧控制2~2.5mg/L，水力停留时间为12h，内回流比为200%。通过少量的碳源投加，本处理过程产生的第一脱氮水的总氮浓度为5.4~8mg/L。
3、第二脱氮段30处理
步骤2产生的第一脱氮水进入第二脱氮段30，投加复合粉末载体5g/L，污泥浓度控制10g/L，第一缺氧区31水力停留时间为3h，第一好氧区32溶解氧控制在1~1.5mg/L，第一好氧区32水力停留时间为1h。根据进出水硝氮浓度确定碳源投加量，采用多点投加碳源方式，两点之间的水力停留时间间隔为25min，通过pH调控每个点位碳源投加的时长。出水总氮浓度范围为0.8~1.5mg/L，可稳定达标IV类水质要求。
实施例3
一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，包括：
1、有机氮转化段10处理
进水首先经过有机氮转化段10，即高浓度的厌氧反应器，污泥浓度控制在25~30g/L，ORP为-400~-300mV，根据城镇污水处理厂连续检测的进水有机氮浓度的最大值和有机氮转化段10的处理能力按每小时转化0.5mg/L有机氮计算，确定进水在有机氮转化段10的水力停留时间。该段出水有机氮含量稳定低于1mg/L。
2、第一脱氮段20处理——采用投加复合粉末载体的A2O工艺
步骤1的出水进入采用投加复合粉末载体的A2O工艺的第一脱氮段20。污泥浓度控制在8000~10000mg/L，第二好氧区23溶解氧控制1mg/L，水力停留时间为5h，内回流比为200%。不需要碳源投加，本处理过程产生的第一脱氮水的总氮浓度为4.5~7.6mg/L。
3、第二脱氮段30处理
步骤2产生的第一脱氮水进入第二脱氮段30，投加复合粉末载体5g/L，污泥浓度控制10g/L，第一缺氧区31水力停留时间为3h，第一好氧区32溶解氧控制在0.5~1mg/L，第一好氧区32水力停留时间为1h。根据进出水硝氮浓度确定碳源投加量，采用多点投加碳源方式，两点之间的水力停留时间间隔为25min，通过pH调控每个点位碳源投加的时长。出水总氮浓度范围为0.8~1.5mg/L，可稳定达标IV类水质要求。
实施例4
一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，包括：
1、有机氮转化段10处理
进水首先经过有机氮转化段10，即高浓度的厌氧反应器，污泥浓度控制在25~30g/L，ORP为-400~-300mV，根据城镇污水处理厂连续检测的进水有机氮浓度的最大值和有机氮转化段10的处理能力按每小时转化0.5mg/L有机氮计算，确定进水在有机氮转化段10的水力停留时间。该段出水有机氮含量稳定低于1mg/L。
2、第一脱氮段20处理——采用投加复合粉末载体的A2O工艺
步骤1的出水进入采用投加复合粉末载体的A2O工艺的第一脱氮段20。污泥浓度控制在8000~10000mg/L，第二好氧区23溶解氧控制1mg/L，水力停留时间为5h，内回流比为200%。不需要碳源投加，本处理过程产生的第一脱氮水的总氮浓度为4.5~7.6mg/L。
3、第二脱氮段30处理
步骤2产生的第一脱氮水进入第二脱氮段30，投加复合粉末载体5g/L，，第一缺氧区31水力停留时间为2h，第一好氧区32溶解氧控制在0.5~1mg/L，第一好氧区32水力停留时间为1h。根据进出水硝氮浓度确定碳源投加量，采用多点投加碳源方式，两点之间的水力停留时间间隔为25min，通过pH调控每个点位碳源投加的时长。出水总氮浓度为0.7~1.4mg/L，可稳定达标IV类水质要求。
4、污泥浓缩分离单元40处理
经步骤3处理后的混合液进入涡流分离离心装置，经浓缩分离后，主体成为复合粉末载体及附着微生物的混合液经内回流返回第一缺氧区，所述混合液质量占比为涡流分离离心装置进流物料质量的三分之二以上，将第二脱氮段污泥浓度提升至10~12g/L，相应脱氮除磷专性菌含量同步提升，提高了第一缺氧段的脱氮能力，缩短了第一缺氧段的水力停留时间；同时，可提高系统内的碳源利于率，节省5%~20%的碳源投加。此外，涡流分离离心装置降低了进入二沉池的污泥浓度，提高了二沉池的处理能力，使整个系统可维持在较高污泥浓度下进行脱氮除磷。
对比例1
相较实施例1，不经过有机氮转化段10处理，且采用AO段处理替代实施例1中的第二脱氮段30处理，具体实施方式如下：
1、A2O段处理
进水进入活性污泥法的A2O工艺，污泥浓度控制在3000~5000mg/L，好氧段溶解氧控制2~2.5mg/L，水力停留时间为14h，内回流比为200%。按将进水总氮浓度削减至8mg/L，在缺氧段投加碳源，碳源投加量为碳源中COD当量与总氮削减量比值为8：1。通过碳源的投加第一脱氮水的总氮浓度为6.4~8mg/L。
2、AO段处理
步骤1的出水进入AO段，根据进出水总氮浓度确定碳源投加量，污泥浓度控制在3000~5000mg/L，好氧段溶解氧控制2~2.5mg/L，水力停留时间为3h，内回流比为200%。出水总氮3.5~6.7mg/L。
对比例2
相较实施例3，当进水中的有机氮含量＞1mg/L时，也不对前端进水进行预处理，即不设置有机氮转化段10，不经过有机氮转化段10处理，城镇污水直接进入第一脱氮段20处理，具体实施方式如下：
1、第一脱氮段20处理——采用投加复合粉末载体的A2O工艺
有机氮含量超过1mg/L的进水直接进入采用投加复合粉末载体的A2O工艺的第一脱氮段20。污泥浓度控制在8000~10000mg/L，第二好氧区23溶解氧控制1mg/L，水力停留时间为5h，内回流比为200%。不需要碳源投加，本处理过程产生的第一脱氮水的总氮浓度为4.5~7.6mg/L。
2、第二脱氮段30处理
步骤1产生的第一脱氮水进入第二脱氮段30，投加复合粉末载体5g/L，污泥浓度控制10g/L，第一缺氧区31水力停留时间为3h，第一好氧区32溶解氧控制在0.5~1mg/L，第一好氧区32水力停留时间为1h。根据进出水硝氮浓度确定碳源投加量，采用多点投加碳源方式，两点之间的水力停留时间间隔为25min，通过pH调控每个点位碳源投加的时长。出水总氮范围为1~4.2mg/L，该部分总氮的主要组成部分为有机氮。
分析例1
对比分析采用实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1以及对比例2处理后的城镇污水中的总氮浓度。具体数据如表1所示。
表1 针对城镇污水的不同处理方法对比分析
由表1可知，采用实施例1~4的处理方法对城镇污水进行处理，出水总氮均可稳定达标IV类水质要求，即出水总氮稳定≤1.5mg/L；其中，实施例3、4的处理效果最好且总水力停留时间最短。
综上所述，本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种用于城镇污水的深度脱氮系统，其特征在于，包括：
第一脱氮段，用于对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/L≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/L；所述第一脱氮段包括沿污水流动方向依次连通的第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述第二好氧区与第一缺氧区连通；所述第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区分别包括处于厌氧氛围的第一复合生物反应器、处于缺氧氛围的第二复合生物反应器以及处于好氧氛围的第三复合生物反应器，且任一所述复合生物反应器均包括生物膜和活性污泥；
所述第一复合生物反应器、第二复合生物反应器以及第三复合生物反应器分别为第三粉末载体生物流化床、第四粉末载体生物流化床和第五粉末载体生物流化床；
第二脱氮段，与所述第一脱氮段连通，用于接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段包括依次连通的第一缺氧区以及第一好氧区，所述第一缺氧区包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g；
还包括污泥浓缩分离单元，位于所述第二脱氮段的后方；所述污泥浓缩分离单元为低速旋分离心分离装置或涡流分离离心分离装置；
通过所述污泥浓缩分离单元将大比重复合粉末载体及附着型微生物与轻比重的活性污泥分离，其中所述轻比重的活性污泥和少量附着微生物的复合粉末载体输送至二沉池内，所述大比重复合粉末载体及附着型微生物以内回流的形式返回第一缺氧区，所述内回流的物料质量占比为进入所述污泥浓缩分离单元总物料质量的60%~75%，提升所述第一缺氧区中污泥浓度至8~12g/L，同步提升所述第一缺氧区内的脱氮菌数量，进而提高第一缺氧区内的碳源利用率和脱氮效率;
还包括控制单元，所述控制单元包括碳源投加系统、硝氮在线检测系统和pH在线检测系统；
所述碳源投加系统，位于所述第一缺氧区，用于在所述第一脱氮水中加入碳源；所述碳源投加的方式为单点投加或多点投加，所述多点投加采用两点之间水力停留时间时长控制，时长范围在15min~30min；
所述pH在线检测系统的检测点与所述碳源投加系统的投加位点布局一致，用于控制碳源的投加；
所述硝氮在线检测系统位于所述第一脱氮段中的缺氧区的进口和出口，与pH在线监测系统协同控制碳源的投加。
2.根据权利要求1所述的深度脱氮系统，其特征在于，所述多点投加采用两点之间水力停留时间时长控制的所述时长范围为25min。
3.根据权利要求1所述的深度脱氮系统，其特征在于，还包括：
有机氮转化段，位于所述第一脱氮段沿污水流动方向的前方，用于将进水的有机氮含量调节至≤1mg/L。
4.根据权利要求1所述的深度脱氮系统，其特征在于，还包括：
依次排列的二沉池和水力筛分装置，所述二沉池位于所述污泥浓缩分离单元的后方。
5.根据权利要求1~4任一项所述的深度脱氮系统，其特征在于，所述第一缺氧区、第一好氧区、第二厌氧区、第二缺氧区以及第二好氧区均设置有机械搅拌装置。
6.一种采用如权利要求1~5任一项所述的深度脱氮系统的脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过第一脱氮段对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/L≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/L；
所述第一脱氮段包括沿污水流动方向依次连通的第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述第二好氧区与第一缺氧区连通；所述第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区分别包括处于厌氧氛围的第一复合生物反应器、处于缺氧氛围的第二复合生物反应器以及处于好氧氛围的第三复合生物反应器，且任一所述复合生物反应器均包括生物膜和活性污泥；
所述第一复合生物反应器、第二复合生物反应器以及第三复合生物反应器分别为第三粉末载体生物流化床、第四粉末载体生物流化床和第五粉末载体生物流化床；
通过第二脱氮段接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段与所述第一脱氮段连通，所述第二脱氮段包括依次连通的第一缺氧区以及第一好氧区，所述第一缺氧区包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/L；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g；
还包括通过有机氮转化段在进水在第一脱氮段之前将其中的有机氮含量调节至≤1mg/L；
所述调节有机氮含量的方式为：设置所述有机氮转化段在所述第一脱氮段之前，对进水进行预处理；
其中，所述有机氮转化段的处理能力为每小时转化0.5mg/L有机氮，有机氮转化段为完全厌氧状态并富集有高浓度的厌氧菌；且有机氮转化段的氧化还原电位为-400~-300mV，含有的污泥浓度为20~35g/L。
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