CN1374259A - 厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术及其设备。其基本特征是超深层曝气,空气承担混合液充氧和提升一气两用的双重功用,“厌氧－好氧－沉淀”一体化,该技术有“A₁/A₄/O”和“A₄/O”两种工艺实施。利用该技术可设计和制造“深井式”、“塔式”或“深井－塔结合式”一体化设施和设备。特点是具有工艺先进、处理效果好、氧利用率高、占地小、投资少和动力消耗低等优点,且重要技术参数可灵活设置和调控。

Description

厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术及其装置

涉及领域    该发明属含NH₃-N有机废水治理领域，特别是厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术及其装置。

背景技术    目前，含NH₃-N有机废水生物脱氮处理多采用厌氧/好氧生物处理工艺，但多为中浅层曝气普通活性污泥法或生物膜-活性污泥法，且处理设施都为分体布置。这些处理方式存在的主要问题是占地面积大，基建投资多，运行成本高。特别是基建投资和运行成本之大，已达到了经营者难以承受的地步，因而也使废水治理技术推广和使用受到了影响。在生物厌氧反应中，一般水解和酸化属A₁阶段；厌氧甲烷化属A₂阶段；厌氧反硫化属A₃阶段；厌氧反硝化属A₄阶段，生物脱氮主要利用的是厌氧的A₁和A₄阶段。

发明内容    本发明的目的是针对上述含NH₃-N有机废水生物脱氮处理存在的缺陷，而提供一种厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术及其装置，从而克服了现今生物脱氮技术占地面积大，基建投资多，运行成本高的缺点。

厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征在于：超深层曝气，有效水深范围在15～150m，适宜水深范围在30～100m，压缩空气承担好氧区泥水混合液充氧和回流提升的一气两用的双重功用，“厌氧-好氧-沉淀”设施一体化，该技术有两种工艺路线实现：

1)“A₁/A₄/O”工艺：厌氧段分为“厌氧区1”和“厌氧区2”两部分，好氧区为全一段，压缩空气在其中承担着泥水混合液充氧和提升的双重任务；生物厌氧水解和酸化阶段(即A₁)、生物厌氧反硝化阶段(即A₄)、生物好氧氧化阶段(即O)称为A₁/A₄/O工艺；“厌氧区1”属完全无氧段，即在该区既无分子态氧(O₂)，又不存在化合态氧([O])，进入该区的原废水，利用厌氧微生物的水解和酸化作用，对其中所含的部分有机物进行开链或解链；“厌氧区2”属反硝化段，在该区由兼氧异养型微生物，以好氧硝化段产生的化合态氧，即NO₃ ^-中的[O]为受氢体，利用进入“厌氧区1”废水中的有机物进行厌氧反硝化脱氮；好氧段主要是利用化能自养型硝化类细菌，在空气中分子态氧(O₂)的参与下，对NH₃-N进行好氧氧化；好氧区含NO₃ ^-的泥水混合液以厌氧区和好氧区液体的比重差为推动力自动回流到“厌氧区2”；泥水混合液在沉淀区进行泥水分离，分离后的上清液即为生化处理后水，送后续处理；分离后的活性污泥作为回流污泥，靠重力自流入“厌氧区2”；剩余污泥由沉淀区引出。其工艺路线详见附图1～4。

2)A₄/O工艺：厌氧和好氧均为全一段，亦即厌氧区不分段，即无生物厌氧水解和酸化阶段(即A₁)，只有生物厌氧反硝化阶段(即A₄)和生物好氧氧化阶段(即O)，亦即相当于A₁/A₄/O工艺中“厌氧区1”的体积为零。其工艺路线详见附图5～8。

实现本技术的关键是控制好氧区泥水混合液的回流比和好氧段出口处泥水混合液中溶解氧的浓度，它不仅涉及到好氧区的空气提升能力，而且涉及从好氧区带入“厌氧区2”的O₂量。控制泥水混合液的回流比，可通过控制曝气量、“厌氧区2”进入好氧区的流量及好氧区出口段泥水混合液的上升流速三种方法来实现；控制好氧段出口处泥水混合液中溶解氧的浓度只能靠控制曝气量。为了有较高的NO₃ ^-的脱除率，应有较大的混合液回流比。一般混合液回流比应控制在10～20倍之间，NO₃ ^-的脱除率可达90％～95％，这样才能实现真正意义上的脱氮。控制回流混合液中溶解氧浓度，主要是为了减少空气的消耗量。在这里需要特别指出的是，回流混合液中带入的溶解氧并不会改变“厌氧区2”内的无O₂状态，这是因为回流混合液带给每升原废水的溶解氧量最高浓度也不过是几十mg/L，而净化每升原废水所需要的溶解氧量一般都在数千mg/L，相比之下，可以忽略不计。这与好氧区泥水混合液中保持的溶解氧浓度是不一样的，好氧区所维持的溶解氧的浓度是生化反应后剩余的溶解氧浓度，它是由源源不断的鼓风空气来作后盾的，而回流混合液却无此补氧来源，故回流混合液所携带的溶解氧在进入“厌氧区2”后很快就会被原废水中的高浓度有机物消耗掉。

上述厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术的两种工艺所对应的装置，其特征在于：

1)与“A₁/A₄/O”工艺对应的装置，为分区组合式结构，沉淀区、厌样氧1区、厌样氧2区及好氧区间自然水力相连。内部附设有空气扩散装置及配水系统，与外部相连的有进水、出水、排液和进气等接口。

2)与“A₄/O”工艺对应的装置，它的结构与“A₁/A₄/O”装置相比，只是厌氧1区和厌氧2区合并为一个厌氧区，其他相同。

上述装置可制成：深井式、塔式或深井-塔结合式。

上述装置横断面的几何形状：圆形、矩形或多边形。

上述装置可根据结构需要，在装置内进行适当的分区或分割。

上述装置可为好氧区和厌氧区一体化，而沉淀区为分体设置。

上述装置可制成“双子塔”式分体结构。

上述装置可用的材料：钢筋混凝土结构、钢结构、非金属结构、钢-非金属混合结构、钢-钢筋混凝土混合结构或钢-非金属-钢筋混凝土混合结构。

本发明主要特点为：从废水生化处理机理和废水处理设施两个方面入手，解决了含NH₃-N有机废水生物脱氮处理中占地面积大、基建投资和运行成本高的难题。1)采用了先进的厌氧/好氧反硝化—硝化技术，利用原废水中所含有机物，作为NO₃ ^-厌氧反硝化脱氮的碳源，因而使有机物需要量、好氧需氧量及耗碱量均达到了最低值。2)由于生化设施实现了“厌氧-好氧-沉淀”的一体化和采用了超深层曝气，其占地较普通生化可减少70～90％。3)因采用了超深层曝气，空气与水的接触时间延长到了2～10min，因而氧的利用率可达到50～95％。4)因水深加大，好氧段泥水混合液中最大溶解氧的浓度可高达30～60mg/L，较中层曝气提高了10倍之多，使生化氧化能力加强，反应速度加快，水力停留时间缩短，处理效果提高。5)适应COD浓度可由数千到数万mg/L，NH₃-N浓度可由数十到300mg/L以上；6)可耐受较大的进水水质和水量变化，因而予处理工艺可简化。7)因采用了空气提升回流，不仅解决了回流耗能大的难题，而且可较现有处理方式有大得多的回流比，因而反硝化率也较高。8)动力和控制设备及仪器仪表用量少。该工艺仅需要原废水提升泵、药剂泵及空气压缩机等少数几组设备，普通生化所需的其他动力设备和控制系统多数都可以取消，因此也勿需用大量的监控仪器仪表。9)因工艺流程的简化、动力和机械设备的减少，因而使运行操作简单，监控和化检工作量减少，故劳动定员可较普通生化减少1/2～3/4。10)可利用处理后出水余压进行生化处理后水的后处理及剩余污泥的浓缩脱水等。11)产泥量少。这是超深层曝气和延时曝气共同作用的结果，因而，污泥处理工作量可大大减少；12)实现了基建投资和运行成本的大幅度降低。因占地面积的大幅度减小，水力停留时间的缩短，水处理设施的数量和设备等的减少，使基建投资减少。又因动力费、人工费和设备折旧费等的大量减少，使运行成本大大降低。

附图说明

图1为A₁/A₄/O工艺的装置结构图。

图2为A₁/A₄/O工艺的装置c-c结构图。

图3为A₁/A₄/O工艺的装置b-b结构图。

图4为A₁/A₄/O工艺的装置a-a结构图。

图5为A₄/O工艺的装置结构图。

图6为A₄/O工艺的装置c-c结构图。

图7为A₄/O工艺的装置b-b结构图。

图8为A₄/O工艺的装置a-a结构图。

具体实施方式

实施例1  厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，该技术采用“A₁/A₄/O”工艺，将厌氧段分为“厌氧区1”和“厌氧区2”两部分，好氧区为全一段，由压缩空气充氧，压缩空气在其中承担着泥水混合液充氧和提升的双重任务；生物厌氧水解和酸化阶段(即A₁)、生物厌氧反硝化阶段(即A₄)、生物好氧氧化阶段(即O)称为A₁/A₄/O工艺；“厌氧区1”属完全无氧段，即在该区既无分子态氧(O₂)，又不存在化合态氧[O]，进入该区的原废水，利用厌氧微生物的水解和酸化作用，对其中所含的部分有机物进行开链或解链；“厌氧区2”属反硝化段，在该区由兼氧异养型微生物，以好氧硝化段产生的化合态氧，即NO₃ ^-中的[O]为受氢体，利用进入“厌氧区1”废水中的有机物进行厌氧反硝化脱氮；好氧段主要是利用化能自养型硝化类细菌，在空气中分子态氧(O₂)的参与下，对NH₃-N进行好氧氧化；好氧区含NO₃ ^-的泥水混合液以厌氧区和好氧区液体的比重差为推动力自动回流到“厌氧区2”；泥水混合液在沉淀区进行泥水分离，分离后的上清液即为生化处理后水，送后续处理；分离后的活性污泥作为回流污泥，靠重力自流入“厌氧区2”；剩余污泥由沉淀区引出。其工艺路线详见附图1～4。

超深层曝气，有效水深在100m，压缩空气承担好氧区泥水混合液充氧和回流提升的一气两用的双重功用，“厌氧-好氧-沉淀”设施一体化。与“A₁/A₄/O”工艺对应的装置，为分区组合式结构，沉淀区、厌样氧1区、厌样氧2区及好氧区间自然水力相连。内部附设有空气扩散装置及配水系统，与外部相连的有进水、出水、排液和进气等接口。上述装置为深井式。

实施例2  工艺同实施例1，装置为塔式。

实施例3  工艺同实施例1，装置为深井-塔结合式。

实施例4  工艺同实施例1，装置内为其他分区或分割形式。

实施例5  工艺同实施例1，装置为好氧区和厌氧区为一体化沉淀池为分体式。

实施例6  工艺同实施例1，装置为双子塔式。

实施例7  另一种工艺即A₄/O工艺：厌氧和好氧均为全一段，亦即厌氧区不分段，即无生物厌氧水解和酸化阶段(即A₁)，只有生物厌氧反硝化阶段(即A₄)和生物好氧氧化阶段(即O)，亦即相当于A₁/A₄/O工艺中“厌氧区1”的体积为零。其工艺路线详见附图5～8。

上述生物脱氮技术装置，与“A₄/O”工艺对应的装置，它的结构与“A₁/A₄/O”装置相比，只是厌氧1区和厌氧2区合并为一个厌氧区，其他相同。其装置可为塔式，装置横断面的几何形状为圆形、矩形或多边形中之一种，装置可用的材料为钢筋混凝土结构、非金属结构、钢-非金属混合结构、钢-钢筋混凝土混合结构或钢-非金属-钢筋混凝土混合结构任选其一。

Claims (9)

1、厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征在于：超深层曝气，压缩空气承担好氧区泥水混合液充氧和回流提升的一气两用的双重功用，“厌氧-好氧-沉淀”设施一体化，该技术有两种工艺实现：

a)“A₁/A₄/O”工艺：厌氧段分为“厌氧区1”和“厌氧区2”两部分，好氧区为全一段，压缩空气在其中承担着泥水混合液充氧和提升的双重任务；生物厌氧水解和酸化阶段，即A₁、生物厌氧反硝化阶段，即A₄、生物好氧氧化阶段，即O，称为A₁/A₄/O工艺；“厌氧区1”属完全无氧段，即在该区既无分子态氧(O₂)，又不存在化合态氧([O])，进入该区的原废水，利用厌氧微生物的水解和酸化作用，对其中所含的部分有机物进行开链或解链；“厌氧区2”属反硝化段，在该区由兼氧异养型微生物，以好氧硝化段产生的化合态氧，即NO₃ ^-中的[O]为受氢体，利用进入“厌氧区1”废水中的有机物进行厌氧反硝化脱氮；好氧段主要是利用化能自养型硝化类细菌，在空气中分子态氧(O₂)的参与下，对NH₃-N进行好氧氧化；好氧区含NO₃ ^-的泥水混合液以厌氧区和好氧区液体的比重差为推动力自动回流到“厌氧区2”；泥水混合液在沉淀区进行泥水分离，分离后的上清液即为生化处理后水，送后续处理；分离后的活性污泥作为回流污泥，靠重力自流入“厌氧区2”；剩余污泥由沉淀区引出。

b)A₄/O工艺：厌氧和好氧均为全一段，即无生物厌氧水解和酸化阶段，即A₁，只有生物厌氧反硝化阶段，即A₄和生物好氧氧化阶段，即O，亦即相当于A₁/A₄/O工艺中“厌氧区1”的体积为零，

在上述工艺中混合液回流比应是在10～20倍之间，回流混合液带给每升原废水的溶解氧量最高浓度也不超过70mg/L。

2、根据权利要求1所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：超深层曝气，有效水深范围在15～150m。

3、根据权利要求1所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术的两种工艺所对应的装置：

a)与“A₁/A₄/O”工艺对应的装置，为分区组合式结构，沉淀区、厌氧1区、厌氧2区及好氧区间自然水力相连。内部附设有空气扩散装置及配水系统，与外部相连的有进水、出水、排液和进气等接口。

b)与“A₄/O”工艺对应的装置，它的结构与“A₁/A₄/O”装置相比，只是厌氧1区和厌氧2区合并为一个厌氧区，其他相同。

4、根据权利要求3所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：上述装置可制成：深井式、塔式或深井-塔结合式；

5、根据权利要求3所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：上述装置横断面的几何形状：圆形、矩形或多边形。

6、根据权利要求3所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：根据结构需要，在装置内进行适当的分区或分割。

7、根据权利要求3所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：上述装置可为好氧区和厌氧区一体化，而沉淀区为分体设置。

8、根据权利要求3所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：上述装置可制成“双子塔”式分体结构。

9、根据权利要求3所述的厌氧/好氧一体化超深层曝气废水生物脱氮技术，其特征是：上述装置可用的材料：钢筋混凝土结构、钢结构、非金属结构、钢-非金属混合结构、钢-钢筋混凝土混合结构或钢-非金属-钢筋混凝土混合结构。

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