CN1651343A - A2n反硝化除磷污水处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种A2N反硝化除磷污水处理方法及其装置，原水从水箱中泵至厌氧池，厌氧池中排出的泥水进入中沉池；中沉池排出的上清液流向好氧生物膜硝化池，进行硝化反应；同时，上述中沉池沉淀下来的超越污泥，被直接泵入缺氧池，将超越污泥量控制在进水流量的10～33％范围内；上述好氧生物膜硝化池排出的被处理水进入缺氧池；从缺氧池中排出的被处理水进入快速曝气池，被吸收剩余的磷；从快速曝气池排出的被处理水进入终沉池，上清液从出水管排出，剩余污泥从污泥管排出，部分污泥分流至污泥回流管，并被泵入厌氧池，将回流污泥流量控制在进水流量的10～40％。解决了出水氨氮、TN及TP浓度难以控制的问题，确保出水水质达标，节省能耗。
Description
(一)、技术领域
该发明涉及一种污水处理方法及其装置。
(二)、背景技术
氮、磷过量排放引起的水体富营养化是当前政府和公众最为关注的环境问题之一，以控制水体富营养化为目的的氮、磷脱除已成为各国污水处理主要的奋斗目标。目前我国几乎所有的污水处理厂都面临着同一个问题，即脱氮和除磷去除效果不能同时达到最佳状态，究其原因主要为：1、污水COD/TN比值较低，碳源缺乏成为反硝化和除磷的限制性因素；2、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌这三类微生物生理习性及要求的环境条件各不相同，但是污水厂采用的多为单污泥系统，微生物呈悬浮混合生长，因而无法保证它们能同时在各自最佳的环境中生长。这两个原因最终导致了氮和磷的去除成为对立矛盾的两方面，使出水氨氮、TN及TP浓度难以控制并去除不彻底，含氮、磷富营养化污水处理效率较低、处理时间较长、能耗较高，并且污水脱氮除磷效果不稳定和达标率较低。
(三)、发明内容
本发明的目的要提供一种A2N反硝化除磷污水处理方法及其装置，(A2N为通用技术用语，是Anaerobic/Anoxic and nitrifying的缩写)，要解决含氮、磷富营养化污水处理的技术问题；并解决污水脱氮除磷效果不稳定和达标率较低的问题。
本发明的技术方案：这种A2N反硝化除磷污水处理方法，有以下步骤：
(1)、原水从水箱中泵至厌氧池，在搅动下，反硝化聚磷菌在此吸收大量的有机物，并以PHB的形式贮存在体内，同时释放出大量的磷；
(2)、上述厌氧池中排出的泥水进入中沉池，经中沉池快速分离；
(3)、上述中沉池排出的富含氨氮和磷的上清液，流向好氧生物膜硝化池，进行硝化反应，同时也好氧降解了剩余的有机物；其特征在于：
(4)、同时，上述中沉池沉淀下来的聚磷污泥称超越污泥，被直接泵入缺氧池，DPB以体内的PHB为电子供体，以硝化池提供的NO3 -作为电子受体，完成反硝化脱氮和过量吸磷作用，在处理生活污水时，将超越污泥量控制在进水流量的10～33％范围内；
(5)、上述好氧生物膜硝化池排出的被处理水进入缺氧池，在搅动下进行缺氧反应；
(6)、从缺氧池中排出的被处理水进入快速曝气池，被吸收剩余的磷；
(7)、从快速曝气池排出的被处理水进入终沉池，上清液从出水管排出，剩余污泥从污泥管排出，部分污泥分流至污泥回流管，并被泵入厌氧池，在处理生活污水时，将回流污泥流量控制在进水流量的10～40％。
这种A2N反硝化除磷污水处理装置，其特征在于：
由原水管、水箱、泵、厌氧池、中沉池、好氧生物膜硝化池、缺氧池、快速曝气池、终沉池、出水管顺序串连；
厌氧池和缺氧池内置有搅拌装置；
中沉池底部与缺氧池底部之间连接有超越污泥管；
在终沉池底部和厌氧池底部之间连通有回流污泥管。
本发明的有益效果：
实验效果一：以某大学家属区排放的实际生活污水为原水，进水的COD、氨氮和总磷值(COD＝201-332mg/L，NH4 +-N＝44.74～68.89，TP＝4.95-9.66mg/L)。聚磷污泥的SRT为12～14d(不考虑硝化池生物膜的SRT)。生物膜硝化池的DO浓度设定值为2～3mg/L，后曝气池的DO浓度设定在2mg/L左右。进水流量为43.2-48L/d，将超越污泥流量控制在进水流量的50％左右，为保持系统中各反应器污泥的均衡性，回流污泥流量也控制在进水流量的50％左右。运行结果如图2所示，从最后一组数据可以看出(图2中箭头表示)，当进水氨氮浓度为52mg/L，硝化池氨氮浓度为3.5mg/L，最后出水的氨氮浓度还高达10mg/L左右。这就是因为由于超越污泥比控制在50％左右时偏高，相等一部分氨氮未经好氧硝化就直接进入缺氧池，致使出水氨氮浓度偏高。因此有必要在保证缺氧池中有足量污泥的前提下，尽可能减小超越污泥流量，以此来降低出水的氨氮浓度。
实验效果二：以某大学家属区排放的实际生活污水为原水，加适量的自来水稀释或者投加葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4来达到不同的COD、氨氮和总磷值(COD＝290～400mg/L，TN＝44-71mg/L，TP＝3.78-9.23；此时COD/TN＝4.2-8.6)。聚磷污泥的SRT为12～14d(不考虑硝化池生物膜的SRT)。生物膜硝化池的DO浓度设定值为2～3mg/L，后曝气池的DO浓度设定在2mg/L左右。进水流量为43.2-48L/d，将超越污泥和回流污泥流量为12.9-14.4L/d，回流比和超越污泥比约为33％左右。同时对工艺中各反应器的ORP值进行在线检测，实时监测反应器内有机物降解和短程硝化/反硝化情况，此时系统对COD、TN和TP的平均去除率可以维持在93％、92.70％和93.09％左右。
实验效果三：以某大学家属区排放的实际生活污水为原水，加适量的自来水稀释或者投加葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4来达到不同的COD、氨氮和总磷值(COD＝290～400mg/L，TN＝44-71mg/L，TP＝3.78-9.23；此时COD/TN＝4.2-8.6)。聚磷污泥的SRT为12～14d(不考虑硝化池生物膜的SRT)。生物膜硝化池的DO浓度设定值为2～3mg/L，后曝气池的DO浓度设定在2mg/L左右。进水流量为43.2-48L/d，超越污泥控制在32％左右，I组运行阶段将回流污泥控制在32％，II组运行阶段将回流污泥控制在65％，III组运行阶段回流污泥控制在100％，表1为这三个运行阶段的试验结果对比。从表中可以发现，当回流污泥比分别为65％和100％时，系统出水硝态氮和TP浓度与I阶段(回流比为32％)比较接近，只是TN出水浓度略有升高，且TN的升高基本是由氨氮浓度引起的。众所周知，前置反硝化脱氮除磷系统中，回流比最终决定系统的脱氮率，且一般情况下，回流比越大脱氮率越高；A2N工艺的脱氮形式属于后置反硝化系统，回流比对脱氮效果的影响较前置反硝化系统小的多，特别是当进水COD/TN比值不是很低的水质条件下，后置反硝化效果较好，出水硝态氮浓度较低，提高回流比对于提高系统脱氮效果的作用不大。另外，在对工艺的调试过程中发现，回流比的增大更易造成中沉池聚磷污泥的积累。因此，当缺氧池出水硝态氮浓度已经比较低时，从节能角度考虑，不必增大A2N工艺的污泥回流比。
表1：不同回流比的试验结果统计表(平均值)
项 目 不同回流比组号
1#(1阶段) 2#(II阶段) 3#(III阶段)
回流比(％) 32 65 100
进水COD(mg/L) 348 333.45 356.78
出水COD(mg/L) 17.13 34.2 37.63
COD去除率(％) 95.08 90.00 89.45
出水NO3 --N(mg/L)1.56 1.2 0.37
进水TN(mg/L) 57.53 61.40 59.55
出水TN(mg/L) 4.18 7.04 7.45
TN去除率(％) 92.70 88.53 87.89
进水TP(mg/L) 5.79 6.06 5.88
厌氧池TP(mg/L) 33.83 26.33 22.18
缺氧TP(mg/L) 2.53 2.45 2.75
出水TP(mg/L) 0.40 0.61 0.56
TP去除率(％) 93.09 89.77 90.47
出水SS(mg/L) 19 34 34
本发明A2N反硝化除磷污水处理工艺的机理：反硝化除磷(Denitrifyingphosphorus removal)可以称为缺氧吸磷，Anoxic phosphorus uptake，是指在厌氧/缺氧(anaerobic/anoxic)交替运行的条件下，驯化出一类以NO3 --N作为最终电子受体的反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate-Removal Bacteria，缩写DPB)优势菌属，它们能以NO3 -作为电子受体，利用内碳源(PHB)，通过“一碳两用”方式同时实现反硝化脱氮和吸磷作用。打破了传统脱氮除磷机理所认为的脱氮除磷必须分别由专性反硝化菌和专性聚磷菌来完成的理念，使得除磷和反硝化脱氮过程用同一类微生物来实现，在该处理过程中，NO3 -已不再被单纯地视为除磷工艺的抑制性因素，以其作为最终电子受体进行反硝化吸磷反应，与传统的脱氮除磷工艺相比不仅COD耗量可节省50％，氧气耗量降低30％，污泥产量也可望减少50％。解决了传统工艺中脱氮和除磷间的矛盾关系，吸磷作用以NO3 -作为电子受体来完成，可以节省供氧量，故投入的动力消耗少；硝化菌呈生物膜固着生长，反硝化聚磷菌悬浮生长于另一系统中，两者的分离解决了传统工艺中聚磷菌和硝化菌的竞争矛盾，这更有利于除磷、脱氮系统的稳定和高效，可控制性也得到了提高；在无需大规模污泥回流的前提下就能使出水保持较低的硝酸盐浓度；⑤DPB污泥产量可望减少，减少污泥处理费用。本发明特别适用于城市污水尤其是碳、氮、磷比例失调的南方地区城市污水脱氮除磷处理；较适合COD/TN比值较低的污水处理。
本发明以生活污水为处理对象，将超越污泥比和回流污泥比控制在合适的范围，确定了去除有机物、脱氮除磷过程的最佳运行参数，提高了污水中氮、磷及有机物的去除效率，提高了系统运行的稳定性和可控制性。在保证出水水质的前提下达到高效低消耗。解决了含氮、磷富营养化污水处理的问题；并解决了污水脱氮除磷效果不稳定和达标率较低的问题；还解决了污水处理运行过程中出现的出水氨氮、TN及TP浓度难以控制的实际问题，增强反硝化除磷脱氮工艺的优化与控制。
(四)、附图说明
图1是本发明A2N反硝化除磷污水处理方法及其装置的示意图。
图2是超越污泥比≈回流污泥比＝50％时反应池内NH4 +-N的变化曲线。
(五)、具体实施方式
实施例参见图1，本发明的具体流程为：原水先进入厌氧池，反硝化聚磷菌在此吸收大量的有机物，并以PHB的形式贮存在体内，同时释放出大量的磷。随后泥水经中沉池快速分离后，富含氨氮和磷的上清液流向好氧生物膜硝化池，进行硝化反应，同时也好氧降解了剩余的有机物。而沉淀下来的聚磷污泥超越了生物膜法硝化池直接进入缺氧池，DPB以体内的PHB为电子供体，以硝化池提供的NO3 -作为电子受体，完成反硝化脱氮和过量吸磷作用。后置快速曝气池的设计主要是用于吸收剩余的磷：缺氧池中，聚磷菌以硝态氮作为第一电子受体对磷的吸收如果不完全，在后置快速曝气池中它们就可以以氧作为第二电子受体将余磷吸收完全。
这种A2N反硝化除磷污水处理方法，有以下步骤：
(1)、原水从水箱中泵至厌氧池，在搅动下，反硝化聚磷菌在此吸收大量的有机物，并以PHB的形式贮存在体内，同时释放出大量的磷；
(2)、上述厌氧池中排出的泥水进入中沉池，经中沉池快速分离；
(3)、上述中沉池排出的富含氨氮和磷的上清液，流向好氧生物膜硝化池，进行硝化反应，同时也好氧降解了剩余的有机物；其特征在于：
(4)、同时，上述中沉池沉淀下来的聚磷污泥称超越污泥，被直接泵入缺氧池，DPB以体内的PHB为电子供体，以硝化池提供的NO3 -作为电子受体，完成反硝化脱氮和过量吸磷作用，在处理生活污水时，将超越污泥量控制在进水流量的10～33％范围内；
(5)、上述好氧生物膜硝化池排出的被处理水进入缺氧池，在搅动下进行缺氧反应；
(6)、从缺氧池中排出的被处理水进入快速曝气池，被吸收剩余的磷；
(7)、从快速曝气池排出的被处理水进入终沉池，上清液从出水管排出，剩余污泥从污泥管排出，部分污泥分流至污泥回流管，并被泵入厌氧池，在处理生活污水时，将回流污泥流量控制在进水流量的10～40％。
这种A2N反硝化除磷污水处理装置，由原水管1、水箱2、泵3、厌氧池4、中沉池5、好氧生物膜硝化池6、缺氧池7、快速曝气池8、终沉池9、出水管10顺序串连；厌氧池和缺氧池内置有搅拌装置；中沉池底部与缺氧池底部之间连接有超越污泥管11；在终沉池底部和厌氧池底部之间连通有回流污泥管12。好氧生物膜硝化池底部有放空管13，快速曝气池有底部放空管14。
在保证A2N系统中缺氧池足够污泥量的前提下，超越污泥比(超越污泥流量/进水流量)的控制应尽可能小，以防止超越污泥中未经硝化的污水进入缺氧池，此时超越污泥比的优化控制范围为10-33％。
在将超越污泥比控制在10-33％前提下，即使进水C/N较低(C/N≈3.09～4.2左右)，将污泥回流比(污泥回流流量/进水流量)控制在26-40％，系统对TN和TP的去除率也可分别达到84.2％和92％左右。
当进水C/N在为4.2≤C/N≤9时，从节能角度考虑，不必增大污泥回流比，即可以将回流污泥比控制在10-33％，此时系统的脱氮除磷效果可同时达到最佳状态，即平均去除率分别达到92.7％和93.09％。
本发明可以通过缺氧池和厌氧池的ORP变化规律来判断系统的反硝化程度，根据ORP的在线检测来自动控制回流污泥比。
超越污泥流量比直接决定未经过硝化而直接进入缺氧池的氨氮含量，最终影响系统出水的氨氮浓度。为了尽可能降低出水的氨氮浓度，超越污泥流量的控制原则就是在保证缺氧池足量污泥的前提下，最大限度降低其值，运行实践值可以达到的控制范围为10-33％。一般情况下，回流比越大脱氮率越高；当进水C/N比值为(4.2≤C/N≤9)，碳源较充足、出水中硝态氮浓度较低时，从节能角度考虑，不必增大污泥比，此时可以将回流污泥和超越污泥比设置为等值，即。但如果进水C/N偏低(C/N≈3.09～4.2)，反硝化不完全时，则需要根据实际的C/N比，来灵活地提高系统的回流比。但由于回流污泥中含有的硝态氮大量进入系统厌氧池中，会抑制厌氧放磷反应，最终影响系统的除磷效果，故综合氮、磷两者的去处效果，可将回流污泥比控制在30-40％。
本发明对回流污泥和超越污泥比实现优化控制，并能根据进水水质特点浓度灵活地改变与调节这两个比值；同时还可利用ORP值的在线检测，准确地把握反硝化脱氮除磷生化反应过程进行的程度，及时地调节回流污泥比，从而大大提高了A2N系统氮磷去除的稳定性和可控制性，确保出水水质达标，节省运行费用。
Claims (2)
1、一种A2N反硝化除磷污水处理方法，有以下步骤：
(1)、原水从水箱中泵至厌氧池，在搅动下，反硝化聚磷菌在此吸收大量的有机物，并以PHB的形式贮存在体内，同时释放出大量的磷；
(2)、上述厌氧池中排出的泥水进入中沉池，经中沉池快速分离；
(3)、上述中沉池排出的富含氨氮和磷的上清液，流向好氧生物膜硝化池，进行硝化反应，同时也好氧降解了剩余的有机物；其特征在于：
(4)、同时，上述中沉池沉淀下来的聚磷污泥称超越污泥，被直接泵入缺氧池，DPB以体内的PHB为电子供体，以硝化池提供的NO3 -作为电子受体，完成反硝化脱氮和过量吸磷作用，在处理生活污水时，将超越污泥量控制在进水流量的10～33％范围内；
(5)、上述好氧生物膜硝化池排出的被处理水进入缺氧池，在搅动下进行缺氧反应；
(6)、从缺氧池中排出的被处理水进入快速曝气池，被吸收剩余的磷；
(7)、从快速曝气池排出的被处理水进入终沉池，上清液从出水管排出，剩余污泥从污泥管排出，部分污泥分流至污泥回流管，并被泵入厌氧池，在处理生活污水时，将回流污泥流量控制在进水流量的10～40％。
2、一种A2N反硝化除磷污水处理装置，其特征在于：
由原水管、水箱、泵、厌氧池、中沉池、好氧生物膜硝化池、缺氧池、快速曝气池、终沉池、出水管顺序串连；
厌氧池和缺氧池内置有搅拌装置；
中沉池底部与缺氧池底部之间连接有超越污泥管；
在终沉池底部和厌氧池底部之间连通有回流污泥管。
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