CN201016099Y

CN201016099Y - 强化内源反硝化生物脱氮装置

Info

Publication number: CN201016099Y
Application number: CNU2007201032804U
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 王建龙; 王淑莹
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2017-01-19

Abstract

强化内源反硝化生物脱氮装置属污水处理领域，解决现有装置脱氮效率低、运行能耗高、占地面积大、污泥产量高等问题。该装置由进水管(1)、格栅(2)、沉砂池(3)、水解酸化池(4)、缺氧池(5)、好氧池(6)、沉淀池(7)、出水管(8)顺序串联组成，特征在于：沉淀池(7)底部与水解酸化池(4)底部由回流污泥管(12)连接；水解酸化池(4)底部与沉砂池出水管(18)连接，顶部设有与缺氧池(5)进水管(19)连接的集水装置(17)，还包括悬浮污泥区(I)、泥水分离区(II)、生物膜强化区(III)；悬浮污泥区(I)设有循环泵(9)；悬浮污泥区(I)设有排泥口(10)。该装置有节能、高效、投资和运行成本低等特点。

Description

强化内源反硝化生物脱氮装置

技术领域

该实用新型涉及一种污水处理装置，特别是一种用于生物脱氮的装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，水资源供需矛盾日趋激化。而我国现有的污水处理厂对导致水体富营养化的主要营养物-氮的去除率很低且不稳定，导致水体富营养化现象加剧。因此，研究和开发高效、经济的生物脱氮工艺已成为当前热点。污水的脱氮处理工艺中，生物法因工艺简单、处理能力强、运行方式灵活，近年来已成为城市污水脱氮处理的重要方法，并得到广泛应用。根据生物脱氮的原理，通过微生物在缺氧、好氧的协同作用将污水中的氮去除是所有生物脱氮工艺的基本组成部分。常见的有缺氧/好氧(A/O)生物脱氮工艺、厌氧/缺氧/好氧(A²/O)生物脱氮除磷工艺以及在此基础上改进的双沟式氧化沟工艺和SBR工艺等。事实上，对于生物脱氮而言，当污水中的BOD浓度较高(即污水中的C/N值较高时)，又有充分的快速可生物降解有机物时，NO₂ ^-反硝化速率最大，缺氧池的水利停留时间(HRT)为0.5～1.0h即可；如果C/N值很低，则缺氧池HRT为2～3h。由此可见，污水较低的C/N不但导致脱氮效率降低，而且需要增加缺氧段构筑物的容积。对于低C/N的污水，为了实现氮的达标排放，一般采用向系统的反硝化段投加碳源，从而提高系统的脱氮效率，目前工程中常投加的碳源有甲醇、乙醇等有机物，但在实现氮达标排放的同时也提高了系统的运行费用。

为此，近几年研究人员提出了短程硝化反硝化生物脱氮技术，即将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NO₂ ^-进一步硝化，然后直接进行反硝化。与传统生物脱氮工艺相比，短程硝化/反硝化生物脱氮工艺可节约供氧量25％左右；节约反硝化所需碳源40％左右。同时还开发出了SHARON工艺、ANAMMOX工艺、CANON工艺、De-AMMONIFICATION工艺、OLAND工艺等生物脱氮新工艺，这些新工艺在不同程度上节省了反硝化过程所需的碳源，为低C/N污水的生物脱氮开辟了新途径。但这些新工艺由于运行条件复杂，稳定性差，要求对整个处理工艺实施在线控制方能保证处理效果，而一般实际污水处理厂水质、水力条件难以实现稳定化，这些客观因素限制了脱氮新工艺的生产性应用。

有关研究发现一般活性污泥中的40.50％总干物质是以液体高分子状态存在于细胞中，由于细菌细胞壁难以破坏，使活性污泥中的这类碳源无法得以利用。剩余污泥中含有的碳水化合物(50.2％)、蛋白质(26.7％)、脂肪(20.0％)均属于慢速可生物降解碳源，如果将这些物质转化为可利用的易生物降解碳，用于脱氮系统，则可大大提高污水的生物脱氮效率，避免了外加碳源，同时实现了污泥的减量化处理，节约建设、运行费用。

因此，大力开发符合我国国情、尤其是适合现有污水处理厂升级改造的高效的脱氮技术，使原有工艺的独特的优点得以充分发挥，开展对生物脱氮更深入地基础研究，开发更科学、合理的高效率工艺方法，探索简便、节能、高效生物脱氮技术，这也是生物脱氮技术深入工程实践的关键所在。

实用新型内容

该实用新型的目的是为了提高污水处理工艺的脱氮效率、降低污泥产量、降低运行和建设费用，解决传统污水处理工艺脱氮效率低、污泥产量高的问题，实现污水处理的节能降耗。

一种强化内源反硝化生物脱氮装置，由进水管1、格栅2、沉砂池3、水解酸化池4、缺氧池5、好氧池6、沉淀池7、出水管8顺序串联组成。沉淀池7底部与水解酸化池4底部之间由回流污泥管12连接；沉淀池7底部与缺氧池5进水端之间由回流污泥管14连接；好氧池6出水端与缺氧池5进水端之间由回流污泥管13连接。

所述的水解酸化池4底部与沉砂池3出水管18连接，顶部设有集水装置17，集水装置17与缺氧池5的进水管19连接，还包括自下至上依次为悬浮污泥区I、泥水分离区II、生物膜强化区III；悬浮污泥区I设有循环泵9，循环泵9分别与悬浮污泥区I和沉砂池出水管18连接，形成一个循环回路；悬浮污泥区I设有排泥口10，泥水分离区II与悬浮污泥区I通过变径接头16连接；生物膜强化区III填充生物载体，其填充体积比为30％～60％，取值低于此取值范围时，水解酸化效率较低，高于此取值范围时，生物膜强化区III易堵塞。

缺氧池5与好氧池6的体积比为1∶4～6，缺氧池5与好氧池6内分别设置隔板15，隔板间距为3～6m，并保证污水的推流状态。

一种强化内源反硝化生物脱氮装置处理污水的方法，包括以下步骤：

1)污水通过进水管1流入格栅2，去除水体中漂浮物，格栅2出水进入沉砂池3，去除较大的颗粒性物质。

2)上述沉砂池3出水进入水解酸化池4，进入水解酸化池4之前与沉淀池7回流剩余污泥混合，在水解酸化池4内自下至上依次经过悬浮污泥区I、泥水分离区II、生物膜强化区III。悬浮污泥区I设有循环泵9，使污泥处于膨胀状态，通过吸附、物理沉降作用快速去除部分有机物，在泥水分离区II实现泥水分离，从而实现水力停留时间和固体停留时间的分离。

3)上述水解酸化池4出水进入缺氧池5，首先与沉淀池7的回流污泥和好氧池6回流硝化液混合，使缺氧池5内保持较高的反硝化脱氮效率，在搅拌器11搅动下进行反硝化脱氮，同时去除有机物。

4)上述缺氧池5出水进入好氧池6，降解剩余有机物，在硝化细菌作用下进行硝化反应，将氨氮全部转化为硝态氮，好氧池6出水端硝化液通过硝化液回流管14回流至缺氧段5进水端。

5)好氧池6出水进入沉淀池7，沉淀池7上清液从出水管8排出，剩余污泥通过剩余污泥回流管12全部回流至水解酸化池4，实现污泥的水解酸化处理，污泥的水解酸化液作为缺氧池5反硝化脱氮的碳源，污泥经水解酸化后实现减量化；沉淀池7沉淀污泥通过污泥回流管14回流至缺氧池5。

实用新型的有益效果

(1)利用水解酸化池作为污水、污泥一体化处理装置及其方法，可以减少好氧池的曝气量和水力停留时间，降低运行和建设费用。

传统的城市污水预处理采用初沉池，靠物理方法去除污水中的较大颗粒性物质，而采用水解酸化预处理，由于其含有较高的污泥浓度和厌氧微生物，不但可通过物理吸附、沉降作用大幅度地去除废水中悬浮物或有机物，同时水解酸化菌可将污水中难降解有机物通过细胞外酶分解为小分子，小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用，从而提高污水的BOD₅/COD，改善了污水的可生化性。同时水解酸化池对进水负荷的变化起缓冲作用，从而为后续缺氧/好氧池创造较为稳定的进水条件。因此，采用水解酸化预处理工艺，可以减少好氧池的曝气量和水力停留时间，大大降低运行费用、减少占地面积以及投资。

(2)污泥水解酸化液作为系统反硝化脱氮的碳源，提高了系统的脱氮效率。

生物脱氮所需的碳源是易被微生物吸收利用的低分子脂肪酸类物质，所以碳源的COD组成至关重要。在实际工程中，为了提高脱氮速率，通常是投加甲醇或乙醇，以补充碳源的不足，但这会增加运行费用。本实用新型由于污水中无机物、难降解物质绝大部分都在沉砂池和水解酸化池中去除，因此，二沉池污泥组分中有机物含量高，剩余污泥水解产物中VFA(即挥发性脂肪酸)占SCOD(即溶解态COD)70％以上，其中大多为短链脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。其作为反硝化碳源比甲醇、乙醇脱氮效率高出1/3左右。因此，该工艺充分利用系统内部碳源，具有较高的脱氮效率，并且降低了运行费用，实现了污水处理工艺的可持续运行。

(3)该实用新型污泥产量低，简化了污泥处理过程并降低了剩余污泥处理成本。

由于本实用新型在好氧池的有机负荷较一般的传统活性污泥法还要低，所以好氧污泥产量也远远低于传统方法。传统污泥处理采用中温(33℃)或高温(50℃)厌氧消化，污泥须进行升温，消耗大量能量，污泥停留时间较长，并且须考虑复杂的气体回收利用设施，从而增加基建费用。而水解酸化池则将厌氧处理控制在产酸阶段，不仅降低了对环境条件(如温度、pH等)的要求，使厌氧构筑物所需容积缩小，同时也可不考虑气体的利用系统，从而节省基建费用。由于厌氧段控制在水解酸化阶段，经水解后污泥中易降解物质大大减少，而原来难以降解的大分子物质则被转化为易生物降解的物质，从而可以作为缺氧池反硝化脱氮的碳源。

附图说明

图1：为本实用新型强化内源反硝化生物脱氮装置示意图

图2：为传统水解酸化和生物脱氮组合工艺装置示意图

附图标记

1-进水管，2-格栅，3-沉砂池，4-水解酸化池，5-缺氧池，6-好氧池，7-沉淀池，8-出水管；9-循环泵，10-排泥口，11-搅拌器，12-剩余污泥回流管，13-硝化液回流管，14-污泥回流管，15-隔板，16-变径接头，17-集水装置，18-沉砂池出水管，19-缺氧池进水管。

具体实施方式

结合实施例，本实用新型的运行操作工序如下：

试验系统如图1所示，由进水管1、格栅2、沉砂池3、水解酸化池4、缺氧池5、好氧池6、沉淀池7、出水管8顺次连接组成。

水解酸化池4总有效容积为27L，由悬浮污泥区I、泥水分离区II、生物膜强化区III、集水装置17顺序连接构成；悬浮污泥区I设有循环泵9，循环泵9分别与悬浮污泥区I和沉砂池3出水管18连接，形成一个循环回路；悬浮污泥区I设有排泥口10，泥水分离区II与悬浮污泥区I通过变径接头16连接；悬浮污泥区I有效容积为6L，管径为DN100，泥水分离区II有效容积为6L，管径为DN200，生物膜强化区III管径为DN200，有效容积为15L，填充碳纤维生物载体，填充体积比为45％，该生物载体的比较面积为280m²/m³。

缺氧池5有效容积为8L，内设隔板15，分成3个格室，分别设有搅拌装置11，好氧池6有效容积为32L，内设隔板15，分成7个格室。沉淀池7与水解酸化池4之间连有剩余污泥回流管12，沉淀池7与缺氧池5之间连有回流污泥管14，好氧池6出水端与缺氧池5进水端连有硝化液回流管13。

应用本实用新型装置进行污水处理的方法具体包括以下过程：

1)污水通过进水管1流入格栅2，去除水体中漂浮物，水力停留时间为3min，格栅2出水进入沉砂池3，去除较大的颗粒性物质，水力停留时间为6min。

2)上述沉砂池3出水进入水解酸化池4，进入水解酸化池4之前与沉淀池7回流剩余污泥混合，在水解酸化池4内自下至上依次经过悬浮污泥区I、泥水分离区II、生物膜强化区III。悬浮污泥区I设有循环泵9，其流量为进水流量的3倍，以保证悬浮污泥区I内污泥处于膨胀状态，使污水、污泥充分接触，通过吸附、物理沉降作用快速去除部分有机物，在泥水分离区II实现泥水分离，从而实现水力停留时间和固体停留时间的分离，水解酸化池4水力停留时间为4.5小时，以保证水解酸化反应的完成，固体停留时间为40天，是为了使悬浮污泥区I维持较高的污泥浓度，具有较强的耐负荷冲击能力，同时使污水、污泥被充分水解酸化，整个系统从悬浮污泥区I排泥口10排泥。

3)上述水解酸化池4出水进入缺氧池5，首先与沉淀池7的回流污泥和好氧池6回流硝化液混合，使缺氧池5内保持较高的反硝化脱氮效率，在搅拌器11搅动下进行反硝化脱氮，同时去除有机物，缺氧池5水力停留时间1.3小时，充分进行反硝化脱氮过程。

4)上述缺氧池5出水进入好氧池6，降解剩余有机物，在硝化细菌作用下进行硝化反应，将氨氮全部转化为硝态氮，好氧池6水力停留时间5.5小时，以保证氨氮全部转化为硝态氮，好氧池6内气水体积比为1∶3，低于此取值范围，则降低缺氧池5反硝化速率，高于此取值范围，则出水中氨氮浓度升高，好氧池6出水端硝化液通过硝化液回流管14回流至缺氧段5进水端，硝化液回流量为进水流量的200％，低于此取值范围时，则系统总氮去除率较低，高于此取值范围时，则缺氧池5内溶解氧浓度升高，使得反硝化速率降低。

5)好氧池6出水进入沉淀池7，沉淀池7上清液从出水管8排出，剩余污泥通过剩余污泥回流管12全部回流至水解酸化池4，实现污泥的水解酸化处理，污泥的水解酸化液作为缺氧池5反硝化脱氮的碳源，污泥经水解酸化后实现减量化；沉淀池7沉淀污泥通过污泥回流管14回流至缺氧池，回流污泥量控制在进水流量的40％，以维持缺氧池的污泥浓度和反硝化效率。

实验实例1：以某大学家属区排放的实际生活污水为原水，进水流量为6L/h，进水的COD＝221～413mg/L，NH₄-N＝36～67mg/L。实验在室温下进行(23～25℃)。运行结果表明：实验原水BOD₅/COD为0.51，水解酸化出水BOD₅/COD升高至0.74，污水可生化性得到较大提高。系统出水NH₄-N浓度在2mg/L以下，NH₄-N平均去除率超过95％，系统出水TN小于15mg/L，TN平均去除率超过74％，系统出水COD小于30mg/L，COD平均去除率超过90％，好氧池污泥表观产率系数为0.23，低于传统污水处理工艺0.3～0.5，污泥经过水解酸化后污泥减量超过60％。

实验实例2：以某大学家属区排放的实际生活污水为对象，通过投加啤酒和NH₄Cl调节进水COD、NH₄-N浓度。进水流量为8L/h，进水的COD、NH₄-N、(COD＝600～800mg/L，NH₄-N＝82～103mg/L)。实验在室温下进行(23～25℃)。运行结果表明：实验原水BOD₅/COD为0.43，水解酸化出水BOD₅/COD升高至0.68，污水可生化性得到较大提高。系统出水NH₄-N浓度在5mg/L以下，NH₄-N平均去除率超过93％，系统出水TN小于30mg/L，TN平均去除率超过72％，系统出水COD小于30mg/L，COD平均去除率超过95％，好氧池污泥表观产率系数为0.25，低于传统污水处理工艺0.3～0.5，污泥经过水解酸化后污泥减量超过65％。

Claims

1.一种强化内源反硝化生物脱氮装置，由进水管(1)、格栅(2)、沉砂池(3)、水解酸化池(4)、缺氧池(5)、好氧池(6)、沉淀池(7)、出水管(8)顺序串联组成，其特征在于：

沉淀池(7)底部与水解酸化池(4)底部之间由回流污泥管(12)连接；

所述的水解酸化池(4)底部与沉砂池出水管(18)连接，顶部设有集水装置(17)，集水装置(17)与缺氧池(5)的进水管(19)连接，还包括自下至上依次为悬浮污泥区(I)、泥水分离区(II)、生物膜强化区(III)；悬浮污泥区(I)设有循环泵(9)，循环泵(9)分别与悬浮污泥区(I)和沉砂池出水管(18)连接，形成一个循环回路；悬浮污泥区(I)设有排泥口(10)，泥水分离区(II)与悬浮污泥区(I)通过变径接头(16)连接；生物膜强化区(III)填充生物载体；沉淀池(7)底部与缺氧池(5)底部之间由污泥回流管(14)连接；好氧池(6)出水端与缺氧池(5)进水端之间由硝化液回流管(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种强化内源反硝化生物脱氮装置，其特征在于，缺氧池(5)设有搅拌装置(11)，缺氧池(5)和好氧池(6)内分别设有隔板(15)，隔板间距为3～6m。