CN201458900U

CN201458900U - 改良分段进水深度脱氮除磷的装置

Info

Publication number: CN201458900U
Application number: CN2009201088936U
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 葛士建
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-06-10

Abstract

本实用新型涉及一种改良分段进水深度脱氮除磷的装置，属于生化法污水生物处理技术领域。针对现有A/O分段进水工艺不能同步生物除磷，而UCT工艺耗能高，操作较复杂等缺点，本实用新型将UCT工艺和分段进水工艺结合起来，将UCT工艺的硝化阶段改良为连续二段A/O工艺的串联运行模式，而且和各段缺氧区分点进水的策略联合起来，开发了具有反硝化除磷效果的高效脱氮除磷工艺使用的装置。首段设置厌氧反应器，沉淀池回流污泥回流至首段缺氧反应器，增设缺氧反应器至厌氧反应器的混合液回流管路，不需要好氧反应器至缺氧反应器的硝化液内回流设施。本实用新型具有稳定的出水水质和较低的能耗。

Description

改良分段进水深度脱氮除磷的装置

技术领域

本实用新型涉及一种去除城镇生活污水可生化有机物和氮磷营养物的改良分段进水深度脱氮除磷的装置，属于生化法污水生物处理技术领域，它将UCT工艺的硝化阶段改良为连续二段A/O工艺的串联运行模式，而且和各段缺氧区分点进水的策略联合起来，实现具有反硝化除磷功能的同步脱氮除磷，适用于大、中、小型城镇生活污水及工业废水深度脱氮除磷处理。

背景技术

我国在2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中要求所有排污单位出水水质为氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L，总磷小于0.5mg/L，化学需氧量COD小于50mg/L(一级A标准)，可见去除污水中氮磷污染物已经成为当今污水处理和再生回用的主要问题。

(1)连续流分段进水深度脱氮工艺

连续流分段进水深度脱氮工艺是近年来国外新开发的生物脱氮工艺，它最初依托于传统A/O工艺，通常由2-5段A/O串联组合而成，采用多点进水的方式在各段缺氧区进水，污泥回流至反应器首段，第一段的缺氧区反硝化菌利用部分进水碳源对污泥回流中的硝态氮进行反硝化；每段好氧区硝化液和部分进水同时流入下一段的缺氧区进行反硝化。后续各段反应功能同第一段。该工艺由于采用分段多点进水方式，因此具有一些特定工艺优势：①有机物沿反应器均匀分布，负荷均衡，一定程度上缩小了供氧速率与耗氧速率之间的差距，降低能耗，更能充分发挥活性污泥微生物的降解能力。②污泥回流至反应器首段，污泥浓度沿反应器梯度排列，而且梯度变化随污泥停留时间的延长而增大，在暴雨季节可通过改变各段进水流量分配比，以减少活性污泥被冲刷流失的危险。③在二沉池相同固体浓度负荷的前提下，系统主反应池中具有较高的污泥浓度，处理能力高。④硝化液从各段好氧区直接进入下一段缺氧区，不用设置硝化液内回流设施，简化了工艺流程，节省了动力费用。⑤各段缺氧区只进入部分原水，反硝化菌优先利用原水中易降解有机物进行反硝化反应，减少了好氧区异养菌对有机物的竞争，因此反硝化可以最大程度地利用原水碳源，对低C/N比城市生活污水的极其有利。⑥反硝化出水直接进入好氧区，在一定程度上弥补了硝化反应对碱度的需求，减少碱度物质投加量。⑦缺氧好氧环境交替存在，有效抑制了丝状菌的繁殖生长，防止丝状菌污泥膨胀的发生。⑧对现有水厂的升级改造相对简单，只需将污水改为分段进入主体反应池体，部分池体改为缺氧运行，其它设施无需改动。但是目前关于连续流分段进水工艺的研究及应用仅局限于脱氮，往往采用通过投加药剂的方式化学除磷，因而实际污水处理的运行费用中包括大量的药剂投加费，不但提高了污水处理成本而且丧失了环保理念。

(2)UCT工艺

南非开普敦大学(University of Cape Town)工艺简称UCT工艺，具备同时生物脱氮除磷能力的工艺，A2/O工艺的变种，更好地解决了硝态氮对除磷的不利影响，在国内外实际工程中得到广泛应用.该工艺一般设有厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区，同时设有三个回流管路，分别是从沉淀区到缺氧区的污泥外回流，从缺氧区末端到厌氧区的泥水混合液回流，从好氧区到缺氧区的泥水混合液内回流.在厌氧区，聚磷菌利用原水中的脂肪酸分解体内的聚磷颗粒，释放大量溶解性磷酸盐，并且通过缺氧区到厌氧区的内回流从而保证了厌氧区稳定的污泥浓度.在缺氧区存在大量的硝酸盐和正磷酸盐，一方面异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化反应，另一方面聚磷菌以硝酸盐为电子受体超量吸收水中的正磷酸盐进入细胞内形成聚磷，而硝酸盐被还原成氮气.好氧区氧化剩余有机物，完成氨氮氧化为硝酸盐的硝化反应，聚磷菌的好氧吸磷过程.UCT工艺能成功保证厌氧区的厌氧环境，从而大大提高工艺的除磷性能.但是随着水处理技术的迅猛发展和排放标准的日益严格，目前实际运行过程中逐渐暴露了UCT工艺存在的缺点：①由于该工艺涉及到三个回流管路，耗能较大，管路布置复杂.②不能充分利用原水碳源.中国多为低C/N比城市污水，碳源的缺乏成为脱氮除磷效率无法提高的屏障，而外加碳源又会大幅度增加污水处理费用.因此研究改进UCT工艺使其能最大程度的利用原水中的碳源，是提高UCT工艺脱氮除磷效率和增加该工艺在中国应用的主要问题.

(3)反硝化除磷技术

反硝化除磷机理为在厌氧段，反硝化聚磷菌的释磷过程和传统除磷工艺中聚磷菌基本是一致的；而在缺氧段，反硝化聚磷菌则以NO_X ^--N为电子受体，利用降解厌氧段储存于体内的PHB产生的能量ATP，大部分供给自身细胞的合成(糖原的合成)和维持生命活动，一部分则用于过量摄取水中的无机磷酸盐，并以聚磷颗粒的形式储存在细胞体内，同时NO_X-N被还原为N₂，同步实现反硝化和除磷效果。相对于传统脱氮除磷联合工艺，反硝化除磷技术的革新之处在于：①节省50％COD的消耗量。避免了反硝化菌和聚磷微生物之间对有机物的竞争，适合处理低C/N比污水；②减少30％的需气量，节省曝气能耗。③减少了除磷脱氮运行中产生的污泥量(大约50％)，降低污泥处理费用；④缩小反应器的体积。

实用新型内容

目前连续流分段进水A/O工艺急需解决的问题是如何实现生物高效除磷性能，而UCT工艺急面临的问题是如何建立稳定的反硝化除磷性能和高效脱氮，同时合理分配进水碳源以减少外加碳源所增加的运行费用。本实用新型的目的是为了解决上述两大技术问题，提出一种处理低C/N城镇生活污水以及工业废水的改良分段进水深度脱氮除磷的装置，可完成高效利用原水碳源的分段进水策略和同步脱氮除磷的UCT工艺两大技术联合。

本实用新型的改良分段进水深度脱氮除磷的装置，包括顺次连接的污水水箱1、进水泵2、厌氧反应器4、第一段缺氧反应器5、第一段好氧反应器6、第二段缺氧反应器7、第二段好氧反应器8、第三段缺氧反应器9、第三段好氧反应器10、设有出水口的21的沉淀池11以及从沉淀池11回流到第一段缺氧反应器5的污泥外回流管路、从第一段缺氧反应器5回流到厌氧反应器4的泥水混合液回流管路，

其特征在于：所述厌氧反应器4、第一段缺氧反应器5、第二段缺氧反应器7、第三段缺氧反应器9中均安装有搅拌器3，通过设有连通管的隔板将所述反应器共分为13个格室；第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10各格室底部均设有砂头曝气器18，空气压缩机15通过转子流量计17、空气调节阀19与砂头曝气器18连通；各段缺氧反应器和好氧反应器间隔顺次连接；沉淀池11底部通过回流污泥控制阀13和污泥回流泵14与缺氧第一段缺氧反应器5连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀12排出系统；第一段缺氧反应器5通过混合液回流泵16与厌氧反应器4连通；第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10最后一格室溶解氧浓度由DO仪表20在线监测控制，作为调节各段砂头曝气器18曝气阀门的控制参数.

本实用新型中第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10各自均为3个格室，其余各反应器均为1格室。

本实用新型中的厌氧反应器：部分原污水经进水泵抽取的原水与泥水混合液回流泵从第一段缺氧反应器抽取的混合液同时进入厌氧反应器，并与厌氧反应器内的混合液混合，在厌氧反应器内搅拌器的搅拌作用下完成聚磷菌吸收原水中的可生物降解有机物，以内碳源PHB的形式贮存在聚磷菌体内，同时释放大量的溶解性正磷酸盐。

第一段缺氧反应器：污泥回流泵经外回流污泥控制阀从沉淀池抽取的污泥与厌氧反应器出水混合进入第一段缺氧反应器，在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化菌利用剩余有机物进行反硝化反应，同时部分反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体，以厌氧反应器贮存体内的PHB为电子供体完成反硝化吸磷，实现氮磷的同步去除。

第一段好氧反应器6：第一段缺氧反应器出水混合液直接进入第一段好氧反应器，由曝气系统中的空气压缩机提供曝气，异养菌氧化剩余的极少有机物，硝化菌将NH₄ ⁺-N转化为NO_x ^--N，聚磷菌包括反硝化聚磷菌完成好氧吸磷过程。曝气量的大小根据运行状态进出水情况运用转子流量计进行调整，控制第一段好氧反应器最后一格出水NH₄ ⁺-N在0～3mg/L，若出水NH₄ ⁺-N超出此范围，就要对曝气量进行调整，保证硝化效果。

第二段缺氧反应器：部分原水与第一段好氧反应器硝化液进入第二段缺氧反应器7在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化菌利用进水有机物进行反硝化反应，同时伴随磷酸盐的吸收。

第二段好氧反应器：功能同第一段好氧反应器，第二段缺氧反应器出水混合液直接进入第二段好氧反应器，由曝气系统中的空气压缩机提供曝气，完成剩余的极少有机物的氧化去除和氨氮的硝化以及磷的好氧吸收。

第三段缺氧反应器：功能同第二段缺氧反应器，部分原水与第二段好氧反应器硝化液进入第三段缺氧反应器9在搅拌器的搅拌作用下异养反硝化菌利用进水有机物进行反硝化反应，同时伴随磷酸盐的吸收。

第三段好氧反应器：功能同第一段好氧反应器，第三段缺氧反应器出水混合液直接进入第三段好氧反应器，由曝气系统中的空气压缩机提供曝气，完成剩余的极少有机物的氧化去除和氨氮的硝化以及磷的好氧吸收。

沉淀池：第三段好氧反应器混合液进入沉淀池进行泥水分离，上清液外排，污泥沉淀在污泥斗，经回流污泥控制阀和污泥回流泵提升至第一段缺氧反应器，剩余沉淀污泥作为剩余污泥经污泥排放控制阀排出。

本实用新型涉及的改良分段进水深度脱氮除磷的装置使用后与现有技术相比，具有以下优点：

(1)通过将原水分段进入各段厌氧反应器或缺氧反应器进行放磷和反硝化反应，最大程度地利用了原水碳源，因此无需外加碳源即可实现污水的深度生物脱氮除磷，突破了低C/N污水脱氮除磷效率难以提高的瓶颈；

(2)与连续流A/O分段进水深度脱氮工艺相比，本工艺通过设置首段厌氧反应器，实现了生物除磷的功能，增加了分段进水工艺的实际应用价值，有利于污水的再生利用，防止水体富营养化的发生；同时首段进水进入厌氧反应器使得进水碳源优先满足生物除磷的需要，之后在缺氧反应器利用聚磷菌的内碳源进行反硝化，实现“一碳两用”的反硝化除磷，节省了碳源和后续好氧吸磷的曝气能耗。

(3)与传统UCT工艺相比，本工艺无需设置硝化液的内回流设施，大大节省了实际水厂运行费用。

(4)首段设置的厌氧反应器和缺氧反应器，相当于生物选择器，在一定程度上抑制了丝状菌的生长，减少发生丝状菌污泥膨胀的可能性。

附图说明

图1为改良分段进水深度脱氮除磷的装置图。

图2为连续3个月运行工艺对TN的去除效果的变化曲线图。

图3为连续3个月运行工艺对TP的去除效果的变化曲线图。

图1中：1——污水水箱；2——进水泵；3——搅拌器；4——厌氧反应器；5——第一段缺氧反应器；6——第一段好氧反应器；7——第二段缺氧反应器；8——第二段好氧反应器；9——第三段缺氧反应器；10——第三段好氧反应器；11沉淀池；12——剩余污泥排放控制阀；13——回流污泥控制阀；14——污泥回流泵；15——空气压缩机；16——混合液回流泵；17——转子流量计；18——砂头曝气器；19——空气调节阀；20——DO仪表；21——出水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型：

如图1所示，改良分段进水深度脱氮除磷的装置，由顺次连接的污水水箱1、进水泵2、厌氧反应器4、第一段缺氧反应器5、第一段好氧反应器6、第二段缺氧反应器7、第二段好氧反应器8、第三段缺氧反应器9、第三段好氧反应器10、沉淀池11以及从沉淀池11回流到第一段缺氧反应器5的污泥外回流管路、从第一段缺氧反应器5回流到厌氧反应器4的泥水混合液回流管路组成.污水水箱1的有效容积为340L，试验所选用的试验模型反应器为双廊道式矩形反应器，有效容积为340L，共分13个格室运行：第一个格室为厌氧反应器4(34L)，第二个格室为第一段缺氧反应器5(34L)，紧接着三个格室为第一段好氧反应器6(68L)，然后依次是第二段缺氧反应器7(34L)、第二段好氧反应器8(68L)、第三段缺氧反应器9(34L)、第三段好氧反应器10(68L).沉淀池11有效容积为85L.在厌氧反应器4、第一段缺氧反应器5、第二段缺氧反应器7、第三段缺氧反应器9中均安装有搅拌器3以保持污泥处于悬浮状态，并通过设有连通管的隔板将所述反应器共分为13个格室；其中第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10各自均为3个格室，其余各反应器均为1格室.第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10各格室底部均设有砂头曝气器18，空气压缩机15通过转子流量计17、空气调节阀19与砂头曝气器18连通；各段缺氧反应器和好氧反应器间隔顺次连接；沉淀池11底部通过回流污泥控制阀13和污泥回流泵14与缺氧第一段缺氧反应器5连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀12排出系统；第一段缺氧反应器5通过混合液回流泵16与厌氧反应器4连通；第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10最后一格室溶解氧浓度由DO仪表20在线监测控制，作为调节各段砂头曝气器18曝气阀门的控制参数.其中供气装置将压缩空气经供气管路到达第一段好氧反应器6、第二段好氧反应器8以及第三段好氧反应器10，各段好氧发生器溶解氧浓度通过转子流量计17控制调节，通过砂头曝气器18鼓出微细气泡满足微生物生长.进水、污泥外回流、泥水混合液回流分别通过进水泵2、污泥回流泵14、混合液回流泵16进行提升计量，各反应器通过隔板分离，并且隔板设有连通管以防止混合液的返混现象.

实例1

以北京某高校家属区实际生活污水为处理对象(COD＝180-265mg/L，TN＝43.8-86.5mg/L，TP＝4-8.4mg/L，C/N＝2.08-6.05，C/P＝21.4-66.3)，水力停留时间8h，污泥龄8-12d，平均污泥浓度3500±150mg/L，污泥回流比0.75，温度由加热棒控制在20。C左右，试验结果表明，COD平均去除率84.6％，TN和TP平均去除率分别为79％和90％。

实例2

以北京某污水处理厂初沉池出水为处理对象(COD＝119-565mg/L，TN＝24.6-79.5mg/L，TP＝0.48-13.3mg/L，C/N＝1.5-6.4，C/P＝35.7-74.5)，水力停留时间8-10h，污泥龄8-12d，平均污泥浓度5000±150mg/L，污泥回流比0.5-0.75，温度由加热棒控制在20℃左右，试验结果表明，COD平均去除率87％，TN和TP平均去除率分别为82.5％和95.02％，如图2、图3所示。

图2为以实际污水为处理对象，连续运行3个多月的系统对TN去除效果情况。在中试反应器规模日处理量为Q＝1.02m³/d情况下，连续三个月运行结果表明尽管进水TN波动较大，但出水水质基本维持在10mg/L以下，平均出水TN＝8mg/L，且出水TN以硝态氮为主，平均出水NH₄ ⁺-N为0.5mg/L，NH₄ ⁺-N和TN平均去除率分别高达99.5％和82.5％，达到国家城镇污水一级A排放标准。图3表明了系统对TP的去除效果情况。由图可知，系统经过反应器顺次的充分释磷和后续的反硝化除磷及好氧吸磷过程，出水TP平均0.29mg/L，此外，平均出水COD为42.73mg/L，均达到一级A排放标准的要求。

Claims

1.一种改良分段进水深度脱氮除磷的装置，包括顺次连接的污水水箱(1)、进水泵(2)、厌氧反应器(4)、第一段缺氧反应器(5)、第一段好氧反应器(6)、第二段缺氧反应器(7)、第二段好氧反应器(8)、第三段缺氧反应器(9)、第三段好氧反应器(10)、设有出水口的(21)的沉淀池(11)以及从沉淀池(11)回流到第一段缺氧反应器(5)的污泥外回流管路、从第一段缺氧反应器(5)回流到厌氧反应器(4)的泥水混合液回流管路，其特征在于：所述厌氧反应器(4)、第一段缺氧反应器(5)、第二段缺氧反应器(7)、第三段缺氧反应器(9)中均安装有搅拌器(3)，通过设有连通管的隔板将所述反应器共分为13个格室；第一段好氧反应器(6)、第二段好氧反应器(8)以及第三段好氧反应器(10)各格室底部均设有砂头曝气器(18)，空气压缩机(15)通过转子流量计(17)、空气调节阀(19)与砂头曝气器(18)连通；各段缺氧反应器和好氧反应器间隔顺次连接；沉淀池(11)底部通过回流污泥控制阀(13)和污泥回流泵(14)与缺氧第一段缺氧反应器(5)连通，剩余污泥通过剩余污泥排放控制阀(12)排出系统；第一段缺氧反应器(5)通过混合液回流泵(16)与厌氧反应器(4)连通；第一段好氧反应器(6)、第二段好氧反应器(8)以及第三段好氧反应器(10)最后一格室溶解氧浓度由DO仪表(20)在线监测控制，作为调节各段砂头曝气器(18)曝气阀门的控制参数。

2.根据权利要求1所述的改良分段进水深度脱氮除磷装置，其特征在于：其中第一段好氧反应器(6)、第二段好氧反应器(8)以及第三段好氧反应器(10)各自均为3个格室，其余各反应器均为1格室。