WO2017005154A1 - 高效污水脱氮去磷的工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

一种污水脱氮去磷的工艺及系统，将污水中的总氮和总磷分别降低到1mg/L和0.2mg/L以下，该工艺包括：步骤a：将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH 3-N的浓度小于0.2mg/L；步骤b：将步骤a所得污水进行缺氧反硝化脱氮处理；步骤c：将步骤b所得污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理。工艺及系统首先对污水进行前端处理使污水中氨氮浓度充分降低，即达到完全硝化作用，确保后续的缺氧反硝化脱氮处理达到完全反硝化作用，充分降低硝氮浓度；在缺氧反硝化脱氮过程中不断补充外加碳源，加快反硝化的速度；在好氧有机物降解及化学沉淀除磷步骤中，将前一步骤中多余的碳源充分去除，同时进行化学去磷，减少处理时间。

Description

高效污水脱氮去磷的工艺及系统 技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高效污水脱氮去磷的工艺及一种高效污水脱氮去磷的系统。
背景技术
随着人口的增加，生活污水量也急剧增高。一般污水的处理工艺未能在增高水量的情况下有效地处理污水，过高的氮与磷被排放到接受水体中，从而导致水体的富营养化与污染，造成了水体中藻类的大量生长形成水华。此现象在发展中国家屡有发生。政府和有关机构也采取各种措施来处理这一问题以达到控制并终极解决此问题的目标。虽然在处理工艺的进步改进了污水处理效果并减轻了对自然水体的过度排放营养盐，政府及研发机构仍然不断寻求更有效和低投资的工艺，以便达到日益严格的排放标准。例如，在中国的某些地方，已经把总氮的排放浓度由3mg/L降低为1mg/L，而总磷的排放标准则从1mg/L降低为0.2mg/L。现有的处理污水工艺要达到如此高的排放标准将会需要很高的成本，因此，必须开发更加有效又低成本的污水处理工艺，以满足日益提高的污水处理标准。本发明即为此目的提供了一个解决方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种高效污水脱氮去磷的工艺及一种高效污水脱氮去磷的系统。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明第一方面提供了一种高效污水脱氮去磷的工艺，与现有技术相比，其不同之处在于，该工艺包括如下步骤：
步骤a：将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH3-N的浓度小于0.2mg/L；
步骤b：将步骤a所得污水进行缺氧反硝化脱氮处理以使得污水中NO3-N 的浓度小于0.3mg/L，其中，在整个缺氧反硝化脱氮处理过程中不断补充外加碳源和经过厌氧驯化的污泥；以及
步骤c：将步骤b所得污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理以使得污水中P的浓度小于0.2mg/L。
优选地，所述步骤a具体为：将待处理污水依次进行厌氧处理、缺氧处理和好氧处理。
优选地，该工艺还包括步骤d：将步骤c所得污水进行沉淀并收集沉淀所得厌氧污泥。
优选地，所述步骤b中经过厌氧驯化的污泥为步骤d所收集厌氧污泥。
优选地，所述步骤b的缺氧反硝化脱氮处理过程中碳源中的C元素与NO3-N的摩尔比为(2.9～4.0):1。
优选地，所述外加碳源选自甲醇、乙醇和乙酸中的一种或多种。
本发明第二方面提供了一种高效污水脱氮去磷的系统，与现有技术相比，其不同之处在于，该系统包括：
前端处理装置，用于将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH3-N的浓度小于0.2mg/L；
与前端处理装置出水口连接的缺氧槽，用于对污水进行缺氧反硝化脱氮处理；
与缺氧槽连通的碳源添加装置，用于向所述缺氧槽中添加外加碳源；
与缺氧槽出水口连接的好氧槽，用于对污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理；
与好氧槽连通的金属盐添加装置，用于向所述好氧槽中添加金属盐；
与好氧槽出水口连接的沉淀槽，用于对污水进行沉淀以形成底部为厌氧环境的污泥层；以及
与沉淀槽底部排泥口连接的污泥回流装置，用于将沉淀槽底部厌氧环境的污泥回流至缺氧槽中。
优选地，所述前端处理装置包括：依次连接的厌氧池、缺氧池和第一好氧 池。
优选地，所述前端处理装置还包括第二好氧池，第二好氧池位于第一好氧池和缺氧槽之间，分别与第一好氧池出水口和缺氧槽入水口连接，用于对污水进行好氧氨氧化处理。
优选地，所述污泥回流装置还与厌氧池连接，以将沉淀槽底部厌氧环境的污泥回流至厌氧池中。
本发明的污水脱氮去磷的工艺与现有技术相比，依次包括前端处理步骤、缺氧反硝化脱氮步骤、和好氧有机物降解及化学沉淀除磷步骤，首先对污水进行前端处理使污水中氨氮浓度充分降低，即达到完全硝化作用，确保后续的缺氧反硝化脱氮处理达到完全反硝化作用，充分降低硝氮浓度；并且，在缺氧反硝化脱氮过程中不断补充外加碳源和经过厌氧驯化的污泥，加快反硝化的速度；在好氧有机物降解及化学沉淀除磷步骤中，前一步骤中多余的碳源充分去除，同时进行化学去磷，减少处理时间；本发明的污水脱氮去磷的工艺及系统能够将污水中的总氮和总磷分别降低到1mg/L和0.2mg/L以下。
附图说明
图1是本发明的高效污水脱氮去磷的工艺的流程图。
图2是本发明的高效污水脱氮去磷的系统的结构示意图。
图3是本发明的优选方式的高效污水脱氮去磷的系统的结构示意图。
图4是本发明的另一优选方式的高效污水脱氮去磷的系统的结构示意图。
图5是本发明实施例的系统的平面示意图。
图6是本发明实施例的工艺流程图。
图7是本发明实施例中污水进水和出水COD对比图。
图8是本发明实施例中污水进水和出水TN对比图。
图9是本发明实施例中污水进水和出水TP对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具 体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本发明。
本说明书中所记载的“氨氮”、“氨态氮”和“NH3-N”可互换使用，均表示以“游离氨(NH3)”或“铵离子(NH4 +)”形式存在的氮(N)元素。本说明书中所记载的“硝氮”、“硝态氮”和“NO3-N”可互换使用，均表示以“硝酸根离子(NO3 -)”形式存在的N元素。本发明中的“缺氧槽”和“兼氧槽”可互换使用、“缺氧池”和“兼氧池”可互换使用。
本发明提供了一种高效污水脱氮去磷的工艺，属于活性污泥法，采用微生物进行污水处理，将污水中的总氮降低至1mg/L，总磷降低至以下0.2mg/L，请参阅图1所示，该工艺包括如下步骤：
步骤S101：将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH3-N的浓度小于0.2mg/L。
步骤S102：将步骤S101所得污水进行缺氧反硝化脱氮处理以使得污水中NO3-N的浓度小于0.3mg/L，其中，在整个缺氧反硝化脱氮处理过程中不断补充外加碳源和经过厌氧驯化的污泥。
步骤S103：将步骤S102所得污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理以使得污水中P的浓度小于0.2mg/L。
在步骤S101中，污水前端处理的方式可以采用现有技术中的各种方式或其组合，只要将污水中NH3-N的浓度降低至小于0.2mg/L即可，本领域技术人员可以根据需要进行选择。例如，在本发明的一个优选实施方式中，前端处理的其中一个处理过程采用AAO工艺法或者以AAO工艺为基础的改良，AAO工艺 法又称A2O法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称(厌氧-缺氧-好氧法)，是一种常用的污水处理工艺，即：将待处理污水依次进行厌氧处理、缺氧处理和好氧处理，得到前端处理后的污水。现有技术中，厌氧处理在厌氧反应器或反应池中进行，一般，原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入厌氧反应器中，厌氧反应器的功能为释放磷；缺氧处理在缺氧反应器或反应池中进行，首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大；好氧处理在好氧反应器或反应池中进行，即为曝气池，这一反应单元是多功能的，去除COD，硝化和吸收磷等均在此处进行，混合液从这里回流到缺氧反应器中。也就是说，厌氧池进行生化除磷的厌氧释磷；缺氧池进行反硝化脱氮；好氧池进行有机物降解、有机氮和氨氮硝化、磷的吸收。如果经过上述的AAO工艺处理(前端处理的第一个处理过程)的污水中NH3-N的浓度仍然大于0.2mg/L，需要在前端处理的第一个处理过程之后继续去除NH3-N，例如，在本发明的另一个优选实施方式中，所述步骤S101在前端处理的第一个处理过程之后再增加第二个处理过程：将前端处理第一个处理过程所得污水进行好氧氨氧化处理。也就是说，再进行一次好氧处理以确保污水中NH3-N的浓度降低至小于0.2mg/L。
步骤S102中进行缺氧反硝化脱氮处理的污泥浓度比步骤S101中前端处理的污泥浓度或者步骤S101中前端处理后的好氧氨氧化处理的过程中不断补充经过厌氧驯化的污泥。使得步骤S102中的污泥浓度提高600～800mg/L。污泥补充可以采用后续的厌氧沉淀步骤中所得污泥回流至步骤S102中的方式，例如，在步骤S103之后还包括步骤S104：对步骤S103所得污水进行沉淀并收集沉淀所得厌氧污泥，并将沉淀所得污泥回流至步骤S102的缺氧反硝化脱氮处理中作为污泥的补充。
在步骤S102的缺氧反硝化脱氮处理过程中碳源中的C元素与NO3-N的摩尔比为(2.9～4.0):1，优选地，二者摩尔比控制在(2.9～3.5):1；更优选地，二者摩尔比控制在3:1。本领域技术人员在处理过程中对碳源和NO3-N进行实时监测，根据监测结果确定碳源添加的量，随时对碳源进行补充，以保证反硝化 的速度。在一个优选的实施方式中，外加碳源选自甲醇、乙醇和乙酸中的一种或多种。
经过步骤S102处理的污水由于外加碳源的添加，又在污水中引入了碳源，因此，在步骤S103中，要将上述没有消耗完的碳源去除，进行好氧处理，充分去除有机物(除了碳源外，还可以进一步去除有机氮)，同时，如果需要的话，金属离子，例如铝离子、二价铁离子或者三价铁离子，可以加入到好氧处理过程中，以降低总磷的浓度达到0.2mg/L或者以下。为了进一步增加磷去除效果，所添加的金属盐可以过量。
关于步骤S102和步骤S103的反应温度，在上述处理过程中，无需刻意对反应温度进行控制，也可以达到本发明的去除效果，一般情况下，反应速度与温度呈正比，反应时间(各个处理阶段污水停留时间)与温度呈反比，也就是说，当温度相对较低时，可以通过适当延长反应时间的方式确保去除效果。
相应地，本发明还提供了高效污水脱氮去磷的系统，该系统应用上述高效污水脱氮去磷的工艺进行污水处理。在下文中，将参考附图来更好地理解本发明的许多方面。附图中的装置未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本发明的系统中各个装置的连接。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应的装置。请参阅图2所示，该高效污水脱氮去磷的系统包括：前端处理装置10、缺氧槽20、好氧槽30、沉淀槽40、碳源添加装置50、金属盐添加装置60和污泥回流装置70。前端处理装置10、缺氧槽20、好氧槽30和沉淀槽40沿污水流动方向依次设置，其中，前端处理装置10用于将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH3-N的浓度小于0.2mg/L(进行上述S101步骤)；缺氧槽20与前端处理装置10出水口连接的，用于对污水进行缺氧反硝化脱氮处理(与下述碳源添加装置50共同进行上述S102步骤)；碳源添加装置50与缺氧槽20连通，用于向所述缺氧槽20中添加外加碳源；好氧槽30与缺氧槽20出水口连接，用于对污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理(与下述金属添加装置60共同进行上述S103步骤)；金属盐添加装置60与好氧槽30连通，用于向所述好氧槽30中添加金属盐；沉淀槽40与好氧槽30出水口连 接，用于对污水进行沉淀以形成底部为厌氧环境的污泥层；污泥回流装置70与沉淀槽40底部排泥口连接，用于将沉淀槽40底部厌氧环境的污泥回流至缺氧槽20中。
从好氧槽30排出的污水的溶解氧浓度一般为0.5～1.5mg/L。“溶解氧”的含义：溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。
在沉淀槽40中，污泥从其底部开始沉积，沉淀槽40中污泥层的厚度达到0.6米以上，优选0.6～0.8米，经过2～3小时的停留时间，污泥层底部为厌氧环境，这些污泥相当于经过了厌氧环境驯化，反硝化菌数量和反硝化酶含量增加，部分含有厌氧条件下培育的上述污泥与反硝化酶的回流污泥进入缺氧槽，这些污泥可以迅速消耗进入缺氧槽的污水中的溶解氧并提供反硝化酶以进行反硝化反应。例如，使得缺氧槽20中的污泥浓度提高600～800mg/L。
图3所示的高效污水脱氮去磷的系统为本发明的一个优选方式，前端处理装置10包括：依次连接的厌氧池101、缺氧池102和第一好氧池103，用于进行AAO处理工艺，第一好氧池103与缺氧池102形成内回流，污泥回流装置70还与厌氧池101连接，以将沉淀槽40底部厌氧环境的污泥回流至厌氧池101中。在图3所示的系统中，缺氧池102为第一阶段缺氧段、缺氧槽20为第二阶段缺氧段，第一好氧池103为第一阶段好氧段、好氧槽30为第二阶段好氧段。
图4所示的高效污水脱氮去磷的系统为本发明的另一个优选方式，在图3所示系统的基础上，在前端处理装置10中增加第二好氧池104，第二好氧池104位于第一好氧池103和缺氧槽20之间，适用于经过上述的AAO工艺处理(厌氧池101、缺氧池102和第一好氧池103)的污水中NH3-N的浓度仍然大于0.2mg/L的情形，第二好氧池104分别与第一好氧池103出水口和缺氧槽20入水口连接，用于对污水进行好氧氨氧化处理。在图4所示的系统中，缺氧池102为第一阶段缺氧段、缺氧槽20为第二阶段缺氧段，第一好氧池103为第一阶段好氧段、第二好氧池104为第二阶段好氧段，好氧槽30为第三阶段好氧段。
实施例：
本实施例提供了一种高效污水脱氮去磷的系统以及一种应用该系统进行污水处理的工艺，系统请参阅图5所示，工艺流程请参阅图6所示，本实施例的系统包括：依次连接的厌氧池101、缺氧池102、第一好氧池103、缺氧槽20、好氧槽30和沉淀槽40，第一好氧池和缺氧池形成内回流，沉淀槽与缺氧槽连接。图5中An(Anaerobic，厌氧)，Ax(Anoxic，缺氧)，Ox(Oxic，好氧)，厌氧池101为厌氧段(An)，缺氧池102为第一阶段缺氧段(Ax1)、第一好氧池103为第一阶段好氧段(Ox1)、缺氧槽20为第二阶段缺氧段(Ax2)，、好氧槽30为第二阶段好氧段(Ox2)。
应用图5所示的系统对污水进行处理，首先，在前端处理装置10中进行前端处理：污水依次经过厌氧池、缺氧池和第一好氧池进行前端处理，污水中NH3-N的浓度降至0.2mg/L以下；然后，从第一好氧池排除的污水进入缺氧槽中进行缺氧反硝化脱氮处理以使得污水中NO3-N的浓度小于0.3mg/L，在整个缺氧反硝化脱氮处理过程中不断补充甲醇控制缺氧槽中甲醇与NO3-N的摩尔比为3:1，同时，整个过程中，后续沉淀槽中的厌氧污泥不断回流至缺氧槽20中；接着，从缺氧槽中流出的污水进入好氧槽进行好氧处理，同时，不断添加金属离子，例如铝离子、二价铁离子或者三价铁离子，以降低总磷的浓度至0.2mg/L以下；最后，从好氧槽30排除的污水进入沉淀槽进行沉淀，收集污泥，保持污泥层厚度在0.6米以上，将收集的污泥不断回流至缺氧槽中。
图7至图9分别为污水进水和出水COD、TN和TP对比图，本实施例中的污水进水指标为COD小于400mg/L，总氮(TN)小于50mg/L，总磷(TP)小于8mg/L；经过处理之后从沉淀槽40排出的污水出水指标为COD小于20mg/L，总氮(TN)小于1mg/L，总磷(TP)小于0.2mg/L。从以上结果可以看出，采用本实施例的系统和工艺对污水进行处理后，总氮和总磷指标均满足排放标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种高效污水脱氮去磷的工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
    步骤a：将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH3-N的浓度小于0.2mg/L；
    步骤b：将步骤a所得污水进行缺氧反硝化脱氮处理以使得污水中NO3-N的浓度小于0.3mg/L，其中，在整个缺氧反硝化脱氮处理过程中不断补充外加碳源和经过厌氧驯化的污泥；以及
    步骤c：将步骤b所得污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理以使得污水中P的浓度小于0.2mg/L。
  2. 根据权利要求1所述的高效污水脱氮去磷的工艺，其特征在于，所述步骤a具体为：将待处理污水依次进行厌氧处理、缺氧处理和好氧处理。
  3. 根据权利要求1或2所述的高效污水脱氮去磷的工艺，其特征在于，该工艺还包括步骤d：将步骤c所得污水进行沉淀并收集沉淀所得厌氧污泥。
  4. 根据权利要求3所述的高效污水脱氮去磷的工艺，其特征在于，所述步骤b中经过厌氧驯化的污泥为步骤d所收集厌氧污泥。
  5. 根据权利要求1所述的高效污水脱氮去磷的工艺，其特征在于，所述步骤b的缺氧反硝化脱氮处理过程中碳源中的C元素与NO3-N的摩尔比为(2.9～4.0):1。
  6. 根据权利要求1所述的高效污水脱氮去磷的工艺，其特征在于，所述外加碳源选自甲醇、乙醇和乙酸中的一种或多种。
  7. 一种高效污水脱氮去磷的系统，其特征在于，该系统包括：
    前端处理装置，用于将待处理污水进行前端处理以使得污水中NH3-N的浓度小于0.2mg/L；
    与前端处理装置出水口连接的缺氧槽，用于对污水进行缺氧反硝化脱氮处理；
    与缺氧槽连通的碳源添加装置，用于向所述缺氧槽中添加外加碳源；
    与缺氧槽出水口连接的好氧槽，用于对污水同时进行好氧有机物降解及化学沉淀除磷处理；
    与好氧槽连通的金属盐添加装置，用于向所述好氧槽中添加金属盐；
    与好氧槽出水口连接的沉淀槽，用于对污水进行沉淀以形成底部为厌氧环境的污泥层；以及
    与沉淀槽底部排泥口连接的污泥回流装置，用于将沉淀槽底部厌氧环境的污泥回流至缺氧槽中。
  8. 根据权利要求7所述的高效污水脱氮去磷的系统，其特征在于，所述前端处理装置包括：依次连接的厌氧池、缺氧池和第一好氧池。
  9. 根据权利要求7所述的高效污水脱氮去磷的系统，其特征在于，所述前端处理装置还包括第二好氧池，第二好氧池位于第一好氧池和缺氧槽之间，分别与第一好氧池出水口和缺氧槽入水口连接，用于对污水进行好氧氨氧化处理。
  10. 根据权利要求8所述的高效污水脱氮去磷的系统，其特征在于，所述污泥回流装置还与厌氧池连接，以将沉淀槽底部厌氧环境的污泥回流至厌氧池中。
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