申请日2012.05.08
公开(公告)日2012.09.26
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种处理低浓度废水高效同步脱氮除磷的方法，属于生化法污水生物处理技术领域。针对低浓度废水存在污染物浓度低、进水C/N低特点，而传统A/O工艺处理该类污水碳源利用率低、同步脱氮除磷效果不佳、能耗较高等缺点，本发明将传统A/O工艺与分段进水技术结合，通过将A/O工艺缺氧段增加一道隔墙，变成前置预缺氧段和厌氧段，污泥回流至预缺氧反硝化段;硝化阶段改良为缺氧/好氧交替运行模式，同时将原水分点进入各缺氧段和厌氧段。通过控制四点进水流量比以及控制第一好氧段DO为1.5-2mg/L、第二好氧段和第三好氧段DO为1.0-1.5mg/L，可实现对低浓度城市污水进水碳源有效利用率达77%以及出水达一级A排放标准。
权利要求书
1.一种处理低浓度废水高效同步脱氮除磷的方法，其特征在于应用如下 改良A/O四点分段进水高效同步脱氮除磷装置;
该装置包括：顺次连接的污水水箱、预缺氧反应器、厌氧反应器、第 一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺 氧反应器、第三段好氧反应器和沉淀池，通过设有连通管的隔板将预 缺氧反应器、厌氧反应器、第一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、 第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第三段好氧反应器连通;污 水水箱通过四台泵分别连接预缺氧反应器、厌氧反应器、第二段缺氧 反应器和第三段缺氧反应器，预缺氧反应器、厌氧反应器、第二段缺 氧反应器和第三段缺氧反应器反应器均安装搅拌器;从沉淀池底部通 过回流污泥控制阀和污泥回流泵回流到预缺氧反应器的污泥回流管路 ;各好氧反应器底部设有砂头曝气器，空气压缩机通过气体流量计、 空气调节阀与砂头曝气器连通，砂头曝气器、空气调节阀、气体流量 计和空气压缩机共同组成曝气系统;各好氧反应器设有溶解氧浓度监 测控制仪表;
该方法包括以下步骤：
(1)快速启动阶段：从Orbal氧化沟内沟取活性污泥混合液，沉淀后 将上清液滗去，注入到预缺氧反应器、厌氧反应器、第一段好氧反应 器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第 三段好氧反应器和沉淀池，接种后通过增加或减少反应器中的沉淀污 泥或上清液控制反应器中混合液污泥浓度MLSS=4000-4500mg/L;开始 启动进水泵注入城市生活污水进行连续运行，同时打开搅拌器，以及 污泥回流泵和回流污泥控制阀;然后启动曝气系统在各好氧反应器进 行氨氮的硝化反应，维持溶解氧DO=2-3mg/L，开始连续运行;按照从 低负荷Q=37L/d到正常负荷Q=185L/d，并以20%-30%梯度逐步增加的运 行方式驯化污泥，在每组负荷下通过调整曝气量大小控制氨氮硝化率 达75%以上即可转入下一组负荷运行，并且每天通过开启控制阀排放剩 余污泥控制系统泥齢为10-15d，使得硝化菌、聚磷菌、异养菌大量繁 殖生长，逐步成为系统的优势种属;运行10-15d后，二沉池出水SS小 于15mg/L，氨氮的硝化效果维持在90%以上，出水NH4+-N<5mg/L，PO43--P<1mg/L，确认其启动结束进入平稳运行阶段;
(2)连续运行：当改良A/O四点分段进水高效同步脱氮除磷工艺启动 结束之后，生活污水分为四点，按照20%:35%:35%:10%比例经各段进水 泵依次进入预缺氧反应器、厌氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段 缺氧反应器，同时沉淀池中的污泥通过污泥回流泵按照50%-100%的回 流比提升至预缺氧反应器，通过排放剩余污泥控制污泥龄为10-15d;
(3)优化控制：维持第一段好氧反应器末端DO为1.5-2mg/L，第二段 好氧反应器和第三段好氧反应器末端DO为1-1.5mg/L，当系统出水满足 甚至优于一级A排放标准即完成了改良A/O四点分段进水高效同步脱氮 除磷过程。
说明书
一种处理低浓度废水高效同步脱氮除磷的方法
技术领域
本发明涉及一种去除低浓度城镇生活污水可生化有机物和氮磷营养物 方法，属于生化法污水生物处理技术领域，将A/O工艺缺氧段增加一道 隔墙，变成前置预缺氧反硝化段和厌氧段，污泥回流至预缺氧反硝化 段;硝化阶段改良为缺氧/好氧交替运行模式，同时将原水分点进入各 缺氧段和厌氧段，开发了具有较短水利停留时间、碳源利用率高的的 同步脱氮除磷工艺，适用于我们大、中、小型城镇低浓度生活污水及 工业废水深度脱氮除磷处理。
背景技术
目前，我国城镇污水处理厂中运行的生物处理工艺以A2/O、SBR、OD为 主导，然而该类传统单一污泥处理系统由于自养菌和异养菌混合生长 引起泥齢的矛盾、回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响以及存在较长 的HRT等原因，导致系统对进水碳源有效利用率不高，很难达到氮磷的 高效、稳定去除，同时增加了基建和运行费用。尤其是我们南方城镇 存在较低的污染物浓度甚至低C/N的生活污水，更是增加了污水处理厂 出水达标排放的难度。可见在现有基础上如何缩短系统HRT以提高进水 负荷、如何提高进水碳源利用率是解决低浓度废水甚至低C/N废水氮磷 高效稳定去除的一个途径。
(1)传统前置反硝化(A/O)工艺
A/O(缺氧/好氧)生物脱氮工艺于20世纪80年代初开发，是目前城市污 水处理厂广泛采用的一种生物脱氮工艺。该工艺利用污水中的含碳有 机物作为反硝化碳源，能有效去除COD和含氮化合物。A/O生物脱氮的 工艺流程如下，原污水首先进入缺氧池，在其中污水中的有机物作为 电子供体，对内循环回流的硝态氮进行发硝化脱氮，有机物得到初步 讲解;再进入好氧池，在其中有机物进一步降解同时发生硝化反应氨 氮被去除;最后好氧池硝化混合液和沉淀后的部分污泥同时回流到缺 氧池，使缺氧池既能从原水中得到充足的有机碳源，又能从回流中得 到大量的硝态氮，从而进行反硝化作用。
A/O工艺具有如下特点：流程简单、省去了中间沉淀池，构筑物少，大 大节省了基建费用，同时运行费用较低，电耗较低，占地面积小;好 氧池在缺氧池之后，可进一步去除反硝化残留有机物;缺氧池在好氧 池之前，由于反硝化消耗了 大部分有机碳源，有利于减轻好氧池的有机负荷，减少好氧池的碳氧 化需氧量;反硝化产生的碱度可以补充硝化过程对碱度的消耗;A/O工 艺只有一个污泥系统，缺氧池在好氧池之前，起到生物选择器的作用 ，活性污泥交替的处于好氧和缺氧状态，利于控制污泥膨胀;此外， 由于系统结构简单，易于在常规活性污泥系统上进行改建，不必增加 更多的设施与设备。
由于受进水碳源、内循环比及回流比的影响，A/O工艺脱氮效率很低， 一般为60%左右;此外A/O工艺影响因素较多，需要进行硝化液内回流 、污泥回流和曝气充氧，能耗和运行费用较高。
(2)分段进水A/O深度脱氮工艺
分段进水生物脱氮工艺通常由2～4段缺氧/好氧顺序排列组成。原水分 别在各段的缺氧区进入反应器，回流污泥回流到系统的首端，通常不 设内回流设施。
第一段的缺氧区主要对回流污泥中的NOx--N进行反硝化，同时，进入 该区的污水(Q1)为反硝化提供碳源。然后，混合液流入第一段的好氧 区进行硝化反应，反应后的混合污水流入到第二段的缺氧区进行反硝 化，同时，第二段缺氧区进入的污水(Q2)为反硝化提供碳源。混合液 再进入到第二段的好氧区进行硝化反应，以后各段以此类推。由于最 后一段进入的污水只发生了硝化反应，没有反硝化的条件，所以出水 将含有一定的硝态氮。因此，对出水总氮有严格要求的污水处理工程 ，可以考虑最后一段不投加污水，只投加外碳源，并在最后的好氧区 加大曝气量，以去除碳有机物。
在分段进水A/O系统中，缺氧/好氧顺序排列，可以为反硝化菌、硝化 菌的生长创造合适的环境，其实质是多个A/O的串联。缺氧/好氧交替 布置，可充分利用原水中的有机碳源进行反硝化，在各段硝化反硝化 完全的情况下，出水TN浓度由最后一段的进水量决定，这就为深度脱 氮提供了可能，在最后一段进水量足够小，或者投加少量碳源的情况 下，可以达到出水TN小于1mg/L的处理效果。缺氧/好氧的交替也使得 系统无需设置内循环系统，而内循环系统不仅增加项目的建设投资， 且运行时需要消耗大量的能量，内循环流量的实时控制也是A/O高效运 行的一个较难解决的难题。分段进水A/O工艺形式决定其具有如下特点 :
(1)缺氧/好氧交替布置，省去传统A/O工艺的硝化液内回流设施，且 可充分利用原水中的碳源进行反硝化，对低C/N城市生活污水的高效脱 氮尤其有利。
(2)由于污水分散进入各段，其总的稀释作用被推迟，系统各段悬浮 物浓 度(MLSS)呈梯度分布。和传统A/O工艺或其它单级脱氮工艺相比，在流 入终沉池MLSS相同的情况下，分段进水A/O工艺比常规营养物去除工艺 具有较多的污泥储量和较长的固体停留时间，且不增加二沉池固体负 荷。设置不同的进水点和不同的进水流量分配比，可使分段进水A/O工 艺系统平均MLSS较普通A/O系统增加35%～70%，从而增加了单位池容的 处理能力，大大降低脱氮所需的池容。
(3)缺氧区进水，一方面可以充分利用原水中的易生物降解COD，为 反硝化提供碳源，节省外碳源投加量;另外，缺氧区进水，反硝化消 耗大量的可利用碳源，使得进入好氧区的可利用碳源较少，异养菌的 生长受到限制，利于自养硝化菌的生长;
(4)缺氧区和好氧区交替存在，因此，缺氧区反硝化产生的碱度对好 氧区硝化时消耗的碱度有一定的补充，可以避免硝化碱度不足的情况 发生;此外，缺氧、好氧交替布置，每段的缺氧区相当于一个高负荷 的选择器，可有效抑制丝状菌污泥膨胀。
(5)由于污水分散进入反应池，系统抗冲击负荷能力增强。此外，对 合流制排水系统，暴雨产生洪峰流量时，通过对流量分配比的调整， 可有效避免污泥冲刷流失。
发明内容
目前传统前置反硝化A/O工艺急需解决的问题是如何实现生物高效脱氮 性能，同时如何提高进水碳源利用率;而分段进水A/O深度脱氮工艺急 面临的问题是如何实现同步生物除磷性能，在强化除磷的同时如何解 决回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响。本发明的目的是为了解决上 述两大技术问题，提出一种处理低浓度甚至低C/N城镇生活污水的高效 同步脱氮除磷的工艺装置和方法，即高效利用原水碳源的分段进水策 略和同步脱氮除磷技术的联合。
改良A/O四点分段进水高效同步脱氮除磷装置，该装置包括：顺次连接 的污水水箱、预缺氧反应器、厌氧反应器、第一段好氧反应器、第二 段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第三段好氧 反应器和沉淀池，通过设有连通管的隔板将预缺氧反应器、厌氧反应 器、第一段好氧反应器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第 三段缺氧反应器、第三段好氧反应器连通;污水水箱通过四台泵分别 连接预缺氧反应器、厌氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段 缺氧反应器，预缺氧反应器、厌氧反应器、第二段缺氧反应器和第三 段缺氧反应器反应器均安装搅拌器;从沉淀池底部通过回流污泥控制 阀和污泥回流泵回流到预缺氧反应器的污泥回流管路;各好氧反应器 底部设有砂头曝气器，空气压缩机通过气体流量计、空气调节阀与砂 头曝气器连通，砂头曝气器、空气调节阀、气体流量计和空气压缩机 共同组成曝气系统;各好氧反应器设有溶解氧浓度监测控制仪表;
(1)预缺氧反应器2：经进水泵11抽取的城市生活污水与污泥回流泵 17从沉淀池9底部抽取的泥水混合液同时进入预缺氧器2，在搅拌器12 的搅拌作用下反硝化细菌利用进入预缺氧器原水中的有机碳源进行反 硝化脱氮，完成对回流污泥中携带的硝酸盐的绝大部分去除，以利于 后续聚磷菌的厌氧释磷。通过前置预缺氧反应器2的设置，可以有效解 决传统单一污泥系统中回流污泥所携带的硝酸盐与聚磷菌厌氧释磷同 时对碳源的竞争。
(2)厌氧反应器3：经进水泵11抽取的城市生活污水与预缺氧反应器 2中经过前置反硝化脱氮后的混合液出水同时进入厌氧反应器3，在厌 氧反应器3内搅拌机12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。
(3)第一段好氧反应器4：厌氧反应器3出水混合液直接进入第一段好 氧反应器4，由曝气系统提供曝气，异养菌氧化剩余的极少有机物，硝 化菌将NH4+-N转化为NOx-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DO仪表在线监测和运行状态进出水情况，运用 气体流量计15进行调整，控制第一段好氧反应器4出水NH4+-N在0～3m g/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。
(4)第二段缺氧反应器5：经进水泵11抽取的城市生活污水与第一段 好氧反应器4硝化液进入第二段缺氧反应器5，在搅拌器12的搅拌作用 下异养反硝化菌利用进水有机碳源进行反硝化脱氮，同时伴随部分反 硝化聚磷菌利用硝酸盐作为电子供体，实现对磷酸盐的吸收。
(5)第二段好氧反应器6：功能同第一段好氧反应器4，第二段缺氧反 应器5出水混合液直接进入第二段好氧反应器6，由曝气系统提供曝气 ，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 。
(6)第三段缺氧反应器7：功能同第二段缺氧反应器5，经进水泵11抽 取 的城市生活污水与第二段好氧反应器6硝化液进入第三段缺氧反应器7 ，在搅拌器12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，同时伴随部分磷酸盐的吸收。
(7)第三段好氧反应器8：功能同第一段好氧反应器4和第二段好氧反 应器6，第三段缺氧反应器7出水混合液直接进入第三段好氧反应器8， 由曝气系统提供曝气，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。
(8)沉淀池9：第三段好氧反应器8混合液通过出水堰20进入沉淀池9 进行泥水分离，上清液外排，污泥沉淀在污泥斗，经污泥回流控制阀 18和污泥回流泵17提升至预缺氧反应器2，剩余沉淀污泥作为剩余污泥 经污泥排放控制阀19排出。
本发明还提供了一种改良A/O四点分段进水工艺处理低浓度废水高效同 步脱氮除磷的方法，其特征包括以下步骤：
(1)快速启动阶段：从Orbal氧化沟内沟取活性污泥混合液，沉淀后 将上清液滗去，注入到预缺氧反应器、厌氧反应器、第一段好氧反应 器、第二段缺氧反应器、第二段好氧反应器、第三段缺氧反应器、第 三段好氧反应器和沉淀池，接种后通过增加或减少反应器中的沉淀污 泥或上清液控制反应器中混合液污泥浓度MLSS=4000-4500mg/L;开始 启动进水泵注入城市生活污水(COD=160±31mg/L, BOD =54.5±5. 5mg/L, NH4+-N =30.23±3.51mg/L, TN=31.73±3.66mg/L, TP =3.47±0.79mg/L)进行连续运行，同时打开搅拌器，以及污泥回流泵 和回流污泥控制阀;然后启动曝气系统在各好氧反应器进行氨氮的硝 化反应，维持溶解氧DO=2-3mg/L，开始连续运行;按照从低负荷Q=37 L/d到正常负荷Q=185L/d，并以20%-30%梯度逐步增加的运行方式驯化 污泥，在每组负荷下通过调整曝气量大小控制氨氮硝化率达75%以上即 可转入下一组负荷运行，并且每天通过开启控制阀排放剩余污泥控制 系统泥齢为10-15d，使得硝化菌、聚磷菌、异养菌大量繁殖生长，逐 步成为系统的优势种属;运行10-15d后，二沉池出水SS小于15mg/L， 氨氮的硝化效果维持在90%以上，出水NH4+-N<5mg/L，PO43--P<1mg/L， 确认其启动结束进入平稳运行阶段;
(2)连续运行：当改良A/O四点分段进水高效同步脱氮除磷工艺启动 结束之后，生活污水分为四点，按照20%:35%:35%:10%比例经各段进水 泵依次进入 预缺氧反应器、厌氧反应器、第二段缺氧反应器和第三段缺氧反应器 ，同时沉淀池中的污泥通过污泥回流泵按照50%-100%的回流比提升至 预缺氧反应器，通过排放剩余污泥控制污泥龄为10-15d;
(3)优化控制：维持第一段好氧反应器末端DO为1.5-2mg/L，第二段 好氧反应器和第三段好氧反应器末端DO为1-1.5mg/L，当系统出水满足 甚至优于一级A排放标准即完成了改良A/O四点分段进水高效同步脱氮 除磷过程。
本发明涉及的处理低浓度废水同步脱氮除磷工艺的装置和方法与现有 技术相比，具有以下优点：
(1)系统较高的污泥浓度增加了单位池容处理能力，可缩短系统的H RT以提高处理负荷;与常规连续流工艺相比，系统HRT可缩短至8-9h， 实现了处理低浓度废水通过提高负荷的方法达到高效同步脱氮除磷的 效果。
(2)与连续流前置反硝化A/O工艺相比，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，提高了原水碳源的利 用率，因此无需外加碳源即可实现污水的高效生物脱氮除磷，突破了 低C/N污水脱氮除磷效率难以提高的瓶颈。
(3)与分段进水A/O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;同时在厌氧反 应器前设置预缺氧反硝化池，并分流20%原水进入预缺氧反应器，有效 解决回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响。
