申请日2004.03.30
公开(公告)日2005.01.12
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明为污水胞内碳源脱氮。在好氧条件下，微生物可在短时间内吸收水中溶解性有机物，这些有机物主要以胞内聚合物的形式存在于微生物细胞内，在随后的反硝化池中作为反硝化碳源。本发明利用此原理设计了相应的工艺路线，经过混合反应、固液分离、硝化、反硝化等步骤，使经处理的污水达到国家规定的排放一级标准。本发明工艺简单，成本低，能耗省，脱氮效率高，适合于城市污水的处理。
权利要求书
1、一种污水胞内脱碳源氮法，脱氮设备由胞内聚合物形成池(1)、中沉池(2)、硝化 池(3)、胞内聚合物反硝化池(4)和二沉池(5)依次连通组成，其特征在于具体步骤如下：
(1)胞内聚合物形成，将城市污水经预处理后与来自于二沉池的回流污泥于有氧条件 下，在胞内聚合物形成池(1)中充分混合，混合反应时间为20～40分钟，溶解氧≥1.5mg/l;
(2)固液分离，胞内聚合物形成池(1)中的混合液进入中间沉淀池(2)，进行固液分离， 沉淀时间为1.5～2.0小时;上清液流入硝化池进行硝化，含有大量胞内聚合物的沉淀污 泥流入胞内聚合物反硝化池(4)，流出量为50～100%进水流量;
(3)硝化，中沉池(2)中的上清液流入硝化池(3)，进行硝化;
(4)反硝化，来自于硝化池(3)的混合液与来自于中沉池(2)的含有大量胞内聚合物的污泥进入胞内聚合物反硝化池(4)，混合，反应时间0.5～1.0小时;
(5)再次固液分离，自来于胞内聚合物反硝化池(4)的混合液进入二沉池(5)，再次进 行固液分离，沉淀时间为2.0～2.5小时，沉淀出水排放;沉淀污泥部分回流至胞内聚合 物形成池和硝化池，其余部分沉淀污泥为剩余污泥，向外排放。
2、根据权利要求1所述的胞内碳源脱氮法，其特征在于硝化池(3)中选择下述反应器 之一种：软性填料床反应器、悬浮填料床反应器、推流式反应器。
说明书
污水胞内碳源脱氮法
技术领域
本发明属环保技术领域，具体涉及一种污水胞内碳源脱氮法。
背景技术
上世纪初，随着废水生物处理工艺的发明，水污染控制技术得到很大的进步，到了七 十年代，西方发达国家水体黑臭问题基本上得到解决，随之而来的是由氮污染引起的水体 富营养化问题，并且在世界范围内日益突出。在内陆河流和湖泊的水体中，氮是富营养化 的控制因素。自此，脱氮技术一直成为国际环保技术领域学术界和工程界关注的研究热点， 并发明了多种脱氮技术，主要分为物理化学方法和生物处理方法。
废水脱氮的物理化学方法主要有吹脱法、折点氯化法、选择离子交换法、催化氧化法 等，主要适用于高浓度氨氮废水的处理，且存在着处理成本高，对环境影响大，产生二次 污染等问题。而生物脱氮较物理化学方法更经济，对氨氮浓度相对低的城市污水更适用。 生物脱氮是通过“硝化—反硝化”过程进行。硝化即通过自养性细菌在有氧的条件下将氨 氮连续地转变为硝酸盐氮的过程，反硝化即通过异氧兼性反硝化细菌，在缺氧条件下转化 硝酸盐为氮气的过程。自养性的硝化菌和降解有机物的异养菌及反硝化异养菌相比较，世 代周期长，竞争能力较弱，因此硝化需在有机碳浓度低、有机负荷低和有氧的条件下才能 进行。
而污水中通常含有有机物、氨氮等污染物，这使得去除有机物、硝化、反硝化很难在 一个反应器内同时、高效完成，因此一般污水脱氮工艺均针对其水质和参与反应的几大类 不同微生物的特点而设计，各有其优缺点，主要方法如下：
(一)O/A工艺
这是最广泛应用的一种生物脱氮工艺，也称后置反硝化，它是好氧反应池在前，缺氧 反硝化池在后。在好氧反应器中先进行有机物的降解，然后硝化，在缺氧反应池中进行反 硝化。由于好氧硝化池出水有机物浓度非常低，在反硝化池中需投加碳源。研究及工程实 践表明，此方法脱氮效率高而稳定，但其存在如下一些缺陷：(1)在反硝化池中需投加碳 源，药剂费用高，且投加量难以掌握容易造成有机物的泄漏;(2)因为需投加药剂及自动 化在线监测和控制，设备多，运行要求高，管理复杂，对操作人员素质要求高;(3)进水 中所有的碳均需氧化成CO2和H2O，水力停留时间长，池体积大，占地面积大，基建费用高; (4)曝气电耗高。
(二)A/O工艺
这也是目前研究与应用最为广泛的一种生物脱氮工艺，也称前置反硝化。它是缺氧反 硝化池在前，好氧硝化池在后，它利用进水中的有机物作为反硝化碳源，克服了O/A法需 投加药剂作为反硝化碳源的缺陷，但它也不可避免地具有如下缺陷：(1)需大量回流混合 液以提高脱氮效率，回流比通常要求为7～8∶1，因此能耗大，运行费用高;(2)脱氮效 率低;(3)出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污 泥上浮，影响出水水质。且硝酸盐可诱发婴儿的高铁血红蛋白症，硝酸盐进一步转化为亚 硝胺则具有严重的“三致”作用，直接威胁人类的健康。
(三)生物滤池
利用生物膜中形成的溶解氧浓度梯度变化，在外层有氧条件下进行有机碳的氧化及硝 化，在内层缺氧环境中进行反硝化。虽然微生物在膜上的固定生长，有利于世代时间长的 自养性硝化细菌的生长，但也仅在低负荷状况下出现硝化，且也存在如下一些缺陷：(1) 用填料，大大增加了投资费用，成本高;(2)低负荷运行条件下才能出现硝化，池子体积 大，造价高;(3)脱氮效率低;(4)膜脱落易产生堵塞;(5)布水不易均匀;(6)生长池 蝇等。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能耗省、成本低、效率高的污水脱氮方法。
本发明提出的污水脱氮法，是利用了环保领域的最新研究成果，即在好氧条件下，微 生物可在极短的时间内(通常5-10分钟)吸收水中溶解性有机物，这有机物实际上大部 分以胞内聚合物(主要为聚羟基链烷酸酯(PHA)或糖元)的形式存于微生物细胞内，并 未降解至CO2和H2O。这些胞内聚合物在随后的反硝化池中，可以作为反硝化碳源。因此， 本发明称为污水胞内碳源脱氮法。本发明既克服了O/A法脱氮过程中需投加化学药剂作为 反硝化碳源和有机物完全氧化能耗高的缺点，又克服了A/O脱氮过程需大量回流混合物， 能耗高，出水硝酸盐氮(NO3 --N)高的缺点，还可以节约氧化有机物所需能量，减少剩余污 泥量，提高脱氮效率。
本发明的工艺流程见图1所示。脱氮设备由胞内聚合物形成池1、中间沉淀池2、硝 化池3、胞内聚合物反硝化池4和二沉池5依次连通组成。
具体步骤如下：
1、胞内聚合物形成，将城市污水经预处理后与来自于二沉池的回流污泥于有氧条件 下，在胞内聚合物形成池1中充分混合，混合反应时间为20～40分钟，形成含有大量胞 内聚合物的污泥，同时有效去除化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)，溶解氧(DO)控 制在≥1.5mg/l;
2、固液分离，胞内聚合物形成池1中的混合液进入中间沉淀池2，进行固液分离，沉 淀时间为1.5～2.0小时;上清液流入硝化池，含有大量胞内聚合物的沉淀污泥流入胞内 聚合物反硝化池4，流出量为50～100%进水流量;
3、硝化，中沉池2中的上清液流入硝化池3，进行硝化;
4、反硝化，来自于硝化池3的混合液与来自于中沉池2的含有大量胞内聚合物的污 泥进入胞内聚合物反硝化池4，混合，在反硝化异养菌的作用下，利用胞内聚合物(PHA 或糖元)作为碳源，使NO3-N还原为N2从而进入大气。而污泥由于其胞内聚合物的降解而 得到再生，重新具有很强的吸收溶解性有机物形成胞内聚合物的能力。反应时间0.5～1.0 小时，采用潜水搅拌机进行混合;
5、再次固液分离，来自于胞内聚合物反硝化池4的混合液进入二沉池5，再次进行固 液分离，沉淀时间为2.0～2.5小时，沉淀出水排放。沉淀污泥部分回流至胞内聚合物形 成池(50～100%)和硝化池(0～50%)(具体根据情况需要而定)，其余部分沉淀污泥为 剩余污泥，向外排放，可一天排放一次。
上述方法中，来自于中间沉淀池2的上清液，COD和BOD浓度低，NH3-N浓度高，进入 硝化池3后，有利于自养性硝化菌的生长，进行高效的硝化反应，可有效转化NH3-N等至硝 酸盐氮(NO3-N)，同时也可去除残余的有机物。此硝化池可根据实际情况，选用如下几种 反应器其中一种：软性填料床反应器、悬浮填料床反应器、推流式反应器：
(1)软性填料床反应器，有效接触时间1～6小时，溶液内DO(溶解氨)≥2mg/l，无 需回流污泥。
(2)悬浮纤维填料反应器，反应时间3～7小时，溶液内DO≥2mg/L，填料投加率为 20～60%，较优为45-50%，需从二沉池回流污泥至硝化池，回流比10～30%入流流量。
(3)推流式反应器，反应时间为5-10小时，溶液内DO≥1mg/L，也需从二沉池回流 污泥至硝化池，回流比为30～50%入流流量。
经本发明处理后，可使出水COD≤60mg/l，5日生化需氧量BOD5≤20mg/l，悬浮固体 SS≤20mg/l，总氮TN-N≤20mg/l，NH3-N≤8mg/l(温度>12℃)，NH3-N≤15mg/l(温度≤12℃)等 指示均可达到或优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级标 准(B标准)要求。
本发明与典型的生物脱氮处理城市污水工艺(O/A与A/O)特征的比较见表1。由此可 知本发明的具有明显的优势。
