申请日2021.01.19
公开日期2021.11.19
IPC分类C02F3/30
摘要
本实用新型公开了一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，包括进水池、主体生物反应池和二沉池，所述主体生物反应池包括依次连接的第一缺氧区、厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述进水池分别与所述第一缺氧区、所述厌氧区、所述第二缺氧区连通，所述二沉池的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池，所述第一缺氧区中设有缺氧悬浮填料，所述第一好氧区和所述第二好氧区中分别设有好氧悬浮填料。本实用新型适用于C/N比≤6的污水处理，充分利用原水中的碳源进行脱氮除磷，同时缺氧区和好氧区分别投加耦合反硝化菌和硝化菌的悬浮填料，悬浮填料上耦合的硝化菌和反硝化菌有效的保证了系统的脱氮效果。
权利要求
1.一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，包括进水池（1）、主体生物反应池（28）和二沉池（16），其特征在于所述主体生物反应池（28）包括依次连接的第一缺氧区（7）、厌氧区（8）、第一好氧区（9）、第二缺氧区（10）和第二好氧区（11），所述进水池（1）分别与所述第一缺氧区（7）、所述厌氧区（8）、所述第二缺氧区（10）连通，所述二沉池（16）的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池，所述第一缺氧区（7）中设有缺氧悬浮填料（12），所述第一好氧区（9）和所述第二好氧区（11）中分别设有好氧悬浮填料（13），所述第一好氧区（9）与所述第一缺氧区（7）之间通过第一硝化液内回流管连通。
2.根据权利要求1所述的生物脱氮除磷的装置，其特征在于，所述第二好氧区（11）和所述第二缺氧区（10）之间通过第二硝化液内回流管连通。
3.根据权利要求1或2所述的生物脱氮除磷的装置，其特征在于，所述二沉池（16）污泥回流至所述第一缺氧区（7）前端。
4.根据权利要求2所述的生物脱氮除磷的装置，其特征在于，所述生物脱氮除磷的装置还包括控制器（25）和上位机（26），所述第一缺氧区（7）、所述厌氧区（8）和所述第二缺氧区（10）内均设有ORP传感器（14），且所述ORP传感器（14）均与所述控制器（25）、所述上位机（26）电连接；
外回流管上设有外回流泵（24），第一硝化液内回流管上设有第一内回流泵（17），第二硝化液内回流管上设有第二内回流泵（20），所述外回流泵（24）、所述第一内回流泵（17）和所述第二内回流泵（20）分别与所述控制器（25）、所述上位机（26）电连接。
说明书
一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于分段进水的脱氮除磷装置，属于生化法污水处理技术领域，在低C/N比条件下实现生活污水或含氮工业废水的脱氮除磷，适用于含氮工业废水处理、市政污水处理、乡镇和农村生活污水处理以及黑臭水体点源污染污水处理。
背景技术
随着城市化的快速发展，许多污水处理厂由原来的城市边缘位置演变成城市中心城区，污水厂进水量超负荷且无预留用地，城市污水厂经常面临用地紧张的情况下如何实现提标扩容改造的难题。另一方面，由于生产生活方式和饮食习惯、气候等因素，我国城市和农村，尤其是南方地区的生活污水均显现出碳源不足的特征，形成低碳氮比和低碳磷比的特点，影响污水处理厂生化单元的脱氮除磷稳定性。
A2/O工艺是一种常用的二级污水处理工艺，具有同步脱氮除磷的作用，可用于二级污水处理或三级污水处理；后续增加深度处理后，可作为中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。氧化沟是一种活性污泥处理系统，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。UCT工艺中，厌氧池进行磷的释放和氨化，缺氧池进行反硝化脱氮，好氧池用来去除BOD、吸收磷以及硝化。传统的A2O、氧化沟、UCT工艺已无法满足用地紧张的城镇污水厂提标改造的实际需求，耦合活性污泥和生物膜的IFAS工艺已广泛应用到污水处理厂提标改造项目。虽然针对现有传统连续流工艺进行分段进水和嵌入MBBR工艺的改造，施工简单且费用较低，是比较合适的污水处理厂提标扩容改造工艺。但是其存在一定的不足： (1)污水系统回流管线复杂，难以进行实时控制；(2)难以实现进水碳源的高效利用；(3)好氧出水会携带大量DO进到缺氧区，破坏反硝化所需的缺氧环境； (4)剩余污泥产量较大，增加了污泥处理处置成本。
现有技术虽然针对分段进水A2O-MBBR组合工艺进行诸多改进，但仍然存在很多问题。如中国专利“一种基于MBBR的Bardenpho脱氮除磷工艺”(公告号：CN106277319B，公告日2019年6月28日)在Bardenpho工艺基础上耦合 MBBR工艺，但是其没有采用分段进水技术，对进水碳源的利用率不高。中国专利“一种分段进水MBBR脱氮除磷的方法”(公布号：CN102583900A，公布日： 2012年7月18日)，公布了一种改良分段进水和MBBR工艺相结合的方法， MBBR填料采用直径20-30cm的空心球，使其具备抗冲击负荷和节能降耗的优点。但是其技术分段进水采用三级A/O(A/O工艺，一般指AO水处理工艺，也叫厌氧好氧工艺法，除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能)，分段过多不利于系统稳定运行和增加操作复杂性，另外空心球填料采用固定式填料，不利于填料的流化，除磷效果不够稳定。
中国专利“一种分段进水A2O工艺强化生物脱氮除磷的装置与方法”(公告号：CN106830324A，公布日：2017年6月13日)，所用装置包括原水箱、分段进水 A2/O池、二沉池；分段进水A2/O池包括依次相互连接的厌氧区、第一缺氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区，原水箱经由进水泵分别与厌氧区、第二缺氧区连接，第二好氧区与二沉池通过管道连接；二沉池污泥回流和排泥分别通过污泥回流控制闸阀、污泥排泥闸阀控制，污泥回流至首段厌氧区，硝化液经回流泵回流到第一缺氧段；第一好氧区、第二好氧区的曝气量通过鼓风机、电磁阀、转子流量计控制，并经微孔曝气头曝气；第一缺氧区和第二缺氧区挂有填料，均采用直径为25mm的聚乙烯填料，填充比为25％-30％；厌氧区、第一缺氧区、第二缺氧区内安装搅拌器。该专利耦合A2O工艺、连续分段进水、MBBR工艺、厌氧氨氧化等多个工艺，但是该专利采用厌氧氨氧化填料投加到生化系统缺氧区，虽然其能够保证强化生物脱氮效果，但是生化系统启动时间长，且厌氧氨氧化的填料易受缺氧区氧化还原环境的干扰，厌氧氨氧化运行性能易受干扰，影响缺氧区脱硝效果。该专利采用缺氧区厌氧氨氧化填料进行自养脱氮，主要通过内回流将好氧区硝化菌的短程硝化产生的亚硝酸盐和原水中的氨氮进行脱氮，该过程对好氧区和缺氧区的氧化还原环境要求高，如果缺氧区或好氧区的氧化还原环境受到冲击和干扰，均会影响缺氧区的脱氮效果。另外，该专利的二沉池污泥回流至首段厌氧区，污泥中含有的硝酸盐，会破坏厌氧区的厌氧环境，影响厌氧区的除磷效果。因此，该专利的装置对厌氧区和缺氧区氧化还原环境的要求高，难以保证有效的实时控制，不利于原水的生物脱氮除磷效果。基于分段进水的A2O耦合MBBR的组合工艺可极大程度地利用原水中的碳源，为污水生物脱氮除磷创造合适的条件，而且可以提高系统的抗冲击负荷能力。因此，针对低C/N比的污水特点，基于分段进水技术，将活性污泥法和MBBR工艺组合，通过实时控制技术耦合三者各自优点开发一种针对低C/N比生活污水且不新增占地实现提标扩容的污水处理脱氮除磷装置很有意义和价值。
其中低C/N比的原水是指C/N比≤6的原水。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，适用于低C/N比原水生物脱氮除磷。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，包括进水池、主体生物反应池和二沉池，所述主体生物反应池包括依次连接的第一缺氧区、厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述进水池分别与所述第一缺氧区、所述厌氧区、所述第二缺氧区连通，所述二沉池的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池，所述第一缺氧区中设有缺氧悬浮填料，所述第一好氧区和所述第二好氧区中分别设有好氧悬浮填料，所述第一好氧区与所述第一缺氧区之间通过第一硝化液内回流管连通。
本实用新型将第一缺氧区设置于厌氧区前侧，待处理的污水先经过第一缺氧区，再经过厌氧区，使低C/N比的污水先进行脱氮，再于厌氧区进行厌氧释磷，厌氧区可利用进水中的难降解碳源。避免先经过厌氧区释磷，使待处理的污水中的碳源消耗，C/N比进一步降低，无法适用于第一缺氧区脱氮。
在后续描述中，“所述二沉池的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池”简称外回流，“所述第一好氧区与所述第一缺氧区之间通过第一硝化液内回流管连通”简称内回流1。
第一段进水中的碳源在第一缺氧区被异养反硝化菌吸收进行反硝化生物脱氮，将外回流和内回流1中的硝酸盐氮还原成氮气予以去除。原水中碳源在第一缺氧区消耗掉可生物降解碳源之后进入厌氧区进行厌氧释磷的反应，第二段进水中的可降解碳源被聚磷菌吸收进行厌氧释磷作用，同时第一段进水中的难降解碳源在厌氧区进行厌氧发酵分解为小分子有机物，为聚磷菌的厌氧释磷反应进一步补充可生物降解碳源。第三段进水中的可生物降解碳源在第二缺氧区优先被聚磷菌进行吸收进行缺氧释磷反应，然后聚磷菌在第二好氧区进行好氧吸磷。基于三段进水和反应池分区、内回流的合理设置，原水中的碳源被充分和有效的利用，进行生物脱氮除磷反应。
进一步地，所述缺氧悬浮填料上附着有兼养反硝化菌生物膜，兼养反硝化菌占生物膜比例为30-50％。所述好氧悬浮填料上附着有硝化菌生物膜，硝化菌占生物膜比例为20-40％。第一缺氧区中悬浮填料表面固定的兼养反硝化菌在存在可生物降解碳源的条件下进行异养反硝化反应。兼养反硝化菌生物膜和硝化菌生物膜的挂膜时间短。缩短好氧区的水力停留时间，提高好氧区的硝化反应速率，强化好氧区的硝化性能。
进一步地，硝化菌生物膜的厚度为0.5-2.0mm。好氧区悬浮填料生物膜由于厚度的原因，形成外部好氧内部缺氧的局部微环境，有利于生物膜中的微生物进行同步硝化反硝化反应，保证了原水中的总氮进行有效去除。
进一步地，所述第二好氧区和所述第二缺氧区之间通过第二硝化液内回流管连通。将所述第二好氧区的硝化液输送至第二缺氧区，进行脱氮反应。“所述第二好氧区和所述第二缺氧区之间通过第二硝化液内回流管连通”以下简称内回流2。
进一步地，为了补充生物反应池的生物量，所述二沉池污泥回流至所述第一缺氧区前端。
进一步地，所述生物脱氮除磷的装置还包括控制器和上位机，所述第一缺氧区、所述厌氧区和所述第二缺氧区内均设有ORP传感器，且所述ORP传感器均与所述控制器、所述上位机电连接；
外回流管上设有外回流泵，第一硝化液内回流管上设有第一内回流泵，第二硝化液内回流管上设有第二内回流泵，所述外回流泵、所述第一内回流泵和所述第二内回流泵分别与所述控制器、所述上位机电连接。污水处理装置内外回流比通过在线ORP数据进行实时控制，保障处理装置的缺氧环境和厌氧环境的稳定性，提高污水处理装置抗冲击负荷能力。
本实用新型的原水先通过第一缺氧区、再通过厌氧区，充分利用原水中的C 源，适用于低C/N比的原水处理。本实用新型适用于低C/N比污水的处理，主要有以下三个原因：
(1)第一段进水中的碳源在第一缺氧区被兼养反硝化菌吸收进行反硝化生物脱氮，将外回流和内回流1中的硝酸盐氮还原成氮气予以去除。原水中碳源在第一缺氧区消耗掉可生物降解碳源之后进入厌氧区进行厌氧释磷的反应，第二段进水中的可降解碳源被聚磷菌吸收进行厌氧释磷作用，同时第一段进水中的难降解碳源在厌氧区进行厌氧发酵分解为小分子有机物，为聚磷菌的厌氧释磷反应进一步补充可生物降解碳源。第三段进水中的可生物降解碳源在第二缺氧区优先被聚磷菌进行吸收进行缺氧释磷反应，然后聚磷菌在第二好氧区进行好氧吸磷。第二好氧区产生的硝酸盐氮通过第二硝化液内回流管和外回流管分别回流至第二缺氧区和第一缺氧区通过反硝化菌的反硝化作用予以去除。基于三段进水和反应池分区、内回流的合理设置，原水中的碳源被充分和有效的利用，进行生物脱氮除磷反应。
(2)第一缺氧区投加固定兼养反硝化菌的悬浮填料，第一缺氧区中悬浮填料表面固定的兼养反硝化菌在存在可生物降解碳源的条件下进行异养反硝化反应，在原水碳源不足的条件下利用悬浮填料中硫单质或硫离子作为电子供体进行自养反硝化反应，充分保证了外回流管和第一硝化液内回流管中回流的硝酸盐氮被充分去除。
(3)第一好氧区和第二好氧区中投加固定硝化菌的悬浮填料，两个好氧区悬浮填料表面固定的硝化菌提高了好氧区的硝化菌比例，缩短好氧区的水力停留时间，提高好氧区的硝化反应速率，强化好氧区的硝化性能。好氧区悬浮填料生物膜由于厚度的原因，形成外部好氧内部缺氧的局部微环境，有利于生物膜中的微生物进行同步硝化反硝化反应，保证了原水中的总氮进行有效去除。聚磷菌充分利用原水中有限的碳源将原水中的总磷通过生物除磷反应进行去除。
本实用新型增加两个硝化液回流管道。两个硝化液回流管道的设置主要原理是将好氧区产生的硝酸盐氮通过回流管输送到缺氧区通过反硝化菌进行反硝化反应，保证主体反应器的脱氮效果。
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：
1)脱氮除磷效果好，利用分段进水技术充分利用原水中的碳源进行脱氮除磷，同时缺氧区和好氧区分别投加耦合反硝化菌和硝化菌的悬浮填料，悬浮填料上耦合的硝化菌和反硝化菌有效的保证了系统的脱氮效果，提高系统的脱氮效率，缩短系统的水力停留时间，提高系统的抗低温冲击负荷和抗水量冲击负荷的能力。
2)自动化水平高，控制器根据在线ORP数据对内外回流比进行实时控制，保证了系统的缺氧环境和厌氧环境的稳定性，强化系统的脱氮除磷性能。
3)节能降耗效果显著，有效利用进水中的碳源，减少了污泥产量，节省了外加碳源和化学除磷以及污泥处置的成本，降低了系统的运行费用。
4)缺氧区和好氧区具备明显的同步硝化反硝化作用，提高系统的脱氮效率，降低系统的水力停留时间。
