公布日：2022.08.12
申请日：2022.04.24
分类号：C02F3/30(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种低温污水脱氮处理系统，包括水解反硝化池和好氧硝化池，所述水解反硝化池的污水出口通过出水管与所述好氧硝化池的进污口连通，所述好氧硝化池的排污口通过回流管与所述水解反硝化池的污水入口连通；预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水均通过所述污水入口进入所述水解反硝化池中，利用所述水解反硝化池中的水解酸化菌将污水中的有机固体颗粒物进行水解酸化反应，生成挥发性脂肪酸以及对污水中有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；并利用所述水解反硝化池中的反硝化菌以及生成的所述挥发性脂肪酸对污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮进行反硝化反应，从而将污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮分解转化成氮气。
权利要求书
1.一种低温污水脱氮处理系统，其特征在于，包括水解反硝化池和好氧硝化池，所述水解反硝化池的污水出口通过出水管与所述好氧硝化池的进污口连通，所述好氧硝化池的排污口通过回流管与所述水解反硝化池的污水入口连通；预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水均通过所述污水入口进入所述水解反硝化池中，利用所述水解反硝化池中的水解酸化菌将污水中的有机固体颗粒物进行水解酸化反应，生成挥发性脂肪酸以及对污水中有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；并利用所述水解反硝化池中的反硝化菌以及生成的所述挥发性脂肪酸对污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮进行反硝化反应，从而将污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮分解转化成氮气；经水解反硝化后的污水通过所述进污口进入所述好氧硝化池中，利用所述好氧硝化池中设置的填料表面生长的硝化菌、亚硝化菌和碳化菌，在曝气好氧条件下对经水解反硝化后的污水中的氨氮和溶解性有机物进行好氧硝化和碳化处理，使氨氮氧化成硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及使溶解性有机物氧化成二氧化碳、水，经好氧硝化处理后的污水通过所述排污口排出。
2.根据权利要求1所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于，所述水解反硝化池为升流式污泥床反应器，从下往上依次为设于底部的水解酸化区、设于中部的反硝化区以及设于上部的清水收集区；所述污水入口设于所述水解反硝化池的底部，所述污水出口设于所述水解反硝化池的上部；预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水从所述污水入口进入，并形成稳定匀速升流式水力学流态，依次通过底部的水解酸化区、中部的反硝化区以及上部的清水收集区。
3.根据权利要求2所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于：所述水解酸化区设置高浓度污泥床，通过所述高浓度污泥床对污水中的有机固体颗粒物进行截留以进行水解酸化反应，从而生成作为高效脱氮所需的碳源的挥发性脂肪酸，并将污水中的有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；所述反硝化区设置提升式模块化固定生物膜反硝化装置，所述提升式模块化固定生物膜反硝化装置包括支撑框架以及安装在所述支撑框架上的人工合成化纤生物填料，所述反硝化菌附着生长在所述人工合成化纤生物填料上形式稳定生物膜；所述清水收集区设置集水管，经底部水解酸化和中部反硝化脱氮后的污水进入上部清水收集区，并通过所述集水器由污水出口排出。
4.根据权利要求1所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于，所述好氧硝化池为泥膜生物反应器，包括收尾连通的至少两个反应区，每个所述反应区设置可提升式模块化固定生物膜装置，从而能够延长污水从进入到离开所述好氧硝化池的流动路径以使污水与每个可提升式模块化固定生物膜装置充分接触反应。
5.根据权利要求4所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于，每一所述可提升式模块化固定生物膜装置包括不锈钢方管框架，设于不锈钢方管框架上的人工合成化纤生物填料及微孔曝气管，所述微孔曝气管位于所述人工合成化纤生物填料的下方；通过所述微孔曝气管为污水进行高效充氧，使所述好氧硝化池形成好氧条件，利用生长在人工合成化纤生物填料表面上的硝化细菌、亚硝化细菌与碳化细菌形成活性强、数量多、分解效率高的生物膜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于，还包括沉淀池和污泥池，所述好氧硝化池的排污口通过排水管与所述沉淀池的入水口连通，经过所述好氧硝化池处理后的污水通过所述排水管流至所述沉淀池以进行泥水分离，从而实现污泥排放和处理后出水的排放；所述水解反硝化池和沉淀池分别与所述污泥池之间设置排泥管，定期排放水解反硝化池和沉淀池产生的老化剩余污泥至所述污泥池。
7.根据权利要求3所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于，所述水解反硝化池还设置在线的ORP计、DO仪、泥位计和PH计以监测控制所述水解反硝化池的运行条件；所述水解反硝化池的运行条件为：底部的污泥床的污泥浓度为20-30g/l，污泥床高度1.5-2.5m，氧化还原电位为-100mV-+50mV，PH值5.5-6.5，上升流速为0.8-1.5m/h；中部的生物膜区生物量5-8g/l，溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l，填料区高度2m，PH值6.0-7.0；总水力停留时间为7-10h，其中污水在污泥床区停留时间为3.5-5.0h，污水在生物膜区停留时间为3.0-4.0h，污水在清水区停留时间为0.5-1h。
8.根据权利要求5所述的低温污水脱氮处理系统，其特征在于，所述好氧硝化池设置在线的DO仪、污泥浓度计和PH计以监测控制所述好氧硝化池的运行条件；所述好氧硝化池的运行条件为：生物填料填料率50-80％，池内生物量3-5g/l，其中悬浮活性污泥浓度0.5-1.5g/l，生物膜生物量为2.0-3.5g/l，池内溶解氧浓度为1.0-1.5mg/l，PH值6.5-7.5，水力停留时间为4-6h，硝化液回流比200-300％。
9.一种低温污水脱氮处理方法，适用于包括水解反硝化池和好氧硝化池的低温污水脱氮处理系统中，且所述水解反硝化池的污水出口通过出水管与所述好氧硝化池的进污口连通，所述好氧硝化池的排污口通过回流管与所述水解反硝化池的污水入口连通；其特征在于，所述低温污水脱氮处理方法包括步骤：将预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水均通过所述污水入口进入所述水解反硝化池中，利用所述水解反硝化池中的水解酸化菌将污水中的有机固体颗粒物进行水解酸化反应，生成挥发性脂肪酸以及对污水中有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；并利用所述水解反硝化池中的反硝化菌以及生成的所述挥发性脂肪酸对污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮进行反硝化反应，从而将污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮分解转化成氮气；将经水解反硝化后的污水通过所述进污口进入所述好氧硝化池中，利用所述好氧硝化池中设置的填料表面生长的硝化菌、亚硝化菌和碳化菌，在曝气好氧条件下对经水解反硝化后的污水中的氨氮和溶解性有机物进行好氧硝化和碳化处理，使氨氮氧化成硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及使溶解性有机物氧化成二氧化碳、水，经好氧硝化处理后的污水通过所述排污口排出。
10.根据权利要求9所述的低温污水脱氮处理方法，其特征在于，还包括步骤：将经好氧硝化处理后的污水通过所述排污口排出并自流至沉淀池以进行泥水分离，从而实现污泥排放和处理后出水的排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温污水脱氮处理系统及方法，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明的一实施例提供了一种低温污水脱氮处理系统，包括水解反硝化池和好氧硝化池，所述水解反硝化池的污水出口通过出水管与所述好氧硝化池的进污口连通，所述好氧硝化池的排污口通过回流管与所述水解反硝化池的污水入口连通；
预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水均通过所述污水入口进入所述水解反硝化池中，利用所述水解反硝化池中的水解酸化菌将污水中的有机固体颗粒物进行水解酸化反应，生成挥发性脂肪酸以及对污水中有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；并利用所述水解反硝化池中的反硝化菌以及生成的所述挥发性脂肪酸对污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮进行反硝化反应，从而将污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮分解转化成氮气；
经水解反硝化后的污水通过所述进污口进入所述好氧硝化池中，利用所述好氧硝化池中设置的填料表面生长的硝化菌、亚硝化菌和碳化菌，在曝气好氧条件下对经水解反硝化后的污水中的氨氮和溶解性有机物进行好氧硝化和碳化处理，使氨氮氧化成硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及使溶解性有机物氧化成二氧化碳、水，经好氧硝化处理后的污水通过所述排污口排出。
较佳地，所述水解反硝化池为升流式污泥床反应器，从下往上依次为设于底部的水解酸化区、设于中部的反硝化区以及设于上部的清水收集区；所述污水入口设于所述水解反硝化池的底部，所述污水出口设于所述水解反硝化池的上部；预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水从所述污水入口进入，并形成稳定匀速升流式水力学流态，依次通过底部的水解酸化区、中部的反硝化区以及上部的清水收集区。
较佳地，所述水解酸化区设置高浓度污泥床，通过所述高浓度污泥床对污水中的有机固体颗粒物进行截留以进行水解酸化反应，从而生成作为高效脱氮所需的碳源的挥发性脂肪酸，并将污水中的有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；
所述反硝化区设置提升式模块化固定生物膜反硝化装置，所述提升式模块化固定生物膜反硝化装置包括支撑框架以及安装在所述支撑框架上的人工合成化纤生物填料，所述反硝化菌附着生长在所述人工合成化纤生物填料上形式稳定生物膜；
所述清水收集区设置集水管，经底部水解酸化和中部反硝化脱氮后的污水进入上部清水收集区，并通过所述集水器由污水出口排出。
较佳地，所述好氧硝化池为泥膜生物反应器，包括收尾连通的至少两个反应区，每个所述反应区设置可提升式模块化固定生物膜装置，从而能够延长污水从进入到离开所述好氧硝化池的流动路径以使污水与每个可提升式模块化固定生物膜装置充分接触反应。
较佳地，每一所述可提升式模块化固定生物膜装置包括不锈钢方管框架，设于不锈钢方管框架上的人工合成化纤生物填料及微孔曝气管，所述微孔曝气管位于所述人工合成化纤生物填料的下方；通过所述微孔曝气管为污水进行高效充氧，使所述好氧硝化池形成好氧条件，利用生长在人工合成化纤生物填料表面上的硝化细菌、亚硝化细菌与碳化细菌形成活性强、数量多、分解效率高的生物膜。
较佳地，所述低温污水脱氮处理系统还包括沉淀池和污泥池，所述好氧硝化池的排污口通过出水管与所述沉淀池的入水口连通，经过所述好氧硝化池处理后的污水通过所述出水管流至所述沉淀池以进行泥水分离，从而实现污泥排放和处理后出水的排放；所述水解反硝化池和沉淀池分别与所述污泥池之间设置排泥管，定期排放水解反硝化池和沉淀池产生的老化剩余污泥至所述污泥池。
较佳地，所述水解反硝化池还设置在线的ORP计、DO仪、泥位计和PH计以监测控制所述水解反硝化池的运行条件；所述水解反硝化池的运行条件为：底部的污泥床的污泥浓度为20-30g/l，污泥床高度1.5-2.5m，氧化还原电位为-100mV-+50mV，PH值5.5-6.5，上升流速为0.8-1.5m/h；中部的生物膜区生物量5-8g/l，溶解氧浓度为0.2-0.5mg/l，填料区高度2m，PH值6.0-7.0；总水力停留时间为7-10h，其中污水在污泥床区停留时间为3.5-5.0h，污水在生物膜区停留时间为3.0-4.0h，污水在清水区停留时间为0.5-1h。
较佳地，所述好氧硝化池设置在线的DO仪、污泥浓度计和PH计以监测控制所述好氧硝化池的运行条件；所述好氧硝化池的运行条件为：生物填料填料率50-80％，池内生物量3-5g/l，其中悬浮活性污泥浓度0.5-1.5g/l，生物膜生物量为2.0-3.5g/l，池内溶解氧浓度为1.0-1.5mg/l，PH值6.5-7.5，水力停留时间为4-6h，硝化液回流比200-300％。
本发明另一实施例对应提供一种低温污水脱氮处理方法，适用于包括水解反硝化池和好氧硝化池的低温污水脱氮处理系统中，且所述水解反硝化池的污水出口通过出水管与所述好氧硝化池的进污口连通，所述好氧硝化池的排污口通过回流管与所述水解反硝化池的污水入口连通；所述低温污水脱氮处理方法包括步骤：
将预处理后的污水以及从所述回流管回流的污水均通过所述污水入口进入所述水解反硝化池中，利用所述水解反硝化池中的水解酸化菌将污水中的有机固体颗粒物进行水解酸化反应，生成挥发性脂肪酸以及对污水中有机氮物质进行氨化反应生成氨氮；并利用所述水解反硝化池中的反硝化菌以及生成的所述挥发性脂肪酸对污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮进行反硝化反应，从而将污水中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮分解转化成氮气；
将经水解反硝化后的污水通过所述进污口进入所述好氧硝化池中，利用所述好氧硝化池中设置的填料表面生长的硝化菌、亚硝化菌和碳化菌，在曝气好氧条件下对经水解反硝化后的污水中的氨氮和溶解性有机物进行好氧硝化和碳化处理，使氨氮氧化成硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及使溶解性有机物氧化成二氧化碳、水，经好氧硝化处理后的污水通过所述排污口排出。
较佳地，所述的低温污水脱氮处理方法还包括步骤：
将经好氧硝化处理后的污水通过所述排污口排出并自流至沉淀池以进行泥水分离，从而实现污泥排放和处理后出水的排放。
本发明实施例主要采用开发污水内碳源提供高效脱氮碳源以及藕合泥膜生物脱氮工艺，实现生活污水低温高效稳定脱氮。针对我国生活污水含有大量固体颗粒有机物，且现有污水处理工艺对固体颗粒有机物利用率低的现状，本发明实施例利用水解酸化与反硝化的都需缺氧环境的共同特征，把水解酸化与反硝化耗合在同一个反应器内，实现对污水中有机固体颗粒的拦截并进行水解酸化产生大量挥发性脂肪酸，作为反硝化高效优质碳源，实现无须或少量投加外来碳源，充分利用污水内碳源条件下的低温高效脱氮。另外本发明实施例通过水解反硝化与好氧硝化分成两个独立反应系统以及采用载体固定生物膜，实现硝化菌与反硝化菌分开独立生长繁殖，解决传统AO生物脱氮系统中硝化与反硝化菌共存条件下，产生相互抑制导致系统去除效率低，从而大幅提高硝化与反硝化去除效率，最终实现污水处理系统出水稳定达标排放。
与现有技术先比，本发明实施例提供的一种低温污水脱氮处理系统及方法，具有如下技术效果：
1、水解反硝化池中水解酸化菌将污水中的溶解性有机物和固体颗粒有机物分解为小分子有机物挥发性脂肪酸，如乙酸、丙酸等，为反硝化提供大量优质高效的内部碳源，可实现无需外部碳源投加条件下低温高效脱氮；并使污水中有机物大幅降低，为后续好氧硝化创造良好条件和降低充氧能耗、缩短反应时间。同时兼厌菌把污水中有机氮转化分解转化为氨氮。
2、水解反硝化池利用好氧硝化池出水回流，营造了有利于水解酸化菌和反硝化菌生存的缺氧环境，并提供大量硝态氮，为反硝化菌利用良好的缺氧环境以及有机物的高效供给条件下实现高效脱氮；水解酸化池是在缺氧条件下有利于水解酸化菌的生长，不利于产甲烷菌的生长，防止了小分子有机物进一步降解为CO2，有效实现了小分子有机物挥发性脂肪酸的富集，减少内碳源消耗损失。
3、水解反硝化池采用升流式的水力学流态，底部高浓度污泥床具有了良好的截留作用，实现对污水中有机固体颗粒物的截留，并促使微生物与基质的充分混合接触，保证较高的基质降解效率，达到稳定产酸。中部填料生物膜的反硝化菌，进行快速充分利用污水中高效内碳源进行反硝化脱氮，同时产碱、产氧，为后续好氧硝化反应补充碱和氧，降低运行成本。
4、好氧硝化池采用可提升式模块化固定生物膜装置，使自养型硝化菌与异养型碳化菌能附着生长在填料表面形成生物膜，实现了生长缓慢、世代周期长的硝化菌富集，提高了好氧硝化池的硝化菌数量，并使硝化菌与反硝化菌有效分离，从而达到提高硝化效率。
5、好氧硝化池采用可提升式模块化固定生物膜装置，使自养型硝化菌与异养型碳化菌能附着生长在填料表面形成生物膜，减少池内悬浮生长的活性污泥数量，提高了曝气充氧传质能力和效率，实现降低能耗。
6、好氧硝化池采用可提升式模块化固定生物膜装置，其集生物膜与曝气充氧为一体，由多个标准化模块组成，解决传统污水处理生物填料更换与曝气充氧器检修、更换需要水池排空才能操作的问题，实现不停产不影响处理条件下带水检修更换。
（发明人：练文标;潘振鹏;潘大良）
