公布日：2022.05.24
申请日：2022.03.09
分类号：C02F3/30(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种基于AO‑ANAMMOX工艺的废水处理系统及方法，所述系统包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池输出端与多功能池连接，所述多功能池的出泥端与厌氧池连接，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料；所述多功能池用于初步去除废水中的磷并将污泥和污水分离，所述污水于第一好氧池好氧处理后与所述污泥在厌氧池汇流并进行厌氧氨氧化反应，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池。本发明总体上工艺以ANAMMOX法为主，集厌氧与好氧一体化，且属于活性污泥和生物膜法相结合，工艺脱氮率高，运行费用低。
权利要求书
1.一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，所述废水中氨氮浓度为20-40mg/L，CODCr浓度为500-600mg/L，BOD5浓度<280mg/L，总磷浓度为2-4mg/L，水温为25-40℃，BOD5/TP>17，其特征在于：包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池输出端与多功能池连接，所述多功能池的出泥端与厌氧池连接，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料，所述厌氧池为ANAMMOX厌氧氨氧化反应池；所述多功能池用于初步去除废水中的磷并将污泥和污水分离，所述污水于第一好氧池好氧处理后与所述污泥在厌氧池汇流并进行厌氧氨氧化反应，再于第二好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；所述多功能池为集缺氧-厌氧和沉淀于一体的复合型反应池，分为A-B-C区，即缺氧区-厌氧区-沉淀区，在系统运行时，废水首先进入多功能池的缺氧区，其中含有的有机物在该缺氧区内将回流污泥带来的硝酸盐去除；在厌氧区主要进行厌氧磷的释放，最后在沉淀区进行沉淀；所述系统还包括设置于多功能池和厌氧池之间的缺氧池，所述缺氧池输入端还与第一好氧池连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，其特征在于：该复合型反应池内缺氧区和厌氧区均设置搅拌装置，所述沉淀区上部出水端与第一好氧池连接，下部出泥端与厌氧池连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，其特征在于：所述填料为悬浮的塑料球填料，所述第一好氧池内腔中部高度处设置有曝气结构，所述第一好氧池下部输入端与多功能池连接，上部输出端与厌氧池连接，所述厌氧池密封设置且内部设置有螺旋桨搅拌器。
4.一种使用权利要求1所述的基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统的废水处理方法，其特征在于，所述废水处理方法包括以下步骤：S1.污水于多功能池内与沉淀池回流的污泥混合，进行初步除磷并完成泥水分离；S2.步骤S1中分离所得污水于第一好氧池内进行氨氮氧化后和分离所得污泥在厌氧池汇流，并进行厌氧氨氧化反应，实现脱氮，多功能池出泥和第一好氧池部分出水汇流至缺氧池内进行反硝化脱氮处理，再输出至厌氧池，此时多功能池出水量大于出泥量，缺氧池内DO浓度为0.2-0.5mg/L；S3.厌氧池出水于二次好氧池内二次除磷后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池内，完成一个污水处理循环。
5.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于：步骤S2中所述的第一好氧池上部DO浓度控制在0.50-0.70mg/L，底部DO浓度控制在0.15-0.30mg/L范围内。
6.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于：所述厌氧池和第一好氧池内水力停留时间分别为10-12h，5-6h，所述多功能池内水力停留时间为2-3h，其他反应池停留时间均<2h，整个系统总平均水力停留时间为19-24h。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统及方法，具体是根据目前高浓度氨氮废水治理技术的缺陷，开发了一种以高浓度氨氮废水需要的ANAMMOX脱氮为主而且兼顾除磷、有机物去除的一种新工艺，工艺结合活性污泥和生物膜法，将缺氧(A)和好氧(O)有机结合，与ANAMMOX形成完整的工艺，具有脱氮、除磷和BOD降解等功能，且无需补充碳源，能耗较低。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统，包括按废水流动方向依次设置的多功能池、第一好氧池、厌氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池输出端与多功能池连接，所述多功能池的出泥端与厌氧池连接，所述第一好氧池和厌氧池中设置有填料；
所述多功能池用于初步去除废水中的磷并将污泥和污水分离，所述污水于第一好氧池好氧处理后与所述污泥在厌氧池汇流并进行厌氧氨氧化反应，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池进行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；
所述系统还包括设置于多功能池和厌氧池之间的缺氧池，所述缺氧池输入端还与第一好氧池连接；缺氧池的选用基于废水中BOD5/TP值进行确定，当BOD5/TP≤17时不选择使用缺氧池，当BOD5/TP>17时，使用缺氧池消耗BOD5。
其中，第一好氧池和厌氧池采用生物膜法处理废水，并分别为两个泥龄系统，多功能池、缺氧池和第二好氧池采用活性污泥法处理废水，形成第三个泥龄系统。
本发明系统适宜处理含氨氮(凯氏氮)浓度较高、温度较高、但BOD5、COD和总磷等污染指标一般，而且有毒有害物质浓度不高的工业废水或经过预处理后水质大致符合上述要求的工业废水，具体的，所述工业废水中氨氮浓度为20-40mg/L，CODCr浓度为500～600mg/L，BOD5浓度<280mg/L，总磷浓度为2～4mg/L，水温为25-40℃。
本发明总体上工艺以ANAMMOX法为主，集厌氧(A)与好氧(O)一体化，且属于活性污泥和生物膜法相结合，工艺脱氮率高，运行费用低。
作为本发明的进一步优化方案，所述多功能池为集缺氧-厌氧和沉淀于一体的复合型反应池，分为A-B-C区，即缺氧区-厌氧区-沉淀区，在系统运行时，废水首先进入多功能池的缺氧区，其中含有的有机物在该缺氧区内将回流污泥带来的硝酸盐去除；在厌氧区主要进行厌氧磷的释放，最后在沉淀区进行沉淀；其中，
该复合型反应池内缺氧区和厌氧区均设置搅拌装置，因为回流的污泥中硝酸盐含量较低，故缺氧区实际上很小；
所述沉淀区进行的沉淀并不彻底，但是大致将污水分成上部以污水为主，下部以污泥为主，沉淀区上部出水端与第一好氧池连接，下部出泥端与厌氧池连接。另外，因为本工艺的污泥是活性污泥和生物膜污泥的混合物，所以即使在沉淀区的停留时间短暂，其沉淀效果也可满足要求。
作为本发明的进一步优化方案，所述填料为悬浮的塑料球填料，所述第一好氧池内腔中部高度处设置有曝气结构，所述第一好氧池下部输入端与多功能池连接，上部输出端与厌氧池连接。
多功能池的上部出水进入第一好氧池，第一好氧池在中间高度处进行微孔曝气(为了避免冲击生物膜导致脱落，采用鼓风机加微孔扩散盘的方式曝气)，由于反应器上部加载有大量悬浮塑料球为填料，性质属于生物膜，故反应器上部好氧且氧浓度偏低，下部因为曝气环流动力有限，形成缺氧区。由于第一好氧池需要将氨氮氧化为亚硝酸盐(NO2-)而需要控制和减少硝酸盐(NO3-)的形成，氨氧化菌(AOB)可以在低DO下进行氨氧化反应，而亚硝酸盐氧化菌(NOB)却很难在该DO浓度下完成氧化亚硝酸盐为硝酸盐，故可以控制硝酸盐的形成。但是考虑到生物膜内分子氧O2存在一定的浓度梯度，故控制DO浓度可略高于0.5mg/L。反应器上部进水，下部出水，出水的DO要求低于0.2mg/L。因为上部有大量载体，虽然是悬浮载体，但是为了配水均匀，也需要设置配水设施，配水可以采用穿孔管。第一好氧池的功能是将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，最佳控制反应温度在30℃以上，可以进一步抑制硝酸盐的形成。第一好氧池一般情况下需要补充碱度，因为在该反应过程中有酸释放，而亚硝化过程需要弱碱性条件。第一好氧池的出水(会含有少量脱落的生物膜)，进入厌氧池；
多功能池的下部出泥进入缺氧池，缺氧池水力停留时间较短，且控制较低的DO浓度(<0.5mg/L)。此反应池的功能是当进水有机物浓度大，在此将残留的有机物分解并去除一部分亚硝酸盐氮，减少厌氧池负荷。
作为本发明的进一步优化方案，所述厌氧池密封设置且内部设置有螺旋桨搅拌器。
第一好氧池和缺氧池的出水进入厌氧池，厌氧池停留时间长，加载填料，主要功能是进行厌氧氨氧化反应。第一好氧池的出水主要是亚硝酸盐氮，缺氧池的出水主要是氨氮，且两个反应器有机物均消耗殆尽，所以这些水质条件都非常适宜于厌氧氨氧化反应，故本反应器厌氧氨氧化功能能够较好发挥。厌氧池需要搅拌措施，考虑到池内存在大量悬浮填料，可以采用螺旋桨搅拌器在接近池底处进行搅拌，水流推流向上，形成池内循环。考虑到厌氧氨氧化菌的时代时间长，为了保持泥龄，采用加载填料的生物膜法。在厌氧池内，缺氧池带来的悬浮污泥仍可以正常发挥作用，所以厌氧池的附着污泥(生物膜)主要进行ANAMMOX反应，去除氨氮总氮，为主反应；而悬浮污泥(活性污泥)将进一步释放磷，是副反应，由于在本反应器内有机物浓度已经较低，故释放磷的功能一定程度受到限制。
经过厌氧池后，水中的氨氮、总氮、有机物均很少了，只有磷酸盐仍存在(而且以正磷酸盐形式存在)，污水进入第二好氧池。第二好氧池主要功能是吸收磷，也具有进一步降低有机物和氨氮浓度的功能。经过第二好氧池后水质主要参数氨氮、总氮、有机物(BOD5)、总磷浓度均较低，经过沉淀后再消毒即可排放。污泥则回流到多功能池。
如果原废水较难降解，即BOD5/COD为0.20～0.30，则多功能池B区的容积应该增加，且反应器应该为推流形式(或者单独增加水解酸化池)。相当于该反应器的功能是反硝化(A区)、水解酸化(B区)、厌氧释放磷(B区)、沉淀(C区)，所以反应池的B区容积应该增加，具体容积应该以计算确定。如果原废水BOD5/COD比值更低，则在生物化学处理前应该增加化学氧化等有效措施，以提高污水的BOD5/COD比值。
采用上述基于AO-ANAMMOX工艺的废水处理系统进行高浓度氨氮废水处理，处理方法包括以下步骤：
S1.污水于多功能池内与沉淀池回流的污泥混合，进行初步除磷并完成泥水分离；
S2.步骤S1中分离所得污水于第一好氧池内进行氨氮氧化后和分离所得污泥在厌氧池汇流，并进行厌氧氨氧化反应，实现脱氮；
S3.厌氧池出水于二次好氧池内二次除磷后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池内，完成一个污水处理循环。
作为本发明的进一步优化方案，当步骤S1中多功能池接收废水BOD5/TP≤17时，在厌氧兼沉淀池内有机物已经几乎消耗殆尽，则缺氧池可以超越过去，即步骤S1所得污泥和第一好氧池出水直接输出至厌氧池中，故缺氧池性质属于备用，仅在进水有机物浓度较大的时候启用。缺氧池不曝气，需要的氧来自第一好氧池，所以缺氧的进水应该来自第一好氧池的上部，且多功能池出水量与出泥量比例为1:1。
作为本发明的进一步优化方案，当步骤S1中多功能池接收废水BOD5/TP>17时，则为了减轻厌氧池的压力，可以从第一好氧池引流一部分污水至缺氧池，亚硝酸盐和有机物在缺氧池混合进行反硝化脱氮，此时需要多功能池出水量大于出泥量，且从第一好氧池的引流流量需要通过计算确定，缺氧池内DO浓度为0.2～0.5mg/L。
作为本发明的进一步优化方案，步骤S2中所述的第一好氧池上部DO浓度控制在0.50～0.70mg/L，底部DO浓度控制在0.15～0.30mg/L范围内。
作为本发明的进一步优化方案，所述厌氧池和第一好氧池内水力停留时间分别为10～12h，5～6h，所述多功能池内水力停留时间为2～3h，其他反应池停留时间均<2h，整个系统总平均水力停留时间为19～24h。
本发明工艺系统的污泥实际上是各自完成其相应的功能，好氧生物膜是亚硝化反应，厌氧生物膜是ANAMMOX反应，悬浮的活性污泥功能则是生物除磷，所以其污泥龄实际上也是分开的。对于第一好氧池来说，由于载体附着生长生物膜，故亚硝化菌的长泥龄通过生物膜的附着实现，其泥龄可以达到30d以上，对硝化反应非常有利。同样的，厌氧氨氧化菌也需要长的泥龄，故厌氧池内加载填料，其泥龄也可达30d以上，能够有效保证厌氧氨氧化菌的生存。而对于除磷系统来说，依靠的是悬浮污泥，故系统的活性污泥泥龄可以直接按照除磷的要求进行控制，其泥龄可以在3～7d左右，而不需要考虑脱氮和厌氧氨氧化过程，故本发明的工艺事实上形成了多泥龄生物反应系统(三泥龄系统)。
若进水有机物浓度过高，进水BOD5/TP远远>17时，但是总磷浓度不高，则应该考虑设置前曝气池将有机物去除一部分，否则过高的BOD5浓度容易导致第一好氧池的硝化菌运行困难。如果采用加大第一好氧池容积并且将硝化液回流到多功能池前部的A区以通过反硝化去除部分有机物的方式，若运行不当，容易导致多功能池的厌氧功能受到影响。若进水有机物浓度过高，总磷浓度也很高，即使进水BOD5/TP接近于17，本工艺也可能会不适应，因为在本工艺中BOD5主要通过除磷环节去除，除磷实际上主要是通过污泥排放去除BOD5，当BOD5浓度高意味着泥龄很短，而过短的泥龄对于除磷来说未必是合适的。
本发明的有益效果在于：
本发明充分发挥好氧与厌氧的功能，在ANAMMOX反应实现脱氮的基础上，巧妙地将反硝化脱氮和生物除磷集于一体，充分利用生物膜和活性污泥各自的优点，实现脱氮、除磷和去除有机物功能的集成；工艺运行灵活，可靠，工艺流程相对不复杂，且能耗与运行总费用较低，无需补充碳源。
（发明人：唐玉朝;陈徐庆;王坤;黄显怀;伍昌年;黄健;薛莉娉;潘法康;刘俊;张彬彬）
