公布日：2023.03.07
申请日：2022.09.07
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I;C02F3/12(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F103/06(2006.01)N;
C02F103/20(2006.01)N;C02F103/22(2006.01)N;C02F103/24(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺及系统，所述工艺包括以下步骤：S1、预处理阶段；高浓度氨氮废水首先进行反硝化和短程反硝化反应；S2、主反应阶段；废水进行短程硝化反应、厌氧氨氧化反应、短程反硝化反应和有机物降解；S3、稳定出水阶段；废水中剩余氨氮和亚硝态氮被氧化成硝态氮，同时利用聚磷菌进行好氧吸磷反应。本发明工艺采用多段工艺组合、精准控制、高固体负荷固液分离浓缩技术、高倍率气力提升内外回流循环技术使之不但集传统A2/O、SBR、氧化沟和MBR优势于一体，还具备这些工艺难于实现的同步短程硝化反硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化功能，具有抗冲击负荷强，运行成本低、占地面积小的优点。
权利要求书
1.一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、预处理阶段：S1-1、高浓度氨氮废水首先从一段选择池进入到一段缺氧池中进行反硝化和短程反硝化反应；S1-2、经步骤S1-1处理后的废水进入到一段厌氧池中，在厌氧条件下利用聚磷菌对废水中的有机物进行快速降解和吸收；S1-3、经步骤S1-2处理后的废水进入到一段好氧池A区，进行进一步的有机物降解、好氧条件下对磷的吸收和短程硝化反应积累亚硝态氮；S1-4、经步骤S1-3处理后的废水进入到一段好氧池B区，抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，使水中的氨氮在一段好氧池B区只发生亚硝化反应和进一步有机物降解反应，累积后续反应所需的厌氧氨氧化基质——亚硝酸盐氮；S2、主反应阶段：S2-1、经步骤S1-4处理后的废水先进入到二段选择池中然后再输送到二段好氧池中，废水在二段好氧池中主要进行短程硝化反应、厌氧氨氧化反应以及部分短程反硝化反应和有机物降解；S2-2、经步骤S2-1处理后的废水进入二段缺氧池中，废水在二段缺氧池中主要进行短程反硝化反应、厌氧氨氧化反应以及部分反硝化反应；S2-3、经步骤S2-2处理后的废水进入二段沉淀池中，利用固液分离浓缩装置将二段沉淀池底部污泥浓缩至含固率12-20g/L；S3、稳定出水阶段：S3-1、经步骤S2-3处理后的废水进入三段好氧池中，废水中剩余的有机物在三段好氧池中进一步被降解，废水中剩余的少量氨氮和亚硝态氮被氧化成硝态氮，同时聚磷菌在三段好氧池中进行好氧吸磷反应；控制三段好氧池内废水的溶解氧浓度为2-3mg/L；S3-2、经步骤S3-1处理后的废水进入三段沉淀池中，利用固液分离浓缩装置将三段沉淀池底部污泥浓缩至含固率12-20g/L；处理后的废水从三段沉淀池中稳定排出。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：步骤S1-3中，控制一段好氧池A区内处理后的废水中C/N比小于0.7。
3.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：步骤S1-4中，控制一段好氧池B区内的废水中溶解氧浓度为0.5-0.7mg/L，pH在7.5-8.0。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：步骤S2-1中，控制二段好氧池中溶解氧浓度为0.4-0.6mg/L和PH在7.5-8.0，步骤S2-2中，控制二段缺氧池中的溶解氧浓度为0.3-0.5mg/L，PH在7.5-8.0。
5.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：步骤S1-1中，利用步骤S2-3所述二段沉淀池截留浓缩后的污泥以及步骤S1-4所述一段好氧池B区末端回流的硝化液回流至所述一段选择池中与所述一段选择池中的高浓度氨氮废水一同进入到所述一段缺氧池中。
6.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：步骤S2-1中，利用步骤S2-3二段沉淀池中截留浓缩后的污泥回流至所述二段选择池中然后与所述二段选择池中的废水一同进入到所述二段好氧池中。
7.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：步骤S3-1中，废水进入所述三段好氧池前，先利用步骤S3-2三段沉淀池截留浓缩后的污泥与废水混合后再进入所述三段好氧池中。
8.根据权利要求1所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，其特征在于：所述一段选择池、所述一段缺氧池、所述一段厌氧池、所述二段选择池、所述二段好氧池以及所述二段缺氧池中均具有曝气搅拌器。
9.一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理系统，可应用于权利要求1-8任意一项所述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺中，其特征在于：所述系统包括预处理机构(991)、主反应机构(992)以及末段稳定处理机构(993)；所述预处理机构(991)包括依次设置的一段选择池(1)、一段缺氧池(2)、一段厌氧池(3)、一段好氧池A区(6)、一段好氧池B区(7)；所述一段选择池(1)与所述一段缺氧池(2)相连通，所述一段缺氧池(2)与所述一段厌氧池(3)相连通；所述一段好氧池B区(7)与所述一段选择池(1)之间相连通设有一段硝化液回流渠(17)；所述一段厌氧池(3)与所述一段好氧池A区(6)之间设有一段好氧池进水气提区(4)和一段好氧池回流气提区(5)；所述一段厌氧池(3)与所述一段好氧池进水气提区(4)的输入端相连通，所述一段好氧池进水气提区(4)的输出端与所述一段好氧池A区(6)相连通，所述一段好氧池回流气提区(5)的输出端与所述一段好氧池A区(6)相连通，所述一段好氧池回流气提区(5)的输入端与所述一段硝化液回流渠(17)相连通；所述一段好氧池进水气提区(4)内设有第一气提装置(41)，所述第一气提装置(41)的供气管上具有第一气提气体控制阀(42)，所述一段好氧池回流气提区(5)内设有第二气提装置(51)，所述第二气提装置(51)的供气管上具有第二气提气体控制阀(52)；所述一段选择池(1)内底部设有第一曝气搅拌器(11)，所述第一曝气搅拌器(11)的供气管上具有第一曝气搅拌气体控制阀(12)，所述一段缺氧池(2)内底部设有第二曝气搅拌器(21)，所述第二曝气搅拌器(21)的供气管上具有第二曝气搅拌气体控制阀(22)，所述一段厌氧池(3)内底部设有第三曝气搅拌器(31)，所述第三曝气搅拌器(31)的供气管上具有第三曝气搅拌气体控制阀(32)；所述一段好氧池A区(6)内底部设有第一曝气装置(61)，所述第一曝气装置(61)的供气管上具有第一曝气气体控制阀(62)，所述一段好氧池B区(7)内底部设有第二曝气装置(71)，所述第二曝气装置(71)的供气管上具有第一曝气气体控制阀(72)；所述主反应机构(992)包括依次设置的二段选择池(8)、二段好氧池(110)，二段缺氧池(120)、二段沉淀池(130)；所述二段选择池(8)内底部设有第四曝气搅拌器(81)，所述第四曝气搅拌器(81)的供气管上具有第四曝气搅拌气体控制阀(82)；所述二段好氧池(110)内设有第五曝气搅拌器(111)，所述第五曝气搅拌器(111)的供气管上具有第五曝气搅拌气体控制阀(112)；所述二段缺氧池(120)内设有第六曝气搅拌器(121)，所述第六曝气搅拌器(121)的供气管上具有第六曝气搅拌气体控制阀(122)；所述二段沉淀池(130)中设有第一固液分离浓缩装置(131)以及第一曝气吹扫装置(132)，所述第一曝气吹扫装置(132)的供气管上具有第一吹扫气体控制阀(133)；所述一段好氧池B区(7)与所述二段选择池(8)相连通，所述二段好氧池(110)与所述二段缺氧池(120)相连通，所述二段缺氧池(120)与所述二段沉淀池(130)相连通；所述二段选择池(8)与所述二段好氧池(110)之间设有二段好氧池进水气提区(9)和二段好氧池回流气提区(100)；所述二段好氧池进水气提区(9)内设有第三气提装置(91)，所述第三气提装置(91)的供气管上具有第三气提气体控制阀(92)，所述二段好氧池回流气提区(100)设有第四气提装置(101)，所述第四气提装置(101)的供气管上具有第四气提气体控制阀(102)；所述二段选择池(8)与所述二段好氧池进水气提区(9)的输入端相连通，所述二段好氧池进水气提区(9)的输出端与所述二段好氧池(110)相连通，所述二段好氧池回流气提区(100)的输出端与所述二段好氧池(110)相连通；所述二段沉淀池(130)中设有第五气提装置(134)，所述第五气提装置(134)通过优势菌种回流管(19)分别与所述一段选择池(1)、一段好氧池B区(7)以及二段选择池(8)相连通，所述第五气提装置(134)的供气管上具有第五气提气体控制阀(135)；所述优势菌种回流管(19)位于所述一段选择池(1)、所述一段好氧池B区(7)以及所述二段选择池(8)的输出管上分别具有第一回流控制阀(13)、第二回流控制阀(73)以及第三回流控制阀(83)；所述二段好氧池回流气提区(100)的输入端与所述二段缺氧池(120)之间相连通设有厌氧氨氧化内回流渠(18)；所述末段稳定处理机构(993)包括依次设置的三段好氧池进水气提区(140)、三段好氧池(150)、三段沉淀池(160)；所述三段沉淀池(160)内设有第二固液分离浓缩装置(161)，所述三段沉淀池(160)内设有第二曝气吹扫装置(162)，所述第二曝气吹扫装置(162)的供气管上具有第二吹扫气体控制阀(163)；所述三段好氧池(150)内设有第三曝气装置(151)，所述第三曝气装置(151)的供气管上具有第三曝气气体控制阀(152)；所述三段好氧池进水气提区(140)内设有第六气提装置(141)，所述第六气提装置(141)的供气管上具有第六气提气体控制阀(142)；所述二段沉淀池(130)与所述三段好氧池进水气提区(140)的输入端相连通，所述三段好氧池进水气提区(140)的输出端与所述三段好氧池(150)相连通，所述三段好氧池(150)与所述三段沉淀池(160)相连通；所述三段沉淀池(160)中设有第七气提装置(164)，所述第七气提装置(164)通过好氧菌种回流管(20)分别与所述三段好氧池(150)以及一段好氧池A区(6)相连通，所述第七气提装置(164)的供气管上具有第七气提气体控制阀(165)；所述好氧菌种回流管(20)位于所述一段好氧池A区(6)以及所述三段好氧池(150)的输出管上分别具有第四回流控制阀(63)和第五回流控制阀(153)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，该脱氮处理工艺运行费用低、占地面积小且不对环境产生二次污染。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺，包括以下步骤：
S1、预处理阶段：
S1-1、高浓度氨氮废水首先从一段选择池进入到一段缺氧池中进行反硝化和短程反硝化反应；
S1-2、经步骤S1-1处理后的废水进入到一段厌氧池中，在厌氧条件下利用聚磷菌对废水中的有机物进行快速降解和吸收；
S1-3、经步骤S1-2处理后的废水进入到一段好氧池A区，进行进一步的有机物降解、好氧条件下对磷的吸收和短程硝化反应积累亚硝态氮；
S1-4、经步骤S1-3处理后的废水进入到一段好氧池B区，抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，使水中的氨氮在一段好氧池B区只发生亚硝化反应和进一步有机物降解反应，累积后续反应所需的厌氧氨氧化基质——亚硝酸盐氮；
说明：将一段缺氧池前置在一段厌氧池前面，有利于优先满足反硝化和厌氧释磷对碳源需求，强化系统的脱氮产碱需求，可使所有的回流污泥全部经过完整的厌氧释磷与好氧吸磷过程，具有“群体效应”，提高处理系统的除磷能力和降低有机物降解的需氧量。
S2、主反应阶段：
S2-1、经步骤S1-4处理后的废水先进入到二段选择池中然后再输送到二段好氧池中，废水在二段好氧池中主要进行短程硝化反应、厌氧氨氧化反应以及部分短程反硝化反应和有机物降解；
S2-2、经步骤S2-1处理后的废水进入二段缺氧池中，废水在二段缺氧池中主要进行短程反硝化反应、厌氧氨氧化反应以及部分反硝化反应；
S2-3、经步骤S2-2处理后的废水进入二段沉淀池中，利用固液分离浓缩装置将二段沉淀池底部污泥浓缩至含固率12-20g/L，有效截留泥水混合物中的亚硝化菌(AOB)、厌氧氨氧化菌(AnAOB)、短程反硝化菌，利用气提装置将截留的优势菌提升回流至一段选择池、一段好氧池B区和二段选择池中，以保持预处理阶段和主反应阶段较高的优势菌群浓度，从而保障氨氮和TN的去除效果；
S3、稳定出水阶段：
S3-1、经步骤S2-3处理后的废水进入三段好氧池中，废水中剩余的有机物在三段好氧池中进一步被降解，废水中剩余的少量氨氮和亚硝态氮被氧化成硝态氮，同时聚磷菌在三段好氧池中进行好氧吸磷反应；
控制三段好氧池内废水的溶解氧浓度为2-3mg/L；
S3-2、经步骤S3-1处理后的废水进入三段沉淀池中，利用固液分离浓缩装置将三段沉淀池底部污泥浓缩至含固率12-20g/L，有效截留三段沉淀池中的污泥并利用气提装置将被截留的含有好氧菌的活性污泥回流至一段好氧池A区以及三段好氧池中，以维持这两个好氧区有机物降解好氧菌菌群浓度，从而以提高其好氧池反应速率；
处理后的废水从三段沉淀池中稳定排出。
优选地，步骤S1-3中，控制一段好氧池A区内处理后的废水中C/N比小于0.7。
优选地，步骤S1-4中，控制一段好氧池B区内的废水中溶解氧浓度0.5-0.7mg/L，pH在7.5-8.0。
说明：控制一段好氧池B区内的废水中溶解氧以及pH值是为了抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，使水中的氨氮在一段好氧池B区只发生亚硝化反应和进一步有机物降解反应，累积后续反应所需的厌氧氨氧化基质——亚硝酸盐氮，使亚硝化菌(AOB)成为优势菌从而实现亚硝酸盐氮的富集。
优选地，步骤S2-1中，控制二段好氧池中溶解氧浓度为0.4-0.6mg/L和PH在7.5-8.0，步骤S2-2中，控制二段缺氧池中的溶解氧浓度为0.3-0.5mg/L，PH在7.5-8.0。
优选地，步骤S1-1中，利用步骤S2-3二段沉淀池截留浓缩后的污泥以及步骤S1-4一段好氧池B区末端回流的硝化液回流至一段选择池中与一段选择池中的高浓度氨氮废水一同进入到一段缺氧池中。
优选地，步骤S2-1中，利用步骤S2-3二段沉淀池中截留浓缩后的污泥回流至二段选择池中然后与二段选择池中的废水一同进入到二段好氧池中。
说明：利用步骤S2-3二段沉淀池中截留浓缩后的污泥回流至二段选择池中然后与二段选择池中的废水一同进入到二段好氧池中，以维持主反应阶段的高浓度亚硝化菌(AOB)、短程反硝化菌、厌氧氨氧化菌菌群浓度，提高主反应阶段厌氧氨氧化脱氮速率。
优选地，步骤S3-1中，废水进入三段好氧池前，先利用步骤S3-2三段沉淀池截留浓缩后的污泥与废水混合后再进入三段好氧池中。
说明：废水进入三段好氧池前，先利用步骤S3-2三段沉淀池截留浓缩后的污泥与废水混合后再进入三段好氧池中，以维持稳定出水阶段中三段好氧池内高浓度异养好氧菌菌群，提高三段好氧池对有机物的去除速率。
优选地，一段选择池、一段缺氧池、一段厌氧池、二段选择池、二段好氧池以及二段缺氧池中均具有曝气搅拌器。
优选地，一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理系统，可应用于上述的一种低能耗、低碳源投加的高氨氮废水处理工艺中，系统包括预处理机构、主反应机构以及末段稳定处理机构；
预处理机构包括依次设置的一段选择池、一段缺氧池、一段厌氧池、一段好氧池A区、一段好氧池B区；
一段选择池与一段缺氧池相连通，一段缺氧池与一段厌氧池相连通；
一段好氧池B区与一段选择池之间相连通设有一段硝化液回流渠；
一段厌氧池与所述一段好氧池A区之间设有一段好氧池进水气提区和一段好氧池回流气提区；
一段厌氧池与一段好氧池进水气提区的输入端相连通，一段好氧池进水气提区的输出端与一段好氧池A区相连通，一段好氧池回流气提区的输出端与一段好氧池A区相连通，一段好氧池回流气提区的输入端与一段硝化液回流渠相连通；
一段好氧池进水气提区内设有第一气提装置，第一气提装置的供气管上具有第一气提气体控制阀，一段好氧池回流气提区内设有第二气提装置，第二气提装置的供气管上具有第二气提气体控制阀；
一段选择池内底部设有第一曝气搅拌器，第一曝气搅拌器的供气管上具有第一曝气搅拌气体控制阀，一段缺氧池内底部设有第二曝气搅拌器，第二曝气搅拌器的供气管上具有第二曝气搅拌气体控制阀，一段厌氧池内底部设有第三曝气搅拌器，第三曝气搅拌器的供气管上具有第三曝气搅拌气体控制阀；
一段好氧池A区内底部设有第一曝气装置，第一曝气装置的供气管上具有第一曝气气体控制阀，一段好氧池B区内底部设有第二曝气装置，第二曝气装置的供气管上具有第一曝气气体控制阀；
主反应机构包括依次设置的二段选择池、二段好氧池，二段缺氧池、二段沉淀池；
二段选择池内底部设有第四曝气搅拌器，第四曝气搅拌器的供气管上具有第四曝气搅拌气体控制阀；
二段好氧池内设有第五曝气搅拌器，第五曝气搅拌器的供气管上具有第五曝气搅拌气体控制阀；
二段缺氧池内设有第六曝气搅拌器，第六曝气搅拌器的供气管上具有第六曝气搅拌气体控制阀；
二段沉淀池中设有第一固液分离浓缩装置以及第一曝气吹扫装置，第一曝气吹扫装置的供气管上具有第一吹扫气体控制阀；
一段好氧池B区与二段选择池相连通，二段好氧池与二段缺氧池相连通，二段缺氧池与二段沉淀池相连通；
二段选择池与二段好氧池之间设有二段好氧池进水气提区和二段好氧池回流气提区；
二段好氧池进水气提区内设有第三气提装置，第三气提装置的供气管上具有第三气提气体控制阀，二段好氧池回流气提区设有第四气提装置，第四气提装置的供气管上具有第四气提气体控制阀；
二段选择池与二段好氧池进水气提区的输入端相连通，二段好氧池进水气提区的输出端与二段好氧池相连通，二段好氧池回流气提区的输出端与二段好氧池相连通；
二段沉淀池中设有第五气提装置，第五气提装置通过优势菌种回流管分别与一段选择池、一段好氧池B区以及二段选择池相连通，第五气提装置的供气管上具有第五气提气体控制阀；
优势菌种回流管位于一段选择池、一段好氧池B区以及二段选择池的输出管上分别具有第一回流控制阀、第二回流控制阀以及第三回流控制阀；
二段好氧池回流气提区的输入端与二段缺氧池之间相连通设有厌氧氨氧化内回流渠；
末段稳定处理机构包括依次设置的三段好氧池进水气提区、三段好氧池、三段沉淀池；
三段沉淀池内设有第二固液分离浓缩装置，三段沉淀池内设有第二曝气吹扫装置，第二曝气吹扫装置的供气管上具有第二吹扫气体控制阀；
三段好氧池内设有第三曝气装置，第三曝气装置的供气管上具有第三曝气气体控制阀；
三段好氧池进水气提区内设有第六气提装置，第六气提装置的供气管上具有第六气提气体控制阀；
二段沉淀池与三段好氧池进水气提区的输入端相连通，三段好氧池进水气提区的输出端与三段好氧池相连通，三段好氧池与三段沉淀池相连通；
三段沉淀池中设有第七气提装置，第七气提装置通过好氧菌种回流管分别与三段好氧池以及一段好氧池A区相连通，第七气提装置的供气管上具有第七气提气体控制阀；
好氧菌种回流管位于一段好氧池A区以及三段好氧池的输出管上分别具有第四回流控制阀和第五回流控制阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中整个系统对来水的负荷冲击、水质冲击具有良好的适应性，即便厌氧氨氧化反应在突发情况下被冲击抑制，仍有能耗较低、运行费用较低和占地面积较小的短程硝化反硝化作为保障，且厌氧氨氧化反应受冲击抑制后恢复快，可保障系统出水稳定达标；
2、本发明高氨氮废水处理工艺在多段工艺组合的基础上，融合精准控制、高固体负荷固液分离浓缩技术、高倍率气力提升内外回流循环技术，使之集传统A2/O、SBR、氧化沟和MBR的优势于一体，并可实现这些工艺难于实现的同步短程硝化反硝化、短程反硝化、厌氧氨氧化功能，大大降低高氨氮废水处理的能耗、药耗、运行成本和占地面积；
3、本发明处理工艺采取大比例回流的气力提升回流循环技术可使该处理工艺具备类似氧化沟的特性，在实现为好氧池充氧的同时，让整段生化池处于完全混合状态而获得良好的处理效果，且不需要额外设置硝化液回流泵，大幅降低能耗；高固体负荷固液分离浓缩技术和高倍率气力提升内外回流循环技术的融合应用保障各段生化反应区的污泥浓度可像MBR一样高达8-10g/L，使各功能区因菌群浓度提高而体积负荷提升和污泥负荷降低，从而增强了生化系统抗冲击能力，减小了占地面积。同时还可根据进水水质和水量的变化需求合理调整各区域进气量和进气时长，从而对各功能区和段进行合理的二次分配，使其具备SBR灵活调节的优点。
4、在同一进水(高污染高浓度氨氮废水)和出水条件下，本发明的BM-AAO工艺的占地面积仅为传统活性污泥法的40％，碳源投加节省100％，能耗节省60％，污泥产量低80％，可为钢铁、化肥、无机化工、煤化工、铁合金、玻璃制造、垃圾渗滤液、皮革、肉类加工、畜禽养殖等高污染高浓度废水处理节省可观的运行费用和占地面积，解决这些行业废水处理系统用地紧张和运行费用高的难题。
（发明人：吕路;李宗丽;李壮壮;马亚朋;刘国召;张纯钢）
