申请日2016.05.17
公开(公告)日2016.08.17
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种城市污水脱氮除磷方法及设备，将城市污水引入反硝化除磷反应器，根据从厌氧氨氧化反应器回流至反硝化除磷反应器的回流液中氮氧化物含量的多少进行厌氧/缺氧脱氮除磷或厌氧/好氧除磷，再将反硝化除磷反应器的出水引入中沉池，进行泥水分离，部分污泥回流至反硝化除磷反应器，其余污泥外排;中沉池出水经分流器分配，一部分出水进入短程硝化反应器进行短程硝化，另一部分出水进入厌氧氨氧化反应器进行自养除氮;实时监测厌氧氨氧化反应器出水水质，可将出水部分回流至短程硝化反应器或反硝化除磷反应器，进一步脱氮。本发明的污水处理装置高效、低能耗、低成本、处理效果稳定，出水水质远远优于国家一级A标准要求。
权利要求书
1.一种城市污水脱氮除磷设备，其特征在于：包括通过主管路依次连接的反硝化除磷反应器、中沉池、分流器、短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器;所述反硝化除磷反应器与中沉池之间设有可将中沉池内污泥导入反硝化除磷反应器的污泥回流管;所述反硝化除磷反应器与厌氧氨氧化反应器之间设有可将厌氧氨氧化反应器的出水导入反硝化除磷反应器的污水回流管;所述分流器与厌氧氨氧化反应器之间设有可将分流器的出水导入厌氧氨氧化反应器的管路;所述短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器之间设有可将厌氧氨氧化反应器的出水导入短程硝化反应器的污水回流管;所述厌氧氨氧化反应器上设有水质在线测定仪和流量控制器，且所述流量控制器与分流器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种城市污水脱氮除磷设备，其特征在于：所述反硝化除磷反应器设置有进水管、污泥回流管、污水回流管、出水管、放空管、曝气设施和搅拌设施。
3.根据权利要求2所述的一种城市污水脱氮除磷设备，其特征在于：所述反硝化除磷反应器由厌氧区和兼氧区组成，进水管和污泥回流管设置在厌氧区，污水回流管、出水管、放空管、曝气设施和搅拌设施设置在兼氧区。
4.根据权利要求1所述的一种城市污水脱氮除磷设备，其特征在于：所述中沉池设置有进水管、出水管和污泥回流管。
5.根据权利要求1所述的一种城市污水脱氮除磷设备，其特征在于：所述短程硝化反应器设置有进水管、出水管、污泥回流管、污水回流管、放空管、温度控制仪、DO测定仪和曝气设施。
6.根据权利要求1所述的一种城市污水脱氮除磷设备，其特征在于：所述厌氧氨氧化反应器设置有进水管、出水管、放空管、反冲洗管、温度控制仪。
7.一种城市污水脱氮除磷方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)反硝化除磷反应器：城市污水首先进入反硝化除磷反应器，其中富集有大量的反硝化除磷菌;同时反硝化除磷反应器的厌氧区接收中沉池的回流污泥，反硝化除磷反应器的兼氧区接收厌氧氨氧化单元的回流液，当厌氧氨氧化反应器的回流液中氮氧化物较多、满足反硝化除磷所需的电子受体时，停止兼氧区的曝气设施，同时开启搅拌设施，此时反硝化除磷反应器在厌氧/缺氧工况下运行，反硝化除磷菌以回流液中的氮氧化物为电子受体，实现氮、磷的同时去除;当厌氧氨氧化反应器的回流液中氮氧化物较少，不足以满足除磷所需的电子受体时，停止搅拌、开启曝气，此时该单元采用厌氧/好氧工况运行，实现磷的去除;
2)中沉池：将反硝化除磷反应器的出水引入中沉池进行泥水分离，中沉池的部分污泥回流至反硝化除磷反应器的厌氧区，其余污泥外排;
3)分流器：将中沉池的出水引入分流器，在分流器中将其分为两部分，第一部分出水进入短程硝化反应器，第二部分出水进入厌氧氨氧化反应器，通过厌氧氨氧化反应器上的水质在线测定仪对厌氧氨氧化反应器出水中的氮素组成和含量进行实时监控，并将结果输出给流量控制器，调节进入短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器的污水比例;当出水中NH4+-N含量较高时，降低进入厌氧氨氧化反应器的污水量;当出水中NO2--N含量较高时，提高进入厌氧氨氧化反应器的污水量;当出水中NO3--N含量较高时，提高厌氧氨氧化反应器回流至反硝化除磷反应器的污水量;
4)短程硝化反应器：短程硝化反应器中富集有大量的氨氧化细菌，经分流器引入的进水在此进行高效短程硝化，而后将富含NO2--N的出水导入厌氧氨氧化反应器;
5)厌氧氨氧化反应器：该反应器采用载体生物膜反应器，载体上富集有大量的厌氧氨氧化细菌;它将同时接收分流器的部分出水和短程硝化反应器的出水，在厌氧氨氧化菌的作用下进行自养除氮;厌氧氨氧化反应器的出水一部分回流至反硝化除磷反应器，一部分回流至短程硝化反应器，其余部分外排。
8.根据权利要求7所述的城市污水脱氮除磷方法，其特征在于：进入反硝化除磷反应器的城市污水总量记为Q，经中沉池回流到反硝化除磷反应器的污泥量r=20%～50%Q;经分流器分配进入短程硝化反应器的污水量q1=50%～70%Q;经分流器分配进入厌氧氨氧化反应器的污水量q2=30%～50%Q;厌氧氨氧化反应器出水回流至反硝化除磷反应器的污水量R1=50%～100%Q;厌氧氨氧化反应器出水回流至短程硝化反应器的污水量R2=50%～100%Q。
说明书
一种城市污水脱氮除磷方法及设备
技术领域
本发明涉及一种城市污水脱氮除磷方法及设备，属于城市污水处理技术领域。
背景技术
水资源、能源短缺以及水环境质量日益恶化，已经成为社会经济发展的瓶颈，提高污水处理率和处理程度、提高污水处理厂的脱氮除磷效能、降低污水处理的能耗已成为当务之急。在传统的污水处理技术中，脱氮过程和除磷过程在反应基质(碳源)和反应空间方面存在竞争和矛盾，很难取得良好的N、P同时去除效果，往往需要耗费大量外加能源才能获得较满意的效果。
近年来，为了解决传统脱氮除磷过程中存在的问题，如脱氮和除磷微生物相互独立问题、微生物污泥龄差异问题、碳源的竞争问题，开发出了一些新型脱氮除磷工艺，为解决脱氮与除磷之间的矛盾提供了契机。其中，反硝化除磷和厌氧氨氧化脱氮技术备受国内外学者的青睐。反硝化除磷以NOX-N为电子受体，可实现一碳两用，达到C/N/P的同步去除的效果;厌氧氨氧化脱氮技术以NH4+-N和NO2--N分别作为电子供体和受体，在缺氧条件下完成氮的去除，该过程无需外加碳源，也无需外加碱进行中和，与传统全程生物硝化-反硝化脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术可节省62.5%的供氧量和50%的耗碱量，无需消耗有机碳，且产泥量仅为传统生物脱氮过程的15%。因此，厌氧氨氧化技术自被发现起便广受青睐，国内外学者对这一新型生物脱氮技术进行了大量的研究，主要的工艺方法有：
公开号为CN 102557356A的中国专利提供了一种半短程硝化/厌氧氨氧化城市污水脱氮除磷工艺和方法，通过将污泥按污泥龄分开，避免了异养菌的快速繁殖，避免对自养脱氮菌群产生影响，硝化系统采用半段短程硝化，使其更易稳定维持短程，保证硝化系统的亚硝化率，为系统脱氮稳定性提供保障，再将厌氧氨氧化技术应于生活污水的深度脱氮处理中，耗氧量比传统脱氮方式降低60%，且无需外加碳源，无需中和剂，实现了高效低能耗的城市污水处理。
公开号为CN 101580329A的中国专利公开了一种城市污水厌氧去除有机物与自养生物脱氮的装置和方法，该装置设有原水箱、厌氧反应器、除磷反应器、中沉池、半短程硝化反应器、二沉池、中间水池、厌氧氨氧化反应器;厌氧反应器为填装海绵填料的厌氧生物滤池;除磷反应器第1格室为厌氧区，其余的4个格室为好氧区;半短程硝化反应器设有1个缺氧区和4个好氧区;厌氧氨氧化反应器设有柱状反应体和水浴套。利用该装置的方法：l)将从污水处理厂取得的活性污泥投加到除磷反应器和短程硝化反应器;2)城市污水首先泵入到厌氧反应器中;3)厌氧反应器出水进入到除磷反应器;4)除磷反应器的出水通过中沉池进入到半短程硝化反应器。本发明适用于城市污水处理，结构完善，工艺先进，效率高。
公开号为CN 101531443A的中国专利公开了一种耦合式污水处理工艺，以城市污水为处理对象。该工艺将经厌氧/好氧(A/O)的部分出水回流至厌氧反应器(EGSB)中，在同时接种厌氧颗粒污泥和好氧活性污泥的厌氧反应器(EGSB)中实现厌氧氨氧化、甲烷化与反硝化反应的耦合，去除有机污染物和脱氮。本发明解决了现有A2/O工艺脱氮与除磷存在碳源争夺的矛盾及厌氧氨氧化与反硝化反应引起的pH值失衡问题，工艺系统抗冲击能力强，能够在负荷率高、水力停留时间短的条件下获得稳定高效的COD去除及脱氮除磷效果。
上述工艺方法均采用了短程硝化+厌氧氨氧化的自养脱氮工艺，并预设除碳除磷系统，以此来解决脱氮与除磷对碳源竞争的矛盾。但上述工艺方法存在两个问题：1)将厌氧氨氧化工艺作为末端处理反应器，根据厌氧氨氧化反应的化学计量关系，出水中还含有一定量的硝酸盐，存在一定的安全风险;2)采用半短程硝化工艺，产生的NH4+-N与NO2--N比例不稳定，进而影响后续的厌氧氨氧化反应进程，导致出现出水中含有NH4+-N或NO2--N。
本发明开发了一种城市污水脱氮除磷方法及设备，一是采用高效累积NO2--N的短程硝化反应器，引入短程硝化段和厌氧氨氧化段多点进水机制，合理分配进入短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器的进水比例，来达到高效稳定的自养脱氮效率;二是将厌氧氨氧化出水回流至前段的反硝化除磷反应器，在厌氧/缺氧交替运行条件下，利用回流的NO3-和NO2-作为电子受体，将反硝化过程和除磷过程集为一体，达到同步除磷脱氮目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市污水脱氮除磷方法及设备。
本发明所采取的技术方案是：
一种城市污水脱氮除磷设备，包括通过主管路依次连接的反硝化除磷反应器、中沉池、分流器、短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器;所述反硝化除磷反应器与中沉池之间设有可将中沉池内污泥导入反硝化除磷反应器的污泥回流管;所述反硝化除磷反应器与厌氧氨氧化反应器之间设有可将厌氧氨氧化反应器的出水导入反硝化除磷反应器的污水回流管;所述分流器与厌氧氨氧化反应器之间设有可将分流器的出水导入厌氧氨氧化反应器的管路;所述短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器之间设有可将厌氧氨氧化反应器的出水导入短程硝化反应器的污水回流管;所述厌氧氨氧化反应器上设有水质在线测定仪和流量控制器，且所述流量控制器与分流器相连接。
进一步的，所述反硝化除磷反应器设置有进水管、污泥回流管、污水回流管、出水管、放空管、曝气设施和搅拌设施。
进一步的，所述反硝化除磷反应器由厌氧区和兼氧区组成，进水管和污泥回流管设置在厌氧区，污水回流管、出水管、放空管、曝气设施和搅拌设施设置在兼氧区。
进一步的，所述中沉池设置有进水管、出水管和污泥回流管。
进一步的，所述短程硝化反应器设置有进水管、出水管、污泥回流管、污水回流管、放空管、温度控制仪、DO测定仪和曝气设施。
进一步的，所述厌氧氨氧化反应器设置有进水管、出水管、放空管、反冲洗管、温度控制仪。
一种城市污水脱氮除磷方法，包括以下步骤：
1)反硝化除磷反应器：城市污水(污水总量记为Q)首先进入反硝化除磷反应器，其中富集有大量的反硝化除磷菌;同时反硝化除磷反应器的厌氧区接收中沉池的回流污泥，反硝化除磷反应器的兼氧区接收厌氧氨氧化单元的回流液，当厌氧氨氧化反应器的回流液中氮氧化物较多、满足反硝化除磷所需的电子受体时，停止兼氧区的曝气设施，同时开启搅拌设施，此时反硝化除磷反应器在厌氧/缺氧工况下运行，反硝化除磷菌以回流液中的氮氧化物为电子受体，实现氮、磷的同时去除;当厌氧氨氧化反应器的回流液中氮氧化物较少，不足以满足除磷所需的电子受体时，停止搅拌、开启曝气，此时该单元采用厌氧/好氧工况运行，实现磷的去除;
2)中沉池：将反硝化除磷反应器的出水引入中沉池进行泥水分离，中沉池的部分污泥(污泥量记为r)回流至反硝化除磷反应器的厌氧区，其余污泥外排;
3)分流器：将中沉池的出水引入分流器，在分流器中将其分为两部分，第一部分出水(污水量记为q1)进入短程硝化反应器，第二部分出水(污水量记为q2)进入厌氧氨氧化反应器，通过厌氧氨氧化反应器上的水质在线测定仪对厌氧氨氧化反应器出水中的氮素组成和含量进行实时监控，并将结果输出给流量控制器，调节进入短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器的污水比例;当出水中NH4+-N含量较高时，降低进入厌氧氨氧化反应器的污水量;当出水中NO2--N含量较高时，提高进入厌氧氨氧化反应器的污水量;当出水中NO3--N含量较高时，提高厌氧氨氧化反应器回流至反硝化除磷反应器的污水量(污水量记为R1);
4)短程硝化反应器：短程硝化反应器中富集有大量的氨氧化细菌(AOB)，经分流器引入的进水在此进行高效短程硝化，而后将富含NO2--N的出水导入厌氧氨氧化反应器;
5)厌氧氨氧化反应器：该反应器采用载体生物膜反应器，载体上富集有大量的厌氧氨氧化细菌;它将同时接收分流器的部分出水和短程硝化反应器的出水，在厌氧氨氧化菌的作用下进行自养除氮;厌氧氨氧化反应器的出水一部分回流至反硝化除磷反应器(污水量记为R1)，一部分回流至短程硝化反应器(污水量记为R2)，其余部分外排。
进一步的，中沉池回流至反硝化除磷反应器的污泥量r=20%～50%Q。
进一步的，经分流器分配进入短程硝化反应器的污水量q1=50%～70%Q。
进一步的，经分流器分配进入厌氧氨氧化反应器的污水量q2=30%～50%Q。
进一步的，厌氧氨氧化反应器出水回流至反硝化除磷反应器的污水量R1=50%～100%Q。
进一步的，厌氧氨氧化反应器出水回流至短程硝化反应器的污水量R2=50%～100%Q。
进一步的，整套系统的运行温度控制在25～35℃，短程硝化反应器的DO控制在0.3～1.0mg/L。
本发明的有益效果是：
1)本发明的城市污水脱氮除磷设备中的反硝化除磷反应器划分为厌氧区和兼氧区，可以根据厌氧氨氧化反应器回流液中氮氧化物是否满足除磷对电子受体的需求，来判断采用缺氧或者好氧条件，不仅可以实现对有机物的高效利用和保证除磷效果，同时还可以对厌氧氨氧化反应器出水中的氮氧化物进行深度处理;
2)本发明的城市污水脱氮除磷设备的短程硝化反应器仅需控制反应温度和曝气量来达到最大程度的亚氮累积，通过中沉池上清液的分流，控制进入短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器中的污水比例，从而实现高效的自养脱氮进程，与现有的半短程硝化反应器相比，本发明中的短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器的控制条件更为简便与稳定;
3)本发明的城市污水脱氮除磷设备可对厌氧氨氧化反应器出水中的氮素组成和含量进行实时监测，根据出水中的氮素含量控制中沉池上清液进入短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器的比例，并实现厌氧氨氧化反应器回流量的灵活控制，从而获得高效的污染物去除效果。