申请日2019.11.27
公开(公告)日2020.02.07
IPC分类号C02F9/14; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，通过采用高浓度污泥且改变运行程序的第一级SBR和普通工艺的第二级SBR串联运行的方式实现高的总氮去除率。第一级SBR按照进水‑缺氧‑沉淀‑排水‑好氧的程序运行，MLSS浓度大于10000mg/L，采用高的充水比;第二级按照进水‑缺氧‑好氧‑沉淀‑排水的程序运行，污泥浓度无特别要求，采用较高的充水比。第一级SBR处理后出水仍有相当量的有机物和氨氮，可以再进一步以第二级SBR处理。两级SBR均可以去除其进水总氮的70%左右，故累计总氮去除率可以达到90%以上，而对碳源的需求仅为可生化COD/TN约为3.0～3.5即可，显著低于传统工艺对碳源的需求。该工艺方法尤其适用于城市低碳源生活污水处理，且对脱氮率要求较高的场合。
权利要求书
1.一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，包括两级串联的SBR，其特征在于，按照运行时间程序，第一级SBR的运行程序为进水-缺氧-沉淀-排水-好氧，且第一级SBR中反应池内的污泥浓度为10000mg/L以上;第二级SBR的运行程序采用进水-缺氧-好氧-沉淀-排水。
2.根据权利要求1所述的一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，其特征在于，第一级SBR的充水比采用0.45-0.55。
3.根据权利要求1所述的一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，其特征在于，第二级SBR的充水比采用0.30-0.40。
4.根据权利要求1所述的一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，其特征在于，所述第二级SBR的污泥浓度为2500-4000mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，其特征在于，SBR系统中污泥的污泥龄为25～45d。
说明书
一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法。
背景技术
城镇污水处理过程中，去除总氮和总磷分别需要满足一定的有机物量，由于当前城镇污水厂进水有机物浓度普遍偏低，导致城镇污水氮磷去除困难。城镇污水厂通常侧重于将总氮去除，而总磷的去除一定程度上可以通过加药来完成，故对于低碳氮比的污水如何提高总氮去除率且降低对碳源的需求是当前城镇污水处理的关键问题之一。目前城镇污水处理厂进水碳氮比常常难以满足不低于4的要求(规范要求值)，当进水的碳氮比不能满足要求时，总氮去除率显著下降，很容易导致出水不能达标。故寻求适用于低碳源的高效低成本脱氮技术非常迫切。目前采取的主要应对措施有改变进水策略、厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、内源反硝化、氢自养型反硝化等多种方法，在没有好的应对措施的情况下常常还会选择外加碳源物质。外加碳源简单，但成本高昂，污水厂难以承受;改变进水策略目前常常采用分步进水(多点进水)等措施，但工艺流程较复杂，构筑物多，运行成本显著增加;厌氧氨氧化技术可以从根本上解决碳源不足的问题，但是厌氧氨氧化需要的条件非常苛刻，一般适用于高氨氮的工业废水，很难应用于城镇污水处理领域，目前基于厌氧氨氧化方法开发的脱氮工艺应用于城镇污水处理的尚没有成熟工艺;多级AO串联工艺与分步进水类似，将多个缺氧池和好氧池串联，进水分为多路，在每个缺氧池处进水，该工艺具有较好的脱氮效果，但是该工艺脱氮的去除率依赖于A-O的串联级数，串联级数越多脱氮效果越好，级数过多必然造成工艺构筑物非常多，运行费用显著增加。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题，提供一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，该方法是一种对进水碳源需求低，且总氮去除率高的污水处理方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供了一种低碳源污水两级SBR串联高效生物脱氮方法，包括两级串联的SBR，按照运行时间程序，第一级SBR的运行程序为进水-缺氧-沉淀-排水-好氧，且第一级SBR中反应池内的污泥浓度(MLSS)为10000mg/L以上，第二级SBR的运行程序采用进水-缺氧-好氧-沉淀-排水。本发明在第一级SBR内采用高的污泥浓度，且缺氧程序后即进入沉淀程序，在此状态下，污水中的氨氮大量吸附在污泥表面(其吸附容量一般达到或略超过1mgNH3-N/gMLSS)，沉淀后排水，滞留在池底的污泥进行曝气，完成硝化过程。这样第一级SBR过程损失的碳源很少(只比理论需要的碳氮比略高)，却能够获得较高的总氮去除率。第一级SBR出水没有经过好氧过程故仍含有一定量碳源和氨氮，其碳氮比与原污水相比接近或稍有降低，在第二级SBR进一步处理，从而实现低碳源污水的高效脱氮。
作为本发明进一步的优化方案，所述低碳源污水为可生化COD/TN<4且BOD5/TN<3.5的污水。本发明主要针对可生化COD/TN<4且BOD5/TN<3.5的低碳源污水，一般为3.0-3.5，当原水碳氮比较高(可生化COD/TN>4或BOD5/TN>3.5)，则第一级SBR在缺氧状态时刻污泥浓度取值可以根据具体水质参数而降低到7000-8000mg/L，同时其充水比也可以适当降低，在此条件下仍可维持工艺总体的高脱氮率。但在此条件下运行，本方法的优点则仅为总氮去除率高，节省碳源效果会有所降低。即本发明的工艺参数可以根据进水水质情况适当进行调节，以达到既能够节省碳源，又能够具有总氮去除率高的特点。
作为本发明进一步的优化方案，所述第二级SBR的运行程序为进水-缺氧-好氧-沉淀-排水。按照进水-缺氧-好氧-沉淀-排水的程序运行，可以既保持一定的脱氮效率又维持较高的出水水质，第二级SBR与普通SBR脱氮系统大体相同，仅充水比这一参数比普通SBR脱氮系统稍高。
作为本发明进一步的优化方案，当原水水质碳源特别低时(可生化COD/TN为3.0-3.5或BOD5/TN为2.5-2.8，近似值)，则第一级SBR在缺氧状态时刻污泥浓度取值尽可能高。但是由于沉淀效率严重受到污泥浓度的限制，所以在一般的工艺状态下，即使是静态沉淀(SBR工艺特有的沉淀方式)，在有限的时间内沉淀后污泥浓度也很难提高到25000mg/L以上，故缺氧状态时刻池内的MLSS一般也不超过12000mg/L。
作为本发明进一步的优化方案，当原水水质碳氮比特别低时(可生化COD/TN为≤3.0或BOD5/TN≤2.5，近似值)，需要在第二级SBR中投加一定量的碳源，否则总氮去除率会显著降低。
作为本发明进一步的优化方案，当原水水质碳氮比极其低时(可生化COD/TN为≤2.5或BOD5/TN≤2.0，近似值)，在第一级SBR和第二级SBR中均需要投加一定量的碳源，否则总氮去除率会显著降低，其中第一级SBR投加的碳源以满足本级需要量即可，投加过反而多会造成浪费。
当进水水质碳氮比过低需要提高污泥浓度时，可通过投加吸附剂和增重剂来实现，可以使第一级SBR反应池内的污泥浓度达到13000-14000mg/L。本发明不宜采用提高SV的方法维持反应池内缺氧状态时刻的高浓度污泥，因为提高SV必然导致需要被迫采用更低的充水比，这对工艺的运行是不利的，会大大增加第一级SBR反应器的容积，而且对碳源的需求量也会有所增加。故本发明的核心是在第一级SBR池内维持高浓度污泥(>10000mg/L)，且保持污泥对氨氮具有一定的吸附容量，使污泥在缺氧程序后能够有效沉淀。此外，由于第一级SBR运行时MLSS取值较高，一般超过10000mg/L，沉降到SV50%时，污泥浓度达到20000mg/L以上，容易造成沉淀困难，故作为本发明进一步的优化方案，还可以可少量投加增重剂，促进沉淀。投加吸附剂能够使污泥额外获得氨氮吸附量，极大地提高了本发明的总氮去除率。吸附剂和增重剂可同时使用。
作为本发明进一步的优化方案，投加的药剂均为粉末状态存在，且在水中表面带负电荷(水的pH值在接近中性的状况下)，若表面带正电荷会抑制氨氮的吸附，起到反作用。
作为本发明进一步的优化方案，第一级SBR的充水比采用0.45-0.55，充水比取决于沉淀的效率，沉淀后的SV越低，充水比取值越高，本发明采用的充水比相比较传统的SBR脱氮要求的充水比值(0.15-0.30)显著提高。运行采用高的充水比能够节约碳源，同时能够获得较高的总氮去除率，第一级SBR中出水的污水全部没有经过好氧过程。
作为本发明进一步的优化方案，第二级SBR的充水比采用0.30-0.40。
作为本发明进一步的优化方案，所述第二级SBR的污泥浓度为2500-4000mg/L。
作为本发明进一步的优化方案，SBR系统中污泥采用较长污泥龄，一般为25～45d。
本发明的原理为：
在第一级SBR中，污水进入反应器后首先是反硝化脱氮，上个反应序列最终的程序是好氧，故上个反应序列结束后，池内的BOD5和氨氮浓度均较低，而硝酸盐维持有一定的浓度。故进水后立即进入缺氧程序，源水的BOD5充分被反硝化过程利用，缺氧反应后污水BOD5大幅度降低，硝酸盐也被消耗殆尽(若进水水质出现极端情况，即进水碳源尚不能满足理论脱氮需要的碳源量，则补充一定的碳源是必须的)，原水的有机氮在此过程转化为氨氮，故缺氧后水中主要是浓度已经不高的氨氮和有机物。缺氧后立即进行沉淀，由于系统内污泥浓度很大，一般情况下，无特别处置过程的污泥本身具有一定的氨氮吸附能力，由于活性污泥胞外聚合物(EPS)的平均等电点一般接近于pH=3，故普通工艺条件下的污泥表面带负荷，而水中的氨氮在pH接近于中性条件下多以NH4+形态存在。缺氧反应后原水中的总氮主要以氨氮存在，这样在缺氧反应结束后立即进行沉淀，污泥可以获得较好的氨氮吸附能力，相当一部分的氨氮被吸附在污泥表面，对于市政生活污水，污泥工作吸附容量可以达到1.0mgNH3-N/gMLSS以上。此外，缺氧后立即进行沉淀，其出水即缺氧程序后的水质，主要也是少量BOD5和氨氮，该污水进入第二级SBR进一步处理，而全部的污泥和大部分氨氮会滞留在第一级SBR池内，随后进入好氧程序，氨氮转化为硝酸盐氮，残留的有机物也被氧化分解，等待下个序列的反应。故一个反应序列结束后，第一级SBR池内主要水质指标是硝酸盐氮(含有有机物和氨氮的上清液已经在好氧程序前排出)。
在第二级SBR中，流入的是经过第一级SBR处理后的污水，污水BOD5和总氮浓度相对于原污水已经大幅度降低，浓度不高的BOD5和氨氮污水进入第二级SBR池。污水在第一级SBR处理时，仅仅经过缺氧过程(污水实际上没有经过好氧程序，后期好氧针对的是污泥)，故BOD5得以最大限度保留，而氨氮由于被吸附在污泥表面，水中氨氮浓度显著降低。若原污水碳氮比不是非常低，则进入第二级的污水碳氮比仍能够维持在工艺要求的水平，且总氮浓度已经较低。故第二级SBR按照传统脱氮程序运行即可，缺氧、好氧等过程也没有特殊要求，但充水比这一参数比传统工艺稍高。
当原水碳源严重不足(可生化COD/TN为≤3.0或BOD5/TN≤2.5，近似值)，需要在第二级SBR进水时刻适当补充碳源，碳源补充量根据工艺的水质确定，以维持高的总氮去除率。当进水碳氮比更低(可生化COD/TN为≤2.5或BOD5/TN≤2.0，近似值)，当需要在第一级SBR补充碳源时，其补充时间也是反应器的进水时刻。
本发明的有益效果在于：
1)可用于低碳源污水的脱氮。对于市政污水或生活污水为主的污水，一般能够在可生化COD/TN低至约为3.5左右的条件下实现较高的脱氮率;
2)总氮去除率高。当原水水质满足要求，工艺经过第一级SBR可以脱氮70-75%，第二级再去除70%左右，合计对总氮的去除率达到90%以上。若系统投加适量吸附剂，总氮的去除率还可以更高;若进一步考虑排放剩余污泥因素，实际脱氮率能够更高;
3)工艺构筑物简单。两个普通的SBR池即可，比较容易针对现有工艺的改造;
4)单池处理能力比传统脱氮SBR要高，串联后与传统工艺相比处理能力可能接近，即虽然采取两级串联，但处理能力基本上不降低。(若两级SBR分别采用0.50和0.40的充水比，则相当于传统工艺单池采用0.225的充水比对应的处理能力);
5)本发明的工艺方法适用于原水碳源较低而对脱氮率要求较高的生活污水处理，适宜于城镇生活污水处理，也适宜于水质与生活污水近似的工业废水处理。（发明人唐玉朝）