申请日20200507
公开(公告)日20200814
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38
摘要
一种低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，采用连续流运行方式，污水经过一级处理后由两处位置点分别进入第一级A/O反应单元与第二级A/O反应单元;第一级A/O反应单元出水端的出流提升回流至该单元进水端;第二级A/O反应单元出水端的出流提升回流至该单元进水端;第三级A/O反应单元出水端的出流经澄清分离后最终出水。该方法采用两段进水、三级缺氧/好氧结合反应分区生物膜功能化的污水处理模式，可根据原水中反硝化可利用有机物量，优化控制各区段回流比，在保证反硝化脱氮的同时降低功能化反应器内可能存在的断面水力负荷影响问题，实现低温下对有机物与含氮污染物的高效去除。
权利要求书
1.一种低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：采用连续流运行方式，原水经过一级处理后由两处位置点分别进入第一级A/O反应单元与第二级A/O反应单元;第一级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端;第二级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端;第三级A/O反应单元出水端的出流经澄清分离后出水;
所述第一级A/O反应单元，包括依次连接的A1缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、A2缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、O3好氧有机物降解功能化反应器和O4好氧硝化功能化反应器四个生物膜反应器;
所述第二级A/O反应单元，包括依次连接的A5缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、A6缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、O7好氧有机物降解功能化反应器和O8好氧硝化功能化反应器四个生物膜反应器;
所述第三级A/O反应单元，包括依次连接的A9缺氧外源碳源反硝化功能化反应器和O10好氧残留有机物降解与硝化功能化反应器两个生物膜反应器;A9缺氧外源碳源反硝化功能化反应器内设置碳源投加装置;
所有反应器内均设置悬浮生物膜载体;
在第一级反应单元和第二级反应单元的缺氧反应器内，悬浮生物膜载体表面附着的兼氧异养型功能化生物膜利用原水碳源反硝化去除硝酸盐氮;在第一级反应单元和第二级反应单元内，以有机物降解为主的好氧反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧异养型功能化生物膜去除污水中的有机物;以氨氮硝化为主的好氧反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧自养型功能化生物膜去除污水中的有机氮和氨氮;在第三级反应单元按照最终处理出水总氮排放目标要求，通过投加外源性碳源去除硝酸盐氮，使最终处理出水的有机物、总氮与氨氮达到水质指标。
2.根据权利要求1所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：所述第一级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端的回流比为50%～200%。
3.根据权利要求1所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：所述第二级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端的回流比为50%～200%。
4.根据权利要求1所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：所述三级A/O反应单元总停留时间为6～12小时，各反应器过流断面最大流速不高于35米/小时。
5.根据权利要求1所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：所述各个缺氧反应器内的悬浮生物膜载体的填充率不大于55%。
6.根据权利要求1所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：所述各个好氧反应器内的悬浮生物膜载体填充率不大于66%。
7.根据权利要求1所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：所述全部反应器均设置出流悬浮生物膜载体拦截装置，所述悬浮生物膜载体拦截装置为拦截筛网。
8.根据权利要求4所述的低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，其特征是：拦截筛网过筛流速不大于60米/小时，拦截筛网开孔率不大于50%，拦截筛网的筛网孔径为悬浮生物膜载体直径的50%～60%。
说明书
低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过分段进水多级缺/好氧结合反应分区生物膜功能化进行污水处理的方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
目前，随着对城镇污水处理厂水污染物排放标准提出更高要求，尤其在有机物与氨氮、总氮等水质指标上趋于更为严格，特别在低温下传统的污水生物脱氮处理工艺显然已经不能满足要求。为提高低温下城镇污水生物脱氮效率，传统以活性污泥为主的单级或多级缺/好氧(A/O)工艺均需设置较长的污泥龄与理论水力停留时间以保证活性污泥中硝化细菌的数量，同时需通过提高曝气量保持较高的溶解氧水平以维持硝化细菌的活性，由此不仅需要较大的生化反应器池容导致土建工程投资大，而且高曝气量与长水力停留时间导致污水处理系统运行能耗大，其高投资和高能耗与现阶段国家推动的绿色生产生活发展方式相违背。
虽然缺/好氧工艺以及生物膜技术都是现有技术，但是现有活性污泥法单级或多级A/O工艺是活性污泥在缺氧与好氧交替环境下循环运行反应，这种活性污泥法系统是无法实现分区功能化设计的。传统以活性污泥为主的单级或多级A/O工艺污水生物脱氮方法面临着低温硝化限制性瓶颈以及生物脱氮效率低等技术问题。
因此，亟需一种可达到更高水质要求的城镇污水高效生物脱氮技术。
发明内容
本发明针对现有污水生物脱氮除磷技术存在的不足以及城镇污水处理高效脱氮技术需求，提出一种低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，可解决冬季低温条件下(6～15℃)城镇污水处理普遍存在低温硝化限制性瓶颈以及原水中可生物降解有机物反硝化利用效率低等问题，可满足不同地区尤其是低温条件下的高标准排放要求。
本发明低温下分段进水多级缺/好氧的污水生物脱氮处理方法，采用以下技术方案。
采用连续流运行方式，原水经过一级处理后(沉淀池出水)由两处位置点分别进入第一级A/O反应单元与第二级A/O反应单元;第一级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端，回流比为50%～200%;第二级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端，回流比为50%～200%;第三级A/O反应单元出水端的出流经澄清分离后出水;
所述第一级A/O反应单元，包括依次连接的A1缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、A2缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、O3好氧有机物降解功能化反应器和O4好氧硝化功能化反应器四个生物膜反应器;
所述第二级A/O反应单元，包括依次连接的A5缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、A6缺氧原水碳源反硝化功能化反应器、O7好氧有机物降解功能化反应器和O8好氧硝化功能化反应器四个生物膜反应器;
所述第三级A/O反应单元，包括依次连接的A9缺氧外源碳源反硝化功能化反应器和O10好氧残留有机物降解与硝化功能化反应器两个生物膜反应器;A9缺氧外源碳源反硝化功能化反应器内设置碳源投加装置;
所有反应器内均设置悬浮生物膜载体(悬浮填料);
在第一级反应单元和第二级反应单元的缺氧反应器内，悬浮生物膜载体表面附着的兼氧异养型功能化生物膜利用原水碳源反硝化去除硝酸盐氮;在第一级反应单元和第二级反应单元内，以有机物降解为主的好氧反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧异养型功能化生物膜去除污水中的有机物;以氨氮硝化为主的好氧反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧自养型功能化生物膜去除污水中的有机氮和氨氮;在第三级反应单元按照最终处理出水总氮排放目标要求，通过投加外源性碳源去除硝酸盐氮，使最终处理出水的有机物、总氮与氨氮达到水质指标。
所述第一级A/O反应单元和第二级A/O反应单元出水端的出流回流至该单元进水端的回流比为50%～200%。
所述三级A/O反应单元的水力总停留时间为6～12小时(h)，各反应器过流断面最大流速不高于35米/小时(m/h)。
所述各个缺氧反应器(A1、A2、A5、A6、A9)内均设置搅拌器，其内适合缺氧环境微生物附着生长的悬浮生物膜载体填充率不大于55%。
所述各个好氧反应器(O3、O4、O7、O8、O10)内均设置曝气装置，其内适合微生物附着生长的悬浮生物膜载体填充率不大于66%。
所述全部反应器(A1～O10)均设置有进水配水装置与出水集水装置，进水配水装置采用堰口上部配水或淹没式靠近反应器侧面底部配水，对应出水集水装置则在填料拦截筛网后靠近反应器侧面底部集水或靠近反应器侧面顶部集水，采用上进下出或下进上出方式。
所述全部反应器(A1～O10)均设置出流悬浮生物膜载体拦截装置。所述悬浮生物膜载体拦截装置，可采用垂直竖式或水平横式圆柱状筛网;采用垂直竖式筛网时，筛网开孔面位于池体有效水深35%～65%位置;采用水平横式圆柱状筛网时，圆柱状筛网安装高度位于池体有效水深35%～65%位置。最大拦截筛网过筛流速不大于60m/h，拦截筛网开孔率不大于50%;拦截筛网的筛网孔径为悬浮生物膜载体直径的50%～60%。
第一级A/O反应单元内，A1缺氧原水碳源反硝化功能化反应器和A2缺氧原水碳源反硝化功能化反应器为前置反硝化区，其利用原水中有机物碳源提供的电子供体基质进行反硝化，通过反应器内悬浮生物膜载体表面附着的兼氧异养型功能化生物膜去除硝酸盐氮，A2缺氧原水碳源反硝化功能化反应器作为A1缺氧原水碳源反硝化功能化反应器的补充以保证前置反硝化反应充分彻底;在此反应过程中O4好氧硝化功能化反应器回流硝化液携带的硝酸盐氮被去除;O3好氧有机物降解功能化反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧异养型功能化生物膜去除进入该反应器的污水中的有机物，以保证后续好氧反应区处于低有机负荷状态;O4好氧硝化功能化反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧自养型功能化生物膜，去除进入该反应器的污水中的有机氮和氨氮，提高硝化反应效率。
第二级A/O反应单元内，A5缺氧原水碳源反硝化功能化反应器和A6缺氧原水碳源反硝化功能化反应器亦为前置反硝化区，其同样利用原水中有机物碳源提供的电子供体基质进行反硝化去除硝酸盐氮，且A6缺氧原水碳源反硝化功能化反应器亦作为A5缺氧原水碳源反硝化功能化反应器的补充以保证前置反硝化反应充分彻底，在此反应过程中O8好氧硝化功能化反应器回流硝化液携带的硝酸盐氮与第一级A/O反应单元内O4好氧硝化功能化反应器出流硝化液携带的硝酸盐氮一起被去除;O7好氧有机物降解功能化反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧异养型功能化生物膜去除进入该反应器的污水中的有机物，以保证后续O8好氧硝化功能化反应器处于低有机负荷状态;O8好氧硝化功能化反应器内悬浮生物膜载体表面附着的好氧自养型功能化生物膜，去除进入该反应器的污水中的有机氮和氨氮;该反应单元水力负荷增加导致的强水力剪切作用，强化了生物膜更新并提高生物膜代谢活性，提高了氧气和基质的传质效率，在O7好氧有机物降解功能化反应器和O8好氧硝化功能化反应器内悬浮生物载体表面形成了高活性生物膜，提高了系统硝化运行的稳定性。
在第三级A/O反应单元段内，A9缺氧外源碳源反硝化功能化反应器通过投加外源性碳源作为反硝化的电子供体基质，在此反应过程中按照最终处理出水总氮排放目标要求，通过调节外源性碳源投加量控制硝酸盐氮去除量;O10好氧残留有机物降解与硝化功能化反应器主要功能为降解去除残留的在A9缺氧外源碳源反硝化功能化反应器内投加的外源性碳源有机物，同时也作为前两段硝化反应的补充，以保证按照设计要求控制最终处理出水有机物、总氮与氨氮等水质指标。
本发明将分段进水多级缺/好氧工艺与反应分区生物膜功能化技术相结合。通过每个单元中多个反应器的设计，实现了分区功能化运行，使多级A/O工艺的运行与生物膜法分区功能化相结合，通过后置反硝化缺氧反应器内投加外源性碳源，实现了对出水总氮的优化控制，达到高效脱氮的目标需求。
本发明具有如下突出特点：
1.两段进水、三级缺氧/好氧结合反应分区生物膜功能化的污水处理模式，可根据原水中反硝化可利用有机物量，优化控制各区段回流比，在保证反硝化脱氮的同时降低功能化反应器内可能存在的断面水力负荷影响问题;
2.采用两段进水方式及反应器串联的结构，实现了有机负荷与氨氮负荷在空间上的优化分配，为有机物高效去除与系统硝化创造了有利条件，同时提高了系统前置反硝化碳源利用效率与系统内碳源脱氮能力;
3.通过反应分区与反应条件控制，可形成与对应反应区去除对象及其目标相适应的功能性生物膜，使系统具有较高的生物硝化与反硝化脱氮能力;
4.通过后置反硝化缺氧反应器内投加外源性碳源，可以实现对系统出水总氮的优化控制，达到高效脱氮的目标需求;
5.将功能化生物膜代替活性污泥，三级A/O反应器出水悬浮物浓度(SS)仅为50～200mg/L，生物膜微生物产率与系统污泥产量显著降低，可选用气浮池、高密度沉淀池、磁絮凝分离、筛网过滤、多介质过滤等高效的泥水澄清分离技术替代活性污泥法所采用的传统二沉池与MBR膜过滤技术;
6.尤其适用于低温条件下高标准排放的污水处理，可实现对有机物与含氮污染物的高效去除。
本发明在前两级好氧硝化液回流比均为100%(以进入各反应单元段的污水流量计)，即总的好氧硝化液的回流比仅为100%(按照处理系统进水总流量计)的条件下，其总氮去除率达82.49±2.36%，其中前置反硝化脱氮效率即可达到66%左右。如果使用单级A/O污水处理模式，在好氧硝化液的回流比为100%(按照处理系统进水总流量计)的条件下，其理论总氮去除率可达50%，为实现总氮去除率达到82%的要求，其好氧硝化液回流比最小需达到456%。
数据表明，本发明中两段进水三级缺/好氧的污水脱氮处理方法在低温条件下，在未设置污泥回流的情况下，氨氮去除率即可达99.51±0.41%，较好地解决了低温硝化问题;同时在较低好氧硝化回流比条件下，显著提高污水碳源利用率与前置反硝化效率，大大降低了系统好氧硝化液回流能耗，实现了城镇污水高效生物脱氮的目标。（发明人毕学军;周小琳;宋鹏;王晓东）