公布日：2023.12.29
申请日：2023.11.03
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种高氨氮、低碳氮比的废水生物脱氮除磷处理系统，包括依次连接的预缺氧区、厌氧区、微氧亚硝化区、厌氧氨氧化区、好氧区、沉淀区；预缺氧区设有污水进水口，沉淀区设有污水出水口。预缺氧区与沉淀区相连，用于沉淀区产生的污泥回流至预缺氧区。本发明主要为一种新型脱氮除磷及去除有机物的工艺组合，针对高氨氮、低碳氮比废水尤为适用，去除效果好，且可节能降耗、节省投资。所述各工艺段分别提出了主要功能、主要参数及控制条件的要求，在所述的控制条件下，该工艺可保证高效的脱氮效果。
权利要求书
1.一种高氨氮、低碳氮比的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，包括依次连接的预缺氧区、厌氧区、微氧亚硝化区、厌氧氨氧化区、好氧区、沉淀区；预缺氧区设有污水进水口，沉淀区设有污水出水口。
2.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述预缺氧区与沉淀区相连，用于沉淀区产生的污泥回流至预缺氧区。
3.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述厌氧区停留时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述微氧亚硝化区设有曝气单元，控制溶解氧为0.2～0.3mg/L。
5.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述微氧亚硝化区的pH值控制在7.4～8.3。
6.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化区的pH值控制在7.7～7.9。
7.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化区设有内回流，回流比为300％～400％。
8.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述好氧区通过曝气去除有机物。
9.根据权利要求1所述的废水生物脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述沉淀区用于泥水分离，污泥回流至预缺氧区，分离的污水从污水出水口排出。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的废水生物脱氮除磷处理系统进行高氨氮、低碳氮比的废水生物脱氮除磷处理方法，其特征在于，步骤包括：废水进入预缺氧区，与沉淀池回流的污泥反应去除硝态氮；进入厌氧区生物除磷；进入微氧亚硝化区，通过控制溶解氧、pH值、水力停留时间，将氨氧化控制在亚硝化阶段；进入厌氧氨氧化区，进行生物脱氮，厌氧氨氧化区设有内回流；进入好氧区，通过曝气去除有机物；进入沉淀区，用于泥水分离，污泥回流至预缺氧区，分离的污水从污水出水口排出。
发明内容
本发明的目的是针对传统生化脱氮工艺的不足，提供一种高氨氮、低碳氮比的废水生物脱氮除磷处理系统，尤其适用于高氨氮、低碳氮比废水的处理。该工艺可解决传统工艺脱氮效果不佳，基建投资和运行费用高的问题，并提出工艺的主要控制方式，以实现生化池各功能区内微生物的高效培养。本发明工艺在脱氮的同时，同步考虑有机物的去除及除磷，为集生物脱氮除磷、有机物去除为一体的生化处理系统。
本发明的目的可以通过以下方案来实现：
本发明提供了一种高氨氮、低碳氮比的废水生物脱氮除磷处理系统，包括依次连接的预缺氧区、厌氧区、微氧亚硝化区、厌氧氨氧化区、好氧区、沉淀区；预缺氧区设有污水进水口，沉淀区设有污水出水口。废水从污水进水口进入，依次流过各个区域，最后从污水出水口流出。
作为本发明的一个实施方式，所述废水为高氨氮、低碳氮比的废水，进水组分中包括较高浓度的氨氮、总氮，有机物CODcr、BOD5浓度较低，且碳氮比较低或是需外加碳源的废水。相对于传统生化工艺，本发明对此类废水的处理有较强的适用性并有较好的处理效果。
作为本发明的一个实施方式，所述预缺氧区与沉淀区相连，用于沉淀区产生的污泥回流至预缺氧区。所述预缺氧区的主要作用是利用进水中的有机物和活性污泥本身的有机物(内源反硝化)彻底去除回流污泥中的硝态氮，与传统A2O工艺相比，增加此区域，能更好的保证后续厌氧池运行的稳定性及生物除磷效果。回流污泥中含有硝态氮，若直接进入厌氧池，会影响厌氧池内厌氧微生物包括聚磷菌的生长及释磷反应，从而影响系统的除磷效果，因此增加此预缺氧段。预缺氧池停留时间设为0.5h。
作为本发明的一个实施方式，本发明厌氧区主要作用为厌氧生物除磷段(厌氧区为厌氧释磷段)，与好氧池相结合进行生物除磷。厌氧区停留时间为1～2h。
作为本发明的一个实施方式，本发明微氧亚硝化区，可通过控制溶解氧、pH值及水力停留时间等条件将氨氧化控制在亚硝化阶段，与后续的厌氧氨氧化区相结合，组成一个新型的生物脱氮工艺。常规工艺好氧段主要为硝化菌，由于硝化菌群增殖速度慢，为维持系统内较高的生物浓度，需较长SRT，特别是在低温冬季，因此造成系统HRT较长，有机负荷较低，反应器面积大，从而增加了基建投资和运行费用。所述微氧亚硝化池驯化培养的亚硝化菌，为该反应池的优势菌种。其生长速率明显高于硝化菌，通过一些控制方式将硝化反应控制在亚硝化阶段，既节省反应器容积，又能节省生化曝气量，节能降耗。所述微氧亚硝化区设有曝气单元，控制溶解氧为0.2～0.3mg/L。微氧亚硝化区的pH值控制在7.4～8.3，该pH值在污水进入系统前调节，来水在进入生化系统前pH值宜控制在7.5～8.0。
亚硝化反应区：0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+H++0.5H2O
作为本发明的一个实施方式，本发明厌氧氨氧化区作为反硝化反应器来进行生物脱氮，通过微氧亚硝化区将硝化反应控制在亚硝化阶段，使出水中的NH4+-N与NO2--N的比例为1：1，从而可以作为厌氧氨氧化区的进水，在厌氧氨氧化区，NH4+-N与NO2--N按1：1的比例进行脱氮反应，为保证厌氧氨氧化区污泥浓度，需进行混合液内循环。厌氧氨氧化区采用厌氧氨氧化菌进行反硝化脱氮，厌氧氨氧化菌为自氧菌，无需消耗碳源来维持反硝化，因此脱氮工艺几乎不消耗碳源，针对低碳氮比废水的处理有较大优势，与传统脱氮反应相比能节省大量的碳源。所述厌氧氨氧化区的pH值控制在7.7～7.9。厌氧氨氧化池采用UASB池型。所述厌氧氨氧化区设有内回流，回流比为300％～400％，厌氧氨氧化区末端设置内循环泵，将混合液回流至厌氧氨氧化区前端。
厌氧氨氧化区：0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2O
作为本发明的一个实施方式，所述好氧区通过曝气去除有机物(COD、BOD)。本发明好氧池主要去除有机物，前端微氧亚硝化区，通过DO、水力停留时间等条件的控制，优势菌种主要为亚硝化菌，主要进行氨氮的亚硝化反应，有机物的去除可能不完全，因此在亚硝化-厌氧氨氧化区后设置好氧区，去除污水中的有机物。由于氨氮在前端微氧亚硝化池及厌氧氨氧化池已基本去除，好氧池主要去除有机物，此区域只需考虑有机物去除需氧量，曝气量将大幅减少。
作为本发明的一个实施方式，所述沉淀区用于泥水分离，污泥回流至预缺氧区，分离的污水从污水出水口排出。
本发明中的二沉池主要进行泥水分离，并进行污泥回流至生化区前端预缺氧池，保证系统内微生物的浓度。污泥回流至前端即为维持系统污泥浓度，一般约3-4g/L。若二沉池仅排泥，无回流，系统内污泥将持续减少。
本发明在厌氧池前端设置预缺氧池，解决了回流污泥中硝态氮对厌氧池的冲击问题。本发明未设置常规缺氧池，厌氧池后端接微氧亚硝化池，在此区域通过各种控制条件，培养亚硝化菌，使硝化反应控制在亚硝化阶段，节省曝气量。本发明厌氧氨氧化池采用UASB池型，与其它厌氧池型相比，可为厌氧氨氧化菌提供完全封闭厌氧的环境，为其生长提供更稳定的空间及条件，并且运行简便且更节能。常规方法中的好氧池不需要控制氨氮氧化的阶段，除氨氧化外还需要去除有机物CODcr、BOD5，即氨氧化和有机物的去除在一个空间同时进行，去除BOD5往往需要更多的曝气量，因此无法在传统好氧池中创造亚硝化菌的生长条件并将硝化反应控制在亚硝化阶段。本发明微氧亚硝化池仅控制硝化反应进程，有机物同步有去除，但无需控制其完全去除，在厌氧氨氧化区后设置好氧区，主要去除前单元未去除的有机物，保证出水稳定达标，且此好氧区停留时间较短，可节省投资。本发明除厌氧池单元外，其它单元均区别于传统的AAO工艺，主要将各功能区逐一划分，各区域内均培养满足其主要功能的优势菌种，控制条件满足即可稳定运行，减少其它干扰因素，且较大程度的节省投资及运行成本。
本发明还提供了一种高氨氮、低碳氮比的废水生物脱氮除磷处理方法，步骤包括：
废水进入预缺氧区，与沉淀池回流的污泥反应去除硝态氮，避免回流污泥对后续厌氧区的冲击；进入厌氧区进行生物除磷；进入微氧亚硝化区，通过控制溶解氧、pH值、水力停留时间，将氨氧化控制在亚硝化阶段；进入厌氧氨氧化区，进行生物脱氮，厌氧氨氧化区设有内回流；进入好氧区，通过曝气去除有机物；进入沉淀区，用于泥水分离，污泥回流至预缺氧区，分离的污水从污水出水口排出进入深度处理单元。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)为解决传统生物脱氮工艺存在的问题提供了新的发展方向，该技术可以在不消耗有机碳源和减少氧气消耗量的情况下实现废水的生物脱氮，以解决传统工艺投药量大，处理成本高等问题；
(2)为提高高氨氮废水处理系统的抗冲击能力，降低来水高氨氮的抑制作用及提高处理效率，通过开发一种新工艺及其控制手段，培养耐冲击的优势菌种，有效去除氨氮；
(3)通过优化微生物菌群，提高微生物生长速率，维持系统内较高的生物浓度，提高反应器负荷，降低系统HRT，以减少基建投资；
(4)探索新工艺及组合，进一步节能降耗，主要通过缩短硝化反应进程，以减少相应的需氧量，最终体现为降低生化池曝气能耗；
(5)针对高氨氮废水，由于总氮浓度较高，传统工艺要提高脱氮效率势必加大内回流比，新工艺既能高效脱氮，又能减少高回流比的问题；
(6)系统在脱氮的同时同步考虑除磷，实现系统的同步脱氮除磷，适用性广；
(7)对高氨氮低碳氮比污水处理具有明显的经济效益，可节省约60％的能耗和30％的运行费及工程投资。
（发明人：陈曦;张璐晶;庞洪涛;江乐勇;干里里;张伟）