公布日：2024.05.28
申请日：2024.04.03
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)N;C02F1/32(2023.01)N
摘要
本发明公开了本发明涉及一种无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，属于废水污染治理技术领域。本发明的方法污水出水TN稳定≤10mg/l，通过对曝气沉沙池、多级AO生化池运行参数以及污泥回流等参数的控制，最大限度保留原水中的碳源，提高碳源的利用率，使生化系统内发生短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化等反应，最大程度减少对外加碳源的依赖，可以实现无需内回流、无需外加碳源情况下，出水总氮稳定≤10mg/l，大大优于国家一级A(TN≤15mg/l)的排放标准，极大减少碳源和电耗，节省生产成本，减少了碳的排放量。
权利要求书
1.一种无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：S01，通过厂外管网进入污水处理厂的生活污水，通过粗格栅过滤大的垃圾和杂物后经提升泵提升；S02，污水提升后依次经过细格栅、曝气沉砂池；S03，所述曝气沉砂池的出水进入多级AO生化池，出水进入二沉池进行泥水分离；S04，所述二沉池的污泥回流至所述多级AO生化池，剩余污泥通过排泥泵排入污泥储池；S05，所述二沉池的出水进入磁混凝高效沉淀池内，进行沉淀和化学除磷，产生的化学污泥通过排泥泵排入到所述污泥储池内；处理后的污水进行消毒后达标排放；和任选的，S06，所述污泥储池内的污泥通过脱水机脱水后，外运处理处置；所述生活污水为低碳氮比污水，优选TN在50mg/l以内。
2.根据权利要求1所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，所述生活污水不经初沉池处理；和或，所述无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法中，仅设污泥回流不设硝化液回流。
3.根据权利要求1或2所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S01中，提升泵出水总流量在污水处理厂设计日处理规模的50％～140％之间。
4.根据权利要求1-3任一所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S02中，所述曝气沉砂池的曝气量在0.15～0.25m3空气/m3污水；和/或，S02中，述曝气沉砂池的排砂周期为每2小时排砂5～10分钟。
5.根据权利要求1-4任一所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S03中，所述多级AO生化池为三级AO生化池，所述三级AO生化池顺序为：第一级缺氧池、第一级好氧池、第二级缺氧池、第二级好氧池、第三级缺氧池、第三级好氧池，污水依次流经所述三级AO生化池，所述第三级好氧池的出水进入二沉池进行泥水分离；优选地，S03中，所述三级AO生化池之间不设置内回流，不需内回流泵。
6.根据权利要求1-5任一所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S03中，所述多级AO生化池的每级AO生化池停留时间为(2～3)h：4h：2h：4h：2h：3h；和/或，S03中，所述曝气沉砂池的出水按照约(1.5～2)：1：(0.5～0)的比例分配给所述第一级缺氧池、第二级缺氧池和第三级缺氧池；和/或，S03中，所述第一级缺氧池、第二级缺氧池和第三级缺氧池的溶解氧均为0.2～0.6mg/l之间，所述第一级好氧池和第二级好氧池溶解氧均为1～2mg/l之间，第三级好氧池末端溶解氧为1.5～1.8mg/l；和/或，S03中，第一级好氧池、第二级好氧池和第三级好氧池的污泥浓度在5000～8000mg/l之间，所述污泥的有机负荷在0.025～0.045kgBOD5/(kgMLSS·d))范围内；和/或，S03中，所述二沉池采用矩形二沉池的形式，所述二沉池的污泥回流至所述多级AO生化池的第一级缺氧池，所述污泥的泥龄为22～26天。
7.根据权利要求1-6任一所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S04中，所述污泥回流的回流比在80％～125％之间。
8.根据权利要求1-7任一所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S05中，所述磁混凝高效沉淀池中投加除磷药剂、阴离子PAM和磁粉；和/或，S05中，所述磁混凝高效沉淀池中设置斜管或者斜板，用于絮体矾花在磁粉的作用下加速沉淀，泥水分离彻底。
9.根据权利要求1-8任一所述的无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，其特征在于，S05中，所述处理后的污水不经过过滤单元，仅需消毒即可达标排放。
10.一种无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮装置，其特征在于，不包括初沉池，包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、多级AO生化池、二沉池、污泥储池、磁混凝高效沉淀池、提升泵、排泥泵、曝气管和任选的脱水机；优选地，所述多级AO生化池为三级AO生化池，所述三级AO生化池顺序为：第一级缺氧池、第一级好氧池、第二级缺氧池、第二级好氧池、第三级缺氧池、第三级好氧池，污水依次流经所述三级AO生化池，所述第三级好氧池的出水进入二沉池进行泥水分离；进一步优选地，S03中，所述三级AO生化池之间不设置内回流，不需内回流泵；优选地，不包括对所述磁混凝高效沉淀池的出水进行处理的过滤单元。
发明内容
本发明针对上述技术问题提供了一种无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮(TN≤10mg/l)方法。本发明充分利用原水中的碳源，通过合适的配水比例将碳源合理分配，给予各段合适的碳源量，使缺氧池将上一级/回流的硝态氮完全反硝化，好氧池进行完全后的硝态氮自流进入下一级缺氧反硝化，最后一级出水进入二沉池，二沉池通过部分污泥回流将硝态氮回流至第一段缺氧池进行反硝化，氮得以去除，第一段的碳源得以利用。
本发明的方法污水出水TN稳定≤10mg/l，通过对曝气沉沙池、多级AO生化池运行参数以及污泥回流等参数的控制，最大限度保留原水中的碳源，提高碳源的利用率，使生化系统内发生短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化等反应，最大程度减少对外加碳源的依赖，可以实现无需内回流、无需外加碳源情况下，出水总氮稳定≤10mg/l，大大优于国家一级A(TN≤15mg/l)的排放标准，极大减少碳源和电耗，节省生产成本，减少了碳的排放量。
本发明的第一方面在于公开一种无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法，包括以下步骤：
S01，通过厂外管网进入污水处理厂的生活污水，通过粗格栅过滤大的垃圾和杂物后经提升泵提升；
S02，污水提升后依次经过细格栅、曝气沉砂池；
S03，所述曝气沉砂池的出水进入多级AO生化池，出水进入二沉池进行泥水分离；
S04，所述二沉池的污泥回流至所述多级AO生化池，剩余污泥通过排泥泵排入污泥储池；
S05，所述二沉池的出水进入磁混凝高效沉淀池内，进行沉淀和化学除磷，产生的化学污泥通过排泥泵排入到所述污泥储池内；
处理后的污水进行消毒后达标排放；
和任选的，S06，所述污泥储池内的污泥通过脱水机脱水后，外运处理处置；
所述生活污水为低碳氮比污水，优选TN在50mg/l以内。
在本发明的一些实施方式中，所述生活污水不经初沉池处理；
和或，所述无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮方法中，仅设污泥回流不设硝化液回流。
在本发明的一些实施方式中，，S01中，提升泵出水总流量在污水处理厂设计日处理规模的50％～140％之间。
在本发明的一些实施方式中，S02中，所述曝气沉砂池的曝气量在0.15～0.25m3空气/m3污水；
和/或，S02中，述曝气沉砂池的排砂周期为每2小时排砂5～10分钟。
在本发明的一些实施方式中，S03中，所述多级AO生化池为三级AO生化池，所述三级AO生化池顺序为：第一级缺氧池、第一级好氧池、第二级缺氧池、第二级好氧池、第三级缺氧池、第三级好氧池，污水依次流经所述三级AO生化池，所述第三级好氧池的出水进入二沉池进行泥水分离；
优选地，S03中，所述三级AO生化池之间不设置内回流，不需内回流泵。
在本发明的一些实施方式中，S03中，所述多级AO生化池的每级AO生化池停留时间为(2～3)h：4h：2h：4h：2h：3h；
和/或，S03中，所述曝气沉砂池的出水按照约(1.5～2)：1：(0.5～0)的比例分配给所述第一级缺氧池、第二级缺氧池和第三级缺氧池；
和/或，S03中，所述第一级缺氧池、第二级缺氧池和第三级缺氧池的溶解氧均为0.2～0.6mg/l之间，所述第一级好氧池和第二级好氧池溶解氧均为1～2mg/l之间，第三级好氧池末端溶解氧为1.5～1.8mg/l；
和/或，S03中，第一级好氧池、第二级好氧池和第三级好氧池的污泥浓度在5000～8000mg/l之间，所述污泥的有机负荷在0.025～0.045kgBOD5/(kgMLSS·d))范围内；
和/或，S03中，所述二沉池采用矩形二沉池的形式，所述二沉池的污泥回流至所述多级AO生化池的第一级缺氧池，所述污泥的泥龄为22～26天。
在本发明的一些实施方式中，S04中，所述污泥回流的回流比在80％～125％之间。
在本发明的一些实施方式中，S05中，所述磁混凝高效沉淀池中投加除磷药剂、阴离子PAM和磁粉；
和/或，S05中，所述磁混凝高效沉淀池中设置斜管或者斜板，用于絮体矾花在磁粉的作用下加速沉淀，泥水分离彻底。
在本发明的一些实施方式中，S05中，所述处理后的污水不经过过滤单元，仅需消毒即可达标排放。
本发明的第二方面在于公开一种无内回流无外加碳源的多级AO污水脱氮装置，不包括初沉池，包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、多级AO生化池、二沉池、污泥储池、磁混凝高效沉淀池、提升泵、排泥泵、曝气管和任选的脱水机；
优选地，所述多级AO生化池为三级AO生化池，所述三级AO生化池顺序为：第一级缺氧池、第一级好氧池、第二级缺氧池、第二级好氧池、第三级缺氧池、第三级好氧池，污水依次流经所述三级AO生化池，所述第三级好氧池的出水进入二沉池进行泥水分离；进一步优选地，S03中，所述三级AO生化池之间不设置内回流，不需内回流泵；
优选地，不包括对所述磁混凝高效沉淀池的出水进行处理的过滤单元。
有益效果：
本发明针对低碳氮比(进水COD/TN低于5)、高排放标准(地表水准Ⅳ排放标准，TN≤10mg/l)的生活污水处理多级AO工艺，取消了初沉池的设计，最大限度保留进水中的碳源，提高对原水碳源的利用率，改善低碳氮比城镇污水厂进水水质；由于生活污水进水中含有大量有机物，若设置初沉池，部分有机物将沉淀下来，随污泥排出，无法被利用，因此通过取消初沉池、合理配水、提高污泥浓度，低有机负荷、低溶解氧、无需内回流、增大污泥回流比等多种组合方式对工艺参数进行精准调控，有效提高了原水碳源利用率，减少了生物脱氮除磷所需碳源，故在无内回流无需外加碳源的情况下，该工艺系统能够稳定脱氮。通过本发明具体工艺参数的设置，可以最大限度开发原水碳源，改善进水碳氮比，提高对原水碳源的利用率；通过工艺参数的调控促使生化处理系统发生同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等反应，减少系统脱氮除磷所需碳源，可以实现在无内回流无外加碳源的情况下，出水总氮稳定优于GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准(本发明的出水总氮稳定在4～8mg/L之内，一级A标准是15左右)，其他COD、BOD、氨氮、TP等主要指标可以稳定达到地表水准IV类标准，极大降低生产成本，减少碳排放。
由于目前一般使用旋流沉砂池，进水中的砂粒常常裹挟、夹杂着部分有机物质，该部分有机物将随砂的沉淀而被排出，无法得到有效利用。本发明采用曝气沉砂池，通过空气的摩擦将有机物与砂分离，保留进水中的碳源，改善进水水质，提高碳源的利用率。
多级AO工艺是使生物反应池形成多组缺氧池与好氧池交替的形式。在缺氧反应池主要由聚磷菌利用少量碳源释放体内的磷且其以硝酸盐为电子受体做无氧呼吸，产生的能量在好氧段进行超量吸磷，而污泥回流液中的硝酸盐被反硝化菌还原脱氮，池内以搅拌器混合并维持缺氧环境。在好氧段吸磷并使有机氮氨化，同时进行硝化作用以及降解BOD、COD，而充分反应后的混合液与下段进水一起进入下一段的缺氧反应池，其余各段污水处理流程同首段。由进水管分段流入每一级的缺氧段的污水既降低了前级出水的DO、pH对后级缺氧处理的干扰又为反硝化菌提供了足够的碳源。本发明仅设污泥回流不必设硝化液回流，污泥由二沉池回流至第一段缺氧池。反应池出水流入二沉池，然后在其中进行固液分离，上层清液由二沉池出水管排出流入下一个污水处理单元。剩余污泥分为2个部分进行处理，一部分剩余污泥排入污泥储池，另一部分通过剩余污泥回流管进入多级AO反应池的开始端来维持反应池中的微生物量。从鼓风机房接出的曝气管由曝气器向各级AO池中的好氧池进行曝气，让其保持一定的溶解氧浓度。
现有技术中的好氧段池溶解氧一般控制在2mg/L以上，生化系统按照全程硝化进行反应，这样虽然硝化菌活性得到保障，氨氮去除率高，但是内回流带到缺氧段的溶解氧将先消耗进水碳源，若进水碳源不足，将导致缺氧反硝化无法完全进行。而本发明控制低溶解氧值，取消内回流设置，合理进行来水的分配比例控制，由于溶解氧控制很低，生化池所需风量远小于常规控制方法，故生化池鼓风机能耗大幅降低，节约生产成本；控制低溶解氧，能够减少上一级好氧池带到缺氧段的溶解氧消耗进水碳源，提高原水碳源利用率；控制低溶解氧，可促使生化系统发生同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等反应，从而减少了异养脱氮所需碳源。
现有生活污水处理工艺的污泥浓度一般在3000～5000mg/L，生化池溶解氧高，出水氨氮稳定，但是总氮要达到小于10mg/l的标准需要外加碳源或增加深床反硝化滤池工艺段才能达标，需要大量外加碳源来进行反硝化脱氮，从而造成运行成本较高。本发明通过控制高污泥浓度能够提高反硝化菌的浓度、降低反硝化负荷，提高反硝化的速率，在缺氧段有效容积一定的条件下，可以更好的利用进水中有机物进行反硝化，本发明污泥在好氧缺氧条件不断变化，易发生同步硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化反应，能降低脱氮对碳源的需求量，节约碳源，减少碳的排放量。
常规污水处理工艺中污泥泥龄一般在15天左右。本发明污泥泥龄控制在22～26天，通过控制回流污泥量和污泥排放量，保证了二沉池污泥不上浮，补充多段AO生化池内的污泥浓度；本发明设置污泥泥龄长，可以富集更多的硝化和反硝化菌，提高硝化反硝化菌占比，增强系统脱氮处理能力；从而使得生化系统内菌群丰富，污染物去除效率得到提高；较长污泥龄可以使污泥絮体沉降速度变快，污泥产泥量极低，在好氧段和缺氧段可以利用微生物内碳源进行反硝化处理。
本发明根据进出水水质变化，第一段缺氧池：第二段缺氧池：第三段缺氧池的配水比例控制在(1.5～2)：1：(0.5～0)的范围内，污泥回流比控制在80％～125％(作为优选100％)，同时控制低溶解氧，低有机负荷0.025-0.045kgBOD5/(kgMLSS·d)，促使生化系统发生同步硝化反硝化、短程硝化反硝化和厌氧氨氧化，减少生物脱氮所需碳源，实现了在不外加碳源的情况下，系统能够稳定脱氮，出水TN能稳定≤10mg/l，本发明发放不仅节约了设备投资、土建投资，还节省大量药剂费用和设备运行费用，具有良好的应用前景。
（发明人：周碧雯;何兵;张文茹;王绍盛;李庆宏;晏淑根）