厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置及其方法

2023-07-15 06:04:06

專利名稱：厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置及其方法
技術領域：
本發明一種厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置及其方法，涉及的是生 活汙水生物脫氮除磷的技術領域。
技術背景 氧化溝技術
氧化溝(oxidation ditch)又名連續循環曝氣池(Continuous loop reactor)，
是活性汙泥法的一種變形。氧化溝最初應用於荷蘭，目前已成為一種重要汙 水處理技術。近年來，採用氧化溝處理廠的速度有了驚人的進展。目前在我 國氧化溝工藝的汙水處理廠數量的增長更加迅速。氧化溝工藝運行穩定、操 作維護方便，出水水質優良。近年來改進的氧化溝工藝具有較好的脫氮除磷 能力使該工藝成為國內外最實用的工藝之一。氧化溝工藝為目前國內外新建 汙水處理廠的首選工藝。
氧化溝具有特殊的水力學流態，既有完全混合式反應器的特點，又有推 流式反應器的特點，溝內存在宏觀的溶解氧濃度梯度，另外在活性汙泥絮體 中還存在微觀的溶解氧梯度。氧化溝斷面為矩形或梯形，平面形狀多為橢圓 形。目前溝內水深一般為3 5m,為防止活性汙泥在溝中沉澱，氧化溝中平 均水流速度大於0.3m/s。氧化溝曝氣混合設備有表面曝氣機、曝氣轉刷或轉 盤、射流曝氣器、導管式曝氣器和提升管式曝氣機等，近年來配合使用的還 有水下推動器。
氧化溝工藝通常首先考慮生物脫氮，因此該工藝以高效的生物脫氮著 稱，關於氧化溝工藝的生物除磷研究較少。因為氧化溝工藝水力停留時間較 長，汙泥齡也較長，普遍認為這兩方面限制氧化溝工藝的生物除磷能力。為 了提高氧化溝工藝的生物除磷能力，在傳統的氧化溝工藝前端增設厭氧池和 缺氧池，將氧化溝工藝改進為A2/0氧化溝工藝。 生物除磷技術
生物除磷(EBPR)為一種經濟和可持續性除磷方法，因為避免了投加化 學藥劑而產生大量難以處理的化學汙泥而成為近年來研究的熱點。EBPR主要 通過聚磷菌(PAOs)在厭氧和好氧交替運行的環境中運行，PAOs在厭氧狀態下
吸收有機碳源，主要是揮發性有機酸(VFA)，來合成聚(3-羥基烷酸(PHA)並 將其儲存於體內，消耗的能量主要來自於分解體內的聚磷酸鹽，同時將正磷 酸鹽釋放出微生物體外。在隨後的好氧階段，PAOs利用儲蓄的PHA作為碳 源和能源生長繁殖，吸收水中的正磷酸鹽，以聚磷酸鹽的形式存儲恢復體內 的聚磷酸鹽水平。生物除磷就是將好氧階段的富含磷的汙泥作為剩餘汙泥排 出，達到生物除磷的目的。 反硝化除磷技術
在缺氧狀態下也能進行磷的吸收。近年來，研究顯示一些被稱做反硝化 聚磷菌(DPAOs)的微生物能夠以N(V或N(V作為最終電子受體氧化體內的 PHA，提供吸收磷的能量。利用N(V和N02'作為電子受體進行吸收磷反應被 稱作反硝化除磷(DPR) 。 PHA在作為反硝化的碳源中起了重要的角色，反 硝化除磷使系統對碳源的需求量降低。
反硝化除磷因為PAO利用內碳源進行反硝化反應從而具有如下兩個優 點①節省碳源，因為反硝化過程通常需要原水中易降解碳源，反硝化除磷 過程使碳源在PAO釋磷過程利用之後還能夠應用於作為反硝化的碳源，碳源 使用了兩次，提高了碳源的利用效率。②PAO體內的碳源在反硝化過程被N03_ 氧化，相當於降低了好氧過程的需氧量，從而具有節能的優點。

發明內容
本發明的目的是提供一種厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置和方法， 以解決氧化溝工藝在進水碳氮比較低時生物脫氮和除磷效率較低的問題，從 而促進生物脫氮除磷的穩定性和高效率。
本發明提供的一種厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置，包括水箱1、 包括曝氣池8的氧化溝主體，和二沉池16 ，其特徵在於，在所述的氧化溝主 體前端增設三個選擇器厭氧
應用所述厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置的方法，其特徵在於，包 括以下步驟
1)將含有聚磷菌、反硝化菌和硝化菌的活性汙泥添加到氧化溝主體和二 沉池16內，將生活汙水投加入水箱l中，啟動進水泵A2和進水泵B3，同時 開啟回流汙泥泵A18和回流汙泥泵B19，通過連續處理生活汙水使活性汙泥
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在氧化溝系統中經過1 2個月的馴化和培養；使氧化溝內的活性汙泥濃度維
持在3000mg/L 4500mg/L;
2) 70% 80%的原汙水和25%~50°/。的回流汙泥在厭氧池4中經攪拌器7 混合，回流汙泥中的少量N(V快速被異養菌反硝化去除，隨後聚磷菌吸收揮 發性有機酸，並進行磷的釋放；在厭氧池4平均停留時間為40 60分鐘；
3) 上述厭氧池4中排出的泥水進入缺氧池A5後，和汙泥回流泵B19泵 入的50% 75%回流汙泥混合，釋磷後的聚磷菌部分具有反硝化除磷功能，稱 為反硝化聚磷菌，該類微生物在缺氧池A5中利用回流汙泥中帶入的N(V作 為電子受體進行反硝化吸收磷；在缺氧池A5中平均停留時間為60 80分鐘；
4) 上述缺氧池A5中排出的泥水進入缺氧池B6後，和進水泵3泵入的 20%~30%原水混合，異養菌利用原水中的易降解碳源將缺氧池A5中未反應 的NO/還原為N2;在缺氧池B6中平均停留時間為20 40分鐘；
5) 上述缺氧池B6排出的泥水進入氧化溝曝氣池8中後，鼓風機12對進 水進行鼓風曝氣，曝氣系統由鼓風機12、轉子流量計13空氣管14和曝氣頭 15組成，曝氣量的大小根據運行狀態進出水情況運用轉子流量計13進行調整， 控制出水NH/在l~4mg/L，若出水NH4+超出該範圍，就要對曝氣量進行調整， 出水NH4、4mg/L時，增大曝氣量，出水NH4、lmg/L時，減小曝氣量；處理 水在氧化溝曝氣池8中平均水力停留時間14-20小時後經溢流堰9自流進入二 沉池16中，在氧化溝出水處設置DO儀10和pH計11 ，根據DO儀的在線示 數控制溶解氧在1.0~2.0mg/L， pH通常在7.0 8.0之間；
在氧化溝曝氣池8中進行以下四種反應異氧菌利用有機物進行的碳氧 化反應、硝化菌硝化反應、聚磷菌包括反硝化聚磷菌的吸收磷反應；
6) 從氧化溝曝氣池8中溢流出的處理水進入二沉池16進行泥水分離， 上清液溢流經出水管17排出系統，回流汙泥分別經回流汙泥泵A18和回流汙 泥泵B19分別回流至厭氧池4和缺氧池A5;
7) 剩餘汙泥通過剩餘汙泥泵20排出系統，通過排出剩餘汙泥來控制汙 泥齡，汙泥齡控制在10 15d。
發明的有益效果
本發明涉及的厭氧-缺氧-氧化溝反硝化除磷工藝與傳統的氧化溝工藝相 比具有如下優點
1、 在生物脫氮基礎上實現了穩定的生物除磷，TP的去除率能夠達到80%
以上；
2、 將原水和回流汙泥根據生物脫氮和生物除磷的原理進行優化分配，使 大部分原水中的碳源優先滿足生物除磷的需求，使聚磷菌充分釋放磷，然後 利用聚磷菌的內碳源進行反硝化，達到一碳兩用的效果，緩和了生物脫氮和 生物除磷對碳源競爭的矛盾。同時反硝化除磷過程還節省了隨後在氧化溝曝 氣池中的曝氣能耗；
3、 缺氧池6中的進水作用為避免進水中碳源過量，使厭氧池過量的碳 源進入缺氧池5中，發生傳統的反硝化反應從而影響反硝化吸磷；為缺氧池6 中進行的反硝化提供碳源；
4、 缺氧池A5和缺氧池B6中進行的反硝化反應回收了鹼度，提升了 pH 值，避免了由於鹼度不足影響曝氣池中進行的硝化反應；
5、 前置厭氧池4、缺氧池A5和缺氧池B6起了生物選擇器的功能，抑制 了絲狀菌的生長，從而在一定程度上降低了發生絲狀菌汙泥膨脹的概率。


圖1厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置示意圖
其中l一水箱、2—進水泵A， 3—進水泵B、 4一厭氧池、5—缺氧池A, 6—缺氧池B、 7—攪拌器、8—曝氣池、9一溢流堰、10—DO儀、ll""pH計、 12—鼓風機、13—轉子流量計、14一空氣管、15—曝氣頭、16—二沉池、17— 出水管、18—回流汙泥泵A， 19一回流汙泥泵B， 20—剩餘汙泥泵。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明 具體實施例一
接種汙泥來自北京市酒仙橋汙水處理廠的回流汙泥，試驗用水取自北京
市酒仙橋汙水處理廠曝氣沉砂池。試驗階段主要水質指標為COD為
232 621mg/L，NH4+為42.1 64.5mg/L，P043-為5.2~9.1mg/L，TP為5.9~9.7mg/L， TN為56.4 73.5tng/LpH為7.2~7.8。試驗中所採用的分析方法均按照國家環境 保護局發布的標準方法.
試驗步驟為將接種汙泥添加到曝氣池8內，將生活汙水投加入水箱l中， 啟動進水泵A2和進水泵B3， 70 80%的原汙水和25~50%的回流汙泥在厭氧 池4中經攪拌器7混合，回流汙泥中的少量N(V快速被異養菌反硝化去除， 聚磷菌吸收揮發性有機酸，並進行磷的釋放。在厭氧池4平均停留時間為40 60分鐘。厭氧池4中排出的泥水進入缺氧池A5後，和汙泥回流泵B19泵入 的50~75%回流汙泥混合，釋磷後的聚磷菌部分具有反硝化除磷功能，稱為反 硝化聚磷菌，該類微生物在缺氧池5中利用回流汙泥中帶入的N(V作為電子 受體進行反硝化吸收磷。在缺氧池5中平均停留時間為60 80分鐘；缺氧池 5A中排出的泥水進入缺氧池6B後，和進水泵B3泵入20 30%的原水混合， 異養菌利用原水中的易降解碳源將缺氧池A5中未反應的N(V還原為N2。在 缺氧池B6中平均停留時間為20 40分鐘。缺氧池B6排出的泥水進入氧化溝 曝氣池8中後，鼓風機12為位於曝氣池8中的曝氣頭15提供氧氣，對處理 水進行鼓風曝氣，曝氣量的大小根據運行狀態進出水情況進行調整，控制出 水NH/在1 4mg/L，若出水NH4+超出該範圍，就要對曝氣量進行調整，出水 NH4+〉4mg/L時，增大曝氣量，出水NH4、lmg/L時，減小曝氣量。處理水在 氧化溝曝氣池8中平均水力停留時間14-20小時後排水進入二沉池16中。在 氧化溝曝氣池8中進行以下四種反應異氧菌利用有機物進行的碳氧化反應、 硝化菌硝化反應、聚磷菌包括反硝化聚磷菌的吸收磷反應。從氧化溝曝氣池8 中溢流出的處理水進入二沉池16進行泥水分離，上清液排出系統，回流汙泥 分別回流至厭氧池A5和缺氧池B6。
按照以上實施步驟進行，活性汙泥在氧化溝系統中經過3個月的馴化和 培養後，出水中COD、 NH4+、 TP和TN的濃度分別為35.7 60.5mg/L， 0~6.4mg/L， 0.11 2.41mg/L和13.7~25.4mg/L，平均值分別為45.8mg/L， 3.4mg/L， 0.58mg/L和16.5mg/L， COD、 NH4+、 TP和TN的平均去除率分別 為89.7、 93.4%、 92.1%和74.6%。
具體實施例二
接種汙泥來自北京市酒仙橋汙水處理廠的回流汙泥，試驗用水取自北京 工業大學家屬池市政管道生活汙水。主要水質指標為COD為201 532mg/L， NH/為47.5/61.9 mg/L， PO,為3.4/8.6mg/L, TN為52.4/68.3 mg/L， pH為 7.2/7.8。試驗中所採用的分析方法均按照國家環境保護局發布的標準方法.
試驗步驟為將接種汙泥添加到曝氣池8內，將生活汙水投加入水箱1中，
啟動進水泵A2和進水泵B3，進水泵A2和B3的進水比例為4: 1,同時開啟 回流汙泥泵A18和B19，回流汙泥泵A18和B19的流量比為1: 3，通過連續 處理生活汙水使活性汙泥在氧化溝系統中經過2個月的馴化和培養，使氧化 溝系統內的活性汙泥濃度維持在3000mg/L 4500mg/L。 80°/。的原汙水和25% 的回流汙泥在厭氧池4中經攪拌器混合，回流汙泥中的少量N(V快速被異養 菌反硝化去除，隨後聚磷菌吸收揮發性有機酸，並進行磷的釋放。在厭氧池 平均停留時間為40 60分鐘。厭氧池4中排出的泥水進入缺氧池A5後，和 汙泥回流泵B19泵入的75%回流汙泥混合，釋磷後的聚磷菌部分具有反硝化 除磷功能，稱為反硝化聚磷菌，該類微生物在缺氧池A5中利用回流汙泥中帶 入的N03—作為電子受體進行反硝化吸收磷。在缺氧池A5中平均停留時間為 60 80分鐘；缺氧池5A中排出的泥水進入缺氧池6B後，和進水泵B3泵入 的20%原水混合，異養菌利用原水中的易降解碳源將缺氧池A5中未反應的 NCV還原為N2。在缺氧池B6中平均停留時間為20 40分鐘。缺氧池B6排 出的泥水進入氧化溝曝氣池8中後，鼓風機12為位於曝氣池8中的曝氣頭15 提供氧氣，對處理水進行鼓風曝氣。處理水在氧化溝曝氣池8中平均水力停 留時間14-20小時後排水進入二沉池16中。在氧化溝曝氣池8中進行以下四 種反應異氧菌利用有機物進行的碳氧化反應、硝化菌硝化反應、聚磷菌包 括反硝化聚磷菌的吸收磷反應。從氧化溝曝氣池8中溢流出的處理水進入二 沉池16進行泥水分離，上清液排出系統，回流汙泥分別回流至厭氧池A5和 缺氧池B6。
按照以上實施步驟進行，活性汙泥在氧化溝系統中經過2個月的馴化和 培養後，出水中COD、NH4+、P043， TN的平均濃度分別為40.2mg/L，2.4mg/L， 0.41mg/L和15.4mg/L， COD、 NH4+、 P043， TN的平均去除率分別為86.4、 95.6%、 92.7%和73.5%。
權利要求
1、一種厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置，包括水箱(1)、包括曝氣池(8)的氧化溝主體，和二沉池(16)，其特徵在於，在所述的氧化溝主體前端增設三個選擇器厭氧池(4)、缺氧池A(5)和缺氧池B(6)。
2、 應用權利要求1所述厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置的方法，其 特徵在於，包括以下步驟1) 將含有聚磷菌、反硝化菌和硝化菌的活性汙泥添加到氧化溝主體和二 沉池(16)內，將生活汙水投加入水箱(1)中，啟動進水泵A (2)和進水泵B(3)，同時開啟回流汙泥泵A (18)和回流汙泥泵B (19),通過連續處理生 活汙水使活性汙泥在氧化溝系統中經過1 2個月的馴化和培養；使氧化溝內 的活性汙泥濃度維持在3000mg/L 4500mg/L;2) 25 50%的回流汙泥和70%~80%的原水在厭氧池(4)混合，回流汙泥中的 聚磷菌在厭氧狀態下吸收易降解有機碳源釋放磷，在厭氧池平均停留時間為 40 60分鐘；3) 上述厭氧池(4)中排出的泥水和其餘的50°/。~75%回流汙泥進入缺氧池 A(5)後，因回流汙泥中含有N03-和N(V，聚磷菌中的一部分菌稱為反硝化聚 磷菌，其在缺氧池A(5)進行以N(V或N(V作為最終電子受體的吸磷反應，在 缺氧池(5)中平均停留時間為60 80分鐘；4) 上述缺氧池A(5)中排出的泥水和其餘的20% 30%原水進入缺氧池B(6) 混合，異養菌利用原水中的有機物進行反硝化反應，還原缺氧池A(5)剩餘的 NCV，在缺氧池B(6)中平均停留時間為20 40分鐘；5) 上述缺氧池B(6)中排出的泥水進入氧化溝曝氣池(8)，在氧化溝中曝氣 系統提供氧氣；在好氧狀態下，異養菌氧化COD，硝化菌將NH/氧化為N(V 和N(V，聚磷菌吸收磷，在曝氣池(8)中平均水力停留時間14-20小時，氧化 溝中汙泥濃度控制在3000 4500mg/L;6) 上述曝氣池(8)中排出的泥水經溢流管溢流進入二沉池進行泥水分離， 濃縮後的汙泥經回流汙泥泵送回上述厭氧池(4)和缺氧池A(5)，上清液溢流排 出系統；7) 剩餘汙泥通過剩餘汙泥泵(20)排出系統，通過排出剩餘汙泥來控制汙 泥齡，汙泥齡控制在10 15d。
全文摘要
厭氧-缺氧氧化溝工藝反硝化除磷裝置及其方法屬於汙水處理技術領域。針對目前氧化溝工藝生物除磷效果較差的問題，將傳統氧化溝進行改良，增強其除磷能力。在傳統氧化溝處理裝置的基礎上，增設厭氧池和缺氧池A和缺氧池B，開發了具有反硝化除磷能力的新型氧化溝工藝。充分利用聚磷菌、反硝化菌和反硝化除磷菌的特點和它們之間的差異，使3種類型的微生物在一個系統中的三個選擇器中佔據不同的生態位，從而實現各自的功能。本發明通過合理分配回流汙泥和進水，減緩了聚磷菌和反硝化菌之間的矛盾，使反硝化除磷菌在競爭中優勢增強，達到高效脫氮除磷效果。本發明具有除磷效率高、運行相對穩定、不易發生汙泥膨脹等優點。
文檔編號C02F3/30GK101186390SQ200710303939
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者侯紅勳, 彭永臻, 殷芳芳, 王淑瑩 申請人:北京工業大學