一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统及其处理工艺

摘要

本发明涉及一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统及其处理工艺，回流污泥内源反硝化池通过出水口与厌氧池连接，厌氧池通过出水口与缺氧池连接；在好氧池内具有过渡区、好氧区和内回流点前置消氧区，好氧区的一端与过渡区相连，好氧区的另一端与内回流点前置消氧区相连，缺氧池通过出水口与好氧池内的过渡区连接，在过渡区设有第一微孔曝气系统和第一潜水推进器，在好氧区设有第二微孔曝气系统，在内回流点前置消氧区设有第二潜水推进器。本发明将回流污泥内源反硝化、内回流点前置消氧区、过渡区设置、反硝化除磷等技术集成，用于低碳氮比城市污水强化脱氮除磷，可解决污水处理厂碳源利用率低、生物脱氮除磷效率低、运行能耗物耗高等问题。

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统，本发明还公开了一种使用城市污水强化脱氮除磷系统进行城市污水强化脱氮除磷的处理工艺。

背景技术

随着一级A标准（GB18918-2002）的实施，我国已新建或通过提标改造建成了一大批高排放标准城镇污水处理厂，取得了良好的环境效益，但由于工程设计或运行管理不当，导致高排放标准污水处理厂生物脱氮除磷效率低下和污水处理单位电耗和药耗过高的问题。

再者，我国城市污水进水具有水质水量波动大和碳氮比偏低的特点，也会对污水处理系统的脱氮除磷产生不利影响。据统计，2008年我国城镇污水处理厂进水BOD₅/TN均值仅为3.49，60%的城镇污水处理厂进水BOD₅/TN低于4。

因此，对于高排放标准城市污水处理厂，为实现稳定达标和节能降耗的目标，必须采用精细化管理技术，以强化工艺脱氮除磷。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种可强化脱氮除磷、降低运行能耗物耗的基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统。

本发明的另一目的是提供一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷处理工艺。

按照本发明提供的技术方案，所述基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统，它包括回流污泥内源反硝化池、厌氧池、缺氧池和好氧池；所述回流污泥内源反硝化池的出水口与厌氧池连接，厌氧池的出水口与缺氧池连接；在好氧池内具有过渡区、好氧区和内回流点前置消氧区，好氧区的一端与过渡区相连，好氧区的另一端与内回流点前置消氧区相连，缺氧池的出水口与设置在好氧池内的过渡区相接，在好氧池内的过渡区池底面上设有第一微孔曝气系统，在好氧池内的好氧区池底面上设有第二微孔曝气系统。

所述回流污泥内源反硝化池的有效容积为厌氧池的1-2倍。

还包括内回流系统，且内回流系统设置在好氧池的内回流点前置消氧区和缺氧池之间。

所述过渡区的有效容积占好氧池总有效池容的1/9。

所述好氧区的有效容积占好氧池总有效池容的7/9。

所述内回流点前置消氧区的有效容积占好氧池总有效池容的1/9。

在好氧池内的过渡区设有第一潜水推进器，在好氧池内的内回流点前置消氧区设有第二潜水推进器。

一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷处理工艺包括以下步骤：

a、来自二沉池的回流污泥进入回流污泥内源反硝化池，在设计水力停留时间为1.5~3小时和混合液悬浮固体浓度为6~9g/L的条件下，由反硝化菌以回流污泥自身的内碳源为反硝化碳源进行反硝化反应，以去除回流污泥中的硝酸盐氮，得到回流污泥内源反硝化池混合液，其中回流污泥的流量为进入厌氧池的并经预处理后的城市污水的流量的50%~100%；

b、步骤a得到的回流污泥内源反硝化池混合液与经预处理后的城市污水一同进入厌氧池，在设计水力停留时间为1.5小时的条件下，由聚磷菌利用进水中的快速碳源进行厌氧释磷，得到厌氧池混合液；

c、步骤b得到的厌氧池混合液和来自内回流点前置消氧区末端的经过内回流系统回流的内回流混合液一同进入缺氧池，在设计水力停留时间3~4小时的条件下，由反硝化菌进行反硝化反应而脱氮，同时由反硝化聚磷菌进行反硝化除磷；其中经过内回流系统的内回流混合液流量为进入厌氧池的并经预处理后的城市污水的流量的100%~200%；

d、步骤c得到的缺氧池混合液进入好氧池完成生物硝化、有机物氧化和好氧吸磷反应；其中过渡区设计水力停留时间为1小时，低温季节开启第一微孔曝气系统按好氧运行，进行硝化反应，非冬季关闭第一微孔曝气系统按缺氧运行，进行反硝化反应；好氧区设计水力停留时间为7小时，好氧区内的溶解氧浓度控制在2mg/L；内回流点前置消氧区设计水力停留时间为1小时，在搅拌下去除好氧区末端混合液中的溶解氧，控制内回流混合液的溶解氧浓度在0.5mg/L以下；

e、好氧区末端的好氧区出水混合液进入二沉池进行泥水分离，所得污泥一部分作为回流污泥进入回流污泥内源反硝化池，一部分作为剩余污泥而排放。

本发明具有以下优点：

1.以回流污泥自身所含有机物作反硝化碳源，而原水不进入回流污泥内源反硝化池，可强化工艺系统脱氮，降低外加碳源投加量。

2.原水完全进入厌氧池，可强化厌氧池厌氧释磷效果，进而强化后续缺氧池的反硝化除磷和好氧池的好氧吸磷，有利于降低工艺系统的曝气能耗和化学辅助除磷药耗。

3.在好氧池前端设置过渡区，根据季节进行运行调整，冬季按好氧运行强化硝化，夏季按缺氧运行强化反硝化，有利于强化工艺系统脱氮。

4.设置内回流点前置消氧区可明显减缓内回流混合液溶解氧对缺氧池反硝化的不利影响，提高进水碳源利用率，达到强化工艺系统脱氮的目的。

5.工艺系统将回流污泥内源反硝化技术、内回流点前置消氧区技术、过渡区设置技术、反硝化除磷技术、环沟型设计技术等精细化管理技术集成，用于低碳氮比城市污水强化脱氮除磷，可解决现有城市污水处理厂进水碳源利用率低、生物脱氮除磷效率低、运行能耗物耗高、水质水量波动性大等问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统，包括回流污泥内源反硝化池1、厌氧池2、缺氧池3和好氧池4，其中好氧池4包括过渡区4.1、好氧区4.2和内回流点前置消氧区4.3；回流污泥内源反硝化池1与厌氧池2连接，厌氧池2与缺氧池3连接，缺氧池3与好氧池4连接；好氧池4中过渡区4.1与好氧区4.2相连，好氧区4.2与内回流点前置消氧区4.3相连。

所述的基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷系统还包括内回流系统5，设置在好氧池的内回流点前置消氧区4.3和缺氧池3之间。

所述的回流污泥内源反硝化池1设置在厌氧池2之前，其有效容积为厌氧池2的1-2倍，并且回流污泥内源反硝化池1只有来自二沉池的回流污泥6进入，经预处理后的城市污水7完全进入厌氧池2。

所述的过渡区4.1、好氧区4.2和内回流点前置消氧区4.3分别设置在好氧池4的前端、中端和末端，其有效容积占好氧池总有效池容的比例分别为1/9、7/9和1/9，并且好氧池出水混合液8由好氧区4.2末端自流进入二沉池。

所述的过渡区4.1和好氧区4.2底部设置单独的微孔曝气系统，实行分区控制，并且过渡区4.1和内回流点前置消氧区4.3均设置潜水推进器。

所述的回流污泥内源反硝化池1、厌氧池2、缺氧池3和好氧池4的池形均为环沟型，在回流污泥内源反硝化池1、厌氧池2、缺氧池3和好氧池4内均设有导流墙与分隔墙。

上述回流污泥内源反硝化池、厌氧池、缺氧池和好氧池的泥水混合循环可采用潜水推进器，推进器的数量和设置根据搅拌功率密度（2W/m³左右）和池体的具体尺寸进行确定。

下面结合对比例和具体实施例对本发明的一种基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷处理工艺作进一步地说明。

对比例

太湖流域某城市污水处理厂为新建工程，设计规模为10万吨/日，设计出水执行一级A标准（GB18918-2002），设计工艺为带回流污泥反硝化的改良A²/O工艺，其中回流污泥反硝化池、厌氧池、缺氧池和好氧池的设计水力停留时间（即HRT）分别为1.5h、1.5h、4h和8.7h，但由于缺乏对工艺的精细化管理，工艺脱氮除磷效果较差，甚至无生物除磷效果。为解决该污水处理厂的运行问题，结合工程实际和中试试验研究，提出了本发明的基于精细化管理的城市污水强化脱氮除磷处理工艺。中试试验具体情况如下：

中试试验装置由不锈钢材料制作，中试装置设计规模为10m³/d，进水、混合液内回流和污泥回流均由蠕动泵完成，中试装置进水为污水处理厂曝气沉砂池出水。中试装置构筑物包括回流污泥反硝化池、厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池，其设计水力停留时间HRT分别为1.5-3h（可调）、1.5h、4h、8.7h和3h。中试试验运行步骤如下：

实施例1                                                                                                           

a、来自二沉池的回流污泥6进入回流污泥内源反硝化池1，在实际水力停留时间为3小时和混合液悬浮固体浓度为9g/L的条件下，由反硝化菌以回流污泥6自身的内碳源为反硝化碳源进行反硝化反应，以去除回流污泥中的硝酸盐氮，得到回流污泥内源反硝化池混合液，其中回流污泥6的流量为进入厌氧池2的经预处理后的城市污水7的流量的50%；

b、步骤a得到的回流污泥内源反硝化池混合液与经预处理后的城市污水7一同进入厌氧池2，在设计水力停留时间为1.5小时的条件下，由聚磷菌利用进水中的快速碳源进行厌氧释磷，得到厌氧池混合液；

c、步骤b得到的厌氧池混合液和来自内回流点前置消氧区4.3末端的经过内回流系统5回流的内回流混合液一同进入缺氧池3，在设计水力停留时间4小时的条件下，由反硝化菌进行反硝化反应而脱氮，同时由反硝化聚磷菌进行反硝化除磷；其中经过内回流系统5回流的内回流混合液流量为进入厌氧池2的经预处理后的城市污水7的流量的200%；

d、步骤c得到的缺氧池混合液进入好氧池4完成生物硝化、有机物氧化和好氧吸磷反应；其中过渡区4.1设计水力停留时间为1小时，低温季节开启第一微孔曝气系统4.4按好氧运行，进行硝化反应，非冬季关闭第一微孔曝气系统4.4按缺氧运行，进行反硝化反应；好氧区4.2设计水力停留时间为7小时，好氧区4.2内的溶解氧浓度控制在2mg/L；内回流点前置消氧区4.3设计水力停留时间为1小时，在搅拌下去除好氧区4.2末端混合液中的溶解氧，控制内回流混合液的溶解氧浓度在0.5mg/L以下；

e、好氧区4.2末端的出水混合液8进入二沉池进行泥水分离，所得污泥一部分作为回流污泥进入回流污泥内源反硝化池，一部分作为剩余污泥而排放。

经本实施例的处理工艺强化脱氮除磷效果明显，出水氮磷可稳定达到一级A标准，出水TN和TP浓度均值分别为10mg/L和0.3mg/L，而同期污水处理厂二级出水TN和TP浓度均值分别为14mg/L和1.5mg/L。

实施例2

a、来自二沉池的回流污泥6进入回流污泥内源反硝化池1，在实际水力停留时间为3小时和混合液悬浮固体浓度为6g/L的条件下，由反硝化菌以回流污泥6自身的内碳源为反硝化碳源进行反硝化反应，以去除回流污泥中的硝酸盐氮，得到回流污泥内源反硝化池混合液，其中回流污泥6的流量为进入厌氧池2的经预处理后的城市污水7的流量的100%；

b、步骤a得到的回流污泥内源反硝化池混合液与经预处理后的城市污水7一同进入厌氧池2，在设计水力停留时间为1.5小时的条件下，由聚磷菌利用进水中的快速碳源进行厌氧释磷，得到厌氧池混合液；

c、步骤b得到的厌氧池混合液和来自内回流点前置消氧区4.3末端的经过内回流系统5回流的内回流混合液一同进入缺氧池3，在设计水力停留时间4小时的条件下，由反硝化菌进行反硝化反应而脱氮，同时由反硝化聚磷菌进行反硝化除磷；其中经过内回流系统5回流的内回流混合液流量为进入厌氧池2的经预处理后的城市污水7的流量的200%；

d、步骤c得到的缺氧池混合液进入好氧池4完成生物硝化、有机物氧化和好氧吸磷反应；其中过渡区4.1设计水力停留时间为1小时，低温季节开启第一微孔曝气系统4.4按好氧运行，进行硝化反应，非冬季关闭第一微孔曝气系统4.4按缺氧运行，进行反硝化反应；好氧区4.2设计水力停留时间为7小时，好氧区4.2内的溶解氧浓度控制在2mg/L；内回流点前置消氧区4.3设计水力停留时间为1小时，在搅拌下去除好氧区4.2末端混合液中的溶解氧，控制内回流混合液的溶解氧浓度在0.5mg/L以下；

e、好氧区4.2末端的出水混合液8进入二沉池进行泥水分离，所得污泥一部分作为回流污泥进入回流污泥内源反硝化池，一部分作为剩余污泥而排放。

经本实施例的处理工艺强化脱氮除磷效果明显，出水氮磷可稳定达到一级A标准，出水TN和TP浓度均值分别为8mg/L和0.3mg/L，而同期污水处理厂二级出水TN和TP浓度均值分别为13.5mg/L和1.5mg/L。