多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺

摘要

本发明涉及一种多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺，具体工艺步骤：由M级厌氧缺氧好氧组合构成，并与沉淀池连接；污水按流量依次分配进入系统中各级的厌氧池首端；原污水和沉淀池中的部分回流污泥混合后进入第一级厌氧池，其出水混合液再与另一部分回流污泥混合后流过第一级缺氧池和第一级好氧池......第二级后，原污水和上一级缺氧池末端的混合液混合后进入第m级厌氧池，出水和上一级好氧池末端的混合液再混合，流过第m级缺氧池和第m级好氧池；依次循环，最后一级好氧池的出水进入沉淀池；自沉淀池的回流污泥一部分返回至第一级厌氧池首端，其余部分返回至第一级缺氧池首端。有益效果：“一碳两用”同时实现反硝化脱氮和吸磷。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术，尤其涉及一种多级厌氧缺氧好氧活性污泥 法工艺。

背景技术

目前常见的活性污泥法工艺大致有以下三种：

1、厌氧-缺氧-好氧工艺(Anaerobic/Anoxic/Oxic，缩写为AAO)， 是由三段生物处理装置所构成。它与单级AO工艺的不同之处在于前段设 置一厌氧反应器，旨在通过厌氧过程使废水中的部分难降解有机物得以降 解去除，进而改善废水的可生化性，并为后续的缺氧段提供适合于反硝化 过程的碳源，最终达到高效去除COD、BOD、N、P的目的。AAO系统的工艺 流程是：废水经预处理后进入厌氧反应器，使高COD物质在该段得到部分 分解，然后进入缺氧段，进行反硝化过程，而后是进行氧化降解有机物和 进行硝化反应的好氧段。为确保反硝化的效率，好氧段出水一部分通过回 流而进入缺氧阶段，并与厌氧段的出水混合，以便充分利用废水中的碳源。 另一部分出水进入二沉池，分离活性污泥后作为出水，污泥直接回流到厌 氧段。

该工艺将厌氧-缺氧-好氧三种不同环境交替运行，使聚磷菌、硝化 菌和反硝化菌共存于同一污泥系统中，而回流污泥系统中携带的硝酸盐抑 制了厌氧环境下磷的释放，结果导致该工艺的除磷脱氮效率降低，尤其是 COD/TN和COD/TP比值较低时，碳源缺乏就成为反硝化和除磷的主要因 素，由于聚磷菌、硝化菌和反硝化菌需要的生长环境条件各不相同，而该 工艺采用的多为单污泥系统，因而无法同时满足三种微生物的最佳生长环 境，由于碳源和污泥系统这二个原因，最终导致在AAO工艺中氮和磷的 去除成为对立的两方矛盾。因此产生了大量的AAO变形工艺技术；

2、反硝化除磷脱氮工艺(denitrifying phosphorus removal)，是指在 厌氧-缺氧(Anaerobic/Anoxic)交替运行的条件下，驯化出反硝化聚磷 菌，它们以硝酸盐NO₃^-作为电子受体，利用内碳源(PHB)作为电子供 体，通过“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和吸磷作用，因此，反 硝化除磷脱氮工艺被视为一种可持续的新工艺；

3、厌氧缺氧/缺氧好氧活性污泥法(MUCT)，是一种可实现反硝化 除磷的AAO变形工艺，系统中包括两个内回流，一个是从好氧池回流至 第二缺氧池，另一个是从第一缺氧池回流至厌氧池。第一缺氧池主要利用 进水中的有机物进行反硝化反应，之后在第二缺氧池主要利用微生物内部 贮存物为碳源进行反硝化吸磷反应。该工艺具有节省碳源、脱氮除磷效率 高等优点，但是由于含两个内回流系统，增加了运行管理费用； 多级缺氧好氧工艺(Multilevel Anoxic/Oxic，缩写为MAO)，是基于传统 前置反硝化工艺(AO)发展起来的AAO变形工艺，该工艺通常不需要设 置内回流设施，比普通的除磷脱氮工艺的生物池容积小，系统平均污泥浓 度高，脱氮效率高，运行管理方便。但是该工艺以脱氮为主，同步生物除 磷效率难以达到较高水平。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种尤其适用于大中型 城市污水处理的多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺，在单一的厌氧缺氧好 氧活性污泥法基础上，创造出适合聚磷菌、硝化菌和反硝化菌的生长环境 和运行工况，提供反硝化除磷脱氮的环境和工况；最大限度地充分利用碳 源，减少剩余污泥产量，降低污水处理运行成本。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种多级厌氧缺氧好 氧活性污泥法工艺，具体工艺步骤如下：

一、由一个厌氧池、一个缺氧池和一个好氧池依次相互连通，形成单 级厌氧缺氧好氧，由M级厌氧缺氧好氧组合构成多级厌氧缺氧好氧活性 污泥法工艺系统，系统终端与沉淀池连接，所述级数M≥2；

二、污水按流量Q₁、Q₂、Q₃......Q_m-1、Q_m依次分配进入系统中各级 的厌氧池首端，各级厌氧池污水流量与总流量Q的关系为其中 M为级数，m为任意级，M≥2，m≥1，M≥m，；

三、原污水流量Q₁和沉淀池中回流比为R₁的部分回流污泥混合后进 入第一级厌氧池，其出水混合液再与另一部分回流比为R₂的回流污泥混 合后流过第一级缺氧池和第一级好氧池；

四、原污水流量Q₂和上一级缺氧池末端的混合液q₁’混合后进入第二 级厌氧池内，其出水混合液再与第一级好氧池出水q₁混合后流过第二级缺 氧池和第二级好氧池；

五、依次循环，原污水流量Q_m和上一级缺氧池末端的混合液q_m-1’混 合后进入第m级厌氧池，出水和上一级好氧池末端的混合液q_m-1再混合， 流过第m级缺氧池和第m级好氧池，通过调节各级q’_m-1/q_m-1的比值，实 现高效脱氮或高效除磷，当q’_m-1/q_m-1＞1时，强化生物除磷；当q’_m-1/q_m-1＜1时强化生物脱氮；

六、最后一级好氧池的出水进入沉淀池，在沉淀池内进行固液分离后， 回流污泥一部分返回至第一级厌氧池，其余部分返回至第一级缺氧池。

所述各级好氧池实施低氧曝气，溶解氧为0.2-1.0mg/l，各级好氧池 的溶解氧数值相等或分级不等。

所述M级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺的级数M≥2，优选2≤M≤ 5。

所述M级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺，进水总流量Q，每级进水 流量Q_m，污泥回流比R₁和R₂，各级缺氧池进入下一级厌氧池的混合液流 量q’_m，各级好氧池的混合液流量q_m的关系满足： ($R_1+R_2)Q+\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{Q}_i=Q_m+q_{m-1}^{\prime }+q_{m-1}=q_m^{\prime }+q_m,$其中0≤R₁≤1，0≤R₂≤1且0.4≤ R₁+R₂≤1.0)。

有益效果：根据除磷脱氮的不同目标，实现多种工况的合理调节，在 分别强化多级厌氧缺氧(Multilevel Anaerobic/Anoxic，缩写为MAA)或 强化多级缺氧好氧(MAO)的同时，完成多级厌氧缺氧好氧(MAAO) 活性污泥法工艺过程，进一步节省碳源，节省氧消耗量，减少剩余污泥量。 利用分段配水技术、多级厌氧缺氧交替运行技术、多级缺氧好氧交替运行 技术和多级厌氧缺氧好氧交替运行技术，通过“一碳两用”的方式同时实 现反硝化脱氮和吸磷。解决了传统厌氧-缺氧-好氧工艺中脱氮和除磷矛 盾关系。

附图说明

图1是本发明的工艺流程框图。

图中：Q₁、Q₂、Q₃......Q_m-1、Q_m依次分别表示各级的污水分配量；

A₁、A₂、A₃......A_m-1、A_m依次分别表示各级的厌氧池(区)；

A’₁、A’₂、A’₃......A’_m-1、A’_m依次分别表示各级的缺氧池(区)；

O₁、O₂、O₃......A_m-1、A_m依次分别表示各级的好氧池(区)；

q’₁、q’₂、q’₃......q’_m-1依次分别表示各级缺氧池(区)进入下一 级厌氧区的混合液流量；

q₁、q₂、q₃......q_m-1依次分别表示各级好氧池(区)的混合液 流量；

R₁表示污泥回流至第一级厌氧池(区)的污泥回流比；

R₂表示污泥回流至第一级缺氧池(区)的污泥回流比。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图 所示，一种多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺(Multilevel  naerobic/Anoxic/Oxic，缩写为MAAO)，具体工艺步骤如下：

一、由一个厌氧池、一个缺氧池和一个好氧池依次相互连通，形成单 级厌氧缺氧好氧，由M级厌氧缺氧好氧组合构成多级厌氧缺氧好氧活性 污泥法工艺系统，系统终端与沉淀池连接，所述级数M≥2；

二、污水按流量Q₁、Q₂、Q₃......Q_m-1、Q_m依次分配进入系统中各级 的厌氧池首端，各级厌氧池污水流量与总流量Q的关系为其中 M为级数，m为任意级，M≥2，m≥1，M≥m，；

三、原污水流量Q₁和沉淀池中回流比为R₁的部分回流污泥混合后进 入第一级厌氧池，其出水混合液再与另一部分回流比为R₂的回流污泥混 合后流过第一级缺氧池和第一级好氧池；

四、原污水流量Q₂和上一级缺氧池末端的混合液q₁’混合后进入第二 级厌氧池内，其出水混合液再与第一级好氧池出水q₁混合后流过第二级缺 氧池和第二级好氧池；

五、依次循环，原污水流量Q_m和上一级缺氧池末端的混合液q_m-1’混 合后进入第m级厌氧池，出水和上一级好氧池末端的混合液q_m-1再混合， 流过第m级缺氧池和第m级好氧池，通过调节各级q’_m-1/q_m-1的比值，实 现高效脱氮或高效除磷；

六、最后一级好氧池的出水进入沉淀池，在沉淀池内进行固液分离后， 回流污泥一部分返回至第一级厌氧池，其余部分返回至第一级缺氧池。

所述各级好氧池实施低氧曝气，溶解氧为0.2-1.0mg/l，各级好氧池 的溶解氧数值相等或分级不等。

进水流量Q分m段进入各级AA’O的厌氧池(区)A_m首端，每段流 量为Q_m。总流量Q和每段配入流量Q_m的关系为公式中M≥2， m≥1，M≥m。

如上所述的一种多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺(MAAO)二沉池 回流污泥分两部分，其中一部分以回流比R₁，回流量R₁Q的回流污泥进 入第一级厌氧池A₁首端；另一部分以回流比R₂，回流量R₂Q的回流污泥 进入第一级缺氧池A′₁首端。

相邻两级AA’O的流程关系如下：原水流量Q_m和第m-1级缺氧池A′_m-1出水流量q′_m-1在第m级厌氧池A_m首端混合，本级厌氧池A_m内，活性污泥中 的聚磷菌利用配入原水流量Q_m中的碳源完成厌氧释磷，本级厌氧池A_m出 水混合液流量为Q_m+q′_m-1与前一级即m-1级好氧池O_m-1中，流量为q_m-1的出 水混合液混合，进入本级缺氧池A′_m，反硝化菌和反硝化聚磷菌继续发生反 硝化脱氮和反硝化聚磷反应。本级缺氧池A′_m中流量为Q_m+q′_m-1+q_m-1的出水 混合液中一部分流量q′_m进入下一级m+1级厌氧池A_m+1首端，继续重复上述 过程；另一部分流量q_m进入本级好氧池O_m，在硝化菌和聚磷菌的作用下， 完成氮元素的硝化反应和磷元素的超量吸磷反应；本级好氧池O_m在中流量 为q_m的出水混合液进入下一级m+1级缺氧池A′_m+1首端，继续重复上述过 程。如上所述相邻两级流量关系为：$(R_1+R_2)Q+\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{Q}_i=Q_m+q_{m-1}^{\prime }+q_{m-1}=q_m^{\prime }+q_m,$ 公式中0≤R₁≤1，0≤R₂≤1且0.4≤R₁+R₂≤1.0。

在工艺运行过程中可根据水质情况，当q′_m-1/q_m-1＞1时，选择多级厌氧 缺氧(MAA)实现强化除磷；或当q′_m-1/q_m-1＜1时，多级缺氧好氧(MAO) 实现强化脱氮。

为更进一步降低生产能耗，各级好氧池可实施低氧曝气，溶解氧为 0.2-1.0mg/l之间，各级好氧池的溶解氧数值相等或分级不等。通过控制实 施低氧曝气状态，有利于实现同步硝化反硝化和短程硝化反硝化，进一步 提高生物脱氮效率，进一步节省所需碳源及氧的消耗量，降低剩余污泥产 量，尤其适合低碳氮比的城市生活污水。

工作原理：

污水分段进入多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺系统，使污水中的碳 源得到充分利用，优先供给聚磷菌和反硝化菌，同时提高了生物处理系统 的污泥浓度，在污水处理流程中形成不同的污泥浓度梯度，节省生物池容 积；通过改变前一级缺氧池进入后一级厌氧池的混合液q’_m-1和前一级好氧 池进入后一级缺氧池的混合液q_m-1之间的比例，可分别实现强化多级厌氧 缺氧(MAA)或强化多级缺氧好氧(MAO)的工艺方法，达到“一碳两 用”的高效除磷或脱氮的目标；

当q’_m-1/q_m-1大于1时；污水处理系统在多级厌氧缺氧好氧的过程中， 同时提供多级厌氧缺氧为主流的交替运行环境条件，促使进行反硝化除 磷，以“一碳两用”的方式同步实现脱氮和除磷，从而节省碳源，强化除 磷过程；

当q’_m-1/q_m-1小于1时；污水处理系统在多级厌氧缺氧好氧的过程中， 同时提供多级缺氧好氧为主流的交替运行环境条件，可以充分进行反硝 化，实现高效脱氮，强化脱氮过程；

反硝化除磷，是在吸磷阶段以硝酸盐取代氧气为电子受体进行缺氧摄 磷，同时硝酸盐被还原为氮气而得以去除，达到了同时脱氮除磷的效果。 反硝化除磷技术中的碳源发挥了“一碳两用”的功能，既合成了PHA，也为 反硝化脱氮提供了电子供体，同时节约了曝气量。与好氧除磷相比，反硝 化除磷技术可以节约碳源50％，污泥产量减少50％，总体曝气量可减少 30％左右。反硝化除磷缓解了反硝化和释磷对碳源需求的矛盾以及硝化菌 和聚磷菌所需的最佳SRT相抵触等矛盾，一种新型的高效低能耗的生物脱 氮除磷技术。

实施例一

实现强化脱氮

本发明的多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺(MAAO)，由四级厌氧 缺氧好氧(AA’O)组成，每级AA’O由一个厌氧池A、一个缺氧池A’和 一个好氧池O依次相互连通；污水按等流量Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄＝25％Q依次分 配进入各级的厌氧池首端，总的污泥回流比为100％，其中部分污泥回流 比R₁＝70％回流至第一级厌氧池(A₁)，其余污泥回流比R₂＝30％回流至第 一级缺氧池A’₁。各级缺氧池的混合液总量分别为1.25Q，1.5Q，1.75Q， 2.0Q。前三级缺氧池混合液，一部分q₁＝Q，q₂＝1.25Q，q₃＝1.25Q经过本 级好氧池完成硝化反应后，进入下级缺氧池进行反硝化；另一部分 q’₁＝0.25Q，q’₂＝0.25Q，q’₃＝0.25Q直接进入下级厌氧池，保障同步生物除 磷。第四级缺氧池的混合液2.0Q全部进入第四级好氧池，反应后出水进 入沉淀池进行泥水分离。各级好氧池溶解氧控制在1.5-2.5mg/l之间。

实施例二

实现强化反硝化除磷

本发明的多级厌氧缺氧好氧活性污泥法工艺(MAAO)，由四级厌氧缺 氧好氧(AA’O)组成，每级AA’O由一个厌氧池A、一个缺氧池A’和一 个好氧池O依次相互连通；污水按等流量Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄＝25％Q依次分配 进入各级的厌氧池首端，总的污泥回流比为100％，其中部分污泥回流比 为R₁＝70％回流至第一级厌氧池A₁，其余污泥回流比为R₂＝30％回流至第 一级缺氧池A’₁。各级缺氧池的混合液总量分别为1.25Q，1.5Q，1.75Q， 2.0Q。前三级缺氧池混合液，一部分q’₁＝Q，q’₂＝1.25Q，q’₃＝1.5Q直接进 入下级厌氧池，进行强化反硝化除磷；另一部分q₁＝0.25Q，q₂＝0.25Q， q₃＝0.25Q经过本级好氧池完成硝化反应后，进入下级缺氧池进行反硝化， 保障同步脱氮。第四级缺氧池的混合液2.0Q全部进入第四级好氧池反应 后，出水进入沉淀池进行泥水分离。各级好氧池溶解氧控制在1.5-2.5mg/l 之间。

实施例三

低氧曝气节能运行

上述二种实施方式在同样工况下实施，各级好氧池实施低氧曝气，溶 解氧为0.2-1.0mg/l之间，进一步节省曝气能耗，降低运行费用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任 何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简 单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。