基于脉冲曝气强化污水脱氮除磷和节能降耗的方法

摘要

本发明是一种基于脉冲曝气强化污水脱氮除磷和节能降耗的方法。在传统A2O工艺的基础上，将好氧区不同廊道或区域进行分区，通过污水处理厂中央控制系统对曝气系统的风机、管路及气阀等的控制，对好氧区进行脉冲曝气，让好氧区内始终有一区域处于低溶氧状态，DO＜0.5mg/L，与此同时其他区域正常曝气处于高溶氧状态DO2-3mg/L，好氧区不同区域交替处于低溶氧状态，每个区域在一个周期内处于低溶氧状态的时间为t/n，t为好氧区水力停留时间，n为好氧区廊道或区域数，脉冲周期为好氧区水力停留时间，好氧区进行间歇脉冲曝气后，实现交替缺氧好氧环境，强化反硝化作用，提升污水处理效果与水质。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地说是基于脉冲曝气强化污水脱氮除磷和节能降耗的方法。

背景技术

排放污水中氮磷是造成水体富营养化的重要营养物质。随着我国水体富营养化问题的日趋严重，以及新《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的实施，研发经济高效稳定的污水脱氮除磷技术，已成为水处理领域急需的技术需求。同时，污水处理厂运行能耗较高，是其运行主要投资费用来源；曝气供氧又是能耗主要消耗者，所以降低污水处理厂曝气能耗是其节能降耗的关键技术措施。

目前污水脱氮除磷主要采用基于厌氧/缺氧/好氧工艺的生物硝化反硝化以及生物化学除磷相结合的工艺。由于我国污水存在低碳源特点，所以进水中有效碳源相对较低，不足以支撑有效的脱氮除磷；而且，传统的脱氮除磷工艺中，存在反硝化菌和聚磷菌竞争碳源问题，脱氮和除磷难以同时达到最佳效率。生物脱氮过程主要包括好氧硝化和缺氧反硝化。一般生物脱氮工艺历经缺氧好氧（AO）工艺，也即采用前置反硝化，好氧段硝化液回流到缺氧段，利用进水中碳源进行反硝化脱氮。传统AO工艺的脱氮率受硝化液回流比和污泥回流比的控制，为了达到较高的脱氮率，就要提高回流比。采用传统AO工艺，在硝化液回流比为300%，污泥回流比为100%的条件下，不考虑细胞自身物质的合成，总氮去除率最高可达80%左右。继续增大回流比，总氮去除率上升不明显，且从好氧池进入缺氧池的溶解氧将会增加，从而消耗进水中有机碳源，影响反硝化脱氮的效率。

目前，脉冲曝气主要用于膜生物反应器中控制膜污染，尚未见到用于污水处理厂曝气控制的研究和报道。

发明内容

本发明的目的是针对我国低碳源污水特征，结合最近脱氮除磷理论的研究进展，提供一种基于脉冲曝气强化污水脱氮除磷与节能降耗的污水处理方法。

本发明采用脉冲曝气模式提供氧气的强化污水脱氮除磷技术，通过脉冲曝气模式，能够强化脱氮除磷效率，同时能够降低污水处理厂运行能耗，特别是城市和农村分散式生活污水处理。

本发明的技术方案为：基于脉冲曝气强化污水脱氮除磷与节能降耗的污水处理方法主要为在传统A²O工艺的基础上，将好氧区不同廊道或区域进行分区，通过污水处理厂中央控制系统对曝气系统的风机、管路及气阀等的控制，对好氧区实现脉冲曝气，让好氧区内始终有一区域处于低溶氧状态（DO＜0.5mg/L），与此同时其他区域正常曝气处于高溶氧状态（DO2-3mg/L）。其中，好氧区不同区域交替处于低溶氧状态，每个区域在一个周期内处于低溶氧状态的时间为t/n，t为好氧区水力停留时间，n为好氧区廊道或区域数，脉冲周期为好氧区水力停留时间。对好氧区进行间歇脉冲曝气后，好氧区将始终保持有一条廊道或区域处于低溶氧状态（DO＜0.5mg/L），实现交替缺氧好氧环境，强化反硝化作用，提升污水处理效果与水质。根据好氧区各廊道或区域均安装的溶解氧（DO）、化学需氧量（CODcr）、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₃-N）等在线检测仪表上的指标数据，进行脉冲曝气量的控制，以达到稳定的生产运行效果。本工艺可以得到很好的脱氮除磷效果和降低污水处理运行能耗成本。

本发明在传统A²O工艺基础上进行，污水厂整体工艺由厌氧/缺氧/好氧/沉淀阶段组成或者由缺氧/厌氧/好氧/沉淀阶段组成：经过预处理的污水流入厌氧区（DO＜0.2mg/L），聚磷菌利用小分子碳源物质并贮存为内聚物发生释放磷的生化过程，厌氧区域出水顺次进入缺氧区（DO＜0.5mg/L）进行反硝化，然后再进入好氧区经脉冲曝气形成的高、低好氧区（高DO，2-3mg/L；低DO，＜0.5mg/L）发生硝化和摄取磷的过程，在高、低溶氧区交替过程中将有益于同步硝化反硝化的进行，最后经脉冲曝气好氧区的污水混合液进入沉淀阶段，沉淀后上清液排出到自然水体，沉淀后污泥部分回流至厌氧区，同时将污泥中剩余污泥排出进入污泥处理系统进行浓缩、脱水后外运进行有效的污泥处理处置。

本发明的工艺中厌氧阶段主要是促进聚磷菌等能够积累内聚物的微生物的生化代谢，充分利用厌氧水解产生的小分子有机碳源，并积累为内聚物以备后期反硝化和生物摄磷需用。工艺缺氧阶段主要是促进反硝化菌进行反硝化脱氮。好氧阶段主要是硝化和去除有机物。沉淀阶段的二沉池主要是截留污泥，并回流污泥到主体工艺中，提高污泥浓度并提高污水处理效率。

本发明的关键技术是对好氧阶段运行模式的改进，主要采用脉冲曝气模式（将好氧区进行分区后通过中央控制系统、进气阀及管路调控实现），能够有效地控制供氧量，形成高、低溶氧区，实现交替缺氧好氧环境，强化好氧阶段同步硝化反硝化。首先，该脉冲曝气模式能够合理控制供氧量，由于异养菌和氨硝化菌具有更高的氧气竞争能力，所以会抑制亚硝酸盐硝化菌的活性，有利于实现短程硝化反硝化。其次，通过脉冲曝气，强化脱氮，能够降低后续污泥混合液的回流量，间接降低污水泵运行能耗。再者，通过控制供氧量，能够降低碳源物质的无效利用，而强化用于反硝化等脱氮除磷过程中，强化污水总氮的去除效率。最后，通过脉冲曝气模式，能够提高供氧效率，从而降低污水处理曝气能耗。

附图说明

图1为本发明的污水脱氮除磷工艺流程图。

图2为本发明的脉冲曝气示意图。

图2中，A、B、C、D为生反池，P_A、P_B、P_C、P_D为气阀，a、b、c、d为在线监测仪表（溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷、氨氮等）。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本发明的污水处理方法主要由厌氧/缺氧/好氧/沉淀阶段组成，或者由缺氧/厌氧/好氧/沉淀阶段组成；经过预处理的污水流入厌氧区，聚磷菌等利用小分子碳源物质并贮存为内聚物，主要发生释放磷等生化过程。厌氧区域出水顺次进入缺氧区进行反硝化，然后进入脉冲曝气好氧区发生硝化和摄取磷等过程，最后污水混合液流入沉淀区。沉淀后上清液排出处理系统到自然水体；沉淀后污泥部分回流至厌氧区，实现污泥分别经历厌氧-缺氧-好氧交替过程，完成对污水中各污染物质的去除。沉淀污泥部分排出回流至厌氧区，剩余污泥进入污泥处理系统进行浓缩、脱水后外运进行有效的污泥处理处置。

如图2所示，若污水厂好氧区有4个廊道的区域A、B、C、D，好氧区水力停留时间10h，现通过中央控制系统（PLC）对鼓风机、管路及气阀的控制，调节各区域的进气量，调控进气阀P_A使区域A处于低溶氧状态，其他三个区域正常曝气维持高溶氧状态2.5；2.5h后调控进气阀P_A与P_B使区域B处于低溶氧状态，其余三个区域处于高溶氧状态；依次完成区域C、D处于低溶氧状态的情况，然后回到A如此循环反复实现脉冲曝气。同时各廊道安装有DO、CODcr、TN、TP、NH₃-N等在线检测仪表，能够对其指标数据进行监控，将其作为工艺调控的依据，确保对污水的高效处理与生产稳定运行。