升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统及污水处理方法

摘要

本发明属于污水处理技术领域，公开了一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统及污水处理方法。该系统包括：升流式布水子系统、生化子系统和监测控制子系统。该方法包括：向生化池接种短程硝化絮体污泥和厌氧氨氧化生物膜，将污水提升至升流式布水装置，进行进水；进水结束后，进行曝气处理，当氨氮浓度降至阈值时，停止所述曝气处理，进行排泥处理；重复进水过程，同时，生化池顶部的出水排出所述系统；进水和排水结束后，进行水力混合处理，直至出水水质达到排放标准。本发明在进水的过程中完成出水，节省二沉池占地，有效提高污水中磷源回收效率和碳源回收效率。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统及污水处理方法。

背景技术

氮、磷过量排放导致的水体富营养化问题在当代日趋严重，引发人们对水环境污染的高度关注。而随着城市化进程的加速，人们用地愈发紧张。目前污水中的磷可以通过化学法高效去除，而氮的去除则以生物法为主。但是化学法除磷会导致污泥产量增加、污泥处理难度增大、处理成本增加等问题，而传统的硝化-反硝化生物脱氮工艺曝气和外加碳源的费用较高，且难以达到日益严格的污染物排放标准，脱氮除磷成为污水处理行业的难点。

通过特殊设计的升流式布水器，可以保证反应器底部均匀布水。而利用水流压力，进水的同时完成出水，在节省占地面积方面具备优势。节省二沉池占地，缓解人们用地紧张的局面。

强化生物除磷(EBPR)是将活性污泥交替在厌氧和好氧状态下运行，能使过量积聚磷酸盐的聚磷菌占优势生长，使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中聚磷菌在厌氧状态下释放磷，在好氧状态下过量地摄取磷。通过对活性污泥的排放达成磷的去除。强化生物除磷可以大幅降低污泥处理费用，同时节省除磷药剂的投加，直接降低运行费用。

厌氧氨氧化工艺在理念和技术上都大大突破了传统硝化-反硝化的工艺框架，厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体氧化氨氮，生成氮气，利用无机碳为碳源，无须有机物为碳源，从而实现自养生物脱氮。与传统生物脱氮相比，短程硝化+厌氧氨氧化自养脱氮，可减少60％曝气量，100％碳源投加量。厌氧氨氧化工艺已经大规模成功应用于污泥消化液、垃圾渗滤液、养殖废水、医药废水等高氨氮废水处理中，但该技术在城市污水实际应用还有诸多技术难题需要突破。

因此，针对城市化进程加速，人们用地紧张的问题，以及现有技术中颗粒污泥难以产生和稳定维持、强化生物除磷不稳定、厌氧氨氧化技术难以实现的问题急需提出一种新的处理污水的装置及方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统及污水处理方法。本发明可在进水的过程中完成出水，节省二沉池占地，有效提高污水中磷源回收效率和碳源回收效率。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统，该系统包括：升流式布水子系统、生化子系统和监测控制子系统；

所述升流式布水子系统包括：进水箱，进水泵，进水管路和升流式布水装置；所述升流式布水装置包括布水总管，水平布水分管和竖直布水分管；所述水平布水分管为多个，所述多个水平布水分管分别垂直设置于所述布水总管上，并与所述布水总管连通，每个水平布水分管下部均连通有多个竖直布水分管；所述进水箱、所述进水泵、所述进水管路、所述布水总管依次连接；

所述生化子系统包括：生化池、短程硝化絮体污泥、厌氧氨氧化生物膜、曝气器、固定化生物填料支架、空压机、气量调节阀、水力混合装置、出水堰和排泥泵；所述多个竖直布水分管下端均靠近所述生化池底部；所述短程硝化絮体污泥和所述固定化生物填料支架均设置于所述生化池内，所述固定化生物填料支架上盛放有所述厌氧氨氧化生物膜；所述曝气器和所述水力混合装置均设置于所述生化池底部；所述水力混合装置包括水力混合装置总管、多个水力混合装置分管、混合器管路和水力混合器水泵，所述多个水力混合装置分管分别垂直设置于所述水力混合装置上，并分别与所述水力混合装置总管连通，每个水力混合装置分管均为穿孔进水管；所述生化池的其中一面池壁的上部或中部、所述混合器管路、水力混合器水泵、水力混合装置总管依次连通；所述出水堰设置于所述生化池的池壁顶部；所述排泥泵与所述生化池的另一面池壁连通；

所述监测控制子系统包括控制装置和在线监测探头；所述在线监测探头设置于所述生化池上部，所述控制装置用于控制所述系统的连锁反应。

本发明另一方面提供了一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化污水处理方法，采用所述的升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统，该方法包括如下步骤：

S1：向所述生化池接种所述短程硝化絮体污泥和所述厌氧氨氧化生物膜，将污水由所述进水泵从所述进水箱提升至所述升流式布水装置，进行进水；

S2：进水结束后，进行曝气处理，当氨氮浓度降至阈值时，停止所述曝气处理，进行排泥处理并维持所述短程硝化絮体污泥浓度不变；

S3：重复步骤S1的进水过程，同时，所述生化池顶部的出水通过所述出水堰排出所述系统；

S4：所述步骤S3进水和排水结束后，进行水力混合处理；所述水力混合处理结束后，重复步骤S2-S4，直至出水水质达到排放标准。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明采用升流式布水技术，在进水的过程中，依靠进水压力完成出水，不需二沉池，节省占地，该工艺满足市场需求。

(2)本发明可进行强化生物除磷，通过聚磷菌好氧吸磷、厌氧释磷，将水体中的磷吸附到活性污泥中，不需外加药剂，降低运行费用，降低污泥产量，降低污泥处理成本，有效提高污水中磷源回收效率。

(3)本发明采用一体化厌氧氨氧化作为主要脱氮途径，节省曝气能耗、节省占地、节省碳源投加、降低剩余污泥产量、减少温室气体排放，有效提高污水中碳源回收效率。

(4)本发明采用一体化短程硝化-厌氧氨氧化工艺，短程硝化菌存在于絮体污泥中，厌氧氨氧化菌聚集于固定填料表面，这就使得短程硝化污泥和厌氧氨氧化菌互不干扰，实现升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统稳定运行。

(5)本发明的升流式布水装置的构造利于颗粒污泥的产生，长期运行下，系统内出现颗粒污泥(短程硝化颗粒污泥及厌氧氨氧化颗粒污泥)，是一种既有生物膜也有絮体污泥还有颗粒污泥的生化系统。多种生物系统并存使生化反应高效稳定的进行，耐冲击负荷能力和抗低温能力大幅提升。

(6)本发明所适用的污水不仅限于低氨氮污水，也适用于高氨氮污水。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明提供的一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统的正视图。

图2示出了根据本发明提供的一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统的右视图。

图3示出了根据本发明提供的一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统的俯视图。

附图标记说明如下：

1-进水泵、2-进水管路、3-升流式布水装置、4-混合器管路；5-排泥泵；6-水力混合器水泵、7-空压机、8-生化池、9-固定化生物填料支架、10-曝气器、11-水力混合装置分管、12-竖直布水分管、13-水力混合装置总管、14-出水堰、15-在线监测探头、16-气量调节阀。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明一方面提供了一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统，该系统包括：升流式布水子系统、生化子系统和监测控制子系统；

所述升流式布水子系统包括：进水箱，进水泵，进水管路和升流式布水装置；所述升流式布水装置包括布水总管，水平布水分管和竖直布水分管；所述水平布水分管为多个，所述多个水平布水分管分别垂直设置于所述布水总管上，并与所述布水总管连通，每个水平布水分管下部均连通有多个竖直布水分管；所述进水箱、所述进水泵、所述进水管路、所述布水总管依次连接；

所述生化子系统包括：生化池、短程硝化絮体污泥、厌氧氨氧化生物膜、曝气器、固定化生物填料支架、空压机、气量调节阀、水力混合装置、出水堰和排泥泵；所述多个竖直布水分管下端均靠近所述生化池底部；所述短程硝化絮体污泥和所述固定化生物填料支架均设置于所述生化池内，所述固定化生物填料支架上盛放有所述厌氧氨氧化生物膜；所述曝气器和所述水力混合装置均设置于所述生化池底部；所述水力混合装置包括水力混合装置总管、多个水力混合装置分管、混合器管路和水力混合器水泵，所述多个水力混合装置分管分别垂直设置于所述水力混合装置上，并分别与所述水力混合装置总管连通，每个水力混合装置分管均为穿孔进水管；所述生化池的其中一面池壁的上部或中部、所述混合器管路、水力混合器水泵、水力混合装置总管依次连通；所述出水堰设置于所述生化池的池壁顶部；所述排泥泵与所述生化池的另一面池壁连通；

所述监测控制子系统包括控制装置和在线监测探头；所述在线监测探头设置于所述生化池上部，所述控制装置用于控制所述系统的连锁反应。

本发明中，所述水平布水分管的数量和所述竖直布水分管的数量均根据所述生化池的大小设置。所述水力混合装置分管的数量根据所述生化池的大小设置。

根据本发明，优选地，所述空压机设置于所述生化池外部，所述曝气器、所述气量调节阀、所述空压机依次连接。

根据本发明，优选地，所述在线监测探头包括在线氨氮硝氮一体传感器探头和DO传感器探头；所述控制装置为PLC控制装置。

本发明中，所述控制装置通过信号线分别与所述在线监测探头、所述气量调节阀以及所述水力混合装置连接。所述在线监测探头监测指标包括：NH

本发明另一方面提供了一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化污水处理方法，采用所述的升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统，该方法包括如下步骤：

S1：向所述生化池接种所述短程硝化絮体污泥和所述厌氧氨氧化生物膜，将污水由所述进水泵从所述进水箱提升至所述升流式布水装置，进行进水；

S2：进水结束后，进行曝气处理，当氨氮浓度降至阈值时，停止所述曝气处理，进行排泥处理并维持所述短程硝化絮体污泥浓度不变；

S3：重复步骤S1的进水过程，同时，所述生化池顶部的出水通过所述出水堰排出所述系统；

S4：所述步骤S3进水和排水结束后，进行水力混合处理；所述水力混合处理结束后，重复步骤S2-S4，直至出水水质达到排放标准。

根据本发明，优选地，在步骤S1中：

所述短程硝化絮体污泥浓度为3000-4000mg/L，所述厌氧氨氧化生物膜浓度为6500-8000mg/L，所述厌氧氨氧化生物膜的填充比为25％-35％；

所述污水为低氨氮污水或高氨氮污水；所述低氨氮污水为一般城镇污

水处理厂进水；

步骤S1的进水的上升流速不超过1.5m/h。

本发明中，步骤S1的进水过程中所述污水从所述升流式布水装置内通过，进水水流通过所述竖直布水分管从所述生化池底部自下向上流淌，直到所述生化池的液面高度达到设定液位，进水结束。

本发明中，所述升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化污水处理方法处理的污水水质不局限在一个范围，可以通过混合稀释等方式调节至合适的水质，作为优选方案，所述低氨氮污水的水质特征为COD浓度为100-300mg/L，NH

根据本发明，优选地，在步骤S2中：

所述曝气处理的步骤包括通过所述控制装置控制所述空压机的启动和关闭，并控制所述气量调节阀的开度进而控制溶解氧浓度在0.1-0.5mg/L；

所述阈值为1.5-2.5mg/L；

所述曝气处理停止时，所述生化池内的水质特征为：TP<0.3mg/L，COD<30.0mg/L，TN<10mg/L；

所述排泥处理的步骤包括待所述短程硝化絮体污泥沉降后，通过所述控制装置控制所述排泥泵进行排泥。

本发明中，在所述曝气处理步骤中，污水中的主要污染物COD得到去除，部分氨氮(NH

所述控制装置通过对池内在线氨氮硝氮一体传感器探头和DO传感器探头的监测判断短程硝化和厌氧氨氧化反应的进行程度，当氨氮(NH

根据本发明，优选地，步骤S3的进水的上升流速不超过1.5m/h；由所述控制装置根据现场实际情况设定合适的换水比，优选地，换水比为30％-70％。

本发明中，在步骤S3中，所述生化池底部进水的同时，所述生化池顶部出水，节省了换水时间。

根据本发明，优选地，在步骤S4中，所述水力混合处理的步骤包括通过所述控制装置控制所述水力混合器水泵将所述生化池内的溶液抽至所述生化池底部，并由所述水力混合装置总管和所述多个水力混合装置分管喷出至所述生化池内；所述水力混合处理的时间为1-2h。

本发明中，在步骤S4中，所述步骤S3进水和排水结束后，所述控制装置控制所述水力混合装置工作，所述生化池内处于厌氧状态，聚磷菌释磷的同时大量繁殖，且由于反硝化的进行总氮进一步降低。

本发明中，所述升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统及污水处理方法不仅可以应用于序批式反应，还可以应用于连续流反应。不仅可以用于实际工程中处理污水，也可以作为一种颗粒污泥(包括短程硝化颗粒污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥)培养装置和厌氧氨氧化菌种持留及培养装置单独运行。

以下通过实施例进一步说明本发明。

所述的厌氧氨氧化生物膜填料和所述短程硝化絮体污泥均来源于污泥消化液一体化厌氧氨氧化示范工程。

实施例1

本实施例提供一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统，如图1、图2、图3所示，该系统包括：升流式布水子系统、生化子系统和监测控制子系统；

所述升流式布水子系统包括：进水箱(未示出)，进水泵1，进水管路2和升流式布水装置3；所述升流式布水装置3包括布水总管，水平布水分管和竖直布水分管12；所述水平布水分管为多个，所述多个水平布水分管分别垂直设置于所述布水总管上，并与所述布水总管连通，每个水平布水分管下部均连通有多个竖直布水分管12；所述进水箱、所述进水泵1、所述进水管路2、所述布水总管依次连接；

所述生化子系统包括：生化池8、短程硝化絮体污泥、厌氧氨氧化生物膜、曝气器10、固定化生物填料支架9、空压机7、气量调节阀16、水力混合装置、出水堰14和排泥泵5；所述多个竖直布水分管12下端均靠近所述生化池8底部；所述短程硝化絮体污泥和所述固定化生物填料支架9均设置于所述生化池8内，所述固定化生物填料支架9上盛放有所述厌氧氨氧化生物膜；所述曝气器10和所述水力混合装置均设置于所述生化池8底部；所述水力混合装置包括水力混合装置总管13、多个水力混合装置分管11、混合器管路4和水力混合器水泵6，所述多个水力混合装置分管11分别垂直设置于所述水力混合装置上，并分别与所述水力混合装置总管13连通，每个水力混合装置分管11均为穿孔进水管；所述生化池8的其中一面池壁的上部或中部、所述混合器管路4、水力混合器水泵6、水力混合装置总管13依次连通；所述出水堰14设置于所述生化池8的池壁顶部；所述排泥泵5与所述生化池8的另一面池壁连通；

所述监测控制子系统包括控制装置(未示出)和在线监测探头15；所述在线监测探头15设置于所述生化池8上部，所述控制装置用于控制所述系统的连锁反应。

其中，所述空压机设置于所述生化池外部，所述曝气器、所述气量调节阀、所述空压机依次连接。所述在线监测探头包括在线氨氮硝氮一体传感器探头和DO传感器探头；所述控制装置为PLC控制装置。

实施例2

本实施例提供一种升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化污水处理方法，采用实施例1所述的升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统，如图1、图2、图3所示，该方法包括如下步骤：

S1：向所述生化池8接种所述短程硝化絮体污泥和所述厌氧氨氧化生物膜，将污水由所述进水泵1从所述进水箱提升至所述升流式布水装置3，进行进水；

S2：进水结束后，进行曝气处理，当氨氮浓度降至阈值时，停止所述曝气处理，进行排泥处理并维持所述短程硝化絮体污泥浓度不变；

S3：重复步骤S1的进水过程，同时，所述生化池8顶部的出水通过所述出水堰14排出所述系统；

S4：所述步骤S3进水和排水结束后，进行水力混合处理；所述水力混合处理结束后，重复步骤S2-S4，直至出水水质达到排放标准。

在步骤S1中：

所述短程硝化絮体污泥浓度为3500mg/L，所述厌氧氨氧化生物膜浓度为7000mg/L，所述厌氧氨氧化生物膜的填充比为30％；步骤S1的进水的上升流速不超过1.5m/h。

所述污水为低氨氮城市污水，所述低氨氮城市污水为北京高碑店污水处理厂初沉池出水，其水质特征如表1所示。

表1所述低氨氮城市污水水质

在步骤S2中：

所述曝气处理的步骤包括通过所述控制装置控制所述空压机7的启动和关闭，并控制所述气量调节阀16的开度进而控制溶解氧浓度在0.1-0.5mg/L；

所述阈值为2mg/L；

所述曝气处理停止时，所述生化池内的水质特征为：TP<0.3mg/L，COD<30.0mg/L，TN<10mg/L；

所述排泥处理的步骤包括待所述短程硝化絮体污泥沉降后，通过所述控制装置控制所述排泥泵5进行排泥。

步骤S3的进水的上升流速不超过1.5m/h，换水比为30％-70％。

在步骤S4中，所述水力混合处理的步骤包括通过所述控制装置控制所述水力混合器水泵6将所述生化池8内的溶液抽至所述生化池8底部，并由所述水力混合装置总管13和所述多个水力混合装置分管11喷出至所述生化池8内；所述水力混合处理的时间为1-2h。

所述升流式污水强化生物除磷耦合厌氧氨氧化脱氮一体化系统长期处于高效、稳定的运行状态，所述低氨氮城市污水经本发明实施例所述方法处理后的出水水质的特征为COD浓度为20.2-42.5mg/L，TP浓度为0.15-0.30mg/L，NH

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。