CN101244883B

CN101244883B - 一种城市污水高效低耗再生处理方法

Info

Publication number: CN101244883B
Application number: CN2008101023912A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 张�杰; 王俊安
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: CN101244883A

Abstract

一种城市污水高效低耗再生处理方法属于城市污水处理与资源化领域。本发明的目的在于解决现有技术中的除磷脱氮效果差的问题。本发明是通过将经预处理的污水生物除磷同时去除有机物后再经生物自养脱氮，而实现污水再生处理。其中，生物自养脱氮可通过6种方式实现：生物除磷后的污水①进入亚硝酸化生物滤池后，再进入ANAMMOX活性污泥反应器；②进入亚硝酸化活性污泥反应器后再进入ANAMMOX生物滤池；③进入亚硝酸化生物滤池后，再进入ANAMMOX生物滤池；④进入亚硝酸化活性污泥反应器后再进入ANAMMOX活性污泥反应器；⑤进入单段生物滤池反应器；⑥单段活性污泥反应器。本发明具有污水处理效果佳，成本低等优点。

Description

一种城市污水高效低耗再生处理方法

技术领域

本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及专用于常温条件下城市污水的高效率低能耗再生处理的方法。

背景技术

目前，水污染的关键在于因磷氮超标而引起的水体富营养化问题，因此，无论是新建污水再生水厂还是已有污水厂都面临着污水深度除磷脱氮的迫切要求。对于生物除磷脱氮系统，由于除磷菌和脱氮菌在生物学上存在矛盾和竞争，主要表现为对溶解氧、泥龄需求的不同和对碳源的争夺。当除磷效果好时，脱氮效果则较差，反之亦然，这就使得简单串联的除磷脱氮系统(如氧化沟、SBR和A²O等工艺)很难同时取得满意的除磷脱氮效果。

国际上普遍认可的生物除磷理论是聚合磷酸盐累积微生物(poly-phosphate accumulating microorganisms，简称聚磷菌，PAOs)的厌氧释磷/好氧吸磷原理。结合除磷菌的代谢规律，张杰院士提出了典型的厌氧/好氧活性污泥法，它可以在不增加传统活性污泥法污水厂投资和运行费用的条件下，达到深度除磷并去除有机物的目的。该方法目前已经在大连等城市污水再生回用工程中得到了应用，实践表明，厌氧/好氧活性污泥法同传统的活性污泥法比较，具有反应器小、除磷效果好、污泥沉降性能好(可杀死丝状菌)、不增加基建投资(可在原有工艺基础上稍作改造)和运行简单等优点。因此，厌氧/好氧活性污泥法除磷技术可被视为城市污水生化处理的首选方案。

传统的硝化/反硝化生物脱氮技术自身具有能耗和物耗高的特点，而目前城市生活污水C/N的比例较低，生物脱氮处理所面临的最大问题是碳源不足，为达到满意的脱氮效果就必须额外投加碳源，从而导致污水处理的成本大大增加，此为制约污水处理与资源化的瓶颈。

短程硝化/反硝化(shortcut nitrification/denitrification)生物脱氮，是指通过控制反应条件(如温度、溶解氧和HRT等)，将NH₄ ⁺-N的硝化控制在NO₂ ^--N阶段，而后进行反硝化脱氮。

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，简称ANAMMOX)是基于新菌种建立的独特工艺，它是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO₂ ^--N(以短程硝化为基础)为电子受体，直接将NH₄ ⁺-N转化为N₂，在反应过程中不需要有机碳源即能实现自养脱氮，因此，ANAMMOX是一种比较有发展前景的生物自养脱氮技术。

目前，我国再生水的生产还是沿用发达国家的老路，即在城市污水厂二级出水的基础上，再串联组合深度除磷脱氮工艺，导致了现有的城市污水再生处理存在工艺流程长、单元搭配不合理、投资和运行费用高等问题，致使再生水的成本价格偏高，使再生水与自来水相比失去了经济上的优势，这是制约污水处理与资源化的瓶颈。当前，城市污水再生处理急需解决的主要问题是研发高效低耗的污染物去除关键技术，并在此基础上建立系统优化的城市污水再生全流程工艺，在确保出水水质稳定达到再生水回用标准的前提下，做到节能降耗。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种城市污水高效低耗再生处理方法。

本发明所提供的一种城市污水高效低耗再生处理方法，以城市污水为处理对象，将厌氧/好氧活性污泥法生物除磷与ANAMMOX生物自养脱氮工艺进行结合，组成厌氧·好氧-半亚硝化·厌氧氨氧化高效低耗型城市污水再生处理方法。具体步骤如下：

1)预处理：将污水引入格栅、沉砂池和初沉池，去除污水中的较大颗粒固体悬浮物；

2)生物除磷：将步骤1)中预处理过的污水送入厌氧/好氧池中，生物除磷的同时降解污水中的有机物，再将污水引入二沉池中进行沉淀；

3)生物自养脱氮：

A、将步骤2)中的出水引入亚硝化反应器，通过控制溶解氧(DO)为0.2～0.5mg/L和水力停留时间(HRT)4～6小时，将污水中的将氨氮控制在半亚硝酸化阶段，即将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-；

B、将亚硝化反应器中的出水再引入ANAMMOX反应器中，将污水中的NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气，完成生物自养脱氮后出水。

其中，步骤3)A中所述的亚硝化反应器为亚硝酸化生物滤池或亚硝酸化活性污泥反应器；步骤3)B中所述的ANAMMOX反应器为ANAMMOX生物滤池或ANAMMOX活性污泥反应器。

步骤3)中的生物自养脱氮步骤可通过以下六种方式来实现：

①当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化生物滤池中，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX活性污泥反应器中，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

其中，亚硝酸化生物滤池由池体、滤料、布水系统、布气系统和排水系统组成，形状为方形、矩形或圆形。污水经厌氧/好氧池生物除磷同时去除有机物处理后，水中有机物及杂质含量降低，污水经布水装置均匀撒布于滤料上，从上到下(或从下到上)流经滤料。在常温弱曝气的条件下，污水中约50％的氨氮被氨氧化细菌转化成亚硝酸盐氮，为后段的ANAMMOX活性污泥反应器提供适宜的进水。

亚硝酸化生物滤池的滤料可以是沙子、陶瓷、活性炭等无机材料，也可以是塑料、纤维、树脂等有机材料，形状为粒状、波纹板、蜂窝形等。可以选择一种滤料，以同一种密度均匀布置，或采用不同密度布置，也可以是多种滤料分层布置。可以通过控制滤层厚度的方式，或者在池壁不同位置开孔的方式，使滤层供氧充足均匀，从而控制亚硝化的反应程度。

②当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化活性污泥反应器中，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX生物滤池中，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

在常温条件下，前段亚硝酸化活性污泥反应器中的氨氧化细菌将约50％的氨氮氧化为亚硝酸盐氮后，出水进入后段ANAMMOX生物滤池。ANAMMOX生物滤池由池体、滤料、布水系统和排水系统组成，形状为方形、矩形或圆形。污水经半亚硝酸化处理后，达到ANAMMOX反应进水适宜的条件，污水经布水装置均匀撒布于滤料上，自上而下(或从下到上)流经滤料，在厌氧条件下ANAMMOX菌将污水中的氨氮和亚硝酸盐氮同时转化为氮气，从而实现污水的生物自养脱氮，使污水得到进一步净化。

ANAMMOX生物滤池的滤料可以是沙子、陶瓷、活性炭等无机材料，也可以是塑料、纤维、树脂等有机材料，形状为粒状、波纹板、蜂窝形等。可以选择一种滤料，以同一种密度均匀布置，或采用不同密度布置，也可以是多种滤料分层布置。

③当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化生物滤池中，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX生物滤池，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

通过两段生物滤池分别实现亚硝酸化与ANAMMOX，使氨氧化菌和ANAMMOX菌在两个生物滤池中分别连续培养，有利于减小系统中不利条件的干扰，提高细菌的反应活性，提高去除负荷和出水水质，提高生物滤池的滤速，减小反应器的体积。

④当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化活性污泥反应器，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX活性污泥反应器中，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

通过两段活性污泥反应器分别实现亚硝酸化与ANAMMOX，使氨氧化菌和ANAMMOX菌在两个活性污泥反应器中分别连续培养，有利于提高细菌的活性，提高去除负荷，缩短水力停留时间，减小反应器的体积。

ANAMMOX活性污泥反应器中的沉淀池部分可以接于ANAMMOX反应器的后段，也可与ANAMMOX反应器设为一体，通过搅拌机的搅拌使反应系统中污泥混匀。

⑤当完成步骤1)和2)之后，步骤2)中的出水直接进入单段生物滤池中，进行亚硝化和厌氧氨氧化反应，实现生物自养脱氮。

单段生物滤池由池体、滤料、布水系统、布气系统(前段曝气，后段不曝气)和排水系统组成，形状为方形、矩形或圆形。污水经厌氧/好氧池生物除磷同时去除有机物后，水中有机物及杂质含量降低，污水经布水装置均匀撒布于滤料上，自上而下(或自下而上)流经滤料。在前段，污水中的部分(约50％)氨氮先由氨氧化细菌在弱曝气状态下将其氧化为亚硝酸盐氮；在后段，在厌氧条件下ANAMMOX菌将污水中的氨氮和亚硝酸盐氮同时转化为氮气，从而实现污水的生物自养脱氮，使污水得到进一步净化。

单段生物滤池的滤料可以是沙子、陶瓷、活性炭等无机材料，也可以是塑料、纤维、树脂等有机材料，形状为粒状、波纹板、蜂窝形等。可以选择一种滤料，以同一种密度均匀布置，或采用不同密度布置，也可以是多种滤料分层布置。可以通过控制滤层厚度的方式，或者在池壁不同位置开孔的方式，使滤层前段供氧充足均匀，可以发生半亚硝化反应；而后段为厌氧区，可以达到ANAMMOX反应的目的。

根据污水水流方向与气流方向(包括充入的空气和系统中产生的氮气)的不同，单段生物滤池又可以分为以下两种：

a、污水从滤池上部向下流，空气从滤池中部自下而上曝气。

污水自上向下流经滤料，同时空气和系统中产生的氮气与水流方向相反，使水与气充分接触。当系统运行一段时间后，随着生物量和滤层截留的杂质的增多，水头损失增大，需要进行反冲洗。反冲洗时可以采用气水反冲的方式。

b、污水和空气都从滤池下部流入，方向自下而上。

污水从下部进入单段生物滤池系统，同时空气通过曝气管在底部曝气，水流和气流方向相同，自下而上流经滤料，在此进行氨氮的亚硝化反应，沿滤层自下而上，氧气逐渐被微生物所消耗，进入缺氧状态，从而可以进行ANAMMOX反应。

气水同向流，可以均匀布气布水，同时可避免截留的悬浮物聚集。反冲洗时采用气水联合反冲洗。

⑥当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水引入单段活性污泥反应器中，进行亚硝化和厌氧氨氧化反应，实现生物自养脱氮。

单段活性污泥反应器中同时存在氨氧化细菌和ANAMMOX细菌，这两种细菌为系统中存在的优势菌群。通过控制系统中的DO和水力停留时间，进水中的部分(约50％)氨氮被氨氧化菌氧化为亚硝酸盐氮，同时亚硝酸盐氮与剩余的氨氮被ANAMMOX菌转化为氮气，排出系统，从而实现单段活性污泥系统的生物自养脱氮。系统中的优势菌氨氧化细菌和ANAMMOX菌都为自养菌，因此，系统中无需外加碳源，曝气量少，污泥产量较低，从而使系统操作简单，运行成本低。

单段活性污泥反应器中的沉淀池部分可以接于反应池的后段，也可与反应系统设为一体，这样可以省去污泥回流装置，简化反应系统。单段活性污泥系统中安装有搅拌机，通过搅拌使反应系统中污泥混匀。

与现有城市污水处理方法相比较，本发明具有以下有益效果：

1)本发明方法将除磷和脱氮分为前后两个单元，前段利用厌氧/好氧典型活性污泥法，在与传统的活性污泥相比不增加基建费用和运行费用的前提下，进行生物除磷，并同步将80％以上的有机物降解，出水水质C/N比较低，恰符合后段的以自养菌代谢为主的短程硝化和厌氧氨氧化生化反应。

2)本发明方法的建设费用比传统A²O相关系列方法生化深度净化的污水再生系统省20％，运行费用省30％，再生水成本减少20％之上，这就大大降低了城市污水再生处理的成本费用，加快污水资源化的进程，为缓解和解决水危机提供技术支撑。

附图说明

图1、本发明城市污水高效低耗再生处理工艺流程示意图。

以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

具体实施方式

实施例

所处理的城市污水水质如下：COD＝220～500mg/L，BOD₅＝120～220mg/L，SS≤200mg/L，NH₄ ⁺-N＝55～85mg/L，NO₂ ^--N＜0.25mg/L，NO₃ ^--N＜1.5mg/L，TP＝3.5～8.0mg/L，PH＝7.0～8.5。

处理后的出水水质如下：COD＜50mg/L，去除率90％以上；BOD₅＜10mg/L，去除率95％以上；SS＜10mg/L，去除率95％以上；NH₄ ⁺-N＜5mg/L，去除率95％以上；TN≤15mg/L，去除率90％以上；TP≤0.5mg/L，去除率90％以上；PH＝7.5～9.0。

具体处理如下：

1)预处理：将城市污水引入格栅、沉砂池和沉淀池，主要去除污水中的较大颗粒固体悬浮物，出水进入调节水箱；

2)生物除磷：将经过预处理的城市污水引入厌氧/好氧池中，厌氧段与好氧段的体积比为1∶2.3，总水力停留时间为4～6小时，污泥回流比60％～120％，厌氧段DO＜0.5mg/L，好氧段DO＝1.5～2.5mg/L，厌氧/好氧池中生物除磷的同时降解大部分有机物，污水中的氨氮尚没有发生硝化反应，出水C/N比较低，恰好作为后面生物自养脱氮单元的进水；再将出水引入二沉池中进行沉淀；

3)生物自养脱氮：

A、将步骤2)中的出水引入亚硝酸化活性污泥反应器，通过控制DO＜0.5mg/L，HRT＝4～6小时，将污水中约50％的氨氮转化为亚硝酸盐氮；

B、将亚硝酸化活性污泥反应器的出水引入ANAMMOX生物滤池中，剩余氨氮和亚硝酸盐氮在厌氧条件下由ANAMMOX菌代谢生成氮气，排除系统，实现城市污水中氮素的深度去除，出水水质优于一级A排放水质标准，满足再生水用户的要求。

Claims

1.一种城市污水高效低耗再生处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预处理：将污水引入格栅、沉砂池和初沉池，去除污水中的颗粒悬浮物；

3)生物自养脱氮：

A、将步骤2)中的出水引入亚硝化反应器中，通过控制D0为0.2～0.5mg/L和HRT 3～5小时，将污水中的NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^--N；

B、将亚硝化反应器中的出水引入ANAMMOX反应器中，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气后出水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)A中所述的亚硝化反应器为亚硝酸化生物滤池或亚硝酸化活性污泥反应器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)B中所述的ANAMMOX反应器为ANAMMOX生物滤池或ANAMMOX活性污泥反应器。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化生物滤池中，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX活性污泥反应器，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化活性污泥反应器，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX生物滤池，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

6.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化生物滤池中，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX生物滤池，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水在步骤3)A中引入亚硝酸化活性污泥反应器中，将NH₄ ⁺-N部分转化为NO₂ ^-后，再引入步骤B中的ANAMMOX活性污泥反应器，将NO₂ ^-和剩余NH₄ ⁺-N转化为氮气。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水直接引入单段生物滤池中，进行亚硝化和厌氧氨氧化反应，实现生物自养脱氮；

单段生物滤池由池体、滤料、布水系统、布气系统和排水系统组成，布气系统前段曝气，后段不曝气，形状为方形、矩形或圆形。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当完成步骤1)和2)之后，将步骤2)中的出水直接引入单段活性污泥反应器中，进行亚硝化和厌氧氨氧化反应，实现生物自养脱氮；

单段活性污泥反应器中同时存在氨氧化细菌和ANAMMOX细菌；通过控制系统中的D0和水力停留时间，进水中的部分氨氮被氨氧化菌氧化为亚硝酸盐氮，同时亚硝酸盐氮与剩余的氨氮被ANAMMOX菌转化为氮气，排出系统，从而实现单段活性污泥系统的生物自养脱氮。