CN105366888B - 一种用于小流量污水深度脱氮除磷的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于小流量污水深度脱氮除磷的方法与装置。其方法包括如下步骤：污水首先通过连续流的方式进入交替区，曝气与搅拌交替运行，在同一个池子中实现对氮和磷的去除；处理后的污水接着进入反应池的充氧区，进一步去除BOD、氨氮和总磷；随后污水进入沉淀池进行泥水分离。本发明通过曝气/搅拌交替运行，在同一个池子中实现硝化反硝化和释磷聚磷，无需泥水内循环泵，方法简单，且能充分地利用有机碳，对氮磷的去除效率高；采用间歇曝气，能提高曝气效率，减少曝气能耗；充分利用硝酸盐作为电子受体，系统需氧量减少，处理能耗低；出水水质稳定，无氨氮和磷酸盐累积；借助曝气产生的气提效益，实现污泥回流，无需污泥回流泵，且污泥回流量大，系统能维持更高的污泥浓度，反应器体积减小。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体地，涉及一种用于小流量污水深度脱氮除磷的方法及装置。
背景技术
我国虽建了大量的集中式城市污水处理厂，但乡镇和农村的污水处理率仍低于20%。针对农村污水，适合采用分散式的污水处理办法，以降低污水管网建设成本。在农村等小流量污水处理中，由于缺乏专业的管理人员，传统的脱氮除磷新方法，如A2O等，由于方法复杂，管理难度高，难以推广使用。此外，传统方法中，由于硝化液回流受限，而且对有机碳的利用不充分，脱氮除磷的效果并不好。当前被广泛研究的新型脱氮方法，如ANAMMOX和短程硝化反硝化，由于运行条件苛刻，难以大面积应用于氨氮浓度不高，水质水量变化大，且对出水水质要求不断提高的生活污水处理。膜生物反应器膜成本高、运行管理复杂，目前仍未大面积用于生活污水处理与排放。因此，急需一种新型、简易的，用于小流量污水处理的脱氮除磷的新方法及装置。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种用于小流量污水深度脱氮除磷的方法及装置，处理能耗低，处理效果好，无需泥水内循环泵也无需污泥回流泵，特别适合用于小流量污水处理。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种小流量污水深度脱氮除磷装置，包括反应池、沉淀池和控制装置，所述反应池设有隔板，以将所述反应池分为底部连通的曝气/搅拌交替区和充氧区；所述曝气/搅拌交替区设有第一曝气装置和搅拌装置，所述充氧区设有第二曝气装置，所述控制装置分别与所述第一曝气装置、搅拌装置和第二曝气装置连接，并控制第一曝气装置、搅拌装置交替运行；所述沉淀池的底部通过污泥回流通道与所述曝气/搅拌交替区的底部连通，所述充氧区通过沉淀池进水通道与所述沉淀池连通；所述污泥回流通道与设于曝气/搅拌交替区的曝气回流管连通，所述曝气回流管内设有曝气头；所述曝气回流管设有回流污泥出口，所述回流污泥出口的高度略低于反应池液面。
通过控制装置，控制曝气/搅拌交替区中的搅拌装置和曝气装置交替运行，在同一个池子中实现硝化反应和反硝化反应，以及释磷聚磷效应，无需泥水内循环泵，打破了传统工艺中硝化液回流受限和对有机碳利用不充分的问题，简化了工艺流程，对氮磷的去除效率更高，效果更好；反硝化反应更彻底，充分利用硝酸盐作为电子受体，减少需氧量；采用间歇曝气，更利用氧传质，降低曝气能耗。借助曝气回流管内的曝气头，其在曝气过程中具有水流提升效益，将沉淀池中下沉的污泥通过污泥回流通道及曝气回流管，回流至曝气/搅拌交替区，无需污泥回流泵，实现低能耗、高流量污泥回流，且污泥回流比高，系统中维持的污泥浓度高，反应器体积小；所述回流污泥出口的高度略低于反应池液面的设计，可以避免曝气头在曝气过程中，可能对曝气/搅拌交替区中反硝化产生的负面影响。
优选地，所述沉淀池进水通道设有沉淀池进水口，所述沉淀池进水口位于所述充氧区的中部，所述充氧区通过所述沉淀池进水口与所述沉淀池进水通道连通，所述沉淀池进水通道的一端设有气泡释放口，所述沉淀池进水通道的另一端与所述沉淀池连通。在充氧区的泥水混合物，利用重力，从位于充氧区中部的沉淀进水口经由沉淀池进水通道，进入到沉淀池。
优选地，所述沉淀池设有沉淀池出口堰。泥水混合物通过沉淀池释水口进入沉淀池后，在沉淀池中，污泥下沉，清水上流，从沉淀池出口堰流出。
优选地，所述第一曝气装置包括第一曝气管和第一鼓风机，所述第一曝气管与第一鼓风机连接。
优选地，所述第二曝气装置包括第二曝气管和第二鼓风机，所述第二曝气管与第二鼓风机连接。
优选地，所述曝气头与所述第二鼓风机连接。由于充氧区处于持续供气的状态，即第二鼓风机持续工作，因此将曝气头与第二鼓风机连接，可以使曝气头处于持续工作状态，使污泥循环得以持续。
优选地，所述沉淀池的底部呈漏斗状。漏斗状的沉淀池底部，能使污泥更好的进入污泥回流通道，回流至曝气/搅拌交替区。
优选地，所述曝气/搅拌交替区与所述充氧区的容积比为10:1到5:1。
一种用于小流量污水深度脱氮除磷的方法，采用所述的污水深度脱氮除磷装置进行，污水首先经过交替曝气/搅拌，完成硝化与反硝化，去除氨氮和总氮，完成释磷聚磷，富集聚磷菌，然后污水再经过好氧曝气，进一步去除BOD、氨氮和总磷，随后污水进入沉淀池利用重力进行泥水分离，清水从上部排出，污泥从底部回流。
具体包括如下步骤：
S1、交替区处于曝气阶段：污水通过连续流的方式进入曝气/搅拌交替区，当交替区处于曝气阶段时，交替区内处于好氧状态，氨氮被氧化成硝酸盐，BOD被氧化；聚磷菌吸收游离性磷酸盐，实现氨氮、有机质、总磷的去除；
S2、交替区处于搅拌阶段：当曝气刚停滞后，由于好像阶段留下的硝酸盐浓度高，交替区处于缺氧状态，反硝化菌利用污水中的溶解性易降解有机质作为电子供体，硝酸盐被还原成氮气，从而去除总氮。随着硝酸盐的去除，该区由缺氧变成厌氧状态，聚磷菌将体内的有机磷转化为无机磷并加以释放，并利用此过程产生的能量吸收污水中乙酸等易降解有机质以合成PHB，贮存在体内作为碳源，为下一阶段好氧吸磷做好准备。由于稀释的作用，当交替区处于搅拌阶段时，BOD和氨氮在该区的累积不明显，少量累积的BOD和氨氮将在后续的充氧区中去除；
步骤S1和S2，在反应池的曝气/搅拌交替区交替进行，使得污水可以在同一个池子中实现硝化反硝化，去除总氮，通过释磷聚磷去除总磷，打破了传统工艺中硝化液回流受限，和对有机碳利用不充分的问题。
S3、充氧区：充氧区始终处于好氧状态，氨氮被氧化成硝酸盐，BOD被氧化；聚磷菌吸收游离性磷酸盐，实现对氨氮、有机质、总磷的进一步去除；
S4、泥水分离：充氧区处理后的污水，利用重力进入沉淀池进行泥水分离，清水不断从沉淀池的上部排出，污泥从沉淀池的污泥回流通道回流至反应池的曝气/搅拌交替区。
本发明所述的污水为生活污水、餐饮废水等易生物降解的有机废水。本发明所述装置的处理能力为500吨/天或以下。
本发明所述交替区中，曝气与搅拌交替进行，每次进行曝气或搅拌的时间为0.5~2小时。
优选地，交替区中，每次曝气与搅拌的时间相等。
本发明中，在充氧区及交替区的曝气阶段，优选溶解氧控制在1.0-2.0 毫克/升。
本发明中，根据进水浓度选择水力停留时间，优选地，当处理常规生活污水时，交替区的水力停留时间在10小时左右，充氧区的水力停留时间在2小时左右。
本发明中，污泥龄一般控制在12天以上，温度降低，则提高污泥龄。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所提供的用于小流量污水处理的污水深度脱氮除磷方法及装置，通过曝气/搅拌交替运行，在同一个池子中实现硝化反硝化，释磷聚磷，无需泥水内循环泵，方法简单，且能充分地利用有机碳，对氮磷的去除效率高；采用间歇曝气，能提高曝气效率，减少曝气能耗；充分利用硝酸盐作为电子受体，系统需氧量减少，处理能耗低；充氧区能保证出水水质稳定，无氨氮和磷酸盐累积；在污泥回流通道中设置曝气头，借助曝气过程本身具有的泥水提升效益，无需污泥回流泵，并实现大流量污泥回流，减少污泥回流能耗并能维持更高的污泥浓度，减少反应器体积。
附图说明
图1为用于小流量污水深度脱氮除磷的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
本发明中，所述的污泥为活性污泥，其中含有常规用于污水处理的好氧异养菌、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌。
实施例1
图1为本发明的一种用于小流量污水深度脱氮除磷的装置的结构示意图。如图1所示，一种用于小流量污水深度脱氮除磷的装置，包括反应池、沉淀池3和控制装置4，反应池设有隔板8，以将反应池分为底部连通的曝气/搅拌交替区1和充氧区2，沉淀池3的底部为漏斗状，底部设有沉淀池泥斗17，沉淀池3的上部设有沉淀池出口堰15；曝气/搅拌交替区1设有第一曝气装置和搅拌装置6，充氧区2设有第二曝气装置，控制装置4分别与第一曝气装置、搅拌装置6和第二曝气装置连接；第一曝气装置包括相互连接的第一曝气管7和第一鼓风机23，第二曝气装置包括相互连接的第二曝气管10和第二鼓风机21；充氧区2通过沉淀池进水通道25与沉淀池3连通，沉淀池进水通道25设有沉淀池进水口12，沉淀池进水口12位于充氧区2的中部，充氧区2通过沉淀池进水口12与沉淀池进水通道25连通，沉淀池进水通道25的一端设有气泡释放口13，气泡释放口13的水平高度高于反应池的液位24的高度，沉淀池进水通道25的另一端设有沉淀池释水口14，沉淀池进水通道25通过沉淀池释水口14与沉淀池3连通；沉淀池3的底部通过污泥回流通道18与曝气/搅拌交替区1的底部连通，曝气/搅拌交替区1的底部设有曝气回流管26，曝气回流管26与所述污泥回流通道18连通，曝气回流管26的上端设有回流污泥出口20，回流污泥出口20位于反应池的液位24附近，曝气回流管26的下端设有曝气头19，曝气头19与第二鼓风机21连接。
所述曝气/搅拌交替区1与所述充氧区2的容积比为10:1到5:1。
利用上述污水深度脱氮除磷的装置进行小流量污水深度脱氮除磷的方法，具体过程如下：
第一，交替区处于曝气阶段，进行硝化、BOD氧化和聚磷：原污水通过重力流或泵抽经由进水通道5连续进入曝气/搅拌交替区1。曝气/搅拌交替区1的曝气由第一鼓风机23提供。当第一鼓风机23处于工作状态时，搅拌器6停滞工作，该区处于好氧状态。氨氮被氧化成硝酸盐，即硝化反应，从而去除氨氮；BOD被氧化掉，从而去除有机质；聚磷菌氧化内存储有机质产能并吸收游离性磷酸盐，即聚磷，从而去除总磷。
第二，交替区处于搅拌阶段，进行反硝化、释磷：停滞第一鼓风机23，启动曝气/搅拌交替区1的搅拌装置6，此时该区处于缺氧状态。以BOD作为电子供体，硝酸盐被还原成氮气，即反硝化反应，同时去除BOD和总氮。随着第二步反硝化处理，曝气/搅拌交替区1中硝酸盐浓度变低，当硝酸盐浓度较低时，该区处于厌氧状态，聚磷菌进行释磷。处于厌氧状态时，聚磷菌将体内的有机磷转化为无机磷并加以释放，并利用此过程产生的能量吸收污水中乙酸等易降解有机质以合成PHB，贮存在体内作为碳源，为下一阶段的好氧聚磷作准备。
第三，充氧区内进一步去除BOD、氨氮和总磷：曝气/搅拌交替区1中的污水，通过水流通道9进入充氧区2。充氧区2的第二曝气管10一直处于曝气状态，其曝气由第二鼓风机21提供。在好氧状态下，聚磷菌将PHB降解以提供摄磷所需能量，进行超量吸磷，从而完成聚磷过程，去除水中总磷；由于稀释的作用，曝气/搅拌交替区1中的BOD和氨氮在该区的累积不明显，少量累积的BOD和氨氮在充氧区2中利用第二曝气管10的曝气去除。
第四，泥水分离：充氧区2中的泥水混合物经过位于反应池中部的沉淀池进水口12，从沉淀池释水口14进入沉淀池3。在沉淀池3中，污泥下沉，清水上流，上流的清水从沉淀池出口堰15经由出水通道16流出，而沉淀下来的污泥则进入沉淀池泥斗17。当由第二鼓风机21供气的曝气头19启动时，形成气提效益，沉淀池泥斗17中的污泥经过污泥回流通道18、曝气回流管26和回流污泥出口20，重新进入曝气/搅拌交替区1。
本发明首先通过曝气/搅拌交替运行，在同一个池子中实现硝化反硝化，释磷聚磷，无需泥水内循环泵，方法简单，且能充分地利用有机碳，对氮磷的去除效率高；采用间歇曝气，能提高曝气效率，减少曝气能耗；充分利用硝酸盐作为电子受体，系统需氧量减少，处理能耗低；充氧区能保证出水水质稳定，无氨氮和磷酸盐累积；在污泥回流通道中设置曝气头，借助曝气过程本身具有的泥水提升效益，无需污泥回流泵，并实现大流量污泥回流，减少污泥回流能耗，并且系统能维持更高的污泥浓度，减小反应器体积。
实施例2
利用本实施例1所述装置进行对生活污水进行深度脱氮除磷的示例。采用常规生活污水，处理水量约50吨/天。进水水质特征：COD ~ 350 毫克/升，TSS~150毫克/升，TN~29毫克/升，氨氮~18毫克/升，TP~3.8毫克/升。控制参数：交替区控制每次曝气1小时，然后搅拌1小时，曝气时，溶解氧控制在2毫克/L左右，交替区的水力停留时间在10小时左右，充氧区的水力停留时间在2小时左右，水温约20度。
待系统稳定后，经过为期1月的追踪测试，出水污染物的平均浓度为：COD~25毫克/升，TSS~9.4毫克/升，TN~8.2毫克/升，氨氮~0.2毫克/升，TP~0.4毫克/升，出水水质全面达到我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中一级A标准。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种小流量污水深度脱氮除磷装置，包括反应池、沉淀池（3）和控制装置（4），其特征在于，所述反应池设有隔板（8），以将所述反应池分为底部连通的曝气/搅拌交替区（1）和充氧区（2）；所述曝气/搅拌交替区（1）设有第一曝气装置和搅拌装置（6），所述充氧区（2）设有第二曝气装置，所述控制装置（4）分别与所述第一曝气装置、搅拌装置（6）和第二曝气装置连接，并控制第一曝气装置、搅拌装置（6）交替运行；所述沉淀池（3）的底部通过污泥回流通道（18）与所述曝气/搅拌交替区（1）的底部连通，所述充氧区（2）通过沉淀池进水通道（25）与所述沉淀池（3）连通，所述沉淀池进水通道（25）设有沉淀池进水口（12），所述沉淀池进水口（12）位于所述充氧区（2）的中部，所述充氧区（2）通过所述沉淀池进水口（12）与所述沉淀池进水通道（25）连通，所述沉淀池进水通道（25）的一端设有气泡释放口（13），所述沉淀池进水通道（25）的另一端与所述沉淀池（3）连通；所述污泥回流通道（18）与设于曝气/搅拌交替区（1）的曝气回流管（26）连通，所述曝气回流管（26）内设有曝气头（19）；所述曝气回流管（26）设有回流污泥出口（20），所述回流污泥出口（20）的高度略低于反应池液面。
2.如权利要求1所述的小流量污水深度脱氮除磷装置，其特征在于，所述沉淀池（3）设有沉淀池出口堰（15）。
3.如权利要求1所述的小流量污水深度脱氮除磷装置，其特征在于，所述第一曝气装置包括第一曝气管（7）和第一鼓风机（23），所述第一曝气管（7）与第一鼓风机（23）连接。
4.如权利要求1所述的小流量污水深度脱氮除磷装置，其特征在于，所述第二曝气装置包括第二曝气管（10）和第二鼓风机（21），所述第二曝气管（10）与第二鼓风机连接（21）。
5.如权利要求4所述的小流量污水深度脱氮除磷装置，其特征在于，所述曝气头（19）与所述第二鼓风机连接（21）。
6.如权利要求1所述的小流量污水深度脱氮除磷装置，其特征在于，所述沉淀池（3）的底部呈漏斗状。
7.如权利要求1所述的小流量污水深度脱氮除磷装置，其特征在于，所述曝气/搅拌交替区（1）与所述充氧区（2）的容积比为5:1到10:1。
8.一种用于小流量污水深度脱氮除磷的方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任意一项所述的污水深度脱氮除磷装置进行，包括如下步骤：
S1、交替区处于曝气阶段：污水通过连续流的方式进入曝气/搅拌交替区，当交替区处于曝气阶段时，交替区处于好氧状态，氨氮被氧化成硝酸盐，BOD被氧化；聚磷菌吸收游离性磷酸盐，实现对氨氮、有机质、总磷的去除；
S2、交替区处于搅拌阶段：当交替区处于搅拌阶段时，交替区一开始处于缺氧状态，反硝化菌以BOD作为电子供体，将硝酸盐还原成氮气，去除总氮；当硝酸盐耗尽后，该区处于厌氧状态，聚磷菌吸收并储存小分子有机质，为后续好氧阶段吸磷做好准备；
S3、充氧区：充氧区始终处于好氧状态，氨氮被氧化成硝酸盐，BOD被氧化；聚磷菌吸收游离性磷酸盐，实现氨氮、有机质、总磷的进一步去除；
S4、泥水分离：充氧区处理后的污水进入沉淀池进行泥水分离，清水不断从沉淀池的上部排出，污泥从沉淀池的污泥回流通道回流至反应池的曝气/搅拌交替区。
9.如权利要求8所述用于小流量污水深度脱氮除磷的方法，其特征在于，曝气/搅拌交替区中，每次进行曝气或搅拌的时间为0.5~2小时；
在充氧区及交替区的曝气阶段，溶解氧控制在1.0~2.0 毫克/升。
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