2012 年申请公开的一种生化法污水生物处理技术，解决低浓度废水处理难题

2012 年申请公开的一种生化法污水生物处理技术，解决低浓度废水处理难题

申请日期为 2012 年 5 月 8 日

出版（公告）日期 2012.09.26

IPC 分类号 C02F9/14

总结

：

一种高效同步反硝化除磷处理低浓度废水的方法，属于生化污水生物处理技术领域。针对传统A/O工艺处理该类污水存在污染物浓度低、进水C/N低、碳源利用率低、同步反硝除磷效果差、能耗高等缺点，本发明将传统的A/O工艺与分段进水技术相结合， 并通过在 A/O 过程的缺氧段上增加隔墙，成为预缺氧段和厌氧段，污泥流回预缺氧反硝化段;硝化阶段改进为缺氧/好氧交替运行模式，原水点转移到每个缺氧和厌氧段。通过控制四点进水流比，控制第一好氧段的DO为1.5-2mg/L，控制第二好氧段和第三好氧段的DO为1.0-1.5mg/L，使低浓度城市污水进水碳源的有效利用率达到77%，出水达到一级A排放标准。

索赔

1.一种高效同步反硝除磷处理低浓度废水的方法，其应用特点是：改进的A/O四点分段进水高效同步反硝化除磷装置;

本装置包括：依次连接的污水池、预缺氧反应器、厌氧反应器、第一级好氧反应器、第二级缺氧反应器、第二级好氧反应器、第三级缺氧反应器、第三级好氧反应器及沉淀池、预厌氧反应器、厌氧反应器、第一级好氧反应器、第二级缺氧反应器、第二级好氧反应器、第三级缺氧反应器由设置有的隔板连通通信管道;污水水箱分别通过四台泵与预缺氧反应器、厌氧反应器、第二级缺氧反应器和第三级缺氧反应器连接，预缺氧反应器、厌氧反应器、第二级缺氧反应器和第三级缺氧反应器均安装搅拌器;预缺氧反应器的污泥回流管道通过回流污泥控制阀和污泥回流泵从沉淀池底部返回;每个好氧反应器底部设有砂头曝气器，空压机通过气体流量计、空气调节阀与砂头曝气器连通，砂头曝气器、空气调节阀、气体流量计和空压机共同组成曝气系统;每个好氧反应器都配有溶解氧浓度监测和控制仪表;

该方法包括以下步骤：

（1）快速启动阶段：从奥巴尔氧化沟内沟取活性污泥混合物，沉淀后倒出上清液，注入预缺氧反应器、厌氧反应器、第一级好氧反应器、第二级缺氧反应器、第二级好氧反应器、第三级缺氧反应器、第三级好氧反应器和沉淀池， 接种后，通过增减反应器内沉淀污泥或上清液来控制反应器内混合液泥的浓度 MLSS=4000-/L;启动进水泵注入城市生活污水连续运行，同时打开搅拌器，以及污泥回流泵和污泥控制阀;然后启动曝气系统，在各好氧反应器中进行氨氮的硝化反应，保持溶解氧DO=2-3mg/L，开始连续运行;根据从低负荷Q=37L/d驯化到正常负荷Q=185L/d的运行方式，并以20%-30%的梯度逐渐增加，在每组负荷下，通过调整曝气量的大小，控制氨硝化率75%以上，即可将氨硝化率转移到下一组负荷运行， 并且每天打开控制阀将控制系统的污泥排出，持续10-15天，使硝化细菌、多磷酸盐细菌、异养细菌大量繁殖和生长，逐渐成为该系统的优势物种;运行10-15 d后，二沉池出水SS小于15mg/L，氨氮硝化效果维持在90%以上，出水NH4+-N

（2）连续运行：当改进后的A/O四点分段进水高效同步脱硝除磷工艺启动时，将生活污水分为四点，按20%：35%：35%：10%的比例通过各段进水泵依次进入预缺氧反应器、厌氧反应器、第二级缺氧反应器和第三级缺氧反应器， 同时，沉淀池中的污泥由污泥回流泵按照 50%-100% 的回流比提升至预缺氧反应器，通过排放剩余的污泥，将污泥龄控制在 10-15 天;

（3）优化控制：维持好氧反应器第一级末端的DO为1.5-2mg/L，第二级好氧反应器和第三级好氧反应器的末端DO为1-1.5mg/L，当系统出水达到甚至超过一级A排放标准时，完成改进的A/O四点分段进水，完成高效同步脱氮除磷的过程。

说明书

一种高效同步反硝化除磷处理低浓度废水的方法

技术领域

本发明涉及一种去除低浓度城市生活污水生化有机物和氮磷营养物的方法，属于污水生化生物处理技术领域，A/O工艺缺氧段增加隔墙，成为预缺氧反硝段和厌氧段，污泥回流至预缺氧反硝段;硝化阶段改进为缺氧/好氧交替运行模式，同时原水点进入缺氧厌氧段，开发了留水时间短、碳源利用率高的同步反硝化除磷工艺，适用于我国大型、 中小城镇。

背景技术

目前，我国城市污水处理厂的生物处理过程以A2/O、SBR、OD为主，但由于自养细菌和异养细菌混合生长引起的泥浆矛盾，回流污泥中硝酸盐对厌氧磷释放的影响，以及长HRT的存在，进水碳源的有效利用率不高， 且难以实现高效稳定的脱氮、脱磷，同时增加基础设施和运营成本。特别是南方城镇存在低污染物浓度甚至低 C/N 的生活污水，这增加了污水处理厂污水达标排放的难度。由此可见，如何在现有基础上缩短系统的HRT以提高进水负荷，以及如何提高进水碳源的利用率，是解决低浓度废水甚至低C/N废水中高效稳定脱氮除磷的途径。

（1） 传统的预反硝化 （A/O） 工艺

A/O（缺氧/好氧）生物反硝化工艺发展于 20 世纪 80 年代初，是目前城市污水处理厂广泛使用的一种生物反硝化工艺。该工艺使用废水中的含碳有机物作为反硝化碳源，可有效去除 COD 和含氮化合物。A/O生物反硝化的工艺流程如下，未经处理的污水首先进入缺氧池，其中污水中的有机物作为电子供体，在内循环中回流的硝酸盐氮被硝化反氮化，对有机物进行初步解释;然后进入好氧池，其中有机物进一步降解，同时发生硝化反应，除去氨氮;最后，将好氧池的硝化混合物与沉淀后的污泥部分同时回流到缺氧池，使缺氧池不仅可以从原水中获得足够的有机碳源，还可以从回流中获得大量的硝酸盐氮， 从而进行反硝化。

A/O 工艺具有以下特点：工艺简单，省去了中间沉淀池，结构少，大大节省了基础设施成本，同时运行成本较低，电耗低，占地面积小;缺氧池后，好氧池可进一步去除反硝化残留的有机物;缺氧池前，由于反硝化消耗了大部分有机碳源，有利于降低好氧池的有机负荷，降低好氧池的碳氧需氧量;反硝化产生的碱度可以补充硝化过程中碱度的消耗;A/O 过程中只有一个污泥系统，缺氧池在好氧池之前起生物选择器的作用，活性污泥交替处于好氧和缺氧状态，有利于控制污泥膨胀;此外，由于系统结构简单，易于改造常规活性污泥系统，无需增加更多设施和设备。

由于进水碳源、内循环比和回流比的影响，A/O 过程的反硝化效率很低，一般在 60% 左右。此外，A/O 过程的影响因素很多，需要硝化液内部回流、污泥回流和曝气氧化，能耗和运行成本高。

（2） 分段进水 A/O 深度反硝化工艺

这

分阶段进水生物反硝化过程通常由 2~4 个阶段的缺氧/需氧序列组成。原水在每个段的缺氧区进入反应器，回流污泥流回系统头部，通常没有内部回流设施。

第一段的缺氧区主要对回流污泥中的 NOx--N 进行反硝化，同时，进入该区的污水 （Q1） 为反硝化提供了碳源。然后，混合液流入第一段好氧区进行硝化反应，反应后的混合污水流入第二段缺氧区进行反硝化，同时，进入第二段缺氧区的污水（Q2）为反硝化提供了碳源。然后混合物进入第二阶段的好氧区进行硝化反应，依此类推，每个后续阶段。由于进入污水的最后阶段只发生了硝化反应，没有反硝化条件，因此出水会含有一定量的硝酸盐氮。因此，对出水总氮有严格要求的污水处理工程可以考虑在最后一段不添加污水，只添加外部碳源，并在最终好氧区增加曝气能力，以去除碳有机物。

在分段进水 A/O 系统中，缺氧/好氧序列可以为反硝化菌和硝化菌的生长创造合适的环境，本质上是多个 A/O 的串联连接。缺氧/好氧交替布置，可以充分利用原水中有机碳源进行反硝化， 在各段完全硝化和反硝化的情况下，出水TN浓度由上一段进水决定，这为深度反硝化提供了可能，在上段进水足够小的情况下，或加入少量碳源，可以达到出水TN小于1mg/L的处理效果。缺氧/好氧的交替也使得系统不需要设置内循环系统，而内循环系统不仅增加了项目的建设投资，而且在运行过程中需要消耗大量的能源，而内循环流量的实时控制也是A/O高效运行难以解决的问题。分段进水 A/O 的工艺形式决定了它具有以下特点：

（1）缺氧/好氧交替布置，省去了传统A/O工艺对硝化液回流设施的需求，可充分利用原水中碳源进行反硝化，特别有利于低C/N城市生活污水的高效反硝化。

（2） 由于污水分散到每个部分，污水的总稀释延迟，并且系统每个部分的悬浮固体 （MLSS） 浓度呈梯度分布。与传统的 A/O 工艺或其他单级反硝化工艺相比，分段进水 A/O 工艺在与 MLSS 流入最终沉淀池相同的情况下，比常规营养物去除工艺具有更多的污泥储量和更长的固体停留时间，并且不会增加二级沉淀池的固体负荷。设置不同的入口点和不同的入口流量分配比，可以使分段入口 A/O 工艺系统的平均 MLSS 比普通 A/O 系统提高 35%~70%，从而提高单元池容量的处理能力，大大降低脱氮所需的池容量。

（3）一方面，缺氧区进水可充分利用原水中易生物降解的COD，为反硝化提供碳源，节省外部碳源量;此外，缺氧区进水口和反硝化作用消耗了大量的可用碳源，使进入好氧区的可用碳源较少，限制了异养细菌的生长，有利于自养硝化细菌的生长。

（4）缺氧区和好氧区交替存在，因此，缺氧区反硝化产生的碱度对好氧区硝化过程中消耗的碱度有一定的补充，可以避免硝化碱度不足的情况;此外，缺氧和好氧交替布置，各段的缺氧区相当于一个高负荷选择器，可有效抑制丝状细菌污泥的膨胀。

（5） 随着污水分散到反应池中，增强了系统的抗冲击载荷能力。此外，对于组合排水系统，当高峰流量由大雨产生时，通过调整流量分配比，可以有效避免污泥的侵蚀和损失。

发明内容

目前，传统预反硝化A/O工艺亟待解决的问题是如何实现高效的生物反硝化性能，如何提高进水碳源利用率。分级进水A/O深度反硝化工艺面临的紧迫问题是如何实现生物同步除磷，以及如何在加强除磷的同时解决回流污泥中硝酸盐对厌氧磷释放的影响。本发明的目的是解决上述两大技术问题，提出一种高效同步脱氮除磷处理低浓度甚至低C/N城市生活污水的工艺装置和方法，即分段进水策略与高效利用原水碳源同步除氮除磷技术的结合。

改进型A/O四点分段进水高效同步脱硝除磷装置，该装置包括：顺序连接的污水池、预缺氧反应器、厌氧反应器、第一级好氧反应器、第二级缺氧反应器、第二级好氧反应器、第三级缺氧反应器、第三级好氧反应器及沉淀池、预缺氧反应器、厌氧反应器、第一级好氧反应器、 第二级缺氧反应器、第二级缺氧反应器、第二级好氧反应器、第三级缺氧反应器、好氧反应器第三级连接;污水水箱分别与预缺氧反应器、厌氧反应器、第二级缺氧反应器、第三级缺氧反应器通过四台泵连接，预缺氧反应器、厌氧反应器、第二级缺氧反应器、第三级缺氧反应器反应器均安装有搅拌器;预缺氧反应器的污泥回流管道通过回流污泥控制阀和污泥回流泵从沉淀池底部返回;每个好氧反应器底部设有砂头曝气器，空压机通过气体流量计、空气调节阀与砂头曝气器连通，砂头曝气器、空气调节阀、气体流量计和空压机共同组成曝气系统;每个好氧反应器都配备了溶解氧浓度监测和控制仪器;

（1）预缺氧反应器2：同时由进水泵11和污泥回流泵17从沉淀池9底部泵送的浆水混合物进入预缺氧器2，在搅拌器12的搅拌作用下，反硝化菌利用进入预缺氧装置原水的有机碳源进行反硝化反硝化，完成对回流污泥中携带的大部分硝酸盐的去除， 从而促进随后的多磷酸盐细菌的厌氧磷释放。通过设置预缺氧反应器 2，可以有效解决传统单一污泥系统中回流污泥携带的硝酸盐与多磷酸盐细菌向碳源厌氧磷释放之间的竞争。

（2） 厌氧反应器 3：由进水泵 11 泵送的城市生活污水和反应器 2 中预反硝化脱硝后的混合液体流出物同时进入厌氧反应器 3，在厌氧反应器 3 中搅拌器 12 的搅拌作用下，完成聚磷酸盐菌对原水中可生物降解有机物的吸收， 以内部碳源 PHB 的形式储存在多磷酸盐细菌中，同时释放大量可溶性正磷酸盐。

（3）一级好氧反应器4：厌氧反应器3出水混合物直接进入一级好氧反应器4，由曝气系统提供曝气，异养细菌氧化剩余的少量有机物，硝化细菌将NH4+-N转化为NOx-N，多磷酸盐细菌组成反硝化多磷酸盐细菌，完成好氧磷吸收过程。根据DO仪在线监测和进出气口的运行状态调整曝气量的大小，采用气体流量计15进行调整，将第一段好氧反应器4出水NH4+-N控制在0~3m g/L，如果出水NH4+-N超过此范围， 应调整曝气量，保证硝化效果。

（4）第二级缺氧反应器5：由进水泵11抽出的城市生活污水和第一级好氧反应器4的硝化液进入第二级缺氧反应器5，在搅拌器12的搅拌作用下，异养反硝化细菌利用入口有机碳源进行反硝化反硝化和反硝化， 并同时伴随部分反硝化多磷酸盐细菌利用硝酸盐作为电子供体，实现对磷酸盐的吸收。

（5） 第二级好氧反应器 6：与第一级好氧反应器 4 配合使用，第二级缺氧反应器 5 出水混合物直接进入第二级好氧反应器 6，通过曝气系统提供曝气，完成剩余极少量有机物的氧化去除和氨氮的硝化和磷的好氧吸收。

（6） 第三段缺氧反应器 7：功能与第二段缺氧反应器 5 配合，由入口泵 11 泵送的城市生活污水和第二段好氧反应器 6 硝化液进入第三段缺氧反应器 7，在搅拌器 12 的搅拌作用下，异养反硝化细菌利用入口有机物进行反硝化反应， 并同时伴随着部分磷酸盐的吸收。

（7） 第三级好氧反应器 8：与第一级好氧反应器 4 和第二级好氧反应器 6 配合使用，第三级缺氧反应器 7 出水混合物直接进入第三级好氧反应器 8，通过曝气系统提供曝气，完成残留极少量有机物的氧化去除和氨氮的硝化和磷的好氧吸收。

（8）沉淀池9：第三段好氧反应器8混合物通过出水堰20进入沉淀池9，进行污泥水分离、上清液排放，污泥沉淀物在污泥斗中沉淀，经污泥回流控制阀18和污泥回流泵17提升至预缺氧反应器2，剩余的沉淀污泥作为残余污泥由污泥排放控制阀19排放。

本发明还提供了一种改进A/O四点分段进水工艺处理低浓度废水的方法，高效同时反硝化和除磷，其特点包括以下步骤：

（1）快速启动阶段：从奥巴尔氧化沟内沟取活性污泥混合物，沉淀后倒出上清液，注入预缺氧反应器、厌氧反应器、第一级好氧反应器、第二级缺氧反应器、第二级好氧反应器、第三级缺氧反应器、第三级好氧反应器和沉淀池， 接种后，通过增减反应器内沉淀污泥或上清液来控制反应器内混合液泥的浓度 MLSS=4000-/L;启动进水泵注入城市生活污水（COD=160±31mg/L，BOD=54.5±5mg/L，NH4+-N=30.23±3.51mg/L，TN=31.73±3.66mg/L，TP=3.47±0.79mg/L）连续运行，同时打开搅拌器，以及污泥回流泵和污泥控制阀;然后启动曝气系统，在各好氧反应器中进行氨氮的硝化反应，保持溶解氧DO=2-3mg/L，开始连续运行;根据从低负荷Q=37 L/d驯化到正常负荷Q=185L/d，并以20%-30%的梯度逐渐增加的运行方式，在每组负荷下，通过调节曝气量，控制氨硝化率75%以上，将氨硝化率转移到下一组负荷运行， 并且每天打开控制阀排出控制系统的泥浆，持续10-15天，使硝化细菌、多磷酸盐细菌、异养细菌大量繁殖和生长，逐渐成为该系统的优势物种;运行10-15 d后，二沉池出水SS小于15mg/L，氨氮硝化效果维持在90%以上，出水NH4+-N

（2）连续运行：当改进的A/O四点分段进水高效同步脱硝除磷工艺开始时，生活污水分为四点，按20%：35%：35%：10%的比例通过各段进水泵进入预缺氧反应器、厌氧反应器、第二级缺氧反应器和第三级缺氧反应器， 同时，沉淀池中的污泥由污泥回流泵按照 50%-100% 的回流比提升至预缺氧反应器，通过排放剩余的污泥，将污泥龄控制在 10-15 天;

（3）优化控制：维持好氧反应器第一级末端的DO为1.5-2mg/L，第二级好氧反应器和第三级好氧反应器的末端DO为1-1.5mg/L，当系统出水达到甚至超过一级A排放标准时，完成改进的A/O四点分段进水，完成高效同步脱氮除磷的过程。

本发明涉及的处理低浓度废水同步脱硝除磷工艺的装置和方法与现有技术相比，具有以下优点：

（1）系统污泥浓度较高，提高了单元池容量的处理能力，可缩短系统的H RT，提高处理负荷;与常规连续流工艺相比，该系统的 HRT 可缩短至 8-9 小时，通过增加低浓度废水的负荷，可实现高效同步脱氮除磷的效果。

（2）与连续流预反硝化A/O工艺相比，进入各段的厌氧反应器或缺氧反应器进行放磷脱氮反应，提高了原水碳源的利用率，从而在不添加外部碳源的情况下实现污水的高效生物脱氮除磷， 以及低 C/N 污水脱氮除磷效率难以提高的瓶颈。

（3）与分段进水口A/O深度反氮化工艺相比，该工艺通过设置第一段厌氧反应实现生物除磷功能，增加了分段进水口工艺的实际应用价值，有利于污水的循环利用，防止了水体富营养化的发生;同时，在厌氧反应器前设置预缺氧脱硝池，将 20% 的原水分流至预缺氧反应器，有效解决回流污泥中硝酸盐对厌氧磷释放的影响。