一种生活污水生物脱氮方法及装置.pdf

本发明涉及一种生活污水生物脱氮方法及装置。本发明所述的装置由混合区、主反应区、缓冲区构成，污水与回流水按一定比例在混合区充分混合，均匀进入主反应区，在兼性和好氧共存环境下发生同步脱氮、去除COD，然后在缓冲区内进行部分游离污泥的沉降后出水排放。排放水COD≤30mg/L，氨氮≤2mg/L，总氮≤10mg/L，SS≤10mg/L。本发明脱氮方法硝化细菌停留时间与水力停留时间分离，并且以污水自身COD和部分细菌自溶物作为反硝化碳源。

1.  一种生活污水生物脱氮装置，其特征在于由混合区(I)、主反应区(II)和缓冲区(III)构成，设置各区的体积比分别为1∶(2～4)∶(0.5～1)；混合区(I)与主反应区(II)由挡板(12)隔开，挡板(12)安装低于装置上沿10～25cm，挡板(12)后安装导流板(13)；主反应区(II)内部按照前后区域的体积比设置开孔板(14)用于固定前区域的载体球(5)，后区域安装组合填料(6)，组合填料(6)下方设置曝气管或曝气盘(7)；主反应区(II)与缓冲区(III)由挡板(11)隔开，缓冲区(III)内设置挡板(9)和斜板(10)；挡板(9)安装距离装置上沿10～25cm、伸入装置1/3～1/2深度处，距离侧边5～25cm；斜板(10)安装于装置深度1/4～1/3处，斜板斜度为50～60°。

2.  根据权利要求1所述的的装置，其特征在于主反应区(II)的前区域占反应区(II)总体积的1/3～2/3，区域装填的载体球5为PVC或PP载体球，载体球支撑骨架为市售塑料网格球，直径8～10cm，内部填充聚酯纤维丝，填充量为8～10g/个；主反应区(II)的后区域装填市售组合填料，规格为φ150mm。

3、  根据权利要求1所述的的装置，其特征在于进水管(1)从装置上沿进水，回流管(2)与进水管(1)在装置外连接；按照装置自流原则，排水管(4)低于进水管(1)15～25cm，进气管(3)沿装置垂直方向进入与组合填料区的曝气管或曝气盘(7)连接。

4、  一种利用权利要求1所述的装置用于生活污水生物脱氮的方法，其具体步骤为：进水管1和回流管2的水流在混合区(I)混合，水流按照水平推流方式自流进入主反应区(II)，依次流过载体球5区域和组合填料6区域，载体球5区域依靠进水水力传质，组合填料6区域由进气管3连接曝气管或曝气盘7提供氧气进行反应，反应结束后流入缓冲区(III)，游离污泥沉降后，由排水管(4)排放水，其中排放水通过回流管(2)回流至混合区I；污泥排放通过排泥管(8)排放。

5、  根据权利要求4所述的方法，其特征在于和回流管2中的回流水与进水管1的进水按体积比为1∶0.5～3在混合区(I)混合。

6.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于混合区(I)、主反应区(II)、缓冲区(III)按照水平推流方式自流。

7.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于回流水中的NO^-₃-N与原水COD混合后进入主反应区的前区域发生反硝化，溶解氧0.2～0.5mgL，主反应区的后区域发生硝化和进一步去除COD，溶解氧1.5～2.5mg/L。

一种生活污水生物脱氮方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于生活污水生物脱氮方法及装置，属于污水处理领域。
背景技术
近年来，由于人类生活生产活动而产生的废水量急剧增多，生活污水由于城镇居民的增多而年排放量超过了三百亿吨，农村生活污水排放也高达上百亿吨，同时产生的氨氮量日益剧增，而配套的污水处理设施由于受工艺设计和环境条件的限制对于氨氮去除存在较大的缺陷，造成了大量氨氮排放入自然水体(湖泊、河流等)，最终成为引起水体富营养化的原因之一。传统生物脱氮过程由硝化细菌将氨氮氧化为硝氮，然后由反硝化细菌将硝氮还原为氮气释放。硝化细菌是化能自养细菌，其生长速率慢，使其在与其他异养微生物共存时处于劣势，所以污水处理活性污泥中硝化细菌的相对数量往往很低，从而导致了污水处理厂出水氨氮浓度偏高。而反硝化细菌是异养细菌，其在兼性环境下，代谢有机物，将硝氮还原为氮气。由于反硝化细菌与硝化细菌生长环境的差异造成了目前污水处理工艺大多采用硝化、反硝化、COD氧化等处理单元的组合，增加了工艺操作的复杂性，并且工艺占地面积大，需要补加额外碳源增加了运行成本。近年来在若干污水处理活性污泥中发现同步脱氮的现象，即硝化和反硝化在同一位点同时发生达到脱氮的效果，相继学者们提出微环境理论和微生物学理论来解释同步脱氮现象，并开发出相应的高效反应器来提高同步脱氮的效率，如填料反应器，膜生物反应器等。上述反应器主要依靠对细菌的强力截留作用尽量拉长污泥与污水的停留时间差异，保持较长的污泥停留时间，从而保证污泥中足够多的硝化细菌含量来稳定硝化效率。然而上述同步脱氮反应器在运行过程中仍需严格调节溶解氧(DO)的大小，污泥浓度的高低等参数来实现同步脱氮的良好进行，并且总氮(TN)的去除效率往往达不到令人满意的程度。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有生物脱氮工艺复杂，脱氮效率低，稳定性差等问题而提供一种用于生活污水生物脱氮的方法及集约化装置，用以在单个反应器中实现同步脱氮、去除COD，并且无需补加额外碳源，提高装置的操作灵活性和运行管理的简单化。
本发明的技术方案为：一种用于生活污水生物脱氮装置，其特征在于其特征在于由混合区(I)、主反应区(II)、缓冲区(III)构成，设置各区的体积比分别为1∶2～4∶0.5～1，混合区(I)与主反应区(II)由挡板12隔开，挡板12安装低于装置上沿10～25cm，挡板12后安装导流板13；主反应区(II)内部按照前后区域的体积比设置开孔板14用于固定前区域的载体球5，后区域安装组合填料6，组合填料6下方设置曝气管或曝气盘7；主反应区(II)与缓冲区(III)由挡板11隔开，缓冲区(III)内设置挡板9和斜板10，挡板9安装距离装置上沿10～25cm、伸入装置1/3～1/2深度处，距离侧边5～25cm；斜板10安装于装置深度1/4～1/3处，斜板斜度为50～60°。
上述主反应区(II)的前区域占反应区(II)总体积的1/3～2/3，区域装填的载体球5为PVC或PP载体球，载体球支撑骨架为市售塑料网格球，直径8～10cm，内部填充聚酯纤维丝，填充量为8～10g/个；主反应区(II)的后区域装填市售组合填料，规格为φ150mm。
进水管1从装置上沿进水，回流管2与进水管1在装置外连接；按照装置自流原则，排水管4低于进水管115～25cm，进气管3沿装置垂直方向进入与组合填料区的曝气管或曝气盘7连接。
本发明还提供了一种利用上述的装置用于生活污水生物脱氮的方法，其具体步骤为：进水管1和回流管2的水流在混合区(I)混合，水流按照水平推流方式自流进入主反应区(II)，依次流过载体球5区域和组合填料6区域，载体球5区域依靠进水水力传质，组合填料6区域由进气管3连接曝气管或曝气盘7提供氧气进行反应，反应结束后流入缓冲区(III)，游离污泥沉降后，由排水管4排放水，其中一定比例排放水通过回流管2回流至混合区I；污泥排放通过排泥管8排放。
优选回流管2中的回流水与进水管1中的进水按体积比1∶(0.5～3)的回流比例在混合区(I)混合。混合区(I)、主反应区(II)、缓冲区(III)按照水平推流方式自流。回流水中的NO^-₃-N与原水COD混合后进入主反应区的前区域发生反硝化，溶解氧0.2～0.5mg/L，主反应区的后区域发生硝化和进一步去除COD，溶解氧1.5～2.5mg/L。
用于生活污水生物脱氮方法，首先进水管1和回流管2在混合区I混合。由于回流水带回较高溶解氧而提高了整个混合区I的溶解氧水平，有利于维持主反应区II前区域载体球5区域的低溶解氧水平，同时回流水与原污水混合后增强了主反应区II载体球5区域的水力传质并降低了主反应区II的负荷冲击。混合后污水进入主反应区II的前/区域发生反硝化，溶解氧0.2～0.5mg/L，以原污水中的COD和部分细菌自溶物为碳源，回流水中的NO^-₃-N为电子受体。主反应区II的后区域发生硝化和进一步去除剩余的COD，溶解氧1.5～2.5mg/L，组合填料6挂膜富集硝化细菌和其他异氧菌。反应结束后流入缓冲区III，沉降游离污泥，经过主反应区II的载体球5和组合填料6的污泥固定化后，游离污泥浓度已经很低，经过缓冲区III的沉降，使得出水SS≤10mg/L，剩余污泥经排泥管8排放。
经过上述过程处理后，最终排放水COD≤30mg/L，氨氮≤2mg/L，总氮≤10mg/L，SS≤10mg/L。
本发明用于生活污水生物脱氮方法及装置可以加工为成套装备，适合于分散性农村生活污水处理或城镇社区生活污水分散性处理，占地面积小，安装不受地形及地质因素限制。中央深化改革开放发展目标之一是加快农村城乡化建设和深入开展新农村建设，其中改善农村的居住环境和污水处理是重要任务之一。农村生活污水污染和相应治理的矛盾非常突出，全国农村生活污水年排放量上百亿吨，目前我国大多数农村都没有排水渠道和污水处理系统，大部分生活污水都随意排放，直接进入河流，或排出室外空地后任意渗入地下，少部分经化粪池简单处理后渗入地下，严重污染河道、水库、湖泊和地下井水，加剧了水体富营养化，从而影响到居民正常生活用水。因此本发明用于生活污水生物脱氮方法及装置由于其占地面小、处理效率高、运行稳定、操作灵活等特点非常适用于分散性农村生活污水处理。成套装备可以作为产品进行市场销售，并且可以根据客户的要求定制加工。也可应用于现有污水处理大装置的改造，在现有污水处理设施的结构基础上进行简单的目的性改造以提高脱氮效率，降低操作费用。本发明用于生活污水生物脱氮方法及装置已开发加工了系列规模的装备，并应用于了农村生活污水处理(规模200～300户)。
有益效果：
1)反应装置结构紧凑，水力反应条件良好。回流水与原污水在混合区混合后按照水平推流方式自流通过主反应区、缓冲区。回流水带回较高溶解氧而提高了整个混合区的溶解氧水平，进入主反应区后，带来的溶解氧有利于维持主反应区载体球区域的低溶解氧水平，保证该区域处于稳定的兼性环境，有利于反硝化的良好进行。回流水与原污水混合后具有一定的稀释作用，降低了主反应区的有机负荷冲击，同时混合后进入主反应区的水流速提高，改善了载体球区域的水力传质，提高反应效率。缓冲区水流处于层流状态，保证游离污泥的良好沉降。
2)微生物种类丰富，代谢过程完善。混合后污水进入主反应区载体球区域发生反硝化，由于控制载体球区域溶解氧水平在0.2～0.5mg/L，大量异养细菌的好氧代谢途径被抑制，迫使转向以NO^-₃-N为电子受体，借助原污水中的COD和部分细菌自溶物为碳源，进行反硝化。进入组合填料区域，溶解氧水平较高，在1.5～2.5mg/L，主要以硝化细菌和其他异氧菌为主，进行好氧代谢，发生硝化反应并进一步去除COD。
3)不同类型的载体组合构成微生物固定化模式。根据反硝化细菌、硝化细菌和其他异养微生物的代谢特点，以载体球作为反硝化细菌的固定化载体更有利于其在载体球的内部生长繁殖，降低溶解氧的冲击。硝化细菌和好氧异养微生物借助组合填料发散性的表面生长增殖，更容易与氧气接触，稳定代谢过程。由于组合载体的良好固定化效果实现了反应器内的泥水分离，延长了微生物的停留时间，稳定了系统的运行，并且使得游离微生物的量大大减少，有利于缓冲区的正常运行和出水较低的SS含量。
4)本发明装置可以加工为成套装备。适合于分散性农村生活污水处理或城镇社区生活污水分散性处理，占地面积小，安装不受地形及地质因素限制。成套装备可以作为产品进行市场销售，并且可以根据客户的要求定制加工。
5)本发明装置可应用于现有污水处理大装置的改造。在现有污水处理设施的结构基础上进行简单的目的性改造，如添加载体或组合填料、增加出水回流管道、设计内部隔墙等等，从而提高脱氮效率，降低操作费用。
附图说明
图1是本发明用于生活污水生物脱氮方法及装置的示意图，其中
1——进水管；2——回流管；3——进气管；4——出水管；5——载体球；
6——组合填料；7——曝气管或曝气盘；8——排泥管；9——挡板；
10——斜板；11——挡板；12——挡板；13——导流板；14——开孔板
I——混合区；II——主反应区；III——缓冲区。
具体实施方式
实施例1：用于生活污水生物脱氮装置设置混合区(I)、主反应区(II)、缓冲区(III)，各区的体积比为1∶(2～4)∶(0.5～1)。混合区(I)与主反应区(II)由挡板12隔开，混合区内无特殊结构，挡板12后安装导流板13。主反应区(II)内部按照前后区域的体积比设置开孔板14，开孔直径小于8～10cm，用于固定前区域的载体球5，后区域安装组合填料6，组合填料6下方设置曝气管或曝气盘7。主反应区(II)与缓冲区(III)由挡板11隔开，缓冲区(III)内设置挡板9和斜板10，挡板(9)安装距离装置上沿10～25cm、伸入装置1/3～1/2深度处，距离侧边5～25cm。斜板(10)安装于装置深度1/4～1/3处，斜板斜度为50～60°。
用于生活污水生物脱氮的装置运行流程为：进水管1和回流管2(回流比1∶(0.5～3))在混合区I混合，水流按照水平推流方式自流进入主反应区II，依次流过载体球5区域和组合填料6区域，载体球5区域依靠进水水力传质，组合填料6区域由进气管3连接曝气管或曝气盘7提供氧气。反应结束后流入缓冲区III，少量游离污泥沉降后，由排水管4排放水，其中部分排放水通过回流管2回流至混合区I。污泥排放通过排泥管8排放。
实施例2：装置主反应区II前后区域的体积比1∶2，前后区域的溶解氧分别为0.2mg/L和1.5mg/L，进水氨氮浓度50mg/L，COD 250mg/L，TN浓度72mg/L，回流比0.5∶1，最终出水氨氮浓度1.4mg/L，COD 24mg/L，TN浓度8mg/L，SS8mg/L。氨氮、COD、TN的去除率分别为97.2％，90.4％，88.9％。
实施例3：装置主反应区II前后区域的体积比1∶1，前后区域的溶解氧分别为0.3mg/L和1.9mg/L，进水氨氮浓度52mg/L，COD 265mg/L，TN浓度79mg/L，回流比1∶1，最终出水氨氮浓度1.8mg/L，COD 27mg/L，TN浓度8.2mg/L，SS10mg/L。氨氮、COD、TN的去除率分别为96.5％，89.8％，89.6％。
实施例4：装置主反应区II前后区域的体积比2∶1，前后区域的溶解氧分别为0.4mg/L和2.5mg/L，进水氨氮浓度62mg/L，COD 258mg/L，TN浓度83mg/L，回流比2∶1，最终出水氨氮浓度1.7mg/L，COD 28mg/L，TN浓度8.6mg/L，SS9mg/L。氨氮、COD、TN的去除率分别为97.3％，89.1％，89.6％。
实施例5：装置主反应区II前后区域的体积比1∶2，前后区域的溶解氧分别为0.5mg/L和2.5mg/L，进水氨氮浓度43mg/L，COD 309mg/L，TN浓度59mg/L，回流比3∶1，最终出水氨氮浓度0.6mg/L，COD 23mg/L，TN浓度7.2mg/L，SS9mg/L。氨氮、COD、TN的去除率分别为98.6％，92.6％，87.8％。