一种连续流污水低氧短程脱氮处理工艺 【技术领域】
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种连续流污水低氧短程脱氮处理工艺。
背景技术
随着我国经济的发展，用水量越来越大，水体污染也在加剧，因此，有效控制水污染，保护本来就十分稀缺的淡水资源，直接关系到我国经济的健康快速发展。《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)对氮、磷等营养元素的排放控制越来越严格，在城市污水生物处理系统中，如何提高低C/N比污水的脱氮除磷效率一直是个难点。现有的脱氮除磷工艺，如A/A/O、UCT、MUCT、SBR、CASS/CAST等，都基于传统地脱氮理论，即氨氮和有机氮转化为硝酸盐氮以后再进行反硝化脱氮，这不仅耗时从而导致反应池容积增大，而且耗氧量也多，投资和运行成本都较高。人们对脱氮机理的深入认识，为工程提供了理论依据。脱氮可以通过短程硝化反硝化实现，即硝化反应进行到亚硝酸盐阶段，控制混合相DO浓度，使硝化菌在竞争中处于劣势，亚硝酸盐型反硝化菌处于优势，以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化，实现脱氮目的。新的脱氮途径不仅耗时较少，而且耗氧也少，表现为低氧脱氮，节省投资，减少运行费用。
近年来，国内对于短程脱氮技术也有大量研究，如北京工业大学的彭永臻教授等对利用序批式SBR反应器(非连续流)实现在低C/N比条件下进行低氧脱氮的机理，影响因素等进行了有效探索；董滨等发明填料生物膜低氧脱氮除磷工艺，用填料生物膜富集硝化菌，同时交替设置低氧区，成功实现低氧脱氮。但是，目前对低氧条件下，利用连续流活性污泥法实现城市污水短程脱氮的报道还很少。
【发明内容】
本发明的目的在于提出一种连续流污水低氧短程脱氮处理工艺。
本发明提出的连续流污水低氧短程脱氮处理工艺，由循环推流式系统实现，系统由厌氧区2、缺氧区3、好氧区4、二沉池5、硝化液回流系统11、污泥回流系统12、第一曝气系统9和第二曝气系统10组成，厌氧区2一侧连接有进水管1，另一侧通过管道连接缺氧区3，缺氧区3通过管道连接好氧区4，好氧区4通过管道连接二沉池5，二沉池5连接出水管6，厌氧区2内设有搅拌器7，二沉池5底部通过污泥回流系统连接厌氧区2，通过管道排出剩余污泥13，好氧区4通过硝化液回流系统11连接缺氧区3，缺氧区3设有第一曝气系统9和循环推流系统8，好氧区4设有第二曝气系统10；具体步骤如下：
(1)污水由进水管进入厌氧区，厌氧区污水停留时间为50-70分钟，为生物释磷段；
(2)厌氧区出水进入缺氧区，缺氧区水力停留时间为4-6小时，控制DO值为0.3-0.7mg/L，缺氧区布置有第一曝气系统，可实现缺氧或低氧条件，从而为短程硝化反硝化提供条件；
(3)缺氧区出水进入好氧区，好氧区水力停留时间为4-6小时，控制DO值为0.8-1.2mg/L，好氧区硝化液部分回流至缺氧区，回流比为0.8-1.5，好氧区出水进入二沉池进行泥水分离，出水最终排放，二沉池部分污泥回流至厌氧区，污泥回流比为0.5-0.8；好氧区布置有第二曝气系统，可完成有机物降解和硝化过程。
污水1通过进水管分别进入厌氧区2和缺氧区3，可调节分配比，合理分配碳源，为生物释磷和硝化反硝化提供碳源。在缺氧区3，通过穿孔曝气管，并利用在线控制DO，pH。长期控制低DO浓度实现了硝化细菌(NOB)的完全淘洗，使得亚硝化细菌(AOB)逐渐积累起来，为短程硝化反硝化创造了条件。缺氧区设置成循环推流型，可延长污水在缺氧区内的停留时间，获得更好的短程硝化反硝化效果，同时，利用好氧区术端应用pH值下降速率从较快变为较慢这一信息，可以实现系统的最优控制，另外pH值下降速率这一信息也可作为短程硝化反应的模糊控制参数，从而实现系统的闭环控制。DO对反硝化聚磷菌(DPB)的存活没有决定性影响，聚磷菌(PAO)以氧或硝酸盐氮为电子受体时的吸磷能力基本相同，且其在缺氧和好氧条件下的活性也基本相同，DPB和PAO可以共存，这为反硝化除磷以及后期好氧阶段PAO的过量摄磷提供了可能，使得缺氧区也可以完成部分除磷工作。
本发明中，原水进水管1分为2支，实现从厌氧区2和缺氧区3的分段进水，保证生物释磷和反硝化所需碳源。
本发明中，第一曝气系统9、和二曝气系统10分别连接鼓风机，通过调节鼓风机风量，可控制缺氧区的曝气强度。污水通过溢流堰进入好氧区，硝化反应进一步去除氨氮；聚磷菌在这里也进行过量摄磷，进一步除磷，同时有机物也得到有效去除。通过回流管11，硝化液进入缺氧区进行反硝化，以进一步去脱氮。处理后的污水通过出水堰经出水管进入二沉池5。二沉池污泥通过污泥回流管12回流至厌氧区2。
本发明是结合国内外的研究现状，考虑我国污水处理的实际需求，特别是我过南方城市污水低碳氮比的实情，开发的低氧短程脱氮工艺。通过厌氧区的反硝化作用，缺氧区的短程硝化反硝化作用，DPB反硝化除磷作用以及好氧区的硝化作用，同时辅以PAO的除磷作用，城市生活污水、工业废水无需经特别预处理即可进入本发明工艺进行处理，本发明工艺可合理利用碳源，减少曝气量，节省能源，节约占地。连续流活性污泥低氧脱氮工艺可以在低C/N比条件下实现有效地脱氮除磷，运行能耗及投资造价均低于传统A/A/O系列工艺和填料低氧脱氮工艺等。
本发明在降低工艺能耗；节约投资；简化操作；提高效率，特别是利用低氧条件，实现连续流活性污泥短程硝化反硝化等方面进行了长期研究。提出的连续流活性污泥低氧脱氮工艺，能够实现在好氧阶段节省25％的氧消耗量；缺氧段节省40％的外碳源消耗量；亚硝酸盐反硝化反应以硝酸盐反硝化反应速率的1.5-2倍进行；降低剩余污泥产量。基于短程硝化反硝化原理的活性污泥低氧脱氮工艺在经济上和技术上均具有较高的可行性，特别是在处理高氨氮质量浓度和低C/N比的污水时。
本发明的特征及优点在于：
(1)本发明主要特点是缺氧区设置成循环推流型，安装穿孔曝气器，利用DO，pH的在线控制，实现短程硝化反硝化，同时好氧区进行硝化反应，去除残余的氨氮，强化脱氮功能。
(2)由于在缺氧区进行了短程硝化反硝化反应，故好氧区曝气强度可以减弱，从而节省曝气量，降低能耗。
(3)各功能段布置紧凑，占地面积小，尤其适合老厂改造。
(4)DPB可以在缺氧区实现反硝化除磷；同时PAO可以在好氧区过量摄磷，厌氧区释磷，因此该工艺同样具有高效除磷的潜力。
(5)污水可按不同分配比进入厌氧区和好氧区，合理分配碳源，可以保证系统硝化效果，给硝化菌提供良好的生长环境。
【附图说明】
图1为本发明工艺原理及工艺流程示意图。
图中标号：1为进水管，2为厌氧区，3为缺氧区，4为好氧区，5为二沉池，6为出水管，7为搅拌器，8为循环推流系统，9为曝气系统，10为曝气系统，11为硝化液回流系统，12为污泥回流系统，13为剩余污泥。
【具体实施方式】
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1；本发明已运用于某污水处理厂升级改造污水处理工艺技术研究。该污水处理厂进水水质为：COD 100-245mg/L，氨氮15-25mg/L，总氮20-35mg/L，总磷1.0-4.0mg/L。本发明在该项目中设置厌氧区2水力停留时间为1.0小时，为厌氧释磷段；缺氧区3水力停留时间为5.0小时，由于采用循环推流系统，实际水力停留时间大于该值，主要进行短程硝化与反硝化；好氧区4水力停留时间为5.0小时，进一步进行硝化反应，同时进行有机物降解和聚磷菌过量吸磷；污泥回流比为0.5，硝化液回流比为0.8。经过本发明所提出工艺的处理，出水水质达到：COD 10-30mg/L，氨氮0.5-3.0mg/L，总氮13-18mg/L，总磷0.2-0.5mg/L。本发明在该污水处理厂升级改造中的处理效果分别为：COD去除率87％-90％，氨氮去除率88％-96％，总氮去除率35％-49％，总磷去除率80％-88％。
实施例2：本发明运用于南方某污水处理厂的生产性工艺技术研究。该污水处理厂进水水质为：COD 100-150mg/L，氨氮15-20mg/L，总氮20-35mg/L，总磷1.0-4.5mg/L。本发明在该项目中设置厌氧区2水力停留时间为1小时，为厌氧释磷段；缺氧区3水力停留时间为4.0小时；好氧区4水力停留时间为4.0小时，进一步进行硝化反应，同时进行有机物降解和聚磷菌过量吸磷；污泥回流比为0.6，硝化液回流比为1.0。经过本发明所提出工艺的处理，出水水质达到：COD 10-25mg/L，氨氮0.5-2.0mg/L，总氮10-20mg/L，总磷0.1-0.5mg/L。本发明在该污水处理厂升级改造中的处理效果分别为：COD去除率83％-90％，氨氮去除率90％-97％，总氮去除率43％-50％，总磷去除率83％-90％。
实施例3：本发明已运用于北方某污水处理厂升级改造污水处理工艺技术研究。该污水处理厂进水水质为：COD 210-460mg/L，氨氮15-35mg/L，总氮25-46mg/L，总磷1.0-5.0mg/L。本发明在该项目中设置厌氧区2水力停留时间为1小时，为厌氧释磷段；缺氧区3水力停留时间为6.0小时，主要进行短程硝化与反硝化；好氧区4水力停留时间为5小时，进一步进行硝化反应，同时进行有机物降解和聚磷菌过量吸磷；污泥回流比为0.8，硝化液回流比为1.5。经过本发明所提出工艺的处理，出水水质达到：COD20-45mg/L，氨氮0.5-4.0mg/L，总氮12-24mg/L，总磷0.3-0.5mg/L。本发明在该污水处理厂升级改造中的处理效果分别为：COD去除率88％-92％，氨氮去除率88％-97％，总氮去除率35％-52％，总磷去除率70％-90％。