CN101767876B - 一种厌氧-缺氧-低氧一体化反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境保护、污水处理领域，具体涉及到一种厌氧-缺氧-低氧一体化污水反应器；一种厌氧-缺氧-低氧改良型一体化反应器，其特征在于包括厌氧区(3)、缺氧区(4)、低氧曝气区(5)、脱气区(6)、沉淀区(7)、进水管(1)，排泥管(13)和出水管(17)，按水流方向依次设有厌氧区(3)、缺氧区(4)、低氧曝气区(5)、脱气区(6)和沉淀区(7)，通过水下开孔进行连通；所述的沉淀区(7)设有排泥管(13)和出水管(17)；通过设置配水箱(2)，能够灵活地调节污水进入厌氧区(3)和缺氧区(4)比例；另外设置可移动式区域隔板(20)可以调节厌氧区(3)和缺氧区(4)的容积和功能区位；本发明能有效地解决了传统A²O反应器运行中存在的氮磷同步去除效果不佳、碳源不足以及耗能较高等问题。

Description

一种厌氧-缺氧-低氧一体化反应器及其应用

技术领域

本发明涉及环境保护、污水处理领域，具体涉及到一种厌氧-缺氧-低氧一体化节能反应器。

背景技术

厌氧-缺氧-好氧(A²O)反应器由于构造简单、总水力停留时间短、控制复杂性小、不易产生污泥膨胀等优点，被广泛应用在我国现有的城市污水处理厂中。但传统的A²O反应器存在基质竞争、泥龄矛盾、总氮去除率难以提高等一些弊端。短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和反硝化除磷等技术可有效缓解A²O反应器的固有矛盾。倒置A²O模式(缺氧-厌氧-好氧)也是解决上述问题的一个有效措施。

短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理是：废水中的氨氮被氨氧化菌(AOB)在好氧条件下氧化为NO₂ ^--N，阻止NO₂ ^--N继续被亚硝酸盐氧化菌(NOB)氧化为NO₃ ^--N，然后NO₂ ^--N在缺氧条件下被反硝化细菌还原为N₂。短程硝化反硝化的优越性在于：缩短了反应历程，NO₂ ^--N的反硝化速率高于NO₃ ^--N，提高了反硝化速率；缩短水力停留时间，反应容器相应减小；需氧量减小25％，耗能降低；节省37.5％反硝化碳源；减小了剩余污泥排放量。

同步硝化反硝化生物脱氮是将硝化和反硝化过程在同一反应器中同步完成，尤其是在好氧的条件下可以发生反硝化反应。目前普遍被接受的反应机理主要是微环境理论和生物学理论。根据硝酸盐电子受体的不同，又可分为硝酸盐型同步硝化反硝化和亚硝酸盐型同步硝化反硝化。由于本发明将硝化控制在亚硝化阶段，所以其反应类型为亚硝酸盐型同步硝化反硝化。同步硝化反硝化的优越性在于：提高总氮的去除率，打破了传统A²O反应器总氮去除率只能通过增大内回流比提高的限制；减小了回流污泥中的NO_x ^--N的浓度，缓解了脱氮除磷对基质的竞争矛盾。

反硝化除磷是用厌氧/缺氧交替环境来代替传统的厌氧/好氧环境，驯化培养出一类以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌(DPB)为优势菌种，通过它们的代谢作用来同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到脱氮除磷的双重目的。应用反硝化除磷反应器处理城市污水时不仅可以节省曝气量，而且还可减少剩余污泥产量，从而节省投资和运行费用。

倒置A²O模式就是将传统A²O厌氧-缺氧-好氧***中厌氧区和缺氧区功能区位倒置成为缺氧-厌氧-好氧。其流程为进入生化反应***的污水和循环污泥一起进入缺氧区，污泥中的硝酸盐，在反硝化菌的作用下进行反硝化反应，将硝酸盐氮转化为氮气，实现了***的前置脱氮。在不同进水方式下，***进水全部或大部分直接进入缺氧区优先满足了反硝化的碳源要求故提高了处理***的脱氮效率。污泥经过缺氧反硝化以后进入厌氧区，避免了硝酸盐对厌氧环境的不利影响。在厌氧区，聚磷菌将污水中的碳源转化为聚β羟基丁酸(PHB)等储能物质积聚吸磷动力。在好氧区，有机污染物进一步被降解，硝化菌将污水中存在的氨氮转化为硝酸盐氮，同时聚磷菌利用在厌氧条件下产生的动力进行过度吸磷。活性污泥混合液在二沉池进行泥水分离，一部分污泥回流到***前端，另一部分富含磷的剩余污泥从***中排出，从而实现生物除磷的目的。倒置A²O模式在太湖地区典型城镇污水处理厂中已经取得的着实有效的成果，被证明是一种适合当地水质特点的污水处理反应器。

发明内容

为了解决传统A₂O反应器运行中存在的氮磷同步去除效果不佳、碳源不足以及耗能较高等问题，本发明提供一种厌氧-缺氧-低氧改良型一体化A²O反应器，该方法将厌氧区、缺氧区、曝气区、脱气区和沉淀区有效组合成一体，节省了占地面积。在脱氮方面，通过低氧曝气区稳定实现亚硝酸盐型同步硝化反硝化，减少了曝气量和内回流比，降低了运行能耗，节约了运行成本。在除磷方面，以NO_x ^--N为电子受体的缺氧反硝化吸磷和以O₂为电子受体的好氧吸磷同时存在，提高了生物除磷的效率，节省了化学除磷的药剂费用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种厌氧-缺氧-低氧改良型一体化反应器，其特征在于包括厌氧区、缺氧区、低氧曝气区、脱气区、沉淀区、进水管，排泥管和出水管，按水流方向依次设有厌氧区、缺氧区、低氧曝气区、脱气区和沉淀区，通过水下开孔进行连通；所述的沉淀区设有排泥管和出水管，所述的厌氧区上设有进水管。

作为一种优化方式所述的进水管连接配水箱，配水堰与配水箱连接，使得污水通过配水堰分配到厌氧区和缺氧区；所述配水堰中设有活动隔板，在活动隔板的调节下，配置污水进入厌氧区和缺氧区比例；所述的厌氧区和缺氧区之间设有可移动式区域隔板和活动隔板卡槽，通过调节移动隔板调整流入厌氧区和缺氧区的进水比例；所述的低氧曝气区设有污泥回流泵，所述的脱气区设有回流泵。

作为一种优化方式所述的曝气区5设计成环形结构，曝气区底部设有盘式曝气头。

所述的反应器在污水处理的应用，其利用所述的反应器工艺的运行参数为：

污泥负荷：0.03～0.12(kgBOD₅/kgMLSS·d)；

容积负荷：0.15～0.60(kgBOD₅/m³·d)；

水力停留时间：12(h)；

混合液悬浮物浓度：3630～7630(mg/L)；

污泥龄：8～12d；

曝气区DO浓度：0.3～1.0(mg/L)。

如上所述的一种厌氧-缺氧-低氧一体化反应器，其内回流点和污泥回流点的位置可调，从而实现厌氧区和缺氧区的前后次序的互换。当碳源无法满足脱氮除磷需要时将缺氧区前置，从而优先满足脱氮的需要，此外TP的去除则可通过化学除磷实现。

如上所述的一种厌氧-缺氧-低氧一体化反应器，其反应池各功能区的连通是通过水下开孔实现，水的流动是重力自流，无需再次提升。

如上所述的一种厌氧-缺氧-低氧一体化反应器，其进水量由调节阀控制，并通过电磁流量计监测其流量。厌氧区、缺氧区和脱气区的搅拌通过立式搅拌器完成。曝气区底部设有盘式曝气头，进行布气，鼓风机进行供气，供气量由鼓风机变频调节，而变频器则是根据曝气区DO浓度动态调节。沉淀区采用斜管沉淀，从而减小其容积。

本发明的优点与效果是：

(1)一体化构造：采用一体化构造，将厌氧区、缺氧区、曝气区、脱气区和沉淀区有效组合在一起，节省了占地面积。

(2)通过设置配水箱能够灵活地调节污水进入厌氧区和缺氧区比例；另外通过设置可移动式区域隔板可以调节厌氧区和缺氧区的容积和功能区位，从而能够实现多种模式的灵活的运行方式。

(3)亚硝酸盐型同步硝化反硝化脱氮：在低溶解氧的条件下，氨氮的硝化过程大部分控制在亚硝化阶段。其中NO₂ ^--N在曝气区进行同步反硝化生产N₂；而另一部分硝化产物NO₃ ^--N则回流至缺氧区作为反硝化除磷的电子受体。其中同步硝化反硝化的对脱氮的贡献率约为75％～90％。

(4)反硝化除磷对磷去除的贡献率高：磷的去除有很大一部分是通过反硝化除磷实现的，其贡献率可达40％～60％。

(5)脱氮除磷的基质竞争矛盾得到有效解决：亚硝酸盐型同步硝化反硝化和反硝化除磷的实现缓解了反硝化和释磷对COD的需求矛盾，其所需的C/N较低，适用于低碳氮比的城市污水处理。

(6)曝气区环形结构设计：曝气区采用环形结构设计，使混合液能够充分的混合，提高了***的抗冲击负荷能力。

(7)沉淀区污泥整块上浮现象得到有效控制：在曝气区和沉淀区之间设置脱气区，有效脱除同步硝化反硝化产生的N₂，从而消除了沉淀区污泥中气体聚集携带污泥上浮的现象，从而提高沉淀池的沉淀效果，保证了出水的澄清度。

(8)自动化程度高：本发明通过在各功能区安装在线监测仪表来及时反映各功能区的指标，通过设定范围，从而实现***运行的有效调控，维护***运行的稳定、可靠。其中各功能区的在线监测指标有：

厌氧区：ORP；

缺氧区：ORP、pH；

低氧曝气区：ORP、pH、DO。

(9)运行能耗低：与传统脱氮除磷方法相比，其曝气量和回流比都显著降低，从而大大节约了运行的能耗和费用。

附图说明

图1为本发明实施例的平面布置图，其中：1、进水管；2、配水箱；3、厌氧区；4、缺氧区；5、低氧曝气区；6、脱气区；7、沉淀区；8、搅拌器支架；9、搅拌器；10、活动隔板卡槽；11、活动隔板；12、爬梯；13、排泥管；14、污泥回流泵；15、排泥阀；16、内回流泵；17、出水管；18、配水堰；19、盘式曝气头；20、可移动式区域隔板。

具体实施方式

具体实施方式一：由附图1所示，本发明的实施例由钢板焊接而成，并将其分割成厌氧区3，缺氧区4、曝气区5、脱气区6及沉淀区7五部分。其中污水由进水管1流入配水箱2，通过配水堰18分配到厌氧区3和缺氧区4；其中可通过移动活动隔板11调整流入两区的进水比例；可移动式区域隔板20可以根据需求调整厌氧区3和缺氧区4的容积大小和前后顺序，从而能够灵活地适应不同进水水质条件；污泥由污泥回流泵14回流至厌氧区3释磷后与流入污水一起流入缺氧区4；硝化液经内回流泵16回流至缺氧区4进行反硝化脱氮和反硝化吸磷后通过水下过水孔流入曝气区5，然后流入脱气区6，最后在沉淀区7完成固液分离后排出。

下面分别对每个反应区的方法进行详细说明。

1)厌氧区3：该区在厌氧运行条件下，兼性厌氧发酵细菌如假单胞菌属等将污水中可生物降解的有机物转化成为VFAs这类低分子发酵中间产物，然后聚磷菌可将其体内贮存的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的PAO在厌氧环境中维持生存，另一部分能量供PAO主动吸收环境中的VFAs类低分子有机物，并以PHAs的形式在体内储存起来。

2)缺氧区4：该区在缺氧运行条件下，反硝化菌利用污水中的有机物为电子供体，以脱气区回流混合液带来的硝酸盐为电子受体，达到同时脱氮和降低有机物的目的；同时，一部分PAO也能以体内的PHAs为电子供体进行反硝化，吸收污水中溶解性的磷酸盐。

3)曝气区5：该区在低氧曝气供氧运行条件下，PAO吸收、利用污水中残剩的可生物降解有机物，以氧为电子受体继续分解体内储存的PHAs，从而过量摄取污水中的溶解磷，并以聚磷的形式在体内储存起来，达到除磷的目的；而有机物在经过厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化菌利用后，到达曝气区的浓度已相当低，这有利于自养型氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的生长繁殖。曝气区在低氧的条件下，氨氮在氨氧化菌的作用下转化为亚硝态氮，然后部分同时进行反硝化去除，部分在亚硝酸盐氧化菌作用下转化为硝态氮。

4)脱气区6：该区在搅拌的条件下，将曝气区同步硝化反硝化产生的N₂从污泥絮体中中分离出来，从而有效消除沉淀区污泥上浮的现象，脱气区末端底部与沉淀区通过小方孔相连。

5)沉淀区7：该区采用斜管沉淀，从而减小其容积，减少占地面积；所述的斜管沉淀池，是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池。在沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道分割成一系列浅层沉淀层，被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。简单地说是根据浅池理论，水的处理过程和理想平流沉淀池是一样的，他的处理效果约为普通平流池的四倍。具有去除率高，停留时间短，占地面积小等优点，是水处理常用设备。

反应器的运行方式是多种多样的，可以根据进出水水质的需求进行合理优化。主要模式包括以下几种(表1)。

具体实施方式二：以无锡芦村污水处理厂一期初沉池出水为处理对象(其水质指标见表2)，采用具体实施方式一的处理方法，出水TN为7.14～16.33mg·L^-1，平均10.59mg·L^-1，去除率为53.67％～92.19％，平均去除率为75.63％。出水NH₃-N为0.08～7.70mg·L^-1，平均2.17mg·L^-1，去除率为75.98％～99.64％，平均去除率为94.91％。出水TP为0.22～0.60mg·L^-1，平均0.39mg·L^-1，去除率为83.69％～98.46％，平均去除率为92.90％。出水COD为12.00～53.10mg·L^-1，平均34.30mg·L^-1，去除率为80.73％～94.11％，平均去除率为88.38％，一级A达标率为98.45％。

表2 无锡芦村污水处理厂一期初沉池出水水质统计表 单位：mg·L^-1(pH除外)

Claims (5)

1.一种厌氧-缺氧-低氧一体化污水反应器，其特征在于包括厌氧区(3)、缺氧区(4)、低氧曝气区(5)、脱气区(6)、沉淀区(7)、进水管(1)，排泥管(13)和出水管(17)，按水流方向依次设有厌氧区(3)、缺氧区(4)、低氧曝气区(5)、脱气区(6)和沉淀区(7)，通过水下开孔进行连通；所述的沉淀区(7)设有排泥管(13)和出水管(17)；所述的厌氧区(3)上设有进水管(1)还包括配水箱(2)和配水堰(18)；所述的进水管(1)连接配水箱(2)，配水堰(18)与配水箱(2)连接，使得污水通过配水堰(18)分配到厌氧区(3)和缺氧区(4)；所述配水堰(18)中设有活动隔板(11)，在活动隔板(11)的调节下，配置污水进入厌氧区(3)和缺氧区(4)比例。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述的厌氧区(3)和缺氧区(4)之间设有可移动式区域隔板(20)和活动隔板卡槽(10)，通过调节可移动式区域隔板(20)调整厌氧区(3)和缺氧区(4)的容积和功能区位。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述的低氧曝气区设有污泥回流泵(14)，所述的脱气区设有回流泵(16)。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述的曝气区(5)设计成环形结构，曝气区(5)底部设有盘式曝气头(19)。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：在污水处理的应用，其利用所述的反应器工艺的运行参数为：

污泥负荷：0.03～0.12kgBOD₅/kgMLSS·d；

容积负荷：0.15～0.60kgBOD₅/m³·d；

水力停留时间：12h；

混合液悬浮物浓度：3630～7630mg/L；

污泥龄：8～12d；

曝气区DO浓度：0.3～1.0mg/L。

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