CN104828941A - 一种A2o-BAF组合工艺及装置 - Google Patents

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刘钢
黄荣新
谌建宇
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Abstract

本发明公开了一种A2o-BAF组合工艺及装置，该组合工艺包括以下几个运行步骤：1)厌氧释磷，2)缺氧反硝化除磷，3)好氧吸磷，4)沉淀，5)BAF好氧硝化，6)BAF反冲洗。本发明装置将活性污泥***与生物膜***有机结合，采用一套厌氧/缺氧/短时好氧-曝气生物滤池(A2o-BAF)组合工艺，利用独立的曝气生物滤池(BAF)完成硝化作用，氨氮去除效果良好；将BAF出水作为硝化液回流到缺氧池，同时增大缺氧池的体积，强化了反硝化除磷作用，改善了总氮和总磷的去除效果；利用短时好氧池完成好氧除磷作用，由于其硝化作用有限，避免了对生物除磷效果的影响。与常规工艺相比，该工艺HRT显著缩短，可实现多种污染物同步去除，具有出水水质好、占地面积小、运行成本低和污泥产率低等优点。

Description

一种A2o-BAF组合工艺及装置
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种污水生物处理工艺技术，具体涉及一种A2o-BAF组合工艺及装置。
背景技术
随着我国城镇化的快速发展，很多污水厂面临处理能力增加、排放标准提高的压力；同时，污水厂的占地和运行成本又面临严格的限制。然而，国内外现有的城镇生物除磷脱氮工艺存在能耗大、碳源消耗量大、污泥产率高、运行成本高等问题。因此，目前亟需根据区域城镇污水水质特点和节能减排的要求，研发高效低耗的城镇污水处理新技术。
反硝化除磷技术是改造污水处理工艺的一种有效方法。与传统好氧除磷工艺相比，反硝化除磷细菌可节省50％左右的碳源、30％的需氧量，同时减少50％的污泥产量。反硝化除磷工艺一般采用双污泥***，反硝化除磷菌存在于活性污泥***，而硝化菌单独存在于固定膜生物反应器或好氧硝化SBR反应器中。DEPHANOX工艺是一种典型的双污泥***，但该工艺HRT长，流程复杂，且TN去除效果不理想。为了开发更简便高效的反硝化除磷工艺，国内研究者将BAF与A2O工艺进行组合，调整A2O的工艺参数，并充分利用了BAF占地小、硝化效果好、抗冲击能力强等优点。
双泥法反硝化除磷工艺是近年研究热点，但现有研究大多以模拟废水或小区生活污水为处理对象，与实际城镇污水水质差别较大；处理装置规模一般较小，进水水质、BAF滤料类型和工艺参数各不相同，技术尚不成熟，难以工程化应用。
发明内容
本发明为了克服以上现有技术存在的不足，将活性污泥法和生物膜技术相结合，公开了一种厌氧/缺氧/短时好氧-曝气生物滤池(A2o-BAF)组合工艺及装置，通过其提高了对城镇污水的处理性能，为城镇污水处理厂提标升级改造提供有效技术参考。
本发明提供了一种A2o-BAF组合工艺，该组合工艺包括以下几个运行步骤：
1)厌氧释磷，2)缺氧反硝化除磷，3)好氧吸磷，4)沉淀，5)BAF好氧硝化，6)BAF反冲洗；
步骤一、厌氧释磷，
进水池中的污水经水泵由进水管进入厌氧池；污水与污泥充分混合后，污水中有机物被厌氧池污泥充分吸收并储存起来，同时污泥中部分磷酸盐被释放出来；
步骤二、缺氧反硝化除磷，
厌氧池的混合液通过溢流堰流入缺氧池，与回流到缺氧池的曝气生物滤池所产生的硝化液(含有硝酸盐的出水)及缺氧池中的污泥充分混合，缺氧池中的污泥利用体内储存的有机物将污水中的硝酸盐还原，同时吸收污水中的磷酸盐，实现反硝化除磷作用；
步骤三、好氧吸磷，
缺氧池的混合液通过溢流堰流入短时好氧池，通过气泵及盘式曝气器为短时好氧池进行曝气，在好氧条件下将污水中剩余的磷酸盐去除，并将剩余的有机物分解；
步骤四、沉淀，
短时好氧池混合液通过溢流进入沉淀池，在沉淀池完成泥水分离；池面上清液通过溢流进入中间水池，底部污泥通过水泵经污泥回流管回流到厌氧池；
步骤五、BAF好氧硝化，
通过水泵将中间水池储存的水输送到曝气生物滤池，在好氧条件下污水中氨氮被氧化为硝酸盐氮；曝气生物滤池出水经BAF出水管汇入出水池；
步骤六、BAF反冲洗，
对曝气生物滤池进行反冲洗，将出水池储存的水通过水泵经反冲洗管输送到曝气生物滤池底部，进行水洗，同时通过气泵为曝气生物滤池曝气，进行气洗。
本发明所述的A2o-BAF组合工艺，其特征还在于，
所述短时好氧池的DO浓度控制在1.0～2.0mg/L，曝气生物滤池的DO浓度控制在4.0～6.0mg/L。
所述曝气生物滤池共2座，采用陶粒滤料，直径3～5mm，孔隙率50％；曝气生物滤池空床HRT为1.2h，硝化负荷为0.4kgNH4 +-N/(m3·d)，硝化液回流比为100％。
所述曝气生物滤池反冲洗周期为5～7天，每次气洗10～15分钟，气水联合冲洗3～5分钟，单独水洗3～5分钟；气洗强度为17.70L/(m2·s)，水冲洗强度为8.85L/(m2·s)。
本发明还提供了一种用于A2o-BAF组合工艺装置，该装置包括进水池，以及与其依次连接的厌氧池、缺氧池、短时好氧池、沉淀池、中间水池、曝气生物滤池和出水池；厌氧池、缺氧池和短时好氧池分别设有搅拌器，短时好氧池和曝气生物滤池底部设有盘式曝气器，各盘式曝气器分别与气泵相连，所述沉淀池底部通过污泥回流管与厌氧池连接，中间水池通过BAF进水管与曝气生物滤池相连，曝气生物滤池通过BAF出水管与出水池相连，出水池通过硝化液回流管与缺氧池连接，出水池通过反冲洗管与曝气生物滤池连接；所述曝气生物滤池，由下至上分为配水层、承托层、滤料层和超高层。
本发明所述的A2o-BAF组合工艺装置，其特征还在于，
所述厌氧池、缺氧池、短时好氧池的体积比为1:2:1，所述三个反应池采用合建形式共同构成A2o池。
所述曝气生物滤池配水层与承托层之间设有穿孔滤板，穿孔滤板上安装了布水滤头，于曝气生物滤池穿孔滤板上面分别铺设有砾石层和粗砂层。
所述沉淀池采用斜管沉淀池结构形式，斜管倾斜角为60°，表面负荷为1.2m3/(m2·h)。
本发明为了克服现有技术存在的不足，将活性污泥法和生物膜技术相结合，建立了一套厌氧/缺氧/短时好氧-曝气生物滤池(A2o-BAF)工艺及装置，通过其实际考察对城镇污水的处理性能，为城镇污水处理厂提标升级改造提供有效技术保证。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
1、采用独立的曝气生物滤池(BAF)完成硝化作用，氨氮去除效果良好；另外BAF占地面积较小，污泥产率低。
2、将BAF出水作为硝化液回流到缺氧池，同时增大缺氧池的体积，强化了反硝化除磷作用，提高了污水中碳源的利用效率，减少了外碳源投加量，改善了总氮和总磷的去除效果。
3、短时好氧池体积较小，HRT控制在1h左右，主要完成好氧除磷作用；其硝化作用有限，避免了对生物除磷效果的影响；***总的HRT缩短，占地面积减小，污泥产率也降低了。
附图说明
图1是本发明A2o-BAF组合工艺的工艺流程图；
图2是本发明A2o-BAF组合工艺装置的结构示意图；
图3是本发明曝气生物滤池(BAF)装置的结构示意图；
图4为应用图1工艺对COD的去除效果图；
图5为应用图1工艺对氨氮的去除效果图；
图6为应用图1工艺对总氮的去除效果图；
图7为应用图1工艺对总磷的去除效果图；
图8为应用图1工艺对SS的去除效果图。
图中，1.进水池，2.厌氧池，3.缺氧池，4.短时好氧池，5.沉淀池，6.中间水池，7.曝气生物滤池，8.出水池，9.进水管，10.污泥回流管，11.BAF进水管，12.BAF出水管，13.硝化液回流管，14.反冲洗管，15.水泵，16.搅拌器，17.盘式曝气器，18.气泵，71.配水层，72.承托层，73.滤料层，74.超高层，711.穿孔滤板，712.布水滤头，721.砾石层，722.粗砂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示的A2o-BAF组合工艺及装置，工作过程为：
(1)进水池1中的污水在水泵15的作用下，经过进水管9进入厌氧池2；在搅拌器16作用下，污水与污泥充分混合，污水中有机物被厌氧池2污泥充分吸收并储存起来，同时污泥中部分磷酸盐被释放出来。
(2)然后，厌氧池2的混合液通过溢流堰流入缺氧池3，曝气生物滤池7产生的硝化液(含有硝酸盐的出水)也被回流到缺氧池3；在搅拌器16作用下，硝化液与污泥充分混合，缺氧池3中的污泥利用体内储存的有机物将污水中的硝酸盐还原，同时吸收污水中的磷酸盐，实现反硝化除磷作用。
(3)接着，缺氧池3的混合液通过溢流堰流入短时好氧池4，气泵18通过盘式曝气器17为短时好氧池4进行曝气，搅拌器16使短时好氧池4内混合液保持悬浮状态；在好氧条件下，污水中剩余的磷酸盐被去除，剩余的有机物被分解，同时由于好氧HRT较短，好氧硝化作用受到抑制。
(4)短时好氧池4混合液通过溢流进入沉淀池5，沉淀池5采用斜管沉淀池结构形式，在沉淀池5完成泥水分离；上清液通过溢流进入中间水池6，底部污泥在水泵15的作用下，通过污泥回流管10回流到厌氧池2。
(5)中间水池6储存的水通过水泵15被输送到曝气生物滤池7，气泵18为曝气生物滤池7曝气，曝气生物滤池7内部填充了陶粒滤料，陶粒表面附着了生物膜，在好氧条件下污水中氨氮被生物膜氧化为硝酸盐氮；曝气生物滤池7出水经BAF出水管12汇入出水池8，出水池8的一部分清水通过硝化液回流管13回流到缺氧池3提供使用，出水池8剩余的无污染清水经排水管***到河流当中，作为资源为自然界使用。
(6)在需要对曝气生物滤池7进行反冲洗时，利用水泵15将出水池8储存的水通过反冲洗管14输送到曝气生物滤池7底部，对陶粒滤料进行水洗；同时，利用气泵18为曝气生物滤池7曝气，进行气洗。
曝气生物滤池7反冲洗周期为5～7天，每次气洗10～15分钟，气水联合冲洗3～5分钟，单独水洗3～5分钟；气洗强度为17.70L/(m2·s)，水冲洗强度为8.85L/(m2·s)。
本发明的A2o-BAF组合工艺装置，如图2所示，包括进水池1，以及与其依次连接的厌氧池2、缺氧池3、短时好氧池4、沉淀池5、中间水池6、曝气生物滤池7和出水池8；厌氧池2、缺氧池3和短时好氧池4分别设有搅拌器16，短时好氧池4和曝气生物滤池7底部设有盘式曝气器17，两台盘式曝气器17分别与两台气泵18相连；沉淀池5底部通过污泥回流管10与厌氧池2连接，中间水池6通过BAF进水管11与曝气生物滤池7相连，曝气生物滤池7通过BAF出水管12与出水池8相连，出水池8通过硝化液回流管13与缺氧池3连接，出水池8通过反冲洗管14与曝气生物滤池7连接。
如图3所示，本发明曝气生物滤池7由下至上分为配水层71、承托层72、滤料层73和超高层74，滤料层73装填有陶粒滤料，配水层71与承托层72之间设有穿孔滤板711，穿孔滤板711上安装了布水滤头712，于曝气生物滤池7穿孔滤板711上面分别铺设有砾石层721和粗砂层722，起到防止布水滤头712堵塞的作用。
在A2o-BAF组合工艺装置中，A2o池包括厌氧池2、缺氧池3和短时好氧池4，BAF池即曝气生物滤池7。装置处理水量为20m3/d，A2o池HRT为4.0h，其中，厌氧池2的HRT为1.0h，缺氧池3的HRT为2.0h，短时好氧池4的HRT为1.0h，A2o池泥龄为23d，污泥回流比为100％。短时好氧池4的DO控制在1.0-2.0mg/L。沉淀池5采用斜管沉淀池结构形式，表面负荷为1.2m3/(m2·h)。
本发明的曝气生物滤池7共2座，每座直径0.6m，总高度3.0m，配水层高度0.4m，承托层高度0.8m，滤料层高度1.35m，超高层高度0.45m；有效容积0.79m3，滤料层体积0.38m3；曝气生物滤池7采用陶粒滤料，直径3～5mm，孔隙率50％。滤池的滤速为1.43m3/(m2·h)，空床HRT为1.2h，硝化负荷0.4kgNH4 +-N/(m3·d)。硝化液回流比为100％，DO浓度4～6mg/L。
试验实例1：
采用本工艺及装置，进行效果检验：
试验原水取自深圳某污水厂的配水井，进水水质如表1所示。
表1 试验进水水质
指标 范围(mg/L) 平均值(mg/L)
COD 120～587 249
SS 37～244 108.33
TN 11～70 40
NH3-N 12～59 29
TP 0.5～1.9 1.1
工艺条件：处理水量为20m3/d，A2o池HRT为4.0h，泥龄为23d，污泥回流比为100％，好氧段的DO控制在1.0-2.0mg/L。沉淀池5采用斜管沉淀池结构形式，表面负荷为1.2m3/(m2·h)。曝气生物滤池7的空床HRT为1.2h，硝化负荷0.4kgNH4 +-N/(m3·d)，硝化液回流比为100％，DO浓度为4-6mg/L。
1、COD去除效果
组合工艺对COD的处理效果如图4所示。进水COD为120.00～586.67mg/L，平均248.75mg/L，出水浓度基本保持在50mg/L以下，平均出水浓度为28.44mg/L，平均去除率88.57％。由图可见，虽然进水COD浓度出现明显波动，但A2o-BAF***对COD的去除效果保持稳定。
2、氨氮和总氮去除效果
试验期间氨氮和总氮去除效果如图5和图6所示。进水氨氮浓度在11.52～58.61mg/L之间，平均为28.77mg/L，出水浓度保持在8mg/L以下，平均浓度为2.63mg/L，平均去除率90.87％。进水总氮浓度在10.97～69.96mg/L之间，平均浓度40.37mg/L，出水总氮为9.51mg/L，平均去除率76.45％。可见，虽然进水氨氮和总氮浓度波动较大，但中试***去除效果较为稳定。
3、除磷特性
组合工艺对总磷的去除性能如图7所示。稳定运行阶段，进水总磷在0.49～1.88mg/L，平均浓度1.04mg/L，最终出水总磷为0.42mg/L，平均去除率升至59.62％，出水可以满足国家一级A的排水标准。
4、SS去除特性
组合工艺对SS的去除性能如图8所示。进水SS在37～244mg/L之间，平均浓度为108.33mg/L，去除效果基本保持稳定，沉淀池出水SS平均浓度为48.30mg/L，最终BAF出水SS为9.21mg/L，SS平均去除率为91％。A2o-BAF中试***中沉池兼顾了污泥回流和BAF进水SS控制要求，其设计表面负荷为1.2m3/(m2·h)，比一般二沉池略高，因此出水SS也较高；经过BAF过滤作用后，出水SS可降至10mg/L以下，但要经常对BAF进行反冲洗，反冲洗周期为5-7天。
试验实例2：
采用本工艺装置，进行效果检验，研究不同BAF负荷下组合工艺处理效果：
试验原水取自深圳某污水厂的配水井，进水水质如前文所述。
工艺条件：
不同运行阶段BAF工况如下表所示。从***启动到81d，***在单BAF条件下运行，硝化负荷为0.8kgNH4 +-N/(m3·d)，滤速为5.66m/h，空床停留时间为0.3h；82d后，又启动了一套BAF***，改为双BAF运行，硝化负荷降至0.4kgNH4 +-N/(m3·d)，滤速降至2.83m/h，空床停留时间延长为0.6h。
表2 A2o-BAF工艺BAF池不同阶段运行工况
工艺参数 工况1 工况2
运行时间(d) 1-81 82-117
BAF滤速(m/h) 5.66 2.83
BAF池空床停留时间(h) 0.3 0.6
BAF硝化容积负荷(kgNH4 +-N/(m3·d)) 0.80 0.40
处理效果：随着硝化容积负荷从0.8kgNH4 +-N/(m3·d)降至0.4kgNH4 +-N/(m3·d)，***对氨氮、总氮的去除效果明显改善，氨氮去除率从66.2％提高到88.0％，出水氨氮浓度由6.4mg/L降至2.5mg/L；总氮去除率由51.7％提高到69.9％，出水TN浓度由14.7mg/L降至9.8mg/L。同时，***对SS的去除率从79.0％提高到91.0％。不同BAF负荷下，***COD去除效果保持稳定，平均去除率82.5％。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种A2o-BAF组合工艺，该组合工艺包括以下几个运行步骤：
1)厌氧释磷，2)缺氧反硝化除磷，3)好氧吸磷，4)沉淀，5)BAF好氧硝化，6)BAF反冲洗；
步骤一、厌氧释磷，
进水池中的污水经水泵由进水管进入厌氧池；污水与污泥充分混合后，污水中有机物被厌氧池污泥充分吸收并储存起来，同时污泥中部分磷酸盐被释放出来；
步骤二、缺氧反硝化除磷，
厌氧池的混合液通过溢流堰流入缺氧池，与回流到缺氧池的曝气生物滤池所产生的硝化液(含有硝酸盐的出水)及缺氧池中的污泥充分混合，缺氧池中的污泥利用体内储存的有机物将污水中的硝酸盐还原，同时吸收污水中的磷酸盐，实现反硝化除磷作用；
步骤三、好氧吸磷，
缺氧池的混合液通过溢流堰流入短时好氧池，通过气泵及盘式曝气器为短时好氧池进行曝气，在好氧条件下将污水中剩余的磷酸盐去除，并将剩余的有机物分解；
步骤四、沉淀，
短时好氧池混合液通过溢流进入沉淀池，在沉淀池完成泥水分离；池面上清液通过溢流进入中间水池，底部污泥通过水泵经污泥回流管回流到厌氧池；
步骤五、BAF好氧硝化，
通过水泵将中间水池储存的水输送到曝气生物滤池，在好氧条件下污水中氨氮被氧化为硝酸盐氮；曝气生物滤池出水经BAF出水管汇入出水池；
步骤六、BAF反冲洗，
对曝气生物滤池进行反冲洗，将出水池储存的水通过水泵经反冲洗管输送到曝气生物滤池底部，进行水洗，同时通过气泵为曝气生物滤池曝气，进行气洗。
2.根据权利要求1所述的A2o-BAF组合工艺，其特征在于：所述短时好氧池(4)的DO浓度控制在1.0～2.0mg/L，曝气生物滤池(7)的DO浓度控制在4.0～6.0mg/L。
3.根据权利要求1所述的A2o-BAF组合工艺，其特征在于，所述曝气生物滤池(7)共2座，采用陶粒滤料，直径3～5mm，孔隙率50％；曝气生物滤池(7)空床HRT为1.2h，硝化负荷为0.4kgNH4 +-N/(m3·d)，硝化液回流比为100％。
4.根据权利要求1所述的A2o-BAF组合工艺，其特征在于，所述曝气生物滤池(7)反冲洗周期为5～7天，每次气洗10～15分钟，气水联合冲洗3～5分钟，单独水洗3～5分钟；气洗强度为17.70L/(m2·s)，水冲洗强度为8.85L/(m2·s)。
5.一种A2 o-BAF组合工艺装置，包括进水池(1)，以及与其依次连接的厌氧池(2)、缺氧池(3)、短时好氧池(4)、沉淀池(5)、中间水池(6)、曝气生物滤池(7)和出水池(8)；厌氧池(2)、缺氧池(3)和短时好氧池(4)分别设有搅拌器(16)，短时好氧池(4)和曝气生物滤池(7)底部设有盘式曝气器(17)，各盘式曝气器(17)分别与气泵(18)相连；其特征在于，所述沉淀池(5)底部通过污泥回流管(10)与厌氧池(2)连接，中间水池(6)通过BAF进水管(11)与曝气生物滤池(7)相连，曝气生物滤池(7)通过BAF出水管(12)与出水池(8)相连，出水池(8)通过硝化液回流管(13)与缺氧池(3)连接，出水池(8)通过反冲洗管(14)与曝气生物滤池(7)连接；所述曝气生物滤池(7)，由下至上分为配水层(71)、承托层(72)、滤料层(73)和超高层(74)。
6.根据权利要求5所述的A2o-BAF组合工艺装置，其特征在于，所述厌氧池(2)、缺氧池(3)、短时好氧池(4)的体积比为1:2:1，所述三个反应池采用合建形式共同构成A2o池。
7.根据权利要求5所述的A2o-BAF组合工艺装置，其特征在于，于，所述曝气生物滤池(7)配水层(71)与承托层(72)之间设有穿孔滤板(711)，穿孔滤板(711)上安装了布水滤头(712)，于曝气生物滤池(7)穿孔滤板(711)上面分别铺设有砾石层(721)和粗砂层(722)。
8.根据权利要求5所述的A2o-BAF组合工艺装置，其特征在于，所述沉淀池(5)采用斜管沉淀池结构形式，斜管倾斜角为60°，表面负荷为1.2m3/(m2·h)。
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