CN111747618B - 一种基于两段式ao氧化沟串联的高效脱氮***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于两段式AO氧化沟串联的高效脱氮***及方法，该***将缺氧、沉淀、缺氧、好氧四个反应区作为第一段氧化沟，缺氧、好氧、沉淀三个反应区作为第二段氧化沟，两个氧化沟串联形成两段AO脱氮工艺，每段氧化沟为两廊道结构。原污水经第一段氧化沟的缺氧区和沉淀区，在沉淀区进行泥水分离，沉淀下来的污泥从狭缝回流进入缺氧区，再气升回流到本段的好氧区，沉淀段分离出来的污水直接进入第二段氧化沟；污水在第二段经缺氧区、好氧区和沉淀区，沉淀后的污水排出***。本发明适用于对低碳源污水进行处理，工艺流程较简单，能耗低，运行管理方便，具有较高的总氮去除率，适用于对总氮去除率要求较高而碳源不足的场合。
Description
技术领域
本发明属于水环境保护技术领域，具体涉及一种基于两段式AO氧化沟串联的高效脱氮***。
背景技术
在污水处理处理中，使用氧化沟、AN/O等达到除氮效果最为广泛，AN/O工艺是生物脱氮的基本方法，也是最简单最基本的方法。但是该方法总氮去除率难以提高，常常只能维持在70％左右，而且该方法对碳源的要求一般是进水BOD5/TN不低于4，目前多数市政污水难以满足这一要求。
氧化沟工艺是目前城镇污水处理厂应用最广泛的技术之一。氧化沟是一种活性污泥处理***，其曝气池呈封闭的环流沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。循环折流式氧化沟是目前应用较多的氧化沟反应器形式，污水在沟内循环一次的流态属于推流反应器，但是由于污水在沟内一般停留时间较长，所以通常循环很多次，从而总体上属于完全混合式。由于曝气是在沟内某些点进行，所以全沟范围看实际上溶解氧状态是介于好氧和缺氧之间，从而达到脱氮的目的。为了有除磷的效果，通常氧化沟还可以设置厌氧池，相对独立于沟循环***。但是，由于循环折流式氧化沟在同一沟中好氧区与缺氧区各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因此当运行状态不佳对脱氮的效果是有限的，沟内对除磷几乎不起作用，而且，好氧区与缺氧区由于没有明确界限，有机物在好氧区浓度几乎与缺氧区浓度相同，导致大量有机物被异养代谢而消耗，既造成碳源浪费又增加了不必要的消耗氧，导致运行费用较高。此外，氧化沟内为了避免污泥沉积，需要维持一定的流速，需要布置若干水力的推进装置，造成较大的能耗。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，本发明提供了一种基于串联氧化沟反应器构建两段式AO工艺的高效脱氮***及方法，实现对碳源需求的降低，同时使总氮去除率显著提高。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供了一种基于串联氧化沟反应器构建两段式AO工艺的高效脱氮***，所述***包括第一段AO氧化沟、第二段AO氧化沟；
所述第一段AO氧化沟由第一缺氧区、第一沉淀区、第三缺氧区和第一好氧区组成，其中第一缺氧区的首端与进水口连接，第一缺氧区的末端与第一沉淀区的首端连接，第一沉淀区的末端与第三缺氧区的首端连接，同时连接第一出水管；第三缺氧区的末端与第一好氧区首端连接；第一好氧区的末端与第一缺氧区的首端连接；
所述第二段AO氧化沟由第二缺氧区、第二好氧区和第二沉淀区组成，其中第二缺氧区的首端与第一沉淀区的出水管连接，同时与第二沉淀区的末端连接；第二缺氧区的末端与第二好氧区首端连接，第二好氧区的末端与第二沉淀区的首端连接，第二沉淀区的末端同时与第二缺氧区的首端以及第二出水管连接。
第一好氧区末端通过水泵回流硝化液到第二缺氧区首端，此为第一内回流；第二好氧区末端通过水泵回流硝化液到第三缺氧区首端，此为第二内回流。
本发明的技术原理是，污水在第一段氧化沟内没有流经好氧区，经过缺氧和沉淀直接进入第二段氧化沟，故碳源一定程度得以保留，而第二段氧化沟按照传统AN/O工艺方式布置，所以第二段氧化沟在无外加碳源的情况下也可以正常运行。工艺分两次AO程序，第一段氧化沟脱氮率可以达到65～70％，第二段仍可以达到本段进水的65～70％，虽然每段去除率不高，但是合计总氮去除率可以达到85～90％以上。第一段氧化沟污泥回流比(实际上是相当于传统工艺的总回流比)和硝化液内回流比均较低，总回流比仅为100～150％，故进入好氧区的污水有机物已经很少，而且此部分污水还可以通过内回流进一步实现碳源的有效利用。故本发明几乎全部的碳源能够被反硝化所利用，碳源用于非反硝化过程的损耗很少，这是本发明需要碳氮比低的原因。本发明的第一段氧化沟由于硝化液内回流的回流点是沉淀区后，故反应器各个位置的实际流量均很小，以总回流比和硝化液回流均为100％考虑，反应器内任何断面的流量都是2.0倍原污水流量，反应器可维持碳源和硝酸盐在较高的浓度范围，故效率高。第一段氧化沟的第一沉淀区设置在第一缺氧区后，缺氧完成后的污水污泥立即分离，由于污泥对氨氮有一定的吸附能力，故采用低回流比缺仍可以维持较高的总氮去除率(传统AN/O工艺总回流比为150％时，总氮去除率不超过60％，本方法第一段氧化沟可以达到65～70％)。
进一步优选地，所述第一好氧区和第二好氧区首端设置有缝隙式气升井，为反应器内的污泥/污水回流提供动力。
进一步优选地，反应器的平面形状可布置为椭圆形，亦可布置为矩形，但仍需布置为封闭环流反应器的结构形式，三个缺氧区内均设有搅拌装置。
本发明还提供了一种利用上述串联氧化沟反应器构建两段式AO工艺的高效脱氮方法，步骤包括，
步骤S1.污水首先输入至第一段氧化沟中的第一缺氧区进行反硝化脱氮；
步骤S2.将步骤S1中脱氮后的污水输入第一沉淀区进行泥水分离产生上层污水和下层污泥；
步骤S3.将步骤S2中产生的上层污水从集水渠收集通过排水管排出进入第二段氧化沟，污泥在沉淀区底部，气升回流到第一好氧区。
步骤S4.污泥输送至第一好氧区内完成亚硝化和硝化反应，反应后的污泥自流回流至第一缺氧区，污泥完成一个循环。
步骤S5.将步骤S2产生的上层污水排入第二段氧化沟，污水首先进入第二缺氧区进行反硝化，再气升流入第二好氧区进行氨氮的氧化同时除去残留的有机物；
步骤S6.将步骤S5处理后的污水自流输入第二沉淀区进行泥水分离，完成泥水分离后污水即排放出生化反应***，污泥自流回流进入第二缺氧区，污泥完成一个循环。
进一步优选地，所述氧化沟内每段工艺的污水在反应器内大循环仅循环一次(即从每个氧化沟的进水处循环一圈再回到到进水处)，但污泥在氧化沟内是反复多次回流循环的，污泥在第一段AO氧化沟内回流比为100～150％，在第二段AO氧化沟内回流比为150～200％(污泥回流比指沉淀后污泥的回流流量除以反应器进水流量)。
进一步优选地，所述反应器为推流形式，第一段氧化沟内沉淀区平均水平方向的流速控制在5～8mm/s，第二段氧化沟沉淀区的流速控制在3～6mm/s，当第二氧化沟沉淀区的流速控制困难时，应该启用第二内循环。包括沉淀时间，第一段AO氧化沟的水力停留时间不小于10h，第二段AO氧化沟的水力停留时间不小于8h。
进一步优选地，所述第一段缺氧区的混合液悬浮固体浓度取值不低于7000mg/L，第三缺氧区的混合液悬浮固体浓度维持在3000～4500mg/L。
进一步优选地，所述第二好氧区和第三缺氧区采用投加填料形成生物膜污泥接触氧化的方式运行。
进一步优选地，每一段的水力停留时间和污泥回流比受进水和出水水质改变，进水总氮和溶解氧浓度高，水力停留时间和污泥回流比取高值，进水总氮和溶解氧浓度，水力停留时间和污泥回流比取低值。
进一步优选地，工艺的污泥龄取值可以在25～35d左右，即主要考虑生物脱氮。
本发明的有益效果在于：
1)本发明适用于低碳源污水的高效脱氮。对于市政污水或生活污水为主的污水，一般能够在可生化COD/TN(或BOD5/TN)低至约为3.2～3.5左右的条件下实现较高的脱氮率，与传统方法相比，一般可减少对碳源的需要达到20％以上；
2)本发明总氮去除率高，在原水水质满足要求的条件下，工艺经过第一段氧化沟反应器可以脱氮70-75％，第二段再去除60～70％左右，合计对总氮的去除率达到90％以上；对于生活污水，碳源不是严重缺乏的情况下出水TN浓度可以低于5mg/L。污水碳氮比越高，工艺总氮去除率越高；但即使在很低的碳氮比情况下，仍具有可观的总氮去除率。若***投加适量吸附剂/增重剂，总氮的去除率还可以更高；
3)本发明工艺构筑物简单，两个普通的氧化沟反应器(两廊道氧化沟)即可，比较容易针对现有工艺的改造；
4)本发明能耗较低，采用此种反应器布置方式，氧化沟内水流速度很低，水头损失极小(不超过几十毫米)，可采用气升方式回流，即实现无动力回流，可节省动力消耗和动力装备。采用鼓风机微孔曝气，比传统循环折流式氧化沟节省曝气能耗；
5)本发明运行管理方便，工艺基于传统的生物脱氮理论，硝化和反硝化均容易控制，反应器各个部分溶解氧浓度可以精确控制，故工艺总体上容易运行维护；
6)本发明基建和设备费用低，工艺将沉淀过程融合到反应器整体中去，即好氧区、缺氧区和沉淀区一体化，反应器布置紧凑，节省占地面积，基建费用低。无需污泥回流泵，设备费用较低；
7)本发明本发明的工艺方法适用于原水碳源较低而对脱氮率要求较高的生活污水处理，适宜于城镇生活污水处理，也适宜于水质与生活污水近似的工业废水处理。
附图说明
图1是本发明总体的工艺流程示意图；
图2是本发明椭圆形第一氧化沟反应器的平面布置示意图；
图3是本发明矩形第二氧化沟反应器的平面布置示意图；
图4是本发明种第二实施例中氧化沟反应器的平面布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图2或3所示，一种基于两段式AO氧化沟串联的高效脱氮***，包括第一段AO氧化沟，第二段AO氧化沟，第一段AO氧化沟和第二段AO氧化沟的构造形状与普通Carrousel氧化沟一致，但运行和装备与普通氧化沟工艺有重大差别，其中：第一段AO氧化沟由第一缺氧区、第一沉淀区和第一好氧区组成，其中第一缺氧区的进水端与进水口连接，第一缺氧区的出水端与第一沉淀区的进水端连接，第一沉淀区的出水端与第一好氧区的进水端连接，所述第一好氧区的出水端与第一缺氧区的进水端连接。所述第二段AO氧化沟由第二缺氧区、第二好氧区和第二沉淀区组成，其中第二缺氧区的进水端与第一沉淀区出水端连接，第二缺氧区的出水端与第二好氧区进水端连接，第二好氧区的出水端与第二沉淀区的进水端连接，第二沉淀区的出水端同时与第二缺氧区的进水端以及出水口连接，第一沉淀区和第二沉淀区的进水和出水设置有整流措施，第一沉淀区和第二沉淀区需要符合平流沉淀池的工艺参数要求，长宽比和长深比需要符合规定值，底部设置刮泥措施，为了维持出水水质，第二段的沉淀区末端也需要配置浮渣挡板。
第一好氧区和第二好氧区首端设置有缝隙式气升井，污泥(实际上是污泥污水混合液)回流动力就来自于布置在各个好氧区首端的缝隙式气升井，第一好氧区和第二好氧区采用微孔曝气，不能采用传统氧化沟的机械曝气方式，由于反应器需要维持推流反应的效果，故需要在各个缺氧区和各个好氧区布置隔板，将反应器的每个分区(不包括沉淀区)分隔为相对独立的～段串联方式，第一段AO氧化沟和第二段AO氧化沟的平面形状均为椭圆形或矩形，第一缺氧区和第二缺氧区内均设有搅拌装置，搅拌装置为现有技术，在此不再赘述。
利用上述***的高效脱氮方法，包括以下步骤：
首先污水进行厌氧预处理，将污水排入进入厌氧池，在厌氧池内完成水解酸化过程，凯式氮几乎全部转化为氨氮，厌氧池采用生物膜法运行，污泥单独自成***，污水接着进入第一段AO氧化沟反应器，进入点为第一缺氧区首端，由于第一缺氧区接收回流的含硝酸盐污泥(实际为污泥污水混合液)，故缺氧区内能够实现反硝化脱氮，缺氧区为推流式反应器，在缺氧区末端，硝酸盐氮去除较彻底。
随后污水进入第一沉淀区，在第一沉淀区进水处设置布水隔板，实际上就是多孔板，确保进入沉淀区的污水在进水断面上分配均匀，沉淀区需要设置刮泥板，将污泥刮到沉淀区底部的末端，经过沉淀后，在沉淀池末端，污水(上清液)从集水渠流出，污泥在沉淀区底部，在缝隙式气升井作用下气升回流，污泥进入第一好氧区，回流的污泥在第一好氧区曝气，完成亚硝化和硝化过程，一部分随污泥带来的有机物也被降解，污泥完成一个循环，污泥不断循环以实现氨氮的硝化过程，尽管第一段的总氮去除率也直接取决于回流比，但是由于在第一段采用高的混合液污泥浓度，而污泥具有一定的氨吸附能力，这样实际能够完成硝化过程的氨是大于根据回流比计算的数值，缺氧后立即沉淀，污泥吸附的氨和污泥中呈现溶解态的氨，都可以回流到好氧程序而被氧化，故即使污泥回流比仅100～150％，第一段的总氮去除率已经可以显著超过根据回流比计算值(数值为50～60％)，可以达到65～70％了，如果在第一段内投加氨吸附剂，并同时提高缺氧区的呈现溶解态值达到9000～12000，则第一段的总氮去除率甚至可以达到75％以上。
最后第一段AO氧化沟反应器的出水进入第二段AO氧化沟反应器，进入点也为缺氧区首端，第二段运行程序为缺氧-好氧-沉淀，由于缺氧区接收回流的含硝酸盐污水，实际也为污泥污水混合液，故缺氧区内可以进一步实现反硝化脱氮。随后污水进入第二好氧区，在第二好氧区内进行氨氮的氧化，氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。同时残留的少量有机物也进一步被去除去除，若原水碳氮比很低，在第二缺氧区碳源已经彻底消耗，则可根据需要适当投加补充外碳源。进一步，污水进入沉淀区，完成泥水分离后污水即排放出生化反应***，污水外排或进一步进行深度处理。污泥自流进入缺氧区，污泥完成一个循环，第二段根据进水水质情况，一般仍可以去除50～60％的总氮(若原水总氮和BOD浓度高，则第二段可以采用较高的回流比，总氮去除率可以达到更高的数值)。两段合计总氮去除率，一般的水质情况下可以达到80～85％左右。若原水总氮和BOD浓度较高，则两段均可以采用较高的回流比(第一段回流比达到甚至超过150％，第二段达到甚至超过200％)，在两段总回流比仅350％的情况下，总氮去除率也可以超过90％，效果更佳。
实施例2
如图1和图4所示，依附于实施方式1，在第一段氧化沟沉淀区后增加一个第三缺氧区，第一段氧化沟同时从第一好氧区末端采用泵回流污水到第三缺氧区首端，第二段氧化沟从第二好氧区末端采用泵回流污水到第二缺氧区首端。
因此第一段氧化沟内污水流程为：进水→第一缺氧区→第一沉淀区→出水；沟内污泥的循环为：第一缺氧区→第一沉淀区→第三缺氧区→第一好氧区→第一缺氧区；内循环为：第一好氧区→第三缺氧区。
第二段氧化沟内污水污泥流程均为：第二缺氧区→第二好氧区→第二沉淀区；第二段氧化沟内硝化液内回流为：第二好氧区→第二缺氧区。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于两段式AO氧化沟串联的高效脱氮***，其特征在于：所述***包括第一段AO氧化沟、第二段AO氧化沟；
所述第一段AO氧化沟由第一缺氧区、第一沉淀区、第三缺氧区和第一好氧区组成，其中第一缺氧区的首端与进水口连接，第一缺氧区的末端与第一沉淀区的首端连接，第一沉淀区的末端与第三缺氧区的首端连接，同时连接第一出水管；第三缺氧区的末端与第一好氧区首端连接；第一好氧区的末端与第一缺氧区的首端连接；
所述第二段AO氧化沟由第二缺氧区、第二好氧区和第二沉淀区组成，其中第二缺氧区的首端与第一沉淀区的出水管连接，同时与第二沉淀区的末端连接；第二缺氧区的末端与第二好氧区首端连接，第二好氧区的末端与第二沉淀区的首端连接，第二沉淀区的末端同时与第二缺氧区的首端以及第二出水管连接；
所述第一好氧区和第二好氧区的首端处均设置有缝隙式气升井。
2.根据权利要求1所述的一种基于两段式AO氧化沟串联的高效脱氮***，其特征在于：所述第一段AO氧化沟和第二段AO氧化沟的平面形状均为椭圆形或矩形，第一缺氧区、第二缺氧区和第三缺氧区内均设有搅拌装置。
3.一种利用如权利要求1-2任一所述***进行高效脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1. 污水首先输入至第一段氧化沟中的第一缺氧区进行反硝化脱氮；
步骤S2. 将步骤S1中脱氮后的污水输入第一沉淀区进行泥水分离产生上层污水和下层污泥；
步骤S3. 将步骤S2中产生的上层污水从集水渠收集通过排水管排出进入第二段氧化沟，污泥在沉淀区底部，气升回流到第一好氧区；
步骤S4. 污泥输送至第一好氧区内完成亚硝化和硝化反应，反应后的污泥自流回流至第一缺氧区，污泥完成一个循环；
步骤S5. 将步骤S2产生的上层污水排入第二段氧化沟，污水首先进入第二缺氧区进行反硝化，再气升流入第二好氧区进行氨氮的氧化同时除去残留的有机物；
步骤S6. 将步骤S5处理后的污水自流输入第二沉淀区进行泥水分离，完成泥水分离后污水即排放出生化反应***，污泥自流回流进入第二缺氧区，污泥完成一个循环。
4.根据权利要求3所述的一种基于两段式AO氧化沟串联高效脱氮***的高效脱氮方法，其特征在于：所述第一段AO氧化沟沉淀区平均水平流速为5～8mm/s，第二段AO氧化沟内沉淀区的平均水平流速为3～6mm/s；第一段AO氧化沟的总水力停留时间不小于10h，第二段AO氧化沟的总水力停留时间不小于8h。
5.根据权利要求3所述的一种基于两段式AO氧化沟串联高效脱氮***的高效脱氮方法，其特征在于：所述第一缺氧区的混合液悬浮固体浓度取值不低于7000mg/L，第三缺氧区的混合液悬浮固体浓度维持在3000～4500mg/L。
6.根据权利要求3所述的一种基于两段式AO氧化沟串联高效脱氮***的高效脱氮方法，其特征在于：所述第二好氧区和第三缺氧区均采用投加填料形成生物膜接触氧化的方式运行。
7.根据权利要求3所述的一种基于两段式AO氧化沟串联高效脱氮***的高效脱氮方法，其特征在于：污水排入第一缺氧区前经过厌氧预处理。
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