CN1280210C

CN1280210C - 污水胞内碳源脱氮法

Info

Publication number: CN1280210C
Application number: CN 200410017331
Authority: CN
Inventors: 刘燕; 徐祖信; 王红武; 李怀正; 屈计宁
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: CN1562806A

Abstract

本发明为污水胞内碳源脱氮。在好氧条件下，微生物可在短时间内吸收水中溶解性有机物，这些有机物主要以胞内聚合物的形式存在于微生物细胞内，在随后的反硝化池中作为反硝化碳源。本发明利用此原理设计了相应的工艺路线，经过混合反应、固液分离、硝化、反硝化等步骤，使经处理的污水达到国家规定的排放一级标准。本发明工艺简单，成本低，能耗省，脱氮效率高，适合于城市污水的处理。

Description

污水胞内碳源脱氮法

技术领域

本发明属环保技术领域，具体涉及一种污水胞内碳源脱氮法。

背景技术

上世纪初，随着废水生物处理工艺的发明，水污染控制技术得到很大的进步，到了七十年代，西方发达国家水体黑臭问题基本上得到解决，随之而来的是由氮污染引起的水体富营养化问题，并且在世界范围内日益突出。在内陆河流和湖泊的水体中，氮是富营养化的控制因素。自此，脱氮技术一直成为国际环保技术领域学术界和工程界关注的研究热点，并发明了多种脱氮技术，主要分为物理化学方法和生物处理方法。

废水脱氮的物理化学方法主要有吹脱法、折点氯化法、选择离子交换法、催化氧化法等，主要适用于高浓度氨氮废水的处理，且存在着处理成本高，对环境影响大，产生二次污染等问题。而生物脱氮较物理化学方法更经济，对氨氮浓度相对低的城市污水更适用。生物脱氮是通过“硝化-反硝化”过程进行。硝化即通过自养性细菌在有氧的条件下将氨氮连续地转变为硝酸盐氮的过程，反硝化即通过异氧兼性反硝化细菌，在缺氧条件下转化硝酸盐为氮气的过程。自养性的硝化菌和降解有机物的异养菌及反硝化异养菌相比较，世代周期长，竞争能力较弱，因此硝化需在有机碳浓度低、有机负荷低和有氧的条件下才能进行。

而污水中通常含有有机物、氨氮等污染物，这使得去除有机物、硝化、反硝化很难在一个反应器内同时、高效完成，因此一般污水脱氮工艺均针对其水质和参与反应的几大类不同微生物的特点而设计，各有其优缺点，主要方法如下：

(一)O/A工艺

这是最广泛应用的一种生物脱氮工艺，也称后置反硝化，它是好氧反应池在前，缺氧反硝化池在后。在好氧反应器中先进行有机物的降解，然后硝化，在缺氧反应池中进行反硝化。由于好氧硝化池出水有机物浓度非常低，在反硝化池中需投加碳源。研究及工程实践表明，此方法脱氮效率高而稳定，但其存在如下一些缺陷：(1)在反硝化池中需投加碳源，药剂费用高，且投加量难以掌握容易造成有机物的泄漏；(2)因为需投加药剂及自动化在线监测和控制，设备多，运行要求高，管理复杂，对操作人员素质要求高；(3)进水中所有的碳均需氧化成CO₂和H₂O，水力停留时间长，池体积大，占地面积大，基建费用高；(4)曝气电耗高。

(二)A/O工艺

这也是目前研究与应用最为广泛的一种生物脱氮工艺，也称前置反硝化。它是缺氧反硝化池在前，好氧硝化池在后，它利用进水中的有机物作为反硝化碳源，克服了O/A法需投加药剂作为反硝化碳源的缺陷，但它也不可避免地具有如下缺陷：(1)需大量回流混合液以提高脱氮效率，回流比通常要求为7～8∶1，因此能耗大，运行费用高；(2)脱氮效率低；(3)出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。且硝酸盐可诱发婴儿的高铁血红蛋白症，硝酸盐进一步转化为亚硝胺则具有严重的“三致”作用，直接威胁人类的健康。

(三)生物滤池

利用生物膜中形成的溶解氧浓度梯度变化，在外层有氧条件下进行有机碳的氧化及硝化，在内层缺氧环境中进行反硝化。虽然微生物在膜上的固定生长，有利于世代时间长的自养性硝化细菌的生长，但也仅在低负荷状况下出现硝化，且也存在如下一些缺陷：(1)用填料，大大增加了投资费用，成本高；(2)低负荷运行条件下才能出现硝化，池子体积大，造价高；(3)脱氮效率低；(4)膜脱落易产生堵塞；(5)布水不易均匀；(6)生长池蝇等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能耗省、成本低、效率高的污水脱氮方法。

本发明提出的污水脱氮法，是利用了环保领域的最新研究成果，即在好氧条件下，微生物可在极短的时间内(通常5-10分钟)吸收水中溶解性有机物，这有机物实际上大部分以胞内聚合物(主要为聚羟基链烷酸酯(PHA)或糖元)的形式存于微生物细胞内，并未降解至CO₂和H₂O。这些胞内聚合物在随后的反硝化池中，可以作为反硝化碳源。因此，本发明称为污水胞内碳源脱氮法。本发明既克服了O/A法脱氮过程中需投加化学药剂作为反硝化碳源和有机物完全氧化能耗高的缺点，又克服了A/O脱氮过程需大量回流混合物，能耗高，出水硝酸盐氮(NO₃ ^--N)高的缺点，还可以节约氧化有机物所需能量，减少剩余污泥量，提高脱氮效率。

本发明的工艺流程见图1所示。脱氮设备由胞内聚合物形成池1、中间沉淀池2、硝化池3、胞内聚合物反硝化池4和二沉池5依次连通组成。

具体步骤如下：

1、胞内聚合物形成，将城市污水经预处理后与来自于二沉池的回流污泥于有氧条件下，在胞内聚合物形成池1中充分混合，混合反应时间为20～40分钟，形成含有大量胞内聚合物的污泥，同时有效去除化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)，溶解氧(DO)控制在≥1.5mg/l；

2、固液分离，胞内聚合物形成池1中的混合液进入中间沉淀池2，进行固液分离，沉淀时间为1.5～2.0小时；上清液流入硝化池，含有大量胞内聚合物的沉淀污泥流入胞内聚合物反硝化池4，流出量为50～100％进水流量；

3、硝化，中沉池2中的上清液流入硝化池3，进行硝化；

4、反硝化，来自于硝化池3的混合液与来自于中沉池2的含有大量胞内聚合物的污泥进入胞内聚合物反硝化池4，混合，在反硝化异养菌的作用下，利用胞内聚合物(PHA或糖元)作为碳源，使NO₃-N还原为N₂从而进入大气。而污泥由于其胞内聚合物的降解而得到再生，重新具有很强的吸收溶解性有机物形成胞内聚合物的能力。反应时间0.5～1.0小时，采用潜水搅拌机进行混合；

5、再次固液分离，来自于胞内聚合物反硝化池4的混合液进入二沉池5，再次进行固液分离，沉淀时间为2.0～2.5小时，沉淀出水排放。沉淀污泥部分回流至胞内聚合物形成池(50～100％)和硝化池(0～50％)(具体根据情况需要而定)，其余部分沉淀污泥为剩余污泥，向外排放，可一天排放一次。

上述方法中，来自于中间沉淀池2的上清液，COD和BOD浓度低，NH₃-N浓度高，进入硝化池3后，有利于自养性硝化菌的生长，进行高效的硝化反应，可有效转化NH₃-N等至硝酸盐氮(NO₃-N)，同时也可去除残余的有机物。此硝化池可根据实际情况，选用如下几种反应器其中一种：软性填料床反应器、悬浮填料床反应器、推流式反应器：

(1)软性填料床反应器，有效接触时间1～6小时，溶液内DO(溶解氨)≥2mg/l，无需回流污泥。

(2)悬浮纤维填料反应器，反应时间3～7小时，溶液内DO≥2mg/L，填料投加率为20～60％，较优为45-50％，需从二沉池回流污泥至硝化池，回流比10～30％入流流量。

(3)推流式反应器，反应时间为5-10小时，溶液内DO≥1mg/L，也需从二沉池回流污泥至硝化池，回流比为30～50％入流流量。

经本发明处理后，可使出水COD≤60mg/l，5日生化需氧量BOD₅≤20mg/l，悬浮固体SS≤20mg/l，总氮TN-N≤20mg/l，NH₃-N≤8mg/l(温度＞12℃)，NH₃-N≤15mg/l(温度≤12℃)等指示均可达到或优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级标准(B标准)要求。

本发明与典型的生物脱氮处理城市污水工艺(O/A与A/O)特征的比较见表1。由此可知本发明的具有明显的优势。

表1.本发明与典型的生物脱氮处理污水工艺(O/A与A/O)的比较

特征	本发明	O/A	A/O
特征	本发明	O/A	A/O	反应池体积(占地面积)基建费用药剂费能耗运行费用去除总氮能力	小小无小小大	大大有中大大	中中无大中小

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图中标号：1为胞内聚合物形成池，2为中沉池，3为硝化池，4为胞内聚合物反硝化池，5为二沉池。

具体实施方式

实施例1

来自于某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后与来自于二沉池的回流污泥在胞内聚合物形成池中从分混合，水力停留时间为40分钟，溶解氧控制在2mg/l左右，从胞内聚合物形成池中出来的混合液，进入中间沉淀池，沉淀时间为1.5小时，沉淀污泥流入胞内聚合物反硝化池，上清液入硝化池(采用软性纤维填料床反应器)，水力停留时间为6小时，溶解氧控制在3.5mg/l左右，从硝化池流出的液体进入胞内聚合物反硝化池，与来自中间沉淀池的含有大量胞内聚合物的污泥相混合，水力停留时间1.0小时，采用水下低转速潜水搅拌机进行混合。从胞内聚合物反硝化池流出的混合液进入二沉池，沉淀时间为2.0小时，上清液排出，沉淀污泥部分经泵回流至胞内聚合物形成池，回流比100％。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为初沉池出水)COD平均值为270mg/l，出水55mg/l；进水NH₃-N 22mg/l，NO₃-N、NO₂-N为零，TN-N 50mg/l，出水NH₃-N 7mg/l(温度＞12℃)，NH₃-N 11mg/l(温度≤12℃)，NO₃-N、NO₂-N均为零，TN-N 15mg/l(温度＞12℃)，TN-N19mg/l(温度≤12℃)。

实施例2

来自于某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后与来自于二沉池的回流污泥在胞内聚合物形成池中从分混合，水力停留时间为30分钟，溶解氧控制在2mg/l左右。从胞内聚合物形成池中出来的混合液，进入中间沉淀池，沉淀时间为1.5小时，沉淀污泥流入胞内聚合物反硝化池，上清液入硝化池(软性纤维填料床反应器)，有效停留时间为4.5小时，溶解氧控制在3mg/l左右。从硝化池流出的液体进入胞内聚合物及硝化池，与来自中间沉淀池的含有大量胞内聚合物的污泥相混合，水力停留时间0.75小时，采用低转速潜水搅拌机进行混合。从胞内聚合物反硝化池流出的混合液进入二沉池，沉淀时间为2.0小时，上清液排出，沉淀污泥部分经泵回流至胞内聚合物形成池，回流比75％。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为初沉池出水)COD平均值为168mg/l，出水50mg/l；进水NH₃-N 17mg/l，NO₃-N、NO₂-N为零，TN-N 26mg/l，出水NH₃-N 6mg/l(温度＞12℃)，NH₃-N 10mg/l(温度≤12℃)，NO₃-N、NO₂-N均为零，TN-N 10mg/l(温度＞12℃)，TN-N16mg/l(温度≤12℃)。

实施例3

来自于某地城市污水经格栅、沉砂和初沉预处理后与来自于二沉池的回流污泥在胞内聚合物形成池中从分混合，水力停留时间为20分钟，溶解氧控制在2mg/l左右，从胞内聚合物形成池中出来的混合液，进入中间沉淀池，沉淀时间为1.5小时，沉淀污泥流入胞内聚合物反硝化池，上清液入硝化池(软性纤维填料床反应器)，水力停留时间为3小时，溶解氧控制在2.5mg/l左右，从硝化池流出的液体进入胞内聚合物反硝化池，与来自中间沉淀池的含有大量胞内聚合物的污泥相混合，水力停留时间0.5小时，采用水下低转速潜水搅拌机进行混合。从胞内聚合物反硝化池流出的混合液进入二沉池，沉淀时间为2.5小时，上清液排出，沉淀污泥部分经泵回流至胞内聚合物形成池，回流比50％。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为初沉池出水)COD平均值为128mg/l，出水43mg/l；进水NH₃-N 16mg/l，NO₃-N、NO₂-N为零，TN-N 21.3mg/l，出水NH₃-N 6mg/l(温度＞12℃)，NH₃-N 11mg/l(温度≤12℃)，NO₃-N、NO₂-N均为零，TN-N 10mg/l(温度＞12℃)，TN-N15mg/l(温度≤12℃)。

Claims

1、一种污水胞内碳源脱氮法，脱氮设备由胞内聚合物形成池(1)、中沉池(2)、硝化池(3)、胞内聚合物反硝化池(4)和二沉池(5)依次连通组成，其特征在于具体步骤如下：

(1)胞内聚合物形成，将城市污水经预处理后与来自于二沉池的回流污泥于有氧条件下，在胞内聚合物形成池(1)中充分混合，混合反应时间为20～40分钟，溶解氧≥1.5mg/l；

(2)固液分离，胞内聚合物形成池(1)中的混合液进入中沉池(2)，进行固液分离，沉淀时间为1.5～2.0小时；上清液流入硝化池进行硝化，含有大量胞内聚合物的沉淀污泥流入胞内聚合物反硝化池(4)，流出量为50～100％进水流量；

(3)硝化，中沉池(2)中的上清液流入硝化池(3)，进行硝化；

(4)反硝化，来自于硝化池(3)的混合液与来自于中沉池(2)的含有大量胞内聚合物的污泥进入胞内聚合物反硝化池(4)，混合，反应时间0.5～1.0小时；

(5)再次固液分离，自来于胞内聚合物反硝化池(4)的混合液进入二沉池(5)，再次进行固液分离，沉淀时间为2.0～2.5小时，沉淀出水排放；沉淀污泥部分回流至胞内聚合物形成池和硝化池，其余部分沉淀污泥为剩余污泥，向外排放。

2、根据权利要求1所述的污水胞内碳源脱氮法，其特征在于硝化池(3)选自下述反应器之一种：软性填料床反应器、悬浮填料床反应器、推流式反应器。