專(zhuān)利名稱(chēng)：強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氰裝置技術(shù)領(lǐng)域該實(shí)用新型涉及一種污水處理裝置，特別是一種用于生物脫氮的裝置。
技術(shù)背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日趨激化。而我國(guó)現(xiàn)有的污 水處理廠(chǎng)對(duì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要營(yíng)養(yǎng)物一氮的去除率很低且不穩(wěn)定，導(dǎo) 致水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象加劇。因此，研究和開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的生物脫氮工藝己 成為當(dāng)前熱點(diǎn)。污水的脫氮處理工藝中，生物法因工藝簡(jiǎn)單、處理能力強(qiáng)、 運(yùn)行方式靈活，近年來(lái)已成為城市污水脫氮處理的重要方法，并得到廣泛應(yīng) 用。根據(jù)生物脫氮的原理，通過(guò)微生物在缺氧、好氧的協(xié)同作用將污水中的氮去除是所有生物脫氮工藝的基本組成部分。常見(jiàn)的有缺氧/好氧(A/0)生物脫 氮工藝、厭氧/缺氧/好氧(AVO)生物脫氮除磷工藝以及在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的雙溝 式氧化溝工藝和SBR工藝等。事實(shí)上，對(duì)于生物脫氮而言，當(dāng)污水中的BOD 濃度較高(即污水中的C/N值較高時(shí))，又有充分的快速可生物降解有機(jī)物時(shí)， N02—反硝化速率最大，缺氧池的水利停留時(shí)間(HRT)為0.5~1.0h即可；如果 C/N值很低，則缺氧池HRT為2~3h。由此可見(jiàn)，污水較低的C/N不但導(dǎo)致脫 氮效率降低，而且需要增加缺氧段構(gòu)筑物的容積。對(duì)于低C/N的污水，為了 實(shí)現(xiàn)氮的達(dá)標(biāo)排放， 一般采用向系統(tǒng)的反硝化段投加碳源，從而提高系統(tǒng)的 脫氮效率，目前工程中常投加的碳源有甲醇、乙醇等有機(jī)物，但在實(shí)現(xiàn)氮達(dá) 標(biāo)排放的同時(shí)也提高了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。為此，近幾年研究人員提出了短程硝化反硝化生物脫氮技術(shù)，即將硝化 過(guò)程控制在亞硝酸鹽階段，阻止N(V進(jìn)一步硝化，然后直接進(jìn)行反硝化。與 傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，短程硝化/反硝化生物脫氮工藝可節(jié)約供氧量25%左 右；節(jié)約反硝化所需碳源40%左右。同時(shí)還開(kāi)發(fā)出了 SHARON工藝、 ANAMMOX工藝、CANON工藝、De-AMMONIFICATION工藝、OLAND工 藝等生物脫氮新工藝，這些新工藝在不同程度上節(jié)省了反硝化過(guò)程所需的碳 源，為低C/N污水的生物脫氮開(kāi)辟了新途徑。但這些新工藝由于運(yùn)行條件復(fù)
雜，穩(wěn)定性差，要求對(duì)整個(gè)處理工藝實(shí)施在線(xiàn)控制方能保證處理效果，而一 般實(shí)際污水處理廠(chǎng)水質(zhì)、水力條件難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化，這些客觀因素限制了脫 氮新工藝的生產(chǎn)性應(yīng)用。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)一般活性污泥中的40.50%總干物質(zhì)是以液體高分子狀態(tài)存 在于細(xì)胞中，由于細(xì)菌細(xì)胞壁難以破壞，使活性污泥中的這類(lèi)碳源無(wú)法得以 利用。剩余污泥中含有的碳水化合物(50.2%)、蛋白質(zhì)(26.7%)、脂肪(20.0%)均屬于慢速可生物降解碳源，如果將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可利用的易生物降解碳， 用于脫氮系統(tǒng)，則可大大提高污水的生物脫氮效率，避免了外加碳源，同時(shí) 實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化處理，節(jié)約建設(shè)、運(yùn)行費(fèi)用。因此，大力開(kāi)發(fā)符合我國(guó)國(guó)情、尤其是適合現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)升級(jí)改造的 高效的脫氮技術(shù)，使原有工藝的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮，開(kāi)展對(duì)生物脫氮 更深入地基礎(chǔ)研究，開(kāi)發(fā)更科學(xué)、合理的高效率工藝方法，探索簡(jiǎn)便、節(jié)能、 高效生物脫氮技術(shù)，這也是生物脫氮技術(shù)深入工程實(shí)踐的關(guān)鍵所在。實(shí)用新型內(nèi)容該實(shí)用新型的目的是為了提高污水處理工藝的脫氮效率、降低污泥產(chǎn)量、 降低運(yùn)行和建設(shè)費(fèi)用，解決傳統(tǒng)污水處理工藝脫氮效率低、污泥產(chǎn)量高的問(wèn) 題，實(shí)現(xiàn)污水處理的節(jié)能降耗。一種強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置，由進(jìn)水管l、格柵2、沉砂池3、水 解酸化池4、缺氧池5、好氧池6、沉淀池7、出水管8順序串聯(lián)組成。沉淀 池7底部與水解酸化池4底部之間由回流污泥管12連接；沉淀池7底部與缺 氧池5進(jìn)水端之間由回流污泥管14連接；好氧池6出水端與缺氧池5進(jìn)水端 之間由回流污泥管13連接。所述的水解酸化池4底部與沉砂池3出水管18連接，頂部設(shè)有集水裝置 17，集水裝置17與缺氧池5的進(jìn)水管19連接，還包括自下至上依次為懸浮 污泥區(qū)I 、泥水分離區(qū)II、生物膜強(qiáng)化區(qū)III;懸浮污泥區(qū)I設(shè)有循環(huán)泵9，循 環(huán)泵9分別與懸浮污泥區(qū)I和沉砂池出水管18連接，形成一個(gè)循環(huán)回路；懸 浮污泥區(qū)I設(shè)有排泥口 10，泥水分離區(qū)II與懸浮污泥區(qū)I通過(guò)變徑接頭16連 接；生物膜強(qiáng)化區(qū)III填充生物載體，其填充體積比為30%~6線(xiàn)，取值低于此4 取值范圍時(shí)，水解酸化效率較低，高于此取值范圍時(shí)，生物膜強(qiáng)化區(qū)in易堵塞。缺氧池5與好氧池6的體積比為1: 4~6，缺氧池5與好氧池6內(nèi)分別設(shè) 置隔板15，隔板間距為3 6m，并保證污水的推流狀態(tài)。一種強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置處理污水的方法，包括以下步驟1) 污水通過(guò)進(jìn)水管1流入格柵2，去除水體中漂浮物，格柵2出水進(jìn)入 沉砂池3，去除較大的顆粒性物質(zhì)。2) 上述沉砂池3出水進(jìn)入水解酸化池4，進(jìn)入水解酸化池4之前與沉淀 池7回流剩余污泥混合，在水解酸化池4內(nèi)自下至上依次經(jīng)過(guò)懸浮污泥區(qū)I、泥水分離區(qū)n、生物膜強(qiáng)化區(qū)ni。懸浮污泥區(qū)I設(shè)有循環(huán)泵9，使污泥處于膨脹狀態(tài)，通過(guò)吸附、物理沉降作用快速去除部分有機(jī)物，在泥水分離區(qū)II實(shí) 現(xiàn)泥水分離，從而實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間的分離。3) 上述水解酸化池4出水進(jìn)入缺氧池5，首先與沉淀池7的回流污泥和 好氧池6回流硝化液混合，使缺氧池5內(nèi)保持較高的反硝化脫氮效率，在攪 拌器11攪動(dòng)下進(jìn)行反硝化脫氮，同時(shí)去除有機(jī)物。4) 上述缺氧池5出水進(jìn)入好氧池6，降解剩余有機(jī)物，在硝化細(xì)菌作用 下進(jìn)行硝化反應(yīng)，將氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，好氧池6出水端硝化液通過(guò)硝 化液回流管14回流至缺氧段5進(jìn)水端。5) 好氧池6出水進(jìn)入沉淀池7，沉淀池7上清液從出水管8排出，剩余 污泥通過(guò)剩余污泥回流管12全部回流至水解酸化池4，實(shí)現(xiàn)污泥的水解酸化 處理，污泥的水解酸化液作為缺氧池5反硝化脫氮的碳源，污泥經(jīng)水解酸化 后實(shí)現(xiàn)減量化；沉淀池7沉淀污泥通過(guò)污泥回流管14回流至缺氧池5。實(shí)用新型的有益效果(1)利用水解酸化池作為污水、污泥一體化處理裝置及其方法，可以 減少好氧池的曝氣量和水力停留時(shí)間，降低運(yùn)行和建設(shè)費(fèi)用。傳統(tǒng)的城市污水預(yù)處理采用初沉池，靠物理方法去除污水中的較大顆粒 性物質(zhì)，而采用水解酸化預(yù)處理，由于其含有較高的污泥濃度和厭氧微生物， 不但可通過(guò)物理吸附、沉降作用大幅度地去除廢水中懸浮物或有機(jī)物，同時(shí) 水解酸化菌可將污水中難降解有機(jī)物通過(guò)細(xì)胞外酶分解為小分子，小分子的 水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過(guò)細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用，從而提高污水的BOD5/COD，改善了污水的可生化性。同時(shí)水解酸化池對(duì)進(jìn)水負(fù)荷的變化起緩 沖作用，從而為后續(xù)缺氧/好氧池創(chuàng)造較為穩(wěn)定的進(jìn)水條件。因此，采用水解 酸化預(yù)處理工藝，可以減少好氧池的曝氣量和水力停留時(shí)間，大大降低運(yùn)行 費(fèi)用、減少占地面積以及投資。(2) 污泥水解酸化液作為系統(tǒng)反硝化脫氮的碳源，提高了系統(tǒng)的脫 氮效率。生物脫氮所需的碳源是易被微生物吸收利用的低分子脂肪酸類(lèi)物質(zhì)，所 以碳源的COD組成至關(guān)重要。在實(shí)際工程中，為了提高脫氮速率，通常是投 加甲醇或乙醇，以補(bǔ)充碳源的不足，但這會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用。本實(shí)用新型由于 污水中無(wú)機(jī)物、難降解物質(zhì)絕大部分都在沉砂池和水解酸化池中去除，因此， 二沉池污泥組分中有機(jī)物含量高，剩余污泥水解產(chǎn)物中VFA(即揮發(fā)性脂肪酸) 占SCOD(即溶解態(tài)COD)70。/。以上，其中大多為短鏈脂肪酸如甲酸、乙酸、 丙酸、丁酸。其作為反硝化碳源比甲醇、乙醇脫氮效率高出1/3左右。因此， 該工藝充分利用系統(tǒng)內(nèi)部碳源，具有較高的脫氮效率，并且降低了運(yùn)行費(fèi)用， 實(shí)現(xiàn)了污水處理工藝的可持續(xù)運(yùn)行。(3) 該實(shí)用新型污泥產(chǎn)量低，簡(jiǎn)化了污泥處理過(guò)程并降低了剩余污泥處 理成本。由于本實(shí)用新型在好氧池的有機(jī)負(fù)荷較一般的傳統(tǒng)活性污泥法還要低， 所以好氧污泥產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法。傳統(tǒng)污泥處理采用中溫(33°C)或 高溫(50°C)厭氧消化，污泥須進(jìn)行升溫，消耗大量能量，污泥停留時(shí)間較 長(zhǎng)，并且須考慮復(fù)雜的氣體回收利用設(shè)施，從而增加基建費(fèi)用。而水解酸化 池則將厭氧處理控制在產(chǎn)酸階段，不僅降低了對(duì)環(huán)境條件(如溫度、pH等)的 要求，使厭氧構(gòu)筑物所需容積縮小，同時(shí)也可不考慮氣體的利用系統(tǒng)，從而 節(jié)省基建費(fèi)用。由于厭氧段控制在水解酸化階段，經(jīng)水解后污泥中易降解物 質(zhì)大大減少，而原來(lái)難以降解的大分子物質(zhì)則被轉(zhuǎn)化為易生物降解的物質(zhì)， 從而可以作為缺氧池反硝化脫氮的碳源。

圖l:為本實(shí)用新型強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置示意圖 圖2:為傳統(tǒng)水解酸化和生物脫氮組合工藝裝置示意圖 附圖標(biāo)記l-進(jìn)水管，2-格柵，3-沉砂池，4-水解酸化池，5-缺氧池，6-好氧池，7-沉淀池，8-出水管；9-循環(huán)泵，10-排泥口， 11-攪拌器，12-剩余污泥回流管， 13-硝化液回流管，14-污泥回流管，15-隔板，16-變徑接頭，17-集水裝置，18-沉砂池出水管，19-缺氧池進(jìn)水管。
具體實(shí)施方式
結(jié)合實(shí)施例，本實(shí)用新型的運(yùn)行操作工序如下試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，由進(jìn)水管1、格柵2、沉砂池3、水解酸化池4、 缺氧池5、好氧池6、沉淀池7、出水管8順次連接組成。水解酸化池4總有效容積為27L,由懸浮污泥區(qū)I 、泥水分離區(qū)II 、生物 膜強(qiáng)化區(qū)in、集水裝置17順序連接構(gòu)成；懸浮污泥區(qū)I設(shè)有循環(huán)泵9，循環(huán) 泵9分別與懸浮污泥區(qū)I和沉砂池3出水管18連接，形成一個(gè)循環(huán)回路；懸 浮污泥區(qū)I設(shè)有排泥口 10，泥水分離區(qū)II與懸浮污泥區(qū)I通過(guò)變徑接頭16連 接；懸浮污泥區(qū)I有效容積為6L，管徑為DN100，泥水分離區(qū)II有效容積為 6L，管徑為DN200,生物膜強(qiáng)化區(qū)III管徑為DN200，有效容積為15L,填充 碳纖維生物載體，填充體積比為45%，該生物載體的比較面積為280m2/1113。缺氧池5有效容積為8L，內(nèi)設(shè)隔板15,分成3個(gè)格室，分別設(shè)有攪拌裝 置ll，好氧池6有效容積為32L，內(nèi)設(shè)隔板15，分成7個(gè)格室。沉淀池7與 水解酸化池4之間連有剩余污泥回流管12，沉淀池7與缺氧池5之間連有回 流污泥管14，好氧池6出水端與缺氧池5進(jìn)水端連有硝化液回流管13。應(yīng)用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行污水處理的方法具體包括以下過(guò)程1) 污水通過(guò)進(jìn)水管1流入格柵2，去除水體中漂浮物，水力停留時(shí)間為 3min，格柵2出水進(jìn)入沉砂池3，去除較大的顆粒性物質(zhì)，水力停留時(shí)間為 6min。2) 上述沉砂池3出水進(jìn)入水解酸化池4，進(jìn)入水解酸化池4之前與沉淀
池7回流剩余污泥混合，在水解酸化池4內(nèi)自下至上依次經(jīng)過(guò)懸浮污泥區(qū)I 、 泥水分離區(qū)II、生物膜強(qiáng)化區(qū)III。懸浮污泥區(qū)I設(shè)有循環(huán)泵9，其流量為進(jìn)水 流量的3倍，以保證懸浮污泥區(qū)I內(nèi)污泥處于膨脹狀態(tài)，使污水、污泥充分 接觸，通過(guò)吸附、物理沉降作用快速去除部分有機(jī)物，在泥水分離區(qū)II實(shí)現(xiàn) 泥水分離，從而實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間的分離，水解酸化池4水 力停留時(shí)間為4.5小時(shí)，以保證水解酸化反應(yīng)的完成，固體停留時(shí)間為40天， 是為了使懸浮污泥區(qū)I維持較高的污泥濃度，具有較強(qiáng)的耐負(fù)荷沖擊能力， 同時(shí)使污水、污泥被充分水解酸化，整個(gè)系統(tǒng)從懸浮污泥區(qū)I排泥口 IO排泥。3) 上述水解酸化池4出水進(jìn)入缺氧池5，首先與沉淀池7的回流污泥和 好氧池6回流硝化液混合，使缺氧池5內(nèi)保持較高的反硝化脫氮效率，在攪 拌器11攪動(dòng)下進(jìn)行反硝化脫氮，同時(shí)去除有機(jī)物，缺氧池5水力停留時(shí)間1.3 小時(shí)，充分進(jìn)行反硝化脫氮過(guò)程。4) 上述缺氧池5出水進(jìn)入好氧池6，降解剩余有機(jī)物，在硝化細(xì)菌作用 下進(jìn)行硝化反應(yīng)，將氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，好氧池6水力停留時(shí)間5.5小時(shí)， 以保證氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，好氧池6內(nèi)氣水體積比為1: 3，低于此取值 范圍，則降低缺氧池5反硝化速率，高于此取值范圍，則出水中氨氮濃度升 高，好氧池6出水端硝化液通過(guò)硝化液回流管14回流至缺氧段5進(jìn)水端，硝 化液回流量為進(jìn)水流量的200%，低于此取值范圍時(shí)，則系統(tǒng)總氮去除率較低， 高于此取值范圍時(shí)，則缺氧池5內(nèi)溶解氧濃度升高，使得反硝化速率降低。5) 好氧池6出水進(jìn)入沉淀池7，沉淀池7上清液從出水管8排出，剩余 污泥通過(guò)剩余污泥回流管12全部回流至水解酸化池4，實(shí)現(xiàn)污泥的水解酸化 處理，污泥的水解酸化液作為缺氧池5反硝化脫氮的碳源，污泥經(jīng)水解酸化 后實(shí)現(xiàn)減量化；沉淀池7沉淀污泥通過(guò)污泥回流管14回流至缺氧池，回流污 泥量控制在進(jìn)水流量的40%，以維持缺氧池的污泥濃度和反硝化效率。實(shí)驗(yàn)實(shí)例1:以某大學(xué)家屬區(qū)排放的實(shí)際生活污水為原水，進(jìn)水流量為 6L/h，進(jìn)水的COD=221~413mg/L， NH4-N=36~67mg/L。實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行 (23~25°C)。運(yùn)行結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)原水BOD5/COD為0.51，水解酸化出水 BOD5/COD升高至0.74，污水可生化性得到較大提高。系統(tǒng)出水NH4-N濃度
在2mg/L以下，NHrN平均去除率超過(guò)95%，系統(tǒng)出水TN小于15mg/L， TN平均去除率超過(guò)74%,系統(tǒng)出水COD小于30mg/L， COD平均去除率超 過(guò)90%，好氧池污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)為0.23，低于傳統(tǒng)污水處理工藝0.3 0.5， 污泥經(jīng)過(guò)水解酸化后污泥減量超過(guò)60%。實(shí)驗(yàn)實(shí)例2:以某大學(xué)家屬區(qū)排放的實(shí)際生活污水為對(duì)象，通過(guò)投加啤酒 和NH4Cl調(diào)節(jié)進(jìn)水COD、NHrN濃度。進(jìn)水流量為8L/h，進(jìn)水的COD、NH4-N、 (COD=600~800mg/L， NHrN-82 103mg/L)。實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行(23~25°C )。 運(yùn)行結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)原水BODs/COD為0.43，水解酸化出水BOD5/COD升高 至0.68，污水可生化性得到較大提高。系統(tǒng)出水NH4-N濃度在5mg/L以下， NH4-N平均去除率超過(guò)93%，系統(tǒng)出水TN小于30mg/L， TN平均去除率超 過(guò)72%，系統(tǒng)出水COD小于30mg/L， COD平均去除率超過(guò)95%，好氧池污 泥表觀產(chǎn)率系數(shù)為0.25，低于傳統(tǒng)污水處理工藝0.3~0.5，污泥經(jīng)過(guò)水解酸化 后污泥減量超過(guò)65%。
權(quán)利要求1、一種強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置，由進(jìn)水管(1)、格柵(2)、沉砂池(3)、水解酸化池(4)、缺氧池(5)、好氧池(6)、沉淀池(7)、出水管(8)順序串聯(lián)組成，其特征在于沉淀池(7)底部與水解酸化池(4)底部之間由回流污泥管(12)連接；所述的水解酸化池(4)底部與沉砂池出水管(18)連接，頂部設(shè)有集水裝置(17)，集水裝置(17)與缺氧池(5)的進(jìn)水管(19)連接，還包括自下至上依次為懸浮污泥區(qū)(I)、泥水分離區(qū)(II)、生物膜強(qiáng)化區(qū)(III)；懸浮污泥區(qū)(I)設(shè)有循環(huán)泵(9)，循環(huán)泵(9)分別與懸浮污泥區(qū)(I)和沉砂池出水管(18)連接，形成一個(gè)循環(huán)回路；懸浮污泥區(qū)(I)設(shè)有排泥口(10)，泥水分離區(qū)(II)與懸浮污泥區(qū)(I)通過(guò)變徑接頭(16)連接；生物膜強(qiáng)化區(qū)(III)填充生物載體；沉淀池(7)底部與缺氧池(5)底部之間由污泥回流管(14)連接；好氧池(6)出水端與缺氧池(5)進(jìn)水端之間由硝化液回流管(13)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置，其特征 在于，缺氧池(5)設(shè)有攪拌裝置(11)，缺氧池(5)和好氧池(6)內(nèi)分別 設(shè)有隔板(15)，隔板間距為3 6m。
專(zhuān)利摘要強(qiáng)化內(nèi)源反硝化生物脫氮裝置屬污水處理領(lǐng)域，解決現(xiàn)有裝置脫氮效率低、運(yùn)行能耗高、占地面積大、污泥產(chǎn)量高等問(wèn)題。該裝置由進(jìn)水管(1)、格柵(2)、沉砂池(3)、水解酸化池(4)、缺氧池(5)、好氧池(6)、沉淀池(7)、出水管(8)順序串聯(lián)組成，特征在于沉淀池(7)底部與水解酸化池(4)底部由回流污泥管(12)連接；水解酸化池(4)底部與沉砂池出水管(18)連接，頂部設(shè)有與缺氧池(5)進(jìn)水管(19)連接的集水裝置(17)，還包括懸浮污泥區(qū)(I)、泥水分離區(qū)(II)、生物膜強(qiáng)化區(qū)(III)；懸浮污泥區(qū)(I)設(shè)有循環(huán)泵(9)；懸浮污泥區(qū)(I)設(shè)有排泥口(10)。該裝置有節(jié)能、高效、投資和運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/30GK201016099SQ200720103280
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者彭永臻, 王建龍, 王淑瑩 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)