专利名称：水解反硝化脱氮系统及方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种反硝化脱氮系统及方法。
背景技术：
随着氮磷污染引起的水体富营养化问题日益突出，尤其是在2007年太湖蓝藻事件的爆发后，太湖流域城镇污水处理厂出水水质要求达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-20(^) —级A标准。各城镇污水处理厂为保证出水中氮的稳定达标，一般向污水处理系统投加外加碳源，如甲醇、乙酸、乙酸钠等。虽然实现了废水的达标排放，但也提高了系统的运行费用，这显然不符合节能降耗的理念。在这种现实要求下，一些脱氮新工艺不断问世，如短程硝化反硝化脱氮工艺、厌氧氨氧化工艺、SHARON工艺等等。这在一定程度上节约了反硝化所需的碳源，但是这些新工艺普遍存在着运行条件苛刻、难以适应污水处理厂水质、水量多变的特性等问题，在实际工程中难以推广应用。另一方面，环保工作者也致力于污水中自然存在的碳源的开发利用。例如，在中国专利申请No. 201016099Y中设置了污泥水解酸化池，利用剩余污泥的水解后产物作为碳源，但是在污泥水解释碳的同时也会导致污泥中氮、磷的释放，增加了后续污水处理系统负荷，且该专利所述的水解酸化池中还需要投加载体，这也增加了工艺复杂程度。另外，某些专利技术中设置回流污泥内源反硝化池(CN 101891333A)，利用回流污泥内含碳源作为前置内源反硝化的唯一碳源，在一定程度上可以缓解污水脱氮过程的碳源缺乏问题，但实际运用中皆有难以进行运行控制、与现有污水处理工艺难以兼容等缺陷。近年来，部分污水处理厂利用水解反应器取代传统的初沉池，工艺流程如附图1 所示(以水解+AAO为例)。此工艺中利用水解反应器去除进水中部分无机悬浮物，并将大分子有机物水解酸化成小分子有机物，提高污水可生化性；然后在后续的缺氧池内完成反硝化脱氮。水解反应器的利用在一定程度上缓解了我国城市污水普遍存在的进水中悬浮固体无机组分含量偏高、废水可生化性差而不利于生物利用等问题。但是实际运用中发现，如果在厌氧等处理之前不设水解反应器，常导致进水的可生化性以及活性污泥的活性过低， 而如果设有水解反应器，则常由于水解反应器对有机物去除率过高而加剧后续的缺氧处理中反硝化碳源不足等难题，导致出水中的总氮难以达标。因此，必须开发适合我国污水处理现状、尤其是能够通过对污水处理厂的现有污水处理设施进行升级改造而实现的高效脱氮技术，解除目前污水处理厂的脱氮困境。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高效、稳定、可方便与脱氮除磷系统的现有设施相结合，且合乎经济和环境需求的脱氮系统及方法。本发明通过将脱氮除磷系统的出水回流至水解反应器，来实现水解反应器的功能扩展，把水解反应器作为前置反硝化功能区，在原有脱氮系统的脱氮水平基础上进一步增加系统总氮的去除程度，无须增加外加碳源，而是尽量利用水解反应器内良好的无氧环境、 反硝化细菌功能的快速恢复能力和有机物的充足供给能力，实现高效脱氮，在进水负荷和进水水质充满变数的情况下保证系统出水脱氮效率的稳定性。为实现上述发明目的，本发明提供一种水解反硝化脱氮系统，由水解反应器、厌氧池、好氧池和沉淀池依次联通组成，该系统还包括出水回流通道，设置在该沉淀池和该水解反应器之间，使得该沉淀池中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器中，利用该水解反应器中存在的反硝化菌对所述回流液进行反硝化脱氮。根据本发明的实施例，该水解反应器为升流式污泥床反应器，待处理的污水以及所述回流液从该水解反应器底部均勻进入，在该水解反应器中形成稳定的升流式水力学流态。根据本发明的实施例，该水解反应器中含有丰富的水解酸化菌和反硝化菌，所述水解酸化菌将污水中的难降解有机物转化为小分子有机物，利用这些小分子有机物作为快速反硝化碳源，由所述反硝化菌对所述污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。根据本发明的实施例，该水解反应器具有独立的排泥装置，其排泥点设在该水解反应器中下部，污泥层与液面之间的清水区高度保持在1. 0 1. 5m。根据本发明的实施例，该厌氧池是指AO、氧化沟、或曝气生物滤池之一中的厌氧区，以及该好氧池是指AO、氧化沟、或曝气生物滤池之一中的好氧区。根据本发明的实施例，该水解反应器中的微生物利用良好的无氧环境对被处理污水进行水解酸化及反硝化处理；该厌氧池中的微生物对来自该水解反应器的被处理污水进行厌氧释磷处理；该好氧池中的微生物对来自该厌氧池的被处理污水进行氨氮的好氧硝化处理、好氧吸磷处理以及对有机物的进一步去除；以及在沉淀池中对来自该好氧池的被处理污水进行泥水分离，然后进行剩余污泥排放和处理后出水的排放。根据本发明的实施例，该水解反硝化脱氮系统还包括污泥回流通道，设置在该沉淀池和该厌氧池之间，将自该沉淀池排放的部分剩余污泥回送至该厌氧池中以保持其内污泥浓度的稳定，并利用所排放的剩余污泥实现对被处理污水的磷的去除。为实现上述发明目的，本发明还提供一种水解反硝化脱氮方法，其应用由水解反应器、厌氧池、好氧池和沉淀池依次联通组成的水解反硝化脱氮系统进行污水处理，该方法包括以下步骤将待处理污水引入该水解反应器，该水解反应器中的微生物在无氧环境下对被处理污水中的有机物进行水解酸化处理，并对污水进行反硝化脱氮处理；将经水解酸化处理后的污水引入该厌氧池，由该厌氧池中的微生物完成厌氧释磷处理；将经厌氧处理后的污水引入该好氧池，由该好氧池中的微生物对经厌氧处理后的污水中的氨氮进行好氧硝化处理，完成好氧吸磷过程，并进一步去除被处理污水中的有机物；以及将经好氧处理后的泥水混合液引入该沉淀池，进行泥水分离，然后进行剩余污泥排放和处理后出水的排放， 其中在泥水分离步骤之后，经由设置在该沉淀池和该水解反应器之间的出水回流通道，将该沉淀池中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器中，在该水解反应器中利用其中存在的反硝化菌对污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。根据本发明的实施例，在泥水分离步骤之后，经由设置在该沉淀池和该厌氧池之间的污泥回流通道，将该沉淀池排放的部分剩余污泥回送至该厌氧池中以保持其内污泥浓度的稳定，并利用所排放的剩余污泥实现对被处理污水的磷的去除。
根据本发明的实施例，该水解反应器为升流式污泥床反应器，在所述水解酸化处理和所述反硝化脱氮处理步骤中，被处理污水以及所述回流液从该水解反应器底部均勻进入，在该水解反应器中形成稳定的升流式水力学流态。根据本发明的实施例，在该水解反应器中，在进行水解酸化处理时，该水解反应器中的水解酸化菌将被处理污水中的难降解有机物转化为小分子有机物，在进行反硝化脱氮时，利用所述小分子有机物作为快速反硝化碳源，由所述反硝化菌对被处理污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。根据本发明的实施例，该水解反应器中的水解酸化及反硝化处理的运行条件为 污泥浓度为10 30g/l，溶解氧浓度为0 0. 5mg/l，氧化还原电位为-100 +50mV ；上升流速为0. 5 1. 8m/h,以及水力停留时间为2 4h。本发明具有以下优点1、水解反应器内的水解酸化菌将污水中的难降解有机物分解为小分子有机物，如乙酸、丙酸等，提高了污水的可生化性，为反硝化菌提供了丰富的优质碳源。2、水解反硝化脱氮系统中将出水回流至水解反应器，营造了有利于水解酸化菌和反硝化菌生存的溶液环境，反硝化菌利用良好的无氧环境以及有机物的有效供给实现高效脱氮；同时本发明中水解反应器的运行条件不利于产甲烷菌的生长，防止了小分子有机物进一步降解为CO2。3、水解反应器内升流式的水力学流态使反应器具备了良好的截留污泥的能力，促使微生物与进水基质的充分混合接触，并有利于反应器内菌群的功能分区，保证反应器内较高的基质降解效率。4、水解反应器去除了大部分进水中的有机物和无机物，降低了后续好氧处理过程的充氧能耗，提高了整个污水处理系统的利用效能。5、本发明的水解反硝化技术可方便地与现有ΑΑ0、氧化沟等污水处理系统组合，利用水解反应器取代工艺中的缺氧区，只需要增加一套出水回流通道即可实现，便于升级改造。
图1是现有的水解+厌氧缺氧好氧处理(水解+ΑΑ0)工艺流程图；图2是本发明的水解反硝化脱氮工艺流程图；图3是本发明的水解反硝化脱氮系统中的水解反应器的结构示意图。其中，附图标记说明如下1-水解反应器，2-厌氧池，3-好氧池，4-沉淀池，11-进水管，12-回流管，13-排泥装置，14-出水堰，Rl-出水回流通道，R2-污泥回流通道。
具体实施例方式为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明的实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
图2示出本发明的水解反硝化脱氮工艺的一个实施例，其对传统的水解+AAO工艺设施进行改造，取消了缺氧池，并取消了好氧池至缺氧池的混合液回流通道。如图2所示，本发明的水解反硝化脱氮系统由水解反应器1、厌氧池2、好氧池3和沉淀池4依次联通组成。该系统还包括出水回流通道R1，设置在该沉淀池4和该水解反应器1之间，使得该沉淀池1中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器 1中，利用该水解反应器1中存在的反硝化菌对所述回流液进行反硝化脱氮。图3是本发明的水解反硝化脱氮系统中的水解反应器1的结构示意图。如图3所示，本发明的水解反应器1例如可以为升流式污泥床反应器，待处理的污水以及所述回流液分别通过设置在该水解反应器1底部的进水管11和出水回流通道Rl的回流管12由底部布水器均勻进入，在该水解反应器1中形成稳定的升流式水力学流态。该水解反应器1中含有丰富的水解酸化菌和反硝化菌，所述水解酸化菌将污水中的难降解有机物转化为小分子有机物，利用这些小分子有机物作为快速反硝化碳源，由所述反硝化菌对所述污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。该水解反应器1还可具有独立的排泥装置13，其排泥点设在该水解反应器1的中下部，污泥层与液面之间的清水区高度保持在约1. 0 1. 5m,以及在顶部设置出水堰14来实现反应器出水。根据进水水质和处理要求(即根据不同的污水处理应用场合)，该厌氧池2是指 AO、氧化沟、或曝气生物滤池等具有厌氧好氧功能的污水处理设施之一的厌氧区，以及该好氧池3是指AO、氧化沟、或曝气生物滤池等具有厌氧好氧功能的污水处理设施之一的好氧区。水解反应器1中的微生物利用良好的无氧环境对被处理污水进行水解酸化及反硝化处理；该厌氧池2中的微生物对来自该水解反应器1的被处理污水进行厌氧释磷处理； 该好氧池3中的微生物对来自该厌氧池2的被处理污水进行氨氮的好氧硝化处理、好氧吸磷处理以及对有机物的进一步去除；以及在沉淀池4中对来自该好氧池3的被处理污水进行泥水分离，然后进行剩余污泥排放和处理后出水的排放。根据本发明的一个实施例，该水解反硝化脱氮系统还可包括污泥回流通道R2，设置在该沉淀池4和该厌氧池2之间，将自该沉淀池4排放的部分剩余污泥回送至该厌氧池 2中以保持其内污泥浓度的稳定，并利用所排放的剩余污泥实现对被处理污水的磷的去除。根据上述可知，现有技术中的回流污泥内源反硝化池与本发明的水解反应器有本质的区别，前述回流污泥内源反硝化池是利用剩余污泥内的含碳源作为前置反硝化碳源， 本发明的水解反应器中则是利用将有机物降解为小分子有机物来提供反硝化的碳源。此外，现有技术中的水解酸化池与本发明中的水解反应器的功能也不同，本发明中的水解反应器除原有水解酸化池的固液分离作用、酸化降解作用外，还包括反硝化作用， 是对原有技术的功能扩展。下面结合图2具体描述本发明的水解反硝化脱氮方法。该方法应用由水解反应器1、厌氧池2、好氧池3和沉淀池4依次联通组成的上述水解反硝化脱氮系统进行污水处理，其中该水解反应器1的进水(待处理污水)取自某地城市污水处理厂的旋流沉砂池出水。所述沉砂池出水进入本发明的水解反应器1中进行固液分离、水解酸化和反硝化脱氮处理。
本发明的水解反硝化脱氮方法主要包括以下步骤将待处理污水引入该水解反应器1，该水解反应器1中的微生物在无氧环境下对被处理污水中的有机物进行水解酸化处理，并对污水进行反硝化脱氮处理；将经水解酸化处理后的污水引入该厌氧池2，由该厌氧池2中的微生物完成厌氧释磷处理；将经厌氧处理后的污水引入该好氧池3，由该好氧池3中的微生物对经厌氧处理后的污水中的氨氮进行好氧硝化处理，完成好氧吸磷过程，并进一步去除被处理污水中的有机物；以及将经好氧处理后的泥水混合液引入该沉淀池4，进行泥水分离，然后进行剩余污泥排放和处理后出水的排放，其中在泥水分离步骤之后，经由设置在该沉淀池4和该水解反应器1之间的出水回流通道R1，将该沉淀池中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器1中， 在该水解反应器1中利用其中存在的反硝化菌对污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。在泥水分离步骤之后，经由设置在该沉淀池4和该厌氧池2之间的污泥回流通道 R2，将该沉淀池4排出的部分剩余污泥回送至该厌氧池2中以保持其内污泥浓度的稳定，并利用所排放的剩余污泥实现对被处理污水的磷的去除。该水解反应器1可以为升流式污泥床反应器，在所述水解酸化处理和所述反硝化脱氮处理步骤中，被处理污水以及所述回流液从该水解反应器1底部均勻进入，在该水解反应器1中形成稳定的升流式水力学流态。在该水解反应器1中，在进行水解酸化处理时，该水解反应器1中的水解酸化菌将被处理污水中的难降解有机物转化为小分子有机物，在进行反硝化脱氮时，利用所述小分子有机物作为快速反硝化碳源，由所述反硝化菌对被处理污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。该水解反应器1中的水解酸化及反硝化处理的运行条件为污泥浓度为10 30g/l，溶解氧浓度为0 0. 5mg/l,氧化还原电位为-100 +50mV ；上升流速为0. 5 1. 8m/h,以及水力停留时间为2 4h。本发明的水解反硝化脱氮方法的工艺运行参数如下被处理污水在水解反应器1中的停留时间为4h ；污水在水解反应器1中的上升流速为1. Om/h ；厌氧池停留时间为池；好氧池停留时间为他；污泥回流为100%;出水回流比为 150%。整个运行期间，系统出水COD、TN、NH4-N基本达到城市污水一级A排放标准，TP基本小于1. Omg/1，可通过投加少量化学除磷药剂达到排放标准。对图2所示流程中各构筑物的出水水质进行分析计算后发现，水解反应器1通过水解反硝化作用去除的硝氮约为10mg/l，对进水TN的去除率可高达61.7%。可见，利用本发明的水解反硝化脱氮系统可实现污水中氮的高效去除。
权利要求
1.一种水解反硝化脱氮系统，由水解反应器(1)、厌氧池(2)、好氧池(3)和沉淀池(4) 依次联通组成，该系统还包括出水回流通道(Rl)，设置在该沉淀池(4)和该水解反应器(1)之间，使得该沉淀池(1) 中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器(1)中，利用该水解反应器(1)中存在的反硝化菌对所述污水和回流液进行反硝化脱氮。
2.根据权利要求1所述的水解反硝化脱氮系统，其中，该水解反应器(1)为升流式污泥床反应器，待处理的污水以及所述回流液从该水解反应器(1)底部均勻进入，在该水解反应器(1)中形成稳定的升流式水力学流态。
3.根据权利要求1所述的水解反硝化脱氮系统，其中，该水解反应器(1)中含有丰富的水解酸化菌和反硝化菌，所述水解酸化菌将污水中的难降解有机物转化为小分子有机物， 利用这些小分子有机物作为快速反硝化碳源，由所述反硝化菌对所述污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。
4.根据权利要求1所述的水解反硝化脱氮系统，其中，该水解反应器(1)具有独立的排泥装置，其排泥点设在该水解反应器(1)中下部，污泥层与液面之间的清水区高度保持在 L 0 L 5m。
5.根据权利要求1所述的水解反硝化脱氮系统，其中，该厌氧池(2)分别选自AO、氧化沟或曝气生物滤池之一中的厌氧区，以及该好氧池C3)分别选自AO、氧化沟或曝气生物滤池之一中的好氧区。
6.根据权利要求1所述的水解反硝化脱氮系统，其中，该水解反应器(1)中的微生物利用良好的无氧环境对被处理污水进行水解酸化及反硝化处理；该厌氧池O)中的微生物对来自该水解反应器(1)的被处理污水进行厌氧释磷处理；该好氧池(3)中的微生物对来自该厌氧池O)的被处理污水进行氨氮的好氧硝化处理、好氧吸磷处理以及对有机物的进一步去除；以及在沉淀池中对来自该好氧池(3)的被处理污水进行泥水分离，然后进行剩余污泥排放和处理后出水的排放。
7.根据权利要求6所述的水解反硝化脱氮系统，还包括污泥回流通道(R2)，设置在该沉淀池⑷和该厌氧池⑵之间，将自该沉淀池⑷排放的部分剩余污泥回送至该厌氧池(2)中以保持其内污泥浓度的稳定，并利用所排放的剩余污泥实现对被处理污水的磷的去除。
8.一种水解反硝化脱氮方法，其应用由水解反应器(1)、厌氧池( 、好氧池( 和沉淀池(4)依次联通组成的水解反硝化脱氮系统进行污水处理，该方法包括以下步骤将待处理污水引入该水解反应器(1)，该水解反应器(1)中的微生物在无氧环境下对被处理污水中的有机物进行水解酸化处理，并对污水进行反硝化脱氮处理；将经水解酸化处理后的污水引入该厌氧池O)，由该厌氧池O)中的微生物完成厌氧释磷处理；将经厌氧处理后的污水引入该好氧池(3)，由该好氧池(3)中的微生物对经厌氧处理后的污水中的氨氮进行好氧硝化处理，完成好氧吸磷过程，并进一步去除被处理污水中的有机物；以及将经好氧处理后的泥水混合液引入该沉淀池，进行泥水分离，然后进行剩余污泥排放和处理后出水的排放，其中在泥水分离步骤之后，经由设置在该沉淀池(4)和该水解反应器(1)之间的出水回流通道(Rl)，将该沉淀池中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器(1) 中，在该水解反应器(1)中利用其中存在的反硝化菌对污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。
9.根据权利要求8所述的水解反硝化脱氮方法，其中，在泥水分离步骤之后，经由设置在该沉淀池(4)和该厌氧池(2)之间的污泥回流通道(R2)，将该沉淀池(4)排放的部分剩余污泥回送至该厌氧池O)中以保持其内污泥浓度的稳定，并利用所排放的剩余污泥实现对被处理污水的磷的去除。
10.根据权利要求8所述的水解反硝化脱氮方法，其中，该水解反应器(1)为升流式污泥床反应器，在所述水解酸化处理和所述反硝化脱氮处理步骤中，被处理污水以及所述回流液从该水解反应器(1)底部均勻进入，在该水解反应器(1)中形成稳定的升流式水力学流态。
11.根据权利要求8所述的水解反硝化脱氮方法，其中，在该水解反应器(1)中，在进行水解酸化处理时，该水解反应器(1)中的水解酸化菌将被处理污水中的难降解有机物转化为小分子有机物，在进行反硝化脱氮时，利用所述小分子有机物作为快速反硝化碳源，由所述反硝化菌对被处理污水和回流液进行所述反硝化脱氮处理。
12.根据权利要求8所述的水解反硝化脱氮方法，其中，该水解反应器(1)中的水解酸化及反硝化处理的运行条件为污泥浓度为10 30g/l，溶解氧浓度为0 0. 5mg/l，氧化还原电位为-100 +50mV ；上升流速为0. 5 1. 8m/h,以及水力停留时间为2 4h。
全文摘要
一种水解反硝化脱氮系统及方法。该系统以升流式污泥床水解反应器取代传统的缺氧池，该水解反应器包括出水回流通道，设置在该沉淀池和该水解反应器之间，使得该沉淀池中排出的含有硝酸盐的上清液作为回流液回流至该水解反应器中，进行水解反硝化脱氮。本发明把水解反应器作为前置反硝化脱氮的功能区，利用水解反应器中良好的无氧环境、反硝化细菌功能的快速恢复能力和有机物的充足供给能力，实现高效、稳定的水解反硝化脱氮。本发明充分利用了污水中的碳源，提高脱氮效率，降低整个污水处理过程的能耗。本发明可与AAO、氧化沟等常用城镇污水处理工艺组合，便于污水处理厂现有设施的升级改造。
文档编号C02F3/30GK102276061SQ20111012899
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者宋英豪, 崔志峰, 徐晶, 朱民, 熊娅, 王凯军, 王焕升, 贾立敏 申请人:宋英豪, 崔志峰, 徐晶, 朱民, 熊娅, 王凯军, 王焕升, 贾立敏