一种二级出水深度脱氮的处理装置及方法与流程

本发明涉及一种污水处理方法，特别是涉及一种将城镇污水厂进水进行水解发酵产生挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)，补充反硝化滤池工艺处理过程中碳源不足以及改善其碳源结构进而提高污水厂脱氮效果，减少甚至取消外部碳源投加的装置及方法，是一种低品质碳源高效水解与高效生物脱氮耦合工艺，属于污水处理领域。

背景技术：

近年来，我国水环境问题日益突出，污水处理系统建设处于高速发展时期，而在2015年，环境保护部办公厅已决定修订国家环境保护标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)，标准编制单位已编制完成标准的征求意见稿。由此可见，已建成或处于运营状态的污水厂不久将面临由于出水水质即将提标而可能进行改建改造的问题，氮磷的削减要求必将更为严格。

在传统的二级处理工艺条件运行下，城镇污水厂的出水水质难以得到进一步提升，这势必对三级处理工艺进一步提升污水处理效果提出新的要求。而本发明提出的一种利用污水厂进水水解酸化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)作为反硝化碳源以进行二级出水深度脱氮的处理方法就是一种改良的三级处理工艺。

根据生化计量学统计，为了强化反硝化脱氮处理效果，要求进水BOD₅/TN≥3，许多污水厂在生化池反硝化段投加碳源，由此可知二沉池出水的BOD₅/TN比值更是普遍无法达到该要求，反硝化滤池处理二级出水无法回避碳源总量不足和结构劣质的问题，而实际上，污水厂进水原水含有丰富的碳源，而在经过沉砂池，初沉池等构筑物处理后，极大程度上无效益地削减了碳源含量，不能发挥其潜在的经济价值。

关于水解酸化工艺，21世纪以来，该工艺研究于我国呈现快速发展趋势，并在许多水处理领域得到了运用。有机物在水解酸化过程中只进行了初级分解，COD的去除率不高，后续必须通过厌氧甲烷发酵或好氧处理才能使有机物彻底分解、矿化稳定。

关于反硝化滤池工艺，反硝化菌群将水中硝酸盐氮还原去除的污水脱氮处理过程，反应在水中溶解氧低于0.5mg/L的缺氧条件下进行。

而针对这两种工艺特性，本发明利用污水厂原水经水解酸化后产生且保留了大量的挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)，与反硝化滤池工艺相结合改善其进水碳源结构及总量不足的问题，对二级处理出水进行深度反硝化处理，同时实现对污水的去碳脱氮作用。

技术实现要素：

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种二级出水深度脱氮的处理装置及方法，通过将富含有机物的污水厂进水进行资源化利用，并通过水解酸化工艺产生挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)改善反硝化滤池工艺进水碳源结构及总量不足的问题，对二级出水进行深度脱氮，提高污水厂脱氮效果、减少外部碳源的投加。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的二级出水深度脱氮的处理装置包括依次连接的第一混合器、水解酸化反应器、第二混合器和反硝化滤池反应器，其中：

所述第一混合器为隔板廊道式长方体混合器，其设置有原水进口、水解酸化出流液进口和第一混合液出口，原水进口、水解酸化出流液进口、第一混合液出口分别与对应的提升泵相连；

所述的水解酸化反应器的顶部设置有外回流孔和出水堰，底部设置有底部进口，所述外回流孔与所述第一混合器相连通，所述出水堰与第二混合器相连通，所述底部进口与和第一混合器的第一混合液出口相连的提升泵相连，所述底部进口采用均匀布水方式；所述水解酸化反应器采用重力多点排泥方式，排泥点设于污泥区底部；

所述第二混合池为隔板廊道式长方体混合器，其设置有二级出水进口、水解酸化出流液进口、应急碳源进口和第二混合液出口，所述二级出水进口、应急碳源进口和第二混合液出口分别于对应的提升泵相连；

所述反硝化滤池反应器采用小阻力配水系统的长柄滤头，出水采用圆周型堰出水。

优选地，所述水解酸化器进水采用均匀布水方式，孔口流速为3～6m/s；出水经过出水堰进入集水槽，再由出水管排出，每米设4～8个堰口，过堰流速为0.005～0.015m/s。

所述水解酸化器顶部设有外回流孔，水解酸化器的回流比为800％～1500％，有效水深1.5m以上，上升流速为3～7m/h，COD_Cr容积负荷为0.8～1.2kg/(m³·d)，水力停留时间为8～15h。

所述水解酸化器污泥产率0.05～0.10kgMLSS/kg COD_Cr，反应器采用重力多点排泥方式，排泥点设于污泥区底部。

所述反硝化滤池反应器采用小阻力配水系统的长柄滤头，单个滤头缝隙宽度为2～5mm；出水采用圆周型堰出水，出水边设置60°斜坡，并安装栅型稳流器，降低出水流速，并阻止滤料流失。

所述反硝化滤池反应器滤料高度为1.5～2.5m，滤料可选高比表面积的市售陶粒；空床水力停留时间为20～60min，水力负荷为120～160m³/(m²·s)。

所述反硝化滤池反应器反冲洗分三阶段：气洗、气水联合洗、水洗，其中，气洗强度15～25L/(m²·s)，历时为5～10min；气水联合洗中气洗强度15～25L/(m²·s)，水洗强度3～4L/(m²·s)，历时为10～20min；水洗强度3～4L/(m²·s)，历时为2～5min。

所述第一混合器和第二混合器均采用普通隔板廊道式长方体混合器，通道流速≥0.6m/s。

本发明进一步提出了一种二级出水深度脱氮的处理方法，包括如下步骤：

(1)将少量污水厂进水原水收集到第一混合器，并与来自水解酸化反应器的回流污水充分混合，混合后的污水通过泵进入水解酸化反应器底部至下而上运行进行水解酸化，污水水解酸化产生挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)；

(2)将水解酸化反应器顶部出水一部分回流至第一混合器，其余部分被引入第二混合器，将污水厂二级出水引入第二混合器充分混合，得到的混合液被引入反硝化滤池反应器，进行反硝化处理，处理出水排出。

有益效果：与现有技术相比，本发明能通过对污水厂进水水解酸化产生挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)，耦合反硝化滤池工艺，补充其反应所需碳源不足及改善其碳源结构，达到二级出水深度脱氮处理效果，提升污水厂出水水质，具体表现在一下几方面：

1)改良型水解酸化反应器设有外回流系统，有效促进了污泥与污水的接触混合，提升了污水水解酸化效果，产生了大量挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)等优质碳源；

2)低品质碳源高效水解与高效生物脱氮耦合工艺，水解酸化出水补充了二级出水碳源总量不足，改善其碳源结构，挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)等优质碳源有利于反硝化菌群的生化反应，提升其处理效果；

3)由于水解酸化反应器实现了进水污水的能源资源化，可以显著减少外部碳源的投加，降低处理成本。

本发明不仅适用于新污水厂的建设，还适用于现有污水厂的提标改造。

附图说明

图1为本发明实施方式的流程图；

图2(a)～(d)分别为本发明第一混合器的正视图和俯视图以及第二混合器的正、俯视图；

图3为水解酸化器剖面图；

图4为水解酸化器平面图及集水槽剖面图；

图5为反硝化滤池剖面图及部分细节图；

图6为启动期滤池进出水硝态氮与亚硝态氮总和变化图。

具体实施方式

本发明提供了二级出水深度脱氮的处理装置，其示意图如图1示，包括依次连接的第一混合器、水解酸化反应器、第二混合器和反硝化滤池反应器，其中：第一混合器为隔板廊道式长方体混合器，其设置有原水进口、水解酸化出流液进口和第一混合液出口，原水进口、水解酸化出流液进口、第一混合液出口分别与对应的提升泵相连；水解酸化反应器的顶部设置有外回流孔和出水堰，底部设置有底部进口，外回流孔与第一混合器相连通，出水堰与第二混合器相连通，底部进口与和第一混合器的第一混合液出口相连的提升泵相连，底部进口采用均匀布水方式；水解酸化反应器采用重力多点排泥方式，排泥点设于污泥区底部；第二混合池为隔板廊道式长方体混合器，其设置有二级出水进口、水解酸化出流液进口、应急碳源进口和第二混合液出口，二级出水进口、应急碳源进口和第二混合液出口分别于对应的提升泵相连；反硝化滤池反应器采用小阻力配水系统的长柄滤头，单个滤头缝隙宽度为2～5mm，出水采用圆周型堰出水，出水边设置60°斜坡，并安装栅型稳流器。

在使用上述装置进行脱氮处理时，按如下步骤进行：

(1)将少量污水厂进水原水收集到第一混合器，并与来自水解酸化反应器的回流污水充分混合，混合后的污水通过泵进入水解酸化反应器底部至下而上运行进行水解酸化，污水水解酸化产生挥发性脂肪酸(VFAs)或易降解有机物(rbCOD)；

(2)将水解酸化反应器顶部出水一部分通过外回流孔回流至第一混合器，其余部分被引入第二混合器，将污水厂二级出水引入第二混合器充分混合，得到的混合液被引入反硝化滤池反应器，进行反硝化处理，处理出水排出。

与传统水解酸化工艺不同的是，本发明改良水解酸化反应器设置了外回流，可提升有机物水解酸化效果。

下面详细说明本发明。

第一混合器具体设计如下：

如图2所示，混合器采用3隔板廊道式长方体混合器。优选地，通道流速＝0.6m/s：

改良后的水解酸化反应器底部进口与混合液提升泵相连并采用均匀布水方式，顶部设有外回流孔，反应器采用重力多点排泥方式，排泥点设于污泥区底部。顶部设有出水堰，处理出水经出水堰进入集水槽，再由出水管排出，出水管与2号混合器相连。

改良水解酸化反应器具体设计如下：

如图3和图4所示，改良的水解酸化器(EGSB)进水采用均匀布水方式，优选地，孔口流速为4m/s；出水经过出水堰进入集水槽，再由出水管排出。每米设5个堰口，过堰流速为0.009m/s。水解酸化器的回流比为1100％，有效水深2.9m，上升流速为4.8m/h，COD_Cr容积负荷为1.0kg/(m³·d)，水力停留时间为10.4h。

改良水解酸化器污泥产率0.05～0.10kgMLSS/kg COD_Cr，反应器采用重力多点排泥方式，排泥点设于污泥区底部。

第二混合器设有二级出水进口、水解酸化出流液进口、应急碳源进口、混合液出口。二级出水进口、混合液出口与相关提升泵相连。

第二混合器具体设计如下：

如图2所示，混合器采用3隔板廊道式长方体混合器。优选地，通道流速＝0.75m/s；

所述反硝化滤池反应器底部设有进口与第二混合器出水管相连，采用小阻力配水系统，同时设有反冲洗进水管、反冲洗进气管，反冲洗出水管；鼓风机；反应器中设有一定高度的滤料。出水采用圆周型堰出水，出水边设置60°斜坡，并安装栅型稳流器，降低出水流速，并阻止滤料流失。

反硝化滤池反应器具体设计如下：

如图5所示，反硝化滤池反应器采用小阻力配水系统的长柄滤头，优选地，选用长柄滤头，单个滤头缝隙宽度为2mm；出水采用圆周型堰出水，出水边设置60°斜坡，并安装栅型稳流器，降低出水流速，并阻止滤料流失。

优选地，反硝化滤池反应器滤料高度为1.8m，滤料可选高比表面积的市售陶粒；空床水力停留时间为21.6min，水力负荷为120m³/(m²·s)。

反硝化滤池反应器反冲洗分三阶段：气洗、气水联合洗、水洗。气洗强度20L/(m²·s)，历时为5～10min；气水联合洗中气洗强度20L/(m²·s)，水洗强度4L/(m²·s)，历时为10～20min；水洗强度4L/(m²·s)，历时为2～5min。

示范工程装置挂膜完成后开始正常运行连续进水，改良水解酸化反应器进水流量为30m³/d，反硝化滤池进水流量为100m³/d，辅助碳源采用乙酸钠(200gCOD/L)，每日需乙酸钠3L。按体积比乙酸钠∶水＝1∶49混合，通过应急碳源管线向反硝化滤池注入。

如图6所示，在14-21天期间，系统脱氮性能趋于稳定，去除率在70％以上，硝态氮与亚硝态氮总和在4mg/L以下，在低剂量的外部辅助碳源投加的条件下，本发明去碳脱氮化效果显著。说明本发明提出的低品质碳源高效水解与高效生物脱氮耦合工艺，可强化污水脱氮效果，减少甚至取消外部碳源的投加量是切实可行的。

上述对实施例的描述是便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明，熟悉本技术领域的专业技术人员可以相对容易地对这些实施案例进行一些局部修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施案例中，因此本发明不限于上述列举的实施例，本领域的专业人员根据本发明的基本原理，在本发明的基础上进行的改进或修改都应该属于本发明的保护范围之内。