一种城市污水厂二级出水深度脱氮的装置和方法与流程

本发明涉及污水生物处理技术领域，具体涉及一种城市污水厂二级出水深度脱氮的装置和方法。

背景技术：

一方面随着城市化进程的不断加快，城市人口不断增加，使得城市污水处理厂日处理水量超出设计水量，导致超负荷运行。同时国家对水环境质量的要求不断提高，污水厂排放标准不断提高，使得多数城市污水处理厂面临提标改造。现有城市污水处理厂大都采用传统缺氧好氧(a/o)生物脱氮工艺，如图1所示的传统的缺氧好氧生物脱氮装置，其包括城市污水原水箱10、a/o活性污泥反应器20和二沉池30，城市污水原水箱10上设有第一溢流管11和第一放空管12，城市污水原水箱10的出水口通过第一进水泵21与a/o活性污泥反应器20的进水管相连接，a/o活性污泥反应器20分为多个格室，即图1所示有9个格室；按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，第1个格室为缺氧区，第1个格室内设第一搅拌器23；第2-9格室为好氧区，每个格室设有曝气头24，曝气头24通过进气管与空压机27相连且进气管上安装有气量调节阀25和气体流量计26，a/o活性污泥反应器20通过第一回流泵22将硝化液从最后1个格室回流至第1个格室，即从图1的第9格室回流至第1格室；a/o活性污泥反应器20通过第一出水管28与二沉池30相连，第一出水管28上安装有阀门，二沉池30污泥管的第一支管通过第二回流泵33与a/o活性污泥反应器20的进水管相连接，将污泥回流至a/o活性污泥反应器20中，污泥管的第一支管上安装有回污阀31；二沉池30污泥管的第二支管用于直接排放，污泥管的第二支管上安装有排泥阀32；二沉池30的第二出水管34直接排放或进行下一步处理。

但在上述传统的缺氧好氧生物脱氮工艺中，硝化液回流受限导致系统总氮去除率受限，难以达到国家对出水总氮的排放标准。在这种背景下，基于现有的a/o生物脱氮工艺，研发能同时满足水量增加和排放标准提高要求的新型深度工艺技术，具有重要的现实意义。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种城市污水厂二级出水深度脱氮的装置和方法。

本发明提供一种城市污水厂二级出水深度脱氮的装置，包括城市污水原水箱、a/o活性污泥反应器和二沉池，所述城市污水原水箱通过第一进水泵与所述a/o活性污泥反应器的进水管相连，所述a/o活性污泥反应器分为多个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，第1个格室为缺氧区，剩余格室为好氧区；所述a/o活性污泥反应器通过第一出水管与所述二沉池相连，所述二沉池的污泥管通过第二回流泵与所述a/o活性污泥反应器的进水管相连；

将所述a/o活性污泥反应器的部分好氧区改造为反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的进水管通过第二进水泵与所述城市污水原水箱相连，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的进水管通过第三进水泵与所述二沉池的第二出水管相连。

作为本发明的进一步改进，还包括：中间水箱；

所述中间水箱的进水口与所述二沉池的第二出水管相连，所述中间水箱的出水口通过所述第三进水泵与所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的进水管相连。

作为本发明的进一步改进，所述中间水箱上设有第二溢流管和第二放空管。

作为本发明的进一步改进，所述a/o活性污泥反应器共设有9个格室，所述a/o活性污泥反应器的后3个格室改造为所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的每个格室内均设有第二搅拌器，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器从第三出水管出水。

作为本发明的进一步改进，经改造后，所述a/o活性污泥反应器分为6个格室，第6格室通过第一回流泵与第1格室相连。

本发明还提供一种城市污水厂二级出水深度脱氮的方法，应用于上述的装置中，所述方法包括：

准备阶段：

将城市污水厂活性污泥投加至所述a/o活性污泥反应器中；

将厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料混合后投加至所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器中；

工作阶段：

城市污水收集到所述城市污水原水箱中，一部分城市污水通过所述第一进水泵进入所述a/o活性污泥反应器中进行传统硝化反硝化脱氮，所述a/o活性污泥反应器的出水进入所述二沉池进行泥水分离；

所述二沉池的出水与另一部分城市污水混合后，进入所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器中，利用城市污水中有限的有机物将二沉池出水中所含的硝态氮还原为亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮再与城市污水中所含的氨氮发生厌氧氨氧化反应，将二沉池出水中硝态氮浓度进一步降低，达到深度脱氮的目的。

作为本发明的进一步改进，所述a/o活性污泥反应器的污泥浓度为2000～4000mg/l，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器中厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料的填充比为30～50％，所述厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料的体积比为(3～5)：1。

作为本发明的进一步改进，所述a/o活性污泥反应器的硝化液回流比rn为200～300％，污泥龄大于10天，缺氧区溶解氧浓度小于0.5mg/l，好氧区溶解氧浓度为1.0～2.0mg/l，活性污泥回流比r为30～100％.

作为本发明的进一步改进，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的进水ph值为7.0～8.0，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的cod与总氮的浓度比rc/n大于2：1，当所述rc/n小于2时，通过向进入反硝化厌氧氨氧化反应器的城市污水投加碳源，使等于2；所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的水力停留时间为1.0～3.0h。

作为本发明的进一步改进，所述城市污水原水箱的总水量为q，所述a/o活性污泥反应器的城市污水进水量为q1，所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的城市污水进水量为q2；

q2＝q-q1。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明将部分城市污水中的氨氮直接进入反硝化厌氧氨氧化反应器中，在无需充氧曝气的情况下，通过厌氧氨氧化反应将其转化为氮气，从而降低了系统曝气能耗；

2、与传统反硝化脱氮相比，本发明的反硝化厌氧氨氧化反应器只需将硝态氮转化为亚硝态氮，而无需继续还原为氮气，从而降低了系统对碳源的需求量；

3、本发明的反硝化厌氧氨氧化反应器采用生物膜，污泥量大，反应速率高，使得反应器容积小，造价低；

4、在传统缺氧好氧生物脱氮工艺基础之上，本发明无需外加其他构筑物，只需将部分原来的a/o曝气池改造为反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器；

5、本发明可使城市污水厂在增大处理水量的条件下，在无外加碳源的情况下实现深度脱氮，可达到提标和节能的双重收益。

附图说明

图1为传统缺氧好氧生物脱氮装置的示意图；

图2为本发明一种实施例公开的城市污水厂二级出水深度脱氮的装置的示意图。

图中：

10、城市污水原水箱；11、第一溢流管；12、第一放空管；20、a/o活性污泥反应器；21、第一进水泵；22、第一回流泵；23、第一搅拌器；24、曝气头；25、气量调节阀；26、气体流量计；27、空压机；28、第一出水管；30、二沉池；31、回污阀；32、排泥阀；33、第二回流泵；34、第二出水管；40、中间水箱；41、第二溢流管；42、第二放空管；50、反硝化厌氧氨氧化反应器；51、第二进水泵；52、第三进水泵；53、第二搅拌器；54、第三出水管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种城市污水厂二级出水深度脱氮的装置和方法，其在图1所示的传统缺氧好氧生物脱氮装置的基础上，将传统a/o活性污泥反应器的部分好氧区改造为反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器；使用时，一部分城市污水进入a/o活性污泥反应器进行传统硝化反硝化脱氮，a/o活性污泥反应器的出水进入二沉池进行泥水分离；二沉池出水与另一部分城市污水混合后，进入反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器，利用城市污水中有限的有机物将二沉池出水中所含的硝态氮还原为亚硝酸盐氮，再与城市污水中所含的氨氮发生厌氧氨氧化反应，将二沉池出水中硝态氮浓度进一步降低，达到深度脱氮的目的。本发明可使城市污水厂在增大处理水量的条件下，在无外加碳源的情况下实现深度脱氮，可达到提标和节能的双重收益。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图2所示，本发明提供一种城市污水厂二级出水深度脱氮的装置，包括：城市污水原水箱10、a/o活性污泥反应器20、二沉池30、中间水箱40和反硝化厌氧氨氧化反应器50；其中：

本发明的城市污水原水箱10用于收集城市污水，城市污水原水箱10上设有第一溢流管11和第一放空管12，城市污水原水箱10的出水口通过第一进水泵21与a/o活性污泥反应器20的进水管相连接，在第一进水泵21的作用下可将城市污水原水箱10中的城市污水抽至a/o活性污泥反应器20中，进行传统的硝化反硝化脱氮处理。

本发明的a/o活性污泥反应器20具有多个格室，如图1所示有9个格室，第1个格室为缺氧区，第2-9格室为好氧区，同时也可设计其他数量的格室；本发明在设计时将a/o活性污泥反应器20的部分好氧区改造为反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50，即如图2所示，本发明将图1中a/o活性污泥反应器20的后3个格室改造为反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50，格室的结构不变，只是改变其内部填充的填料；前6个格室构成了新的a/o活性污泥反应器20。如图2所示，a/o活性污泥反应器20分为6个格室，第1个格室为缺氧区，第1个格室内设第一搅拌器23；第2-6格室为好氧区，每个格室设有曝气头24，曝气头24通过进气管与空压机27相连且进气管上安装有气量调节阀25和气体流量计26，a/o活性污泥反应器20通过第一回流泵22将硝化液从最后1个格室回流至第1个格室，，即从图2的第6格室回流至第1格室。a/o活性污泥反应器20通过第一出水管28与二沉池30相连，在二沉池30中进行泥水分离，第一出水管28上安装有阀门。

本发明的二沉池30污泥管的第一支管通过第二回流泵33与a/o活性污泥反应器20的进水管相连接，将活性污泥回流至a/o活性污泥反应器20中，污泥管的第一支管上安装有回污阀31；二沉池30污泥管的第二支管用于直接排放，污泥管的第二支管上安装有排泥阀32。

传统二沉池30的第二出水管34直接排放或进行下一步处理，如图1所示；而，本发明将二沉池30的第二出水管34与中间水箱40相连，中间水箱40上设有第二溢流管41和第二放空管42，所述中间水箱40的出水口通过所述第三进水泵52与所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50的进水管相连，城市污水原水箱的出水口通过第二进水泵与所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50的进水管相连；反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50分为3个格室，按照水流方向上下交错设置过流孔连接各个格室，每个格室设有第二搅拌器53，反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50接收二沉池出水和另一部分城市污水，并利用城市污水中有限的有机物将二沉池出水中所含的硝态氮还原为亚硝酸盐氮，再与城市污水中所含的氨氮发生厌氧氨氧化反应，将二沉池出水中硝态氮浓度进一步降低，达到深度脱氮的目的，脱氮完成后从第三出水管54出水。

本发明还提供一种城市污水厂二级出水深度脱氮的方法，应用于上述的装置中，该方法包括准备阶段和工作阶段；具体为：

准备阶段：

将城市污水厂活性污泥投加至所述a/o活性污泥反应器20中，使污泥浓度为2000～4000mg/l；

将厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料混合后投加至所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50中，使厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料的填充比为30～50％，所述厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料的体积比为(3～5)：1。

工作阶段：

城市污水收集到所述城市污水原水箱10中，一部分城市污水q1通过所述第一进水泵21进入所述a/o活性污泥反应器20中进行传统硝化反硝化脱氮，所述a/o活性污泥反应器的出水进入所述二沉池进行泥水分离；其中，控制硝化液回流比rn为200～300％，a/o活性污泥反应器20的污泥龄大于10天，缺氧区溶解氧浓度小于0.5mg/l，好氧区溶解氧浓度为1.0～2.0mg/l，活性污泥回流比r为30～100％；

将二沉池30的出水与另一部分城市污水q2混合后，进入所述反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50中，利用城市污水中有限的有机物将二沉池出水中所含的硝态氮还原为亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮再与城市污水中所含的氨氮发生厌氧氨氧化反应，将二沉池出水中硝态氮浓度进一步降低，达到深度脱氮的目的；其中：

当反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的进水ph值小于7.0时，加碱调节ph值为7.0～8.0；反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的cod与总氮的浓度比rc/n应大于2：1，当城市污水cod：总氮(rc/n)小于2时，通过向进入反硝化厌氧氨氧化反应器的城市污水投加乙酸钠等碳源，使rc/n等于2；反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器的水力停留时间为1.0～3.0h。

q2＝q-q1。

实施例：

试验采用某污水厂初沉池出水作为原水，具体水质如下：cod浓度为160-240mg/l；nh4⁺-n浓度为33-59mg/l，no2^--n≤0.5mg/l，no3^--n≤1.0mg/l。试验装置如图2所示，各反应器均采用有机玻璃制成，a/o活性污泥反应器20有效体积为12l，均分为6个格室；反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50有效容积为6l，均分为3个格室。

本发明深度脱氮的方法：具体包括：

准备阶段：

接种城市污水厂普通活性污泥投加至a/o活性污泥反应器，使污泥浓度为3000mg/l；将厌氧氨氧化生物膜填料与部分反硝化生物膜填料混合后投加至反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器，使填料的填充比达到40％，在上述填料填中，调整厌氧氨氧化生物膜填料与反硝化生物膜填料，使两种生物膜填料体积比为3：1。

工作阶段：

城市污水收集到城市污水原水箱中，城市污水q1通过a/o活性污泥反应器进水泵21进入a/o活性污泥反应器20，缺氧区发生反硝化脱氮，好氧区发生硝化反应，控制硝化液回流比为200％；a/o活性污泥反应器20的污泥龄为15天，厌氧区溶解氧浓度小于0.5mg/l，好氧区溶解氧浓度为1.0～2.0mg/l，活性污泥回流比为50％；

反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50进水为二级出水和部分城市污水q2；当反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器进水ph值小于7.0时，加碱调节ph值为7.0～8.0。

a/o活性污泥反应器城市污水进水量q1为城市污水进水总量q的90％；反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器城市污水量q2为城市污水进水总量q的10％；

试验结果表明：运行稳定后，a/o活性污泥反应器20出水cod浓度为40～60mg/l，nh4⁺-n浓度0.1～2mg/l，no2^--n浓度为0.1～2mg/l，no3^--n浓度9～30mg/l；反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器50出水cod浓度为30～50mg/l，nh4⁺-n浓度小于1mg/l，no2^--n浓度小于1.0mg/l，no3^--n浓度小于5mg。

本发明的优点为：

1、本发明将部分城市污水中的氨氮直接进入反硝化厌氧氨氧化反应器中，在无需充氧曝气的情况下，通过厌氧氨氧化反应将其转化为氮气，从而降低了系统曝气能耗；

2、与传统反硝化脱氮相比，本发明的反硝化厌氧氨氧化反应器只需将硝态氮转化为亚硝态氮，而无需继续还原为氮气，从而降低了系统对碳源的需求量；

3、本发明的反硝化厌氧氨氧化反应器采用生物膜，污泥量大，反应速率高，使得反应器容积小，造价低；

4、在传统缺氧好氧生物脱氮工艺基础之上，本发明无需外加其他构筑物，只需将部分原来的a/o曝气池改造为反硝化厌氧氨氧化生物膜反应器；

5、本发明可使城市污水厂在增大处理水量的条件下，在无外加碳源的情况下实现深度脱氮，可达到提标和节能的双重收益。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。