曝气动力横向内循环无限AO脱氮系统及工艺的制作方法

曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统及工艺
技术领域
1.本发明涉及污水处理技术，具体而言涉及一种曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统及工艺。


背景技术：

2.目前，污水处理厂主流生物脱氮工艺大多为单级或多级ao(缺氧区+好氧区)，其中根据缺氧区设置位置的不同，可分为前置式反硝化生物脱氮系统和后置式反硝化生物脱氮系统。实际工程应用中，又以前置式生物反硝化生物脱氮系统运用居多。其工艺原理详见图1。
3.污水处理厂利用图1中系统按照传统方式进行生物脱氮的机理如图2所示：在好氧区，利用氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，并利用亚硝酸氧化菌将亚硝酸盐氮进一步氧化为硝酸盐氮；在缺氧区，逐步通过反硝化菌利用碳源将好氧区所提供的硝酸盐氮依次还原为亚硝酸盐氮和氮气。
4.从硝化阶段的微生物菌群来看，传统污水处理厂的生物脱氮系统，由于单级o段(好氧区)过长，促使氨氧化菌(aob)和亚硝酸氧化菌(nob)形成了共生关系，会弱化短程硝化
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反硝化途径，而强化了硝化
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反硝化脱氮途径。由于硝化
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反硝化脱氮途径消耗碳源较多，因此，传统生物脱氮技术，存在碳源不足、总氮去除率低、运行能耗高等局限。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提供一种曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统及工艺，本发明通过ao脱氮单元提供内循环流态，压缩硝化
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反硝化脱氮途径，从而节约污水处理氧供给能耗，促进氨氧化菌提供短程硝化
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反硝化途径，降低尾水总氮排放量。本发明具体采用如下技术方案。
6.首先，为实现上述目的，提出一种曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其包括至少一组ao脱氮单元，所述ao脱氮单元设置在预处理设施与二沉池之间，每一组ao脱氮单元均分别包括：配水渠，其连接在缺氧区上方，用于向缺氧区内输入来自预处理设施的污水；所述缺氧区，其设置在ao脱氮单元的一侧，接收配水渠所分配的污水和/或上一组ao脱氮单元中好氧区所排出的污水，缺氧区内，反硝化菌利用输入污水中的亚硝酸盐no2
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和硝酸盐no3
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作为电子受体，以污水中的有机物作为电子供体进行反硝化处理；好氧区，其设置在ao脱氮单元的另一侧，与缺氧区相互连通，接收来自缺氧区的污水，并通过所述好氧区内所设曝气设施提供溶解氧，使氨氧化菌aob利用溶解氧将污水中的氨氮nh4+氧化为亚硝酸盐no2
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，使亚硝酸氧化菌nob将亚硝酸盐no2
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氧化为硝酸盐no3
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，对所述污水进行硝化处理；出水口，其设置在ao脱氮单元的好氧区中，其中，最后一组ao脱氮单元的出水口连接二沉池，用于在将氨氧化菌筛选为各组ao脱氮单元中的优势菌种后向二沉池排出各组ao脱氮单元处理后的污水，而中间各组ao脱氮单元的出水口分别连接下一组ao脱氮单元的缺氧区用于依次向下一组ao脱氮单元的缺氧区排出本组ao脱氮单元处理后的污水。
7.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，所述曝气设施设置在好氧区的底部，包括：若干曝气器，各曝气器分别自好氧区底部向上释放微小气泡，所述气泡向上推动污水，使污水在好氧区的顶部横向进入缺氧区。
8.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，所述曝气器在好氧区底部所释放的微小气泡，其直径在0.5～2mm之间。
9.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，各所述曝气器均匀铺设于好氧区池底，各曝气器之间由曝气管道相互连通，所述曝气管道的顶端沿好氧区的侧壁延伸至污水液面以上，连接设置于好氧区侧壁顶部的供气装置。
10.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，每一组ao脱氮单元，其缺氧区与好氧区之间均分别设置有隔板，所述隔板的底部设置有单元内交换通道，所述单元内交换通道连通缺氧区与好氧区，每一组ao脱氮单元内，污水由缺氧区经单元内交换通道进入好氧区。
11.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，所述缺氧区的侧壁顶部设置所述配水渠，配水渠的底部设置有进水口，预处理设施所排出的污水由配水渠底部的进水口向下注入所述缺氧区，污水在缺氧区向下流动，通过底部横向设置的单元内交换通道进入好氧区；好氧区底部横向进入的水流与曝气器微小气泡所推动的竖向水流相叠加，形成螺旋推进流态。
12.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，每一组ao脱氮单元，其缺氧区内水流先自上而下流动，然后横向通过单元内交换通道进入该组ao脱氮单元隔板对侧的好氧区内；每一组ao脱氮单元，其好氧区内水流自下而上由曝气器所释放的气泡推动至液面顶部的过程中同时由单元内交换通道内进水推动水流沿ao脱氮单元池长方向水平流动，然后在好氧区顶部横向跨越隔板溢出至该组ao脱氮单元隔板对侧的缺氧区内。
13.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统，其中，每一组ao脱氮单元中，污水在缺氧区与好氧区之间往复循环，且每一组ao脱氮单元在好氧缺氧往复循环的工况作用下均分别将氨氧化菌筛选为各组ao脱氮单元中的优势菌种。
14.同时，为实现上述目的，本发明还提供一种曝气动力横向内循环无限ao脱氮工艺，其使用如上任一所述的系统，执行以下步骤：第一步，向各组ao脱氮单元的配水渠中注入污水，使各组ao脱氮单元中污水通过进水口自上而下流动，然后横向通过单元内交换通道进入该组ao脱氮单元中好氧区底部；第二步，调节好氧区底部曝气器的曝气强度，将好氧区内污水自下而上的上升速度和停留时间保持在促进短程硝化所需范围内，使各组ao脱氮单元中污水自下而上由曝气器所释放的气泡推动至液面顶部，然后横向跨越隔板溢出至该组ao脱氮单元隔板对侧的缺氧区内；第三步，在将氨氧化菌筛选为各组ao脱氮单元中的优势菌种后，按照预设流速开启出水口，依次向下一组ao脱氮单元的缺氧区或二沉池排出本组ao脱氮单元处理后的污水。
15.可选的，如上任一所述的曝气动力横向内循环无限ao脱氮工艺，其第三步中，相邻两组ao脱氮单元之间的好氧区3与缺氧区2通过设置在两者之间的出水口和/或进水口接收并处理污水。
16.有益效果
17.本发明在脱氮系统中设置有相互并联且在顶部和底部相互连通的缺氧区和好氧区。本技术充分利用好氧区曝气系统提供的动力，带动好氧区内进水水流在脱氮系统中形成无限多组螺旋推进流态。由此，本技术可通过进水口、出水口流量以及曝气大小调整控制该好氧区和缺氧区内水流流速和水力停留时间，通过进水口进水方向的设置以及两区之间分隔结构的布置，使水流在每一组ao脱氮单元的缺氧区与好氧区之间循环，形成稳定的内循环ao工况流态。利用缺氧区、好氧区之间循环往复所形成的ao工况压缩硝化
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反硝化脱氮途径，促进对氨氧化菌的筛选，形成短程硝化反硝化工况，将氨氧化菌筛选培育成为脱氮系统的优势菌种，从而强化短程硝化
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反硝化途径，提高系统脱氮效率。
18.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
20.图1是现有多级前置缺氧ao脱氮工艺的示意图；
21.图2是图1中所采用的硝化
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反硝化及短程硝化
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反硝化的工艺原理图；
22.图3是本技术所提供的曝气动力横向内循环无限ao脱氮工艺的示意图；
23.图4是本技术所提供的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统的单元结构示意图；
24.图5是本技术所采用的短程硝化
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反硝化的工艺原理图。
25.图中，1表示配水渠；11表示水渠进水口；2表示缺氧区；21表示单元内交换通道；3表示好氧区；31表示曝气管道；32表示曝气器。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。
27.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
28.本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
29.本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于每一组ao脱氮单元本身而言，由其侧壁指向内部所容纳的污水的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。
30.本发明中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对本技术所提供的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统时，每一组ao脱氮单元中配水渠的设置方向即为左，好氧区的设置位置即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。
31.本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过
其它部件的间接连接。
32.本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对本技术所提供的曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统时，由曝气器指向配水渠的方向即为上，反之即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定。
33.图3为根据本发明的一种曝气动力横向内循环无限ao脱氮系统的示意图，该系统将传统a/o工艺前端的缺氧区和硝化液回流取消，改在好氧区沿池长方向新增增设一个廊道形成缺氧区，并将好氧区与缺氧区在顶部和底部连通，通过将至少一组ao脱氮单元以并联方式设置在污水处理厂的预处理设施与二沉池之间，对污水执行以下的处理步骤：
34.第一步，向各组ao脱氮单元中注入污水，使各组ao脱氮单元的缺氧区2中污水自上而下流动，然后在底部通过单元内交换通道21进入该组ao脱氮单元中好氧区3底部；
35.第二步，调节好氧区3中曝气强度，通过曝气所输入的气泡将好氧区3内污水自下而上的上升速度和停留时间保持在能够促进短程硝化所需的范围内，使各组ao脱氮单元中污水自下而上由曝气器32所释放的气泡推动至液面顶部，然后横向跨越隔板溢出至该组ao脱氮单元隔板对侧的缺氧区2内；
36.第三步，在将氨氧化菌筛选为各组ao脱氮单元中的优势菌种后，按照预设流速开启出水口，依次向下一组ao脱氮单元的缺氧区2排出本组ao脱氮单元处理后的污水，并在最后一组ao脱氮单元通过其缺氧区2将整个系统处理后的污水排入二沉池。
37.上述系统中，为保证每一组ao脱氮单元均能够将氨氧化菌筛选培养成该单元内的优势菌种，本技术可具体将每一组ao脱氮单元分别设置为均包括图4所示的：
38.配水渠，其设置在ao脱氮单元池体的一侧边缘连接在缺氧区2上方，其一般可在底部设进水口，用于根据配水需求向缺氧区2内输入来自预处理设施，如，粗格栅、细格栅、沉砂池、初沉池等的污水；
39.所述缺氧区2，其设置在ao脱氮单元的一侧，接收配水渠所分配的污水和/或通过其侧壁的开口接收上一组ao脱氮单元中好氧区所排出的污水，缺氧区2内，反硝化菌利用好氧区3或预处理设施所输入污水中的亚硝酸盐no2
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和硝酸盐no3
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作为电子受体，以污水中的有机物作为电子供体进行反硝化处理；
40.好氧区3，其设置在ao脱氮单元的另一侧，与缺氧区2相互连通，用于接收同一ao脱氮单元中缺氧区2的污水，并通过所述好氧区3内所设的曝气设施提供溶解氧，使好氧区中氨氧化菌aob能够利用溶解氧将污水中的氨氮nh4+氧化为亚硝酸盐no2
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，并使亚硝酸氧化菌nob将亚硝酸盐no2
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氧化为硝酸盐no3
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，对所述污水进行硝化处理；
41.出水口，其设置在ao脱氮单元的好氧区3中的末端，对于处于系统最后一组ao脱氮单元而言其出水口用于连接二沉池的输入管道，用于向二沉池排出各组ao脱氮单元处理后的污水，而对于处于系统中间的各组ao脱氮单元而言，其出水口可分别直接连通至下一组ao脱氮单元的缺氧区，从而将本单元所处理后的污水提供至下一级，实现各级单元的循环水处理以适应不同污水厂的处理规模和场地要求。
42.本技术的系统的各ao脱氮单元中，通过ao段之间的循环往复而克服因单级好氧区过长所形成的使氨氧化菌(aob)和亚硝酸氧化菌(nob)形成共生关系的工况，本技术中可避免因氨氧化菌(aob)和亚硝酸氧化菌(nob)共生工况而弱化短程硝化
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反硝化途径，相反，本技术能够通过ao段之间的循环往复而强化硝化
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反硝化脱氮途径，提高系统脱氮效率，降低
脱氮能耗。上述ao脱氮单元在常规技术下，在好氧区通过污水中的氨氧化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮(no2
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n)，然后亚硝酸氧化菌将亚硝酸盐氮(no2
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n)氧化为硝酸盐氮，在缺氧区通过反硝化菌将硝酸盐氮逐步还原为亚硝酸盐氮(no2
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n)和氮气(n2)。由于我们通过曝气所形成的螺旋推进流态促进水体在好氧区与厌氧区之间的循环速度，使得水体在本技术的ao脱氮单元中往复地在好氧区与厌氧区之间循环，因此，本技术能够通过该循环过程而在污水中将氨氧化菌培育成为优势菌种，通过优势菌种将生化池从最初进行全程硝化反硝化而稳定控制为短程硝化反硝化脱氮模式。短程硝化反硝化状态下，池内硝酸盐氮比例会减小很多，能够有效通过优势菌种提高系统脱氮效率，降低脱氮能耗。
43.本系统中根据氨氧化菌(aob)和亚硝酸氧化菌(nob)的世代周期存在较为明显的差别，能够通过控制好氧区的充氧强度，调整单元之间进水口和出水口的流量配比而创造更适合氨氧化菌的生活环境，从而在较低的溶解氧浓度，如0.9
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1.2mg/l环境中，将硝化过程控制在亚硝酸盐氮阶段，随后在缺氧条件下进行反硝化，强化图5所示的短程硝化
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反硝化过程，将氨氧化菌培育成为脱氮系统的优势菌种从而相较于传统全程硝化反硝化脱氮工艺：节省氧供应量约25％，降低脱氮能耗，节省反硝化所需碳源，在c/n比一定的情况下，可提高tn去除率，减少污泥生成量可达50％，缩短反应时间，减小硝化和反硝化所需的池容。
44.进一步的，为保证好氧区内曝气所产生的微小气泡能够更加均匀地推动池内水流向上循环，本技术优选将曝气设施设置在好氧区3的底部，通过曝气管道底部连通均匀铺设于好氧区3池底的若干曝气器32，通过曝气管道31顶部连通供气装置向各曝气器32输送曝气气体以分别通过铺设在好氧区3池体底部的各曝气器向上释放微小气泡，由微小气泡向上推动污水向上流动，即设置水流随气泡向上流动，使污水在好氧区3的顶部能够横向有好氧区向外溢出进入单元内缺氧区2实现单元内循环。由于配水渠不断向脱氮系统中进水，推动水流沿池长方向前进，由此，本技术能够在好氧区内，通过由好氧区池底横向进入的水流与曝气器32微小气泡所推动的竖向水流相叠加，通过循环往复的竖向水流叠加沿池长方向的水平水流，共同形成螺旋推进流态，促进池内形成短程硝化反硝化工况，以提高城市污水处理厂脱氮效率、减小生化池池容、降低脱氮能耗和药耗。
45.本技术在好氧区内通过气泡带动水流向上流动，为无限ao脱氮系统提供水流循环动力。在不同的曝气强度下，水流竖向流速也有所不同。在较为优选的实现方式下，本技术可将曝气器32所释放的微小气泡直径控制在0.5～2mm之间对污水进行充氧。一般，生化池可采用微孔曝气器实现上述过程。微孔曝气器所释放出来的气泡约1mm，可满足本技术对曝气强度及竖向水流速度的要求。
46.为方便安装检修维护供气装置，本技术优选将各曝气器32所连曝气管道31的顶端沿好氧区3的侧壁向上延伸至污水液面以上，连接设置于好氧区3侧壁顶部的供气装置。
47.其他实现方式下，为在各ao脱氮单元的池内分隔出缺氧区和好氧区，本技术可通过图4所示方式在ao脱氮单元的池内沿池长方向设置一层隔板，利用隔板的底部形成单元内交换通道21，通过所述单元内交换通道21连通缺氧区2与好氧区3，以使得在该组ao脱氮单元内，污水能够在池内底部由缺氧区2经单元内交换通道21进入好氧区3。
48.由此，配水渠可利用隔板对面缺氧区2的池壁顶部提供支撑从而设置在ao脱氮单元池体一侧的缺氧区2上方边缘，配水渠底部可设置进水口以将预处理设施所排出的污水自上而下注入缺氧区中，使得污水在缺氧区2向下流动，通过底部横向设置的单元内交换通
道21进入好氧区3。配水渠外侧可同样依托于隔板对面池壁顶部的支撑而设置在相邻ao脱氮单元好氧区的顶部设置渠底密封的安装渠，为相邻一组ao脱氮单元的好氧区提供供气装置的安装空间。安装渠侧壁上部可设置开口，通过开口连接曝气管道31将供气装置的气体输送至各曝气器32实现对好氧区水体的曝气。
49.ao脱氮单元内部的单元内交换通道21可通过设置在隔板底部的水流交换通孔实现。相邻ao脱氮单元之间的水体交换可通过设置在池体侧壁的进水口和出水口实现。池壁侧部进水口、出水口的设置位置和设置方式并不需要特别限定，其与隔板底部的水流交换通孔类似，只需要提供水体交换通道即可。一般，可将所述隔板与配水渠1分别沿缺氧区2的长度方向设置在缺氧区2的两侧，将所述进水口、所述单元内交换通道21分别沿缺氧区2的长度或宽度方向排列多个。由此在相邻两组ao脱氮单元之间通过设置在两者池壁中的出水口和/或进水口顺序级联而实现水体交换，在同一ao脱氮单元内部的好氧区3与缺氧区2之间隔板底部所设的单元内交换通道21实现水体交换。缺氧区及好氧区内液面高度均高于隔板顶部以方便单元内污水循环，配水渠底部进水口高度低于缺氧区液面高度以避免污水向下流动过程中混入气泡。相邻的两单元之间可将配水渠1与提供供气装置安装空间的安装渠背对背设置在池壁上，使其底部均位于液面下方，通过设置在安装渠侧壁的开口连接曝气管道31，该开口高度超出液面并可设置密封装置以避免水流飞溅影响设备运行。
50.在一些优选实现方式下，可通过在进水口、出水口位置设置调节阀门而调整水体流速和流量，从而更好地促进短程硝化反硝化工况，更快地将氨氧化菌被筛选为各组ao脱氮单元中的优势菌种。
51.每一组ao脱氮单元内，其缺氧区2中水流先由配水渠底部进水口以及缺氧区池壁侧部进水口输入，在缺氧区内自上而下流动，然后横向通过单元底部的交换通道21进入该组ao脱氮单元隔板对侧的好氧区3内；好氧区3内水流自下而上由曝气器32所释放的气泡推动至液面顶部，并在此过程中同时由单元内交换通道21内进水推动水流沿ao脱氮单元池长方形水平流动，最后在好氧区顶部横向跨越隔板溢出返回至该组ao脱氮单元隔板对侧的缺氧区2内形成无限多组螺旋推进流态，或根据排水比例以及水力停留时间将部分水体通过好氧区池体侧壁的出水口排出至下一单元的缺氧区或在最后一组ao脱氮单元通过其池体侧部出水口排出至二沉池。每一组ao脱氮单元中，污水在缺氧区2与好氧区3之间往复循环，每一组ao脱氮单元在好氧缺氧往复循环的工况作用下，将水体中的氨氮由好氧区中氨氧化菌aob氧化为亚硝酸盐氮，实现氨氮的短程硝化，当水流达到好氧区顶部后并横向进入缺氧区后则利用污水中的有机物在缺氧区内进行反硝化，通过对水流流速、水力停留时间的设置实现短程反硝化，如此循环往复，分别在各组ao脱氮单元中将氨氧化菌筛选为单元内优势菌种。由此，在将氨氧化菌筛选为各组ao脱氮单元中的优势菌种后，本技术的系统可按照预设流速开启出水口，通过各ao脱氮单元出水口逐级依次向下一组ao脱氮单元的缺氧区2排水，直至污水通过最后一级ao脱氮单元的出水口排除至二沉池排，完成本系统对污水的脱氮处理。
52.上述系统中，各ao脱氮单元可逐级通过其池壁的进水口、出水口顺序级联，并通过配水渠分别调度对各组ao脱氮单元的污水输入，从而将各组ao脱氮单元以并联方式实现相对独立的循环往复的ao处理工况。本技术可灵活根据污水处理需求和场地需求灵活调整ao脱氮单元数量，以及各组ao脱氮单元的内循环次数和内循环周期，从而灵活设置ao脱氮工
况。传统生物脱氮系统在工程应用上，一般只能依据生化池构造布置形成固定的单级或多级ao脱氮工况，而本发明可通过ao脱氮单元内部内循环状态的设置，在同一脱氮系统中形成无限多个ao脱氮工况。本技术所采用的单元内循环方式能够有利于提高系统脱氮效率，且更利于灵活设置脱氮系统。
53.本发明充分利用曝气系统提供的动力，带动水流在生化池中形成无限多个螺旋推进流态，并控制好氧区水流上升流速和水力停留时间，以及利用系统内各单元所形成的循环往复的ao工况实现对氨氧化菌的筛选，形成短程硝化反硝化工况。
54.由此，在同样处理能力下，相较于传统的针对城市污水的ao脱氮系统，本技术所提供的曝气动力横向内循环无限ao脱氮工艺可通过在好氧区控制曝气强度(确定合适的气水比和曝气形式)、水流上升速度和停留时间，以满足短程硝化所需的工艺参数，尽可能的阻止亚硝酸盐氮进一步氧化为硝酸盐氮，并将亚硝酸盐氮循环进入缺氧区完成短程反硝化。此外，本技术的系统还可通过控制污泥龄，由ao交替运行的环境帮助抑制亚硝酸氧化菌的生长，使活性污泥在无限多个循环往复的ao工况下，将氨氧化菌筛选为生物脱氮系统的优势菌种，从而进一步强化短程硝化反硝化，以利用短程硝化反硝化较低耗氧率、较高cod转化率以及较短反应时长的特点，显著提高氮去除率，使城市污水脱氮效能达到地表水准ⅳ类(tn≤12mg/l)，降低脱氮系统运行能耗和活性污泥产量，减小脱氮所需池容，降低工程造价。本技术所提供的无线ao循环脱氮工艺能够对存量污水处理厂挖潜污水处理能力有显著效果。
55.以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。