一种高效脱氮改良AAO工艺污水处理系统的制作方法

一种高效脱氮改良aao工艺污水处理系统
技术领域
1.本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种高效脱氮改良aao工艺污水处理系统。


背景技术：

2.aao工艺又称a2o工艺，是英文anaerobic-anoxic-oxic第一个字母的简称(厌氧-缺氧-好氧)，是一种常用的污水处理工艺，本工艺是在20世纪70年代，由美国一些专家在厌氧-好氧(an-o)法脱氮工艺的基础上，结合传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺、生物除磷工艺开发的一项能够同步脱氮除磷的污水处理工艺。aao工艺可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。在传统aao工艺的活性污泥系统中高效地完成脱氮和除磷两个过程，就会发生各种矛盾冲突，比如泥龄的矛盾、碳源竞争、硝酸盐及溶解氧(do)残余干扰等。受到泥龄、回流污泥中溶解氧和硝酸盐氮的限制，除磷效果不是十分理想，同时，由于脱氮效果取决于混合液回流比，而aao法的回流比不宜过高，因此脱氮效果不能满足更高要求，其处理流程如图1所示。
3.污水处理中，除生物除磷外，进一步提高除磷效果，可通过结合化学除磷方式辅助除磷，确保出水水质总磷指标达标。但鉴于当前城市污水处理厂出水总氮标准进一步提高的趋势，而传统aao工艺对总氮的去除率被限制在80％以下，总氮达标制约问题是污水处理行业的难点与痛点。
4.目前aao工艺主要存在以下几个问题：
5.一、脱氮效果难以进一步提高，内循环量一般设计为2q，实际生产中最高不超过3q,太高会影响缺氧区反硝化效果。
6.二、水质水量变动适应性较弱，抗冲击能力较差。传统aao工艺不适合处理低浓度的污水，当流入污水水质、水量的变化较大，即或有一段时间中断进水时，传统aao工艺活性污泥净化能力将会受到影响，通水后活性污泥不能得到较快的恢复。
7.三、硝态氮对聚磷菌造成干扰，影响系统除磷效率。当厌氧区的硝态氮的质量浓度较高时，会对聚磷菌释磷产生抑制，传统aao因反硝化不彻底而残余的硝酸盐随外回流污泥进入厌氧区，反硝化菌将优先于聚磷菌利用环境中的有机物进行反硝化脱氮，干扰厌氧释磷的正常进行，最终影响系统对磷的高效去除。
8.四、污泥龄矛盾，系统排泥较多。传统aao工艺属于单泥系统，聚磷菌、反硝化菌和硝化菌等功能微生物混合生长于同一系统中，而各类微生物实现其功能最大化所需的泥龄不同：自养硝化菌与普通异养好氧菌和反硝化菌相比，硝化菌的世代周期较长，欲使其成为优势菌群，需控制系统在长泥龄状态下运行，冬季系统具有良好硝化效果时的污泥龄(srt)需控制在30d以上；即使夏季，若srt＜5d，系统的硝化效果将显得极其微弱。因此，若污泥龄较低，系统的硝化效果将显得极其微弱。聚磷菌属短世代周期微生物，甚至其最大世代周期都小于硝化菌的最小世代周期。从生物除磷角度分析富磷污泥的排放是实现系统磷减量化的唯一渠道。若排泥不及时，一方面会因聚磷菌(paos)的内源呼吸使胞内糖原消耗殆尽，进
而影响厌氧区乙酸盐的吸收及聚-β-羟基烷酸(phas)的贮存，系统除磷率下降，严重时甚至造成富磷污泥磷的二次释放；另一方面，srt也影响到系统内聚磷菌和聚糖菌的优势生长。因此，为保证硝化菌和聚磷菌拥有良好的同步脱氮除磷效果，避免聚磷菌产生内源呼吸，系统需及时排泥，产泥量较多。
9.五、存在碳源竞争，碳源投加量较高。在传统aao脱氮除磷系统中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面，其中释磷和反硝化速率与进水碳源中易降解部分的含量有很大关系。一般而言，要同时完成脱氮和除磷两个过程，进水的碳氮比(bod5/ρ(tn))＞4～5，碳磷比(bod5/ρ(tp))＞20～30。当碳源含量低于此时，因前端厌氧区聚磷菌吸收进水中挥发性脂肪酸及醇类等易降解发酵产物完成其细胞内phas的合成，使得后续缺氧区没有足够的优质碳源而抑制反硝化潜力的充分发挥，因此为避免降低系统对tn的脱除效率，需增加系统碳源投加量。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于提供一种脱氮效率更高的改良aao工艺污水处理系统。
11.为实现上述的目的，本实用新型采用的技术方案是：
12.一种高效脱氮改良aao工艺污水处理系统，所述系统包括依次相邻设置的厌氧池、缺氧池、mabr池以及好氧池，在传统aao工艺基础上增设mabr池，所述mabr池内设置有至少一套mabr处理装置，所述mabr处理装置由多个膜组件单元、膜曝气系统、膜吹扫系统以及膜架构成，所述膜组件单元设置于所述膜架上，所述膜吹扫系统设置于所述膜架的下部，所述膜吹扫系统用于对所述膜组件单元的积泥进行间歇吹扫，所述膜曝气系统与所述膜组件单元连接，所述膜曝气系统用于向所述膜组件单元供气。
13.进一步的，所述系统还包括混合液回流池以及二沉池，水流经过所述好氧池后进入所述混合液回流池后，一部分水流进入二沉池，一部分回流至缺氧池。
14.进一步的，所述膜组件单元包括重离子微孔膜管，所述重离子微孔膜管的两端由膜管固定件固定，其中一端固定件设置有进气口；所述膜曝气系统包括空压机、与所述空压机连接的曝气主管，与所述曝气主管连接的多个曝气支管，所述膜组件单元的进气口与所述曝气支管连接。
15.进一步的，所述曝气支管的前端依次设置有阀门和气压表，所述曝气主管的前端设置有气体流量计和总阀门。
16.进一步的，所述膜吹扫系统包括底部穿孔管、膜吹扫主管、曝气风机，所述底部穿孔管位于膜组件单元下部，底部穿孔管连接膜吹扫主管；所述膜吹扫主管连接曝气风机，并在前端依次设置有气体流量计和阀门。
17.所述膜架为不锈钢或其它耐腐蚀材料钢框架，其底部设置有穿孔管支架；所述膜组件单元左右间距不小于10mm，上下间距不小于10mm。
18.进一步的，所述厌氧池采用完全混合池形，可设置导流墙，底部设置潜水搅拌器。
19.进一步的，所述缺氧池采用氧化沟流态，两边设置环形导流墙，底部设置有推流器，厌氧池出水与好氧池回流的混合液同时进入缺氧池。
20.进一步的，所述mabr池内设置多套mabr装置，池底设置有搅拌推流器。
21.进一步的，所述好氧池采用推流式池形，底部设置有推流器和曝气盘。
22.综上所述，运用本实用新型的技术方案，具有如下有益效果：
23.一、脱氮效率高。在本实用新型的污水处理系统中好氧氧化、硝化与反硝化反应均在同一个反应器中高效进行，在泥膜共生的兼氧环境中，可实现同步硝化与反硝化甚至短程硝化与反硝化，降低了混合液回流量对总氮去除率的桎梏，脱氮效率大大提高。在同样的运行条件下，传统aao工艺出水总氮达到15mg/l以下，而改良aao工艺出水总氮能达到10mg/l以下。改良aao通过mabr工段设置，是在传统aao工艺反硝化脱氮基础上，增加了同步硝化与反硝池功能池，进一步提高总氮去除效果。
24.二、节能降耗效果明显。在mabr生物膜中，由于氧气的传递方向和污染物的传递方向完全相反，氧和污染物浓度梯度刚好相反，所以在生物膜中出现了独特的分层结构，硝化和反硝化反应分别在生物膜的内外两侧进行，生物膜外侧的反硝化菌利用污水中的bod5进行反硝化反应，减少了异养菌对其碳源的争夺，相较传统aao工艺，大大减少了碳源消耗。mabr处理装置作为一种基于膜表面无泡曝气的生物膜反应器技术，在mabr系统中，氧气不再是限制因素，从充氧动力效率的角度比较，与传统的曝气方式相比，氧气以分子形式进入生物膜中被利用，实现了无泡曝气，这意味着：(1)氧气的实际停留时间大大延长，膜内的含氧气体不会因为水的浮力被赶走出混合液；(2)空气可以低压方式进行输送，因为空气不需要克服静水压力来穿过中空纤维膜；(3)大大降低曝气速率，充氧动力效率是普通微孔曝气的4倍左右。这样既能满足微生物对氧的需求，显著地降低了曝气风机能耗。
25.三、耐冲击负荷能力更强。本实用新型的改良aao工艺污水处理系统中池体硬分区较多，各工段相对独立，且池容较大，mabr工段除了普通活性污泥外，同时具有耐冲击负荷能力更强的生物膜。因此，本实用新型的改良aao系统较传统aao工艺运行稳定性更强。
26.四、污泥产率更低。由于mabr工段的存在，mabr膜组件表面附着大量的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。其反应过程是：在生物膜内、外，生物膜与水层之间进行着多种物质的传递过程。空气中的氧溶解于流动的水层中，从那里通过附着水层传递给生物膜，供微生物用于呼吸；污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜，并通过细菌的代谢活动而被降解，使污水在其流动过程中逐步得到净化；微生物的代谢产物如h2o等则通过附着水层进入流动水层，并随其排走，而co2及厌氧层分解产物如h2s、nh3以及ch4等气态代谢产物则从水层逸出进入气流中。在正常运行情况下，整个反应系统中的生物膜各个部分总是交替脱落的，系统内活性生物膜数量相对稳定，净化效果良好。其优势有：一是生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀；二是微生物固着在载体表面，使得时间较长的微生物也能增殖，生物类型广泛、种属较多，形成的食物链要长于活性污泥上的食物链；生物膜中高营养级的微生物大量存在，有机物代谢较多的转移为能量，合成新细胞，产生的剩余污泥少。因此，本实用新型改良aao工艺通过增设mabr工段，提高了整个工艺系统的污染物去除效果，生化池内的活性污泥浓度(微生物数量)可以进一步降低，污泥浓度一般为2000～3000mg/l，较常规aao工艺生化污泥浓度(一般为3000～5000mg/l)更低，污泥产率也降低约20％。
附图说明
27.图1为现有技术中aao工艺图；
28.图2为本实用新型改良aao工艺污水处理系统结构示意图；
29.图3为本实用新型mabr处理装置示意图；
30.图4为本实用新型mabr膜组件结构示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本实用新型保护范围的限制。
32.参见附图2-4，本实用新型是一种在传统aao工艺基础上改良的aao耦合mabr污水处理工艺(因mabr池实际为兼氧池，因此该改良aao工艺也可表述为aaao工艺)。该工艺由厌氧池、缺氧池、mabr池、好氧池组成，经预处理的污水依次经过上述改良aao池。改良aao池平面布置如图2所示，其位置关系为：厌氧池与缺氧池相邻；缺氧池与mabr池相邻；mabr池与好氧池相邻；厌氧池、缺氧池、mabr池和好氧池均为独立池体，各独立池体间由相邻隔墙中间设置一个方形孔洞连通过水。
33.厌氧池采用完全混合池形，设置隔墙，底部设置潜水搅拌器，停留时间1～2h；缺氧池采用氧化沟流态，两边设置环形导流墙，设置推流器，厌氧池出水与好氧池回流的混合液同时进入缺氧池，停留时间2～3h；mabr池内设置mabr装置，池底设置有搅拌推流器，确保池内为完全混合状态，停留时间2～3h；好氧池采用推流式池形，底部设置推流器和曝气盘，停留时间4～6h；混合液回流比100％～200％，污泥回流比0～100％。
34.参考附图3－4，mabr处理装置由膜组件单元、膜曝气系统、膜吹扫系统、膜架组成；膜组件单元设置于膜架上，膜吹扫系统设置于膜架的下部，膜吹扫系统用于对所述膜组件单元的积泥进行间歇吹扫，膜曝气系统与膜组件单元连接，膜曝气系统用于向膜组件单元供气；该装置为模块化设计，可根据实际需求将多个mabr处理装置进行组合安装；具体的：
35.如图3－4所示，膜组件单元100膜管采用重离子微孔膜管10、两端由膜管固定件11固定，其中一端固定件设置进气口12；重离子微孔膜长0.5～2m、管径2～8mm、管心间距不小于10mm，数量和尺寸可根据实际运用情况灵活调整；膜组件单元左右间距不小于10mm，上下间距不小于10mm。
36.膜曝气系统包括空压机20、气体流量计21、压力表22、阀门23、曝气主管24、曝气支管25；在纵深方向上，各排膜组件单元进气口分别由一根横向膜曝气支管连接；各膜曝气支管前端依次设置阀门23和压力表22；各膜曝气支管25连接曝气主管24；曝气主管24与空压机20相连，并在前端依次设置气体流量计21和总阀门27。
37.膜吹扫系统包括底部穿孔管30、膜吹扫主管31、曝气风机32。底部穿孔管30位于膜组下方，连接膜吹扫主管31；膜吹扫主管31连接曝气风机32，并在前端依次设置气体流量计21和阀门23。
38.膜架40采用不锈钢或其它耐腐蚀材料框架为主体，底部设置穿孔管支架41，膜架尺寸根据膜组件单元数量和尺寸调整。
39.本实用新型的技术方案是在传统的aao工艺基础上，在缺氧池与好氧池之间增设了mabr膜组工段以同步好氧与缺氧状态而存在，实际是一种生物膜/活性污泥混合工艺。本实用新型的mabr处理装置具有曝气量小、同步硝化与反硝化、污泥产生量少以及运行管理方便等特点，是传统活性污泥法处理高需氧量废水的一个引人注目的替代，其主要特点体
现在将传统的生物膜技术与气体分离膜技术进行耦合。它主要由膜组件和生物膜两个主要组成部分。膜组件一方面作为微生物附着的载体，另一方面通过膜腔体为附着的微生物供氧。在气体分压保持在膜组件泡点以下时，以无泡曝气的形式为微生物供氧。膜腔内的氧气在压差的驱动下向生物膜内扩散，同时生物膜与水中的污染物充分接触，在浓差驱动和生物膜吸附等作用下，污染物进入生物膜内。在生物膜中，由于氧气的传递方向和污染物的传递方向完全相反，氧和污染物浓度梯度刚好相反，所以在生物膜中出现了独特的分层结构，进而出现了不同的功能区，从而可以同时实现硝化反应、反硝化反应和异养氧化反应。曝气膜与生物膜界面的高氧浓度和低有机碳浓度能使硝化细菌更好的发挥作用。在该层外面一层，氧浓度和有机碳浓度都比较高，有利于有机碳的氧化分解。在生物膜与污水及污泥混合液的界面，氧浓度比较低，而有机物浓度较高，反硝化反应能很好的进行。因此，异养氧化和硝化与反硝化反应等能在同一个反应器中进行。污水中cod、bod5、氨氮、总氮及总磷均在此得到高效去除。市政生活污水经此改良aao工艺处理后，出水水质cod、bod5、氨氮、总磷可达到地表准iv类水标准，其中总氮可达到10mg/l以下。
40.本实用新型的改良aao工艺污水处理系统解决了传统aao工艺脱氮效果难以进一步提高问题：
41.(1)本实用新型工艺在传统aao工艺中耦合了mabr系统，mabr作为一种新型的污水处理工艺结合了传统的生物膜技术与气体分离膜技术，它主要由膜组件和生物膜两个主要组成部分。本工艺膜组件运用了重离子微孔膜制作的管式膜，一方面作为微生物附着的载体，附着的微生物量多，与污水接触面大，另一方面通过膜腔体为附着的微生物供氧，在气体分压保持在膜组件泡点以下时，以无泡曝气的形式为微生物供氧，氧气利用率高，硝化效率高。
42.(2)本实用新型工艺在传统aao工艺中耦合了mabr处理装置，在mabr处理装置中，由于氧气的传递方向和污染物的传递方向完全相反，氧和污染物浓度梯度刚好相反，这种液态无疑增加了氧气在水中的停留时间，所以在生物膜中出现了独特的分层结构，进而出现了不同的功能区。曝气膜与生物膜界面的高氧浓度和低有机碳浓度能使硝化细菌更好的发挥作用。在该层外面一层，氧浓度和有机碳浓度都比较高，有利于有机碳的氧化分解。在生物膜与污水及污泥混合液的界面，氧浓度比较低，而有机碳浓度高，反硝化反应能很好的进行。因此，异养氧化，硝化和反硝化反应能在同一个反应器中高效进行，解决了脱氮效率受到混合液回流量大小限制的问题，实现同步硝化与反硝化甚至短程硝化与反硝化，脱氮效率大大提高。
43.本实用新型的改良aao工艺污水处理系统解决了传统aao工艺污泥龄矛盾，系统排泥较多的问题：
44.(1)本实用新型工艺在传统aao工艺中耦合了mabr系统，mabr系统上运用了重离子微孔膜制作的管式膜作为载体，微生物能够在膜管上面高度富集，不会随着水体的流动而流失，混合液中污泥浓度一般为2000～3000mg/l，相对传统aao工艺3000～5000mg/l更低，系统污泥产率减少20％以上。
45.(2)本实用新型工艺在传统aao工艺中耦合了mabr系统，mabr系统上生物膜固着在管式膜载体上，其生物固体平均停留时间较长，能生长世代时间较长，比增殖速度很小的微生物如硝化菌，同时，在生物膜上生长繁育的生物类型广泛、种属较多，形成的食物链要长
于活性污泥上的食物链；生物膜中高营养级的微生物大量存在，有机物代谢较多的转移为能量，合成新细胞，即剩余污泥量较少。因此，本工艺产生的污泥量更少。
46.本实用新型的改良aao工艺污水处理系统降低了传统aao工艺存在碳源竞争，碳源投加量较高的问题：
47.(1)本工艺混合液中污泥浓度相对传统aao工艺更低，系统内异养菌群数量更低，进水中所含的碳源足够满足微生物的生理需求，聚磷菌在厌氧区释磷消耗一部分碳源后，反硝化菌仍能利用剩余的碳源进行反硝化作用，碳源竞争小，碳源投加量减少。
48.(2)在mabr生物膜中，由于氧气的传递方向和污染物的传递方向完全相反，氧和污染物浓度梯度刚好相反，所以在生物膜中出现了独特的分层结构，在mabr管式膜载体上形成的生物膜可以大致分成好氧层和缺氧层两个部分(如果膜够厚，不排除有厌氧区)，有机质和氨氮等污染物的传质扩散作用从混合液一侧向载体一侧进行。因为氧气是通过mabr膜管充入混合液中，所以溶解氧的扩散作用和bod5与氨氮是反方向。这样形成的生物膜，好氧层在靠近生物膜的外侧，缺氧层在污水的内侧。硝化和反硝化反应分别在生物膜的内外两侧进行，生物膜外侧的反硝化菌利用污水中的bod5进行反硝化反应，减少了异养菌对其碳源的争夺，相较传统aao工艺，大大减少了碳源消耗。
49.本实用新型的改良aao工艺污水处理系统解决了传统aao工艺硝态氮对聚磷菌造成干扰，影响系统除磷效率的问题：
50.(1)当厌氧区的硝态氮的质量浓度较高时，会对聚磷菌释磷产生抑制，传统aao因反硝化不彻底而残余的硝酸盐随外回流污泥进入厌氧区，反硝化菌将优先于聚磷菌利用环境中的有机物进行反硝化脱氮，干扰厌氧释磷的正常进行，本实用新型工艺因具有高效的脱氮能力，内回流比较高，反硝化彻底，混合液经过好氧池后硝态氮的质量浓度低，回流至厌氧池对聚磷菌干扰减少，除磷效率可进一步提高。
51.本实用新型的改良aao工艺污水处理系统解决了传统aao工艺水质水量变动适应性较弱，抗冲击能力较差的问题：
52.(1)本实用新型工艺在传统aao工艺中耦合了mabr系统，mabr系统上的生物膜对流入污水水质、水量的变化都具有较强的适应性，即或有一段时间中断进水，或处理水质变化较大，对生物膜的净化功能不会造成致命的影响，通水后能够较快地得到恢复。
53.(2)mabr系统中固着于mabr管式管表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。而在活性污泥法中，世代期比停留时间长的微生物被排出系统，因此，mabr生物膜中的生物相更为丰富，且沿水流方向膜中生物种群具有一定分布。
54.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。