一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法与流程

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于城镇污水的深度脱氮系统及方法。

背景技术：

1、现在众多地区的城市污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级a标准，其中总氮值要求低于15mg/l；部分敏感水体甚至执行更为严格的排放标准，要求除总氮外其余指标达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中的iv类标准，其中，仅总氮值放宽至tn≤10mg/l。即使如此，上述总氮值仍高于地表水v类标准的限值，对于特殊水域要求，控制城镇污水处理厂出水全部指标达到《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)的iv类水质标准也是必须实行的策略。

2、污水厂排放满足iv类水质要求，需达到tn≤1.5mg/l的深度脱氮水平，而no3--n因受限于尾水的基质浓度，通常成为深度脱氮的难点。对于普通城市污水水质，采用a/o、a2/o、改良a2/o、多模式a2/o等传统工艺处理，仅能够达到一级a标准。为达到氮的高标准稳定去除，往往需要在两级生物脱氮的基础上进行深度脱氮。目前广泛采用的是集脱氮与过滤为一体的反硝化深床滤池工艺，该工艺被用作保障污水总氮达标的技术手段，可实现出水总氮稳定小于5mg/l，但仍无法满足iv类水水质标准，而且在工程应用中还存在如下缺陷：1、需新增用地；2、受进水水质波动影响较大；3、脱氮量有限，易造成滤池生物量大堵塞严重；4、滤池易堵塞，需频繁气水反冲洗且强度较大，易造成生物膜流失，导致系统处理效果不稳定，能耗较高。

3、鉴于此，开发一种仅通过两级生物脱氮就可实现出水稳定达到iv类水质要求的新技术，是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种用于城镇污水的深度脱氮系统，旨在解决现有技术总氮稳定去除率低，脱氮处理受进水水质波动影响大，滤池易堵塞、生物膜流失严重、系统处理效果不稳定且能耗高等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种用于城镇污水的深度脱氮系统，包括：

3、第一脱氮段，用于对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/l≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/l；

4、第二脱氮段，与所述第一脱氮段连通，用于接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段包括依次连通的第一缺氧区以及第一好氧区，所述第一缺氧区包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/l；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。

5、进一步地，所述第一脱氮段包括沿污水流动方向依次连通的第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述第二好氧区与所述第一缺氧区连通；

6、所述第二厌氧区、第二缺氧区和第二好氧区分别包括处于厌氧氛围的第一复合生物反应器、处于缺氧氛围的第二复合生物反应器以及处于好氧氛围的第三复合生物反应器，且任一所述复合生物反应器均包括生物膜和活性污泥。

7、进一步地，所述第一复合生物反应器、第二复合生物反应器以及第三复合生物反应器分别为第三粉末载体生物流化床、第四粉末载体生物流化床和第五粉末载体生物流化床；

8、其中，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/l；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。

9、进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：

10、有机氮转化段，位于所述第一脱氮段沿污水流动方向的前方，用于将进水的有机氮含量调节至≤1mg/l。

11、进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：

12、控制单元，包括碳源投加系统、硝氮在线检测系统和ph在线检测系统；

13、所述碳源投加系统，位于所述第一缺氧区，用于在所述第一脱氮水中加入碳源；所述碳源投加的方式为单点投加或多点投加，所述多点投加采用两点之间水力停留时间时长控制，时长范围在15min~30min，其中，优选为25min；

14、所述硝氮在线检测系统位于所述第一脱氮段中的缺氧区的进口和出口；

15、所述ph在线检测系统的检测点遍布于所述第一脱氮段中的缺氧区，用于控制碳源的投加。

16、进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：

17、污泥浓缩分离单元，位于所述第二脱氮段的后方。所述污泥浓缩分离单元为低速旋分离心分离装置或涡流分离离心分离装置；

18、通过所述污泥浓缩分离单元将大比重复合粉末载体及附着型微生物与轻比重的活性污泥分离，其中所述轻比重的活性污泥和少量附着微生物的复合粉末载体输送至二沉池内，所述大比重复合粉末载体及附着型微生物以内回流的形式返回第一缺氧区，所述内回流的物料质量占比为进入所述污泥浓缩分离单元总物料质量的60%~75%，提升所述第一缺氧区中污泥浓度至8~12g/l，同步提升所述第一缺氧区内的脱氮菌数量，进而提高第一缺氧区内的碳源利用率和脱氮效率。

19、进一步地，所述的深度脱氮系统还包括：

20、依次排列的二沉池和水力筛分装置，所述二沉池位于所述污泥浓缩分离单元的后方。

21、如上述任意一项所述的深度脱氮系统，所述第一缺氧区、第一好氧区、第二厌氧区、第二缺氧区以及第二好氧区均设置有机械搅拌装置。

22、本发明还提供了一种用于城镇污水的深度脱氮方法，包括以下步骤：

23、通过第一脱氮段对进水进行第一脱氮处理，得到第一脱氮水，1.5mg/l≤所述第一脱氮水的总氮含量≤8mg/l；

24、通过第二脱氮段接受并处理第一脱氮水，所述第二脱氮段与所述第一脱氮段连通，所述第二脱氮段包括依次连通的第一缺氧区以及第一好氧区，所述第一缺氧区包括处于缺氧氛围的第一粉末载体生物流化床；所述第一好氧区包括处于好氧氛围的第二粉末载体生物流化床，所述第一粉末载体生物流化床和所述第二粉末载体生物流化床的复合粉末载体的含量为4~8g/l；粒径分布为20~75µm，单位质量内的比表面积为20~30m2/g。

25、进一步地，还包括通过有机氮转化段在进水在第一脱氮段之前将其中的有机氮含量调节至≤1mg/l；

26、所述调节有机氮含量的方式为：设置所述有机氮转化段在所述第一脱氮段之前，对进水进行预处理；

27、其中，所述有机氮转化段的处理能力为每小时转化0.5mg/l有机氮，有机氮转化段为完全厌氧状态并富集有高浓度的厌氧菌；且有机氮转化段的氧化还原电位为-400~-300mv，含有的污泥浓度为20~35g/l。

28、本发明中涉及的主要技术原理包括：

29、1、首先，需要理解的是在污水处理过程中所描述的总氮除了包括易生物降解的氨氮、硝氮、亚硝氮，可通过反硝化作用转化为氮气；还包括难生物降解的有机氮，很难通过反硝化作用去除。现有技术中对于污水中的总氮处理主要集中于氨氮、硝氮、亚硝氮的去除上，对于有机氮的去除较难实现。

30、然而，与现有技术不同的是，本发明中提供的用于城镇污水的深度脱氮系统及方法，旨在实现包括有机氮在内的污水中氮的去除，尤其是能够实现使污水经过所述用于城镇污水的深度脱氮系统处理后的水体排放满足iv类水质要求，其中，总氮排放量达到 tn≤1.5mg/l。

31、2、其次，需要明确的是，本发明中，在深度脱氮装置的第一脱氮段，采用了泥膜混合工艺，即生物膜法与活性污泥法的结合；此种结合方式通过处于所述第一脱氮段的第一复合生物反应器、第二复合生物反应器、第三复合生物反应器来实现。所述三个复合生物反应器的单位体积污水复合粉末载体提供的比表面积为80000~240000m2/m3，为附着型的微生物提供了大量的位点，且所述复合粉末载体包括基础生物载体和无机/有机替代碳源，可诱导专性脱氮微生物在系统内的富集，提升了系统内反硝化菌的丰度和数量。同时通过精准控制单元实现碳源的精准投加，在复合粉末载体中的无机/有机替代碳源协同配合作用下，为反硝化脱氮提供电子供体，能够实现总氮的深度去除。

32、3、另外，值得注意的是，本发明中，所述第一好氧区和第二好氧区的溶解氧值控制在0.5~1.5mg/l，且在缺氧区和好氧区安装由机械搅拌系统，实现了在低溶氧条件下出水氨氮和总氮的稳定达标。一方面，复合粉末载体的投加提升了系统内硝化菌和反硝化菌的丰度，低溶氧条件下，在复合粉末载体及附着微生物结构中构建缺氧/好氧的微环境，有利于在好氧区为同步硝化反硝化创造条件，进一步削减氨氮和总氮水平。另一方面，机械搅拌系统的安装，可增加污水中污染物、微生物和溶解氧的碰撞几率，加速反应；同步可提高溶解氧的传质效率，提高溶解氧的利于率，降低曝气能耗，控制溶解氧值处于较低水平即可实现出水的稳定达标；此外，机械搅拌系统可实现载体表面生物膜的更新，提高系统的微生物活性。

33、本用于城镇污水的深度脱氮系统通过在第一脱氮段的前端设置有机氮转化段来调节第二脱氮段的进水总氮中有机氮含量超过1mg/l的情况，使得所述第二脱氮段的进水总氮中有机氮含量≤1mg/l。所述有机氮转化段为富含高浓度厌氧污泥的厌氧反应器，通过高浓度厌氧菌将难降解有机氮转化成易降解的氮，反应完成后的混合液经三相分离器后输入第一脱氮段。

34、再者，本用于城镇污水的深度脱氮系统于所述第二脱氮段的后方设置污泥浓缩分离单元，通过所述污泥浓缩分离单元将大比重复合粉末载体及附着型脱氮除磷专性菌与轻比重的活性污泥分离，其中轻比重的活性污泥和少量的附着微生物的复合粉末载体排至体系外，所述大比重复合粉末载体及附着型脱氮除磷专性菌以内回流的形式返回第二脱氮段的第一缺氧区，使得相应的脱氮除磷专性菌含量同步提升，提高了所述第二脱氮段的第一缺氧区内的反硝化脱氮效率；同时，减少进入二沉池的物料质量，降低二沉池运行的实际负荷。

35、进入二沉池的物料，经浓缩后，一部分以外回流的方式返回第二厌氧区，进行厌氧释磷；一部分通过水力筛分装置将进行分离，以活性污泥为主的轻质物料以剩余污泥的形式从水力筛分装置上口排出系统，复合粉末载体及附着微生物在水力筛分装置下口富集回流至第一厌氧区。实现了目标粒径复合粉末载体及附着微生物在系统内的富集，减少复合粉末载体的投加量；同时可实现载体表面生物膜的更新，提高微生物的活性。

36、此外，需要强调的是，通过以上所述各机理的协同作用以及共同配合下，本发明才实现了仅通过两级生物脱氮处理，无需新建反硝化滤池，在较短的水力停留时间下，系统稳定深度脱氮。

37、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

38、1、实现了稳定深度脱氮；所述用于城镇污水的深度脱氮系统处理后的水体排放满足iv类水质要求，其中，总氮排放量达到tn≤1.5mg/l。

39、2、所述脱氮处理几乎不受进水水质波动影响。

40、3、无需新建反硝化滤池，节约用地。

41、4、采用精准控制单元，通过ph和硝氮在线检测系统协同控制碳源的精准投加，实现了碳源的最大化利用，避免碳源过量投加造成出水有机物含量超标的风险，节约了药剂成本。

42、5、可在较短的水力停留时间下实现出水稳定达标，所述用于城镇污水的深度脱氮系统的第一脱氮段和第二脱氮段的总水力停留时间≤10h。

43、6、所述用于城镇污水的深度脱氮系统的占地面积小，在高效处理的前提下，大大节省了基建费用，应用性强。