CN116589091A

CN116589091A - 一种深度脱氮除磷的aoa水处理系统及其水处理方法

Info

Publication number: CN116589091A
Application number: CN202211607900.3A
Authority: CN
Inventors: 古凌艳; 渠艳飞; 王维康; 李波文
Original assignee: Shenzhen Liyuan Water Design & Consultation Co ltd
Current assignee: Shenzhen Liyuan Water Design & Consultation Co ltd
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-08-15

Abstract

本申请涉及一种深度脱氮除磷的AOA水处理系统及其水处理方法，依次设置有预厌氧区、厌氧区、好氧区、缺氧区、后缺氧区和二沉池，以上分区按照上述顺序依次通过管道连接，两个区域的连通管道上设置有阀门；其中：二沉池的底部设置有污泥的回流管道，回流管道与预厌氧区和缺氧区连通，回流管道在靠近预厌氧区污泥入口和缺氧区的污泥入口处的处设置有阀门。本申请中深度脱氮除磷的AOA水处理系统的回流污泥为了克服AOA主流工艺的不足，分为两路，采用侧流工艺对主流工艺进行优化，在回流污泥R1线上设置一个独立的预厌氧区，经过复杂的生化过程后进入到主流线上的厌氧区；回流污泥R2则直接回流至缺氧区提高MLSS，以增加反硝化内碳源的总量，提高脱氮效率。

Description

一种深度脱氮除磷的AOA水处理系统及其水处理方法

技术领域

本申请涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种深度脱氮除磷的AOA水处理系统及其水处理方法。

背景技术

目前，市政污水处理厂的排放标准越来越严格，而现有的脱氮除磷工艺很难以节能降耗、低成本的方式满足严格的标准，污水处理技术已进入低碳深度脱氮除磷阶段。市政污水碳源不足，脱氮除磷存在碳源竞争，去除效率低。广泛应用的A²O系列前置反硝化工艺存在较多问题，回流污泥携带的硝态氮抑制厌氧释磷，回流硝化液携带较高的溶解氧破坏缺氧反硝化环境，且回流能耗较高，出水氮磷难以达标；因而如何经济高效地从低碳源污水中实现氮磷的深度去除，是一项重大挑战。

厌氧/好氧/缺氧——Anaerobic/Aerobic/Anoxic（AOA）工艺是一种利用聚磷菌和聚糖菌内碳源进行脱氮除磷的新技术，在低C/N城市污水的处理方面具有优势和应用前景。AOA工艺中厌氧区活性污泥微生物分解吸收外碳源转化为胞内碳源是好氧吸磷和缺氧反硝化的能量来源，因此AOA工艺的核心是功能细菌在厌氧区对碳源的转化和储存，强化储碳是实现深度脱氮除磷的一种有效途径。污泥双回流AOA工艺在传统单污泥AOA工艺的基础上增加了第二污泥回流，引入了二沉池底部高MLSS，且含有部分污泥发酵产物的污泥，提高了缺氧区内碳源总量及额外碳源的量，从而实现了实验室规模的深度脱氮。但是目前污泥双回流AOA的工艺存在以下的技术问题：（1）目前仅靠增加厌氧停留时间使污泥更多储存内碳源，可能造成碳源的损耗；（2）回流污泥携带的硝态氮破坏厌氧释磷环境，导致除磷效果不佳；（3）AOA系列工艺为好氧区混合液流入二沉池，AOA内源反硝化速率低，缺氧停留时间较长，因而导致污泥沉降浓缩性能较差，污泥产量高；（4）工程上二沉池底部污泥停留时间一般低于2小时，在双污泥回流情况下停留时间更短，因而污泥发酵作用较弱。

发明内容

本申请提供一种深度脱氮除磷的AOA水处理系统及其水处理方法；其可以进一步提升脱氮除磷的效果，并且提升污泥沉降浓缩效果。

第一个方面，本申请提供了一种深度脱氮除磷的AOA水处理系统，依次设置有预厌氧区、厌氧区、好氧区、缺氧区、后缺氧区和二沉池，以上分区按照上述顺序依次通过管道连接，两个区域的连通管道上设置有阀门；其中：二沉池的底部设置有污泥的回流管道，回流管道与预厌氧区和缺氧区连通，回流管道在靠近预厌氧区污泥入口和缺氧区的污泥入口处的处设置有阀门。

通过采用上述技术方案，本申请中在传统的AOA水处理系统的基础上，增设了预厌氧区，预厌氧区主要是对回流至厌氧区的回流污泥R1进行预处理，预处理主要是为了消耗掉污泥中的溶解氧，并降低污泥中的硝酸盐含量，增加有机物（rbCOD）及挥发性脂肪酸(VFAs)含量；预处理后的回流污泥R1再与污水在厌氧区进行混合时，可以使氨化菌将加快有机氮分解转化为氨态氮，同时聚糖菌和聚磷菌能够快速高效完成内碳源储存，同时聚磷菌释磷，缩短厌氧区停留时间，避免时间过程造成碳源的损耗。

本申请中还在传统的AOA水处理系统的基础上，增设了后缺氧区，后缺氧区的增设目的主要是为了通过在后缺氧区进行短时曝气吹脱混合液中的N₂，防止污泥二沉池中发生反硝化或厌氧释磷；从而保证使得污泥在二沉池的浓缩性能较好。本申请中通过增设预厌氧区和后缺氧区，可以明显的提升对氮磷的去除效果。

作为优选，所述的厌氧区设置污水入口；二沉池上设置有水的出口和污泥的出口。

通过采用上述技术方案，本申请中污水是从厌氧区进入，不会进行预厌氧区，从而可以回流污泥R1的预处理不受影响；二沉池中脱氮除磷的水需要通过水出口进一步进行后续的深度处理，二沉池的污泥也许定期定量进行排放。

第二个方面，本申请中提供了一种通过深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，包括以下步骤：

S1:将回流污泥R1在预厌氧区进行水解发酵和内源反硝化，得到预处理后的回流污泥R1；

S2：步骤S1中预处理后的回流污泥R1通过管道进入到厌氧区，同时厌氧区的进水口泵入污水，在厌氧区进行储存内源碳和释磷，混合液接着进入到好氧区，在好氧区进行硝化和除磷后，混合液进行到缺氧区；

S3：在缺氧区会泵入回流污泥R2，回流污泥R2与混合液进一步混合后，通过内源反硝化作用进行深度除氮；处理完毕后，混合溶液进入到后缺氧区；

S4：在后缺氧区进行短时曝气吹脱混合溶液中的N₂后进入到二沉池；

S5：混合溶液在二沉池进行沉淀浓缩后，分成上清液和沉降污泥，上清液进入深度处理系统进行后续处理；部分沉降活性污泥通过循环管道分为回流污泥R1和回流污泥R2分别回流至预厌氧区和缺氧区；剩余污泥定期排空。

通过采用上述技术方案，在本申请中的方法中，回流污泥R₁在预厌氧区发生复杂有机物的水解发酵、反硝化和去氧等反应，因而在厌氧区可以充分利用进水碳源，强化内源反硝化，降低对除磷的抑制，减少污泥产量。在厌氧区具有深度厌氧环境、低硝酸盐浓度、污泥水解发酵产物及进水碳源，聚糖菌和聚磷菌可快速高效源储碳，同时聚磷菌完成释磷，所需厌氧区时间较短。在好氧区有丰富的污泥龄较长的硝化菌（因为含有回流污泥R1），好氧硝化速率快，而聚磷菌消耗内碳源过量摄取磷，去除氨氮和磷酸盐。在缺氧区因回流污泥R₂提高了污泥浓度，反硝化聚糖菌和聚磷菌总量增加，内源反硝化效果增强，实现深度脱氮。在后缺氧区经短时曝气吹脱污泥附着的N₂，并适当补充溶解氧，既能防止二沉池底部污泥反硝化或释磷，又可提高污泥的沉降浓缩性能。在二沉池底的回流污泥中仅R₁流经预厌氧区进行预处理后再进入厌氧区，回流污泥R₂则直接进入厌氧区进行内源反硝化，防止内源反硝化菌处于“饥饿状态”。

作为优选，所述步骤S1中，水解发酵和内源反硝化至回流污泥R1中的硝酸盐含量<1mg/L；rbCOD增加5mg/L以上。

通过采用上述技术方案，通过控制硝化反应至硝酸盐的含量低于1mg/L，可以避免过多的硝酸盐影响厌氧区的释磷环境，而增加rbCOD可以加速厌氧区的内源储碳速度，可以很大程度上缩短厌氧区的停留时间，避免时间过长，引起碳源的消耗。

作为优选，所述步骤S2中，回流污泥R1回流量为污水进水量体积的90~110%。

通过采用上述技术方案，本申请回流污泥R1与污水的进水量的比例，在保证水处理效果的同时，提高水处理的效率。

作为优选，所述步骤S3中，回流污泥R2回流量为污水进水量体积的90~110%。

通过采用上述技术方案，本申请中通过控制回流污泥R2的进样量，可以加速缺氧区的硝化速度进而提升整体的水处理效果和速度。

作为优选，所述步骤S4中，短时曝气的时间为0.5~1h并保证曝气后DO<0.5mg/L。

通过采用上述技术方案，本申请中短时曝气时间可以保证污泥在二沉池的沉降速度，提升沉淀浓缩的效果。

作为优选，所述的上清液经过深度处理后需要达准四类标准，其中TN≤10 mg/L。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请中深度脱氮除磷的AOA水处理系统的回流污泥为了克服AOA主流工艺的不足，分为两路，采用侧流工艺对“AOA生化池-二沉池”的主流工艺进行优化，在回流污泥R₁线上设置一个独立的预厌氧区，经过复杂的生化过程后进入到主流线上的厌氧区；回流污泥R₂则直接回流至缺氧区提高MLSS，以增加反硝化内碳源的总量，提高脱氮效率。

2.本申请中的深度脱氮除磷的AOA水处理系统增加了后缺氧区，在后缺氧区经过短时曝气以提高污泥的沉降浓缩性能，以获得高浓度的回流污泥，保证出水水质达标，内源反硝化的速率低于常规外源反硝化，AOA工艺需要更久的缺氧停留时间，同时为了更快地从好氧过渡到缺氧状态，好氧区末端一般采用低溶解氧策略，导致缺氧区末端活性污泥容易携带大量还原的N₂且溶解氧含量很低，快速曝气可以对这种情况进行改善，更利于二沉池中泥水分离。

3. 本申请中深度脱氮除磷的AOA水处理系统和处理方法中，处理系统至少包括预厌氧区、厌氧区、好氧区、缺氧区、后缺氧区和二沉池，回流污泥R₁先进入预厌氧区，活性污泥中吸附夹杂的由原污水携入颗粒有机物、微生物菌体残留物等，部分在兼性菌和厌氧菌的水解发酵后产生rbCOD及VFAs，以补充进水rbCOD及VFAs的不足，强化原污水中有机物的利用，减少产泥量，同时污泥中的聚糖菌和聚磷菌继续进行内源反硝化，降低回流污泥R₁中硝态氮浓度，高MLSS活性污泥内源呼吸对氧产生巨大需求；预处理出水与回流污泥R₁混合后，厌氧区具有深度厌氧环境、低硝酸盐浓度、污泥水解发酵产物及进水碳源，使原污水中有机物快速分解转化为rbCOD及VFAs，包括有机氮的氨化，聚糖菌和聚磷菌吸收利用外碳源以及将胞内的糖原（Gly）转化为聚羟基烷酸酯（PHA），完成内碳源储存，聚磷菌伴随着释磷；在好氧区，活性污泥中的硝化菌将氨氮转化为亚硝酸氮或硝酸氮，聚磷菌消耗PHA产生能量过量摄取磷，实现硝化和除磷，反硝化聚糖菌和聚磷菌消耗PHA与部分外碳源转化为Gly；在缺氧区，混合液与回流污泥R₂混合后提高了污泥浓度，污泥中聚糖菌和聚磷菌总量增加，提高胞内Gly驱动的反硝化速率；在后缺氧区，通过短时曝气吹脱混合液中的N₂并控制溶解氧含量，防止污泥二沉池中发生反硝化或厌氧释磷，利于污泥的沉降浓缩以获得高MLSS的回流污泥；二沉池泥水分离并经后续深度处理后，出水水质可达准四类标准，其中TN≤10 mg/L。

4.本发明提高了原污水碳源的利用及内碳源的储存，不需投加碳源，减少污泥产量，运营成本低、运行稳定性好、流程简单易操作，可实现深度脱氮除磷。

附图说明

图1 本申请中深度脱氮除磷的AOA水处理系统结构示意图。

图2 本申请中的工艺流程图。

图3本申请中实施例2中AOA中试过程中二沉池出水的性能测试图。

其中：1-预厌氧区；2-厌氧区；3-好氧区；4-缺氧区；5-后缺氧区；6-二沉池；7-阀门；21-进水口，61-上清液出口，62-污泥出口，63污泥回流管。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案和优点进行清楚、完整地描述，显然，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

实施例1

本申请中的深度脱氮除磷的AOA水处理系统结构示意图如图1所示，依次包括有预厌氧区1、厌氧区2、好氧区3、缺氧区4、后缺氧区5以及二沉池6；各个分区通过管道互联，管道上设置有阀门7。二沉池6的底部设置有污泥回流管63，污泥回流管63与预厌氧区1和缺氧区4连通，污泥回流管63在靠近预厌氧区1的污泥入口处和靠近缺氧区4的污泥入口处设置有阀门。厌氧区2的顶部设置有进水口21；二沉池6的底部上部设置有上清液出口61，下部设置有污泥出口32。

实施例2

通过实施例1中的深度脱氮除磷的AOA水处理系统的进行污水处理的方法，其流程示意图，如图2所示，本实施例中以南方城市某大型污水厂的实际进水为处理对象，中试装置设计规模100 m³/d，（实施例中未注明具体条件者，按照常规AOA条件进行）。

具体包括以下步骤如下：

S1:将回流污泥R1(控制回流污泥R1的回流量为污水进样量体积的100%)在预厌氧区1进行水解发酵和内源反硝化，得到预处理后的回流污泥R1，预处理的时间为1.7h，处理完毕后，预处理后的回流污泥R1中硝酸盐含量约为0.4mg/L，rbCOD增加约10 mg/L；

S2：步骤S1中预处理后的回流污泥R1通过管道进入到厌氧区2，同时厌氧区2的进水口泵入污水，在厌氧区2中进行储存内源碳和释磷（时间为1.7h），混合液接着进入到好氧区3，在好氧区3进行硝化和除磷后，混合液进行到缺氧区4；

S3：在缺氧区4会泵入回流污泥R2(控制回流污泥R2的回流量为污水进样量体积的100%)，回流污泥R2与混合液进一步混合后，通过内源反硝化作用进行深度除氮；处理完毕后，混合溶液进入到后缺氧区5；

S4：在后缺氧区5中进行短时曝气吹脱混合溶液中的N₂（曝气时间为0.8h,曝气后DO为0.1mg/L），曝气后的混合溶液进入到二沉池6；

S5：混合溶液在二沉池6中进行沉淀浓缩后，会被分成上清液和沉降污泥，上清液进入深度处理系统进行后续处理；部分沉降活性污泥通过循环管道分为回流污泥R1和回流污泥R2分别回流至预厌氧区1和缺氧区4；剩余污泥定期排空。

本实施例中，具体进水水质如下：COD为93-378 mg/L，TN为17.41-56.91 mg/L，NH₃-N为12.04-38.93 mg/L，TP为1.31-6.00 mg/L；按照上述方法进行运行系统，稳定运行期间，每天测试二沉池上清液出水口COD、TN、NH₃-N、TP，其结构如图3所示，运行24天后，COD、TN、NH₃-N、TP的平均值分别为20.1、6.77、0.64、0.34 mg/L，平均去除率分别为92%、84%、97%、91%。在不加外碳源的情况下，二沉池出水经深度处理后，出水指标均可达准四类标准，其中TN≤10 mg/L。

对比例1

与实施例2基本一致，区别点在于，不增加预厌氧区1和后缺氧区2；具体过程如下：

S1:将回流污泥R1通过管道进入到厌氧区(控制回流污泥R1的回流量为污水进样量体积的100%)，同时厌氧区的进水口泵入污水，在厌氧区进行储存内源碳和释磷（时间为3.4h），混合液接着进入到好氧区，在好氧区进行硝化和除磷后，混合液进行到缺氧区；

S3：在缺氧区会泵入回流污泥R2(控制回流污泥R2的回流量为污水进样量体积的100%)，回流污泥R2与混合液进一步混合后，通过内源反硝化作用进行深度除氮；处理完毕后，混合溶液进入到二沉池；

S5：混合溶液在二沉池进行沉淀浓缩后，会被分成上清液和沉降污泥，上清液进入深度处理系统进行后续处理；部分沉降活性污泥通过循环管道分为回流污泥R1和回流污泥R2分别回流至预厌氧区和缺氧区；剩余污泥定期排空。

对比例1与实施例1是同时运行的，进水水质也是一样的；按照本对比例中方法进行运行系统，稳定运行期间，每天测试二沉池上清液出水口COD、TN、NH₃-N、TP，稳定运行24天期间，出水指标COD、TN、NH₃-N、TP的平均值分别为20.7mg/L、10.87mg/L、0.68 mg/L、0.51mg/L，平均去除率分别为92%、76%、96%、89%。

从实施例2和对比例1的效果的比较上来看，实施例2中增设了预厌氧区1和后缺氧区5，其水处理脱氮除磷效果出现明显的提升，这可能是因为：

回流污泥R₁在预厌氧区经过兼性菌和厌氧菌的水解发酵后，能够产生易生物降解有机物（rbCOD）及挥发性脂肪酸(VFAs)，可有效补充进水rbCOD及VFAs的不足，强化除磷，高效利用污泥中部分复杂有机物，减少产泥量；在预厌氧区，兼性菌的附带作用是消耗回流污泥的溶解氧，同时回流的硝酸盐在内源反硝化菌的作用下去除，减少流入厌氧区的硝酸盐含量，降低对厌氧释磷的抑制。

进水与经过预厌氧预处理回流污泥R1混合后，厌氧区具有深度厌氧环境、低硝酸盐浓度、污泥水解发酵产物及进水碳源，氨化菌将有机氮分解转化为氨态氮，同时聚糖菌和聚磷菌快速高效完成内碳源储存，同时聚磷菌释磷，缩短厌氧区停留时间，避免时间过长，引起的碳源消耗，从而引起后续好氧区反应活性。

增设后缺氧区曝气：后缺氧区通过短时曝气吹脱混合液中的N₂，可以使污泥具有良好的沉降浓缩性能，防止污泥二沉池中发生反硝化或厌氧释磷。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种深度脱氮除磷的AOA水处理系统，其特征在于，依次设置有预厌氧区、厌氧区、好氧区、缺氧区、后缺氧区和二沉池，以上分区按照上述顺序依次通过管道连接，两个区域的连通管道上设置有阀门；其中：二沉池的底部设置有污泥的回流管道，回流管道与预厌氧区和缺氧区连通，回流管道在靠近预厌氧区污泥入口和缺氧区的污泥入口处的处设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的深度脱氮除磷的AOA水处理系统，其特征在于，所述的厌氧区设置污水入口；二沉池上设置有水的出口和污泥的出口。

3.一种通过权利要求1或2所述的深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的通过深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，其特征在于，所述步骤S1中，水解发酵和内源反硝化至回流污泥R1中的硝酸盐含量<1mg/L；rbCOD增加5mg/L以上。

5.根据权利要求3所述的通过深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，其特征在于，所述步骤S2中，回流污泥R1回流量为污水进水量体积的90~110%。

6.根据权利要求3所述的通过深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，其特征在于，所述步骤S3中，回流污泥R2回流量为污水进水量体积的90~110%。

7.根据权利要求3所述的通过深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，其特征在于，所述步骤S4中，短时曝气的时间为0.5~1h并保证曝气后DO<0.5mg/L。

8.根据权利要求3所述的通过深度脱氮除磷的AOA水处理系统处理污水的方法，其特征在于，所述的上清液经过深度处理后需要达准四类标准，其中TN≤10 mg/L。