专利名称：高新城市污水生物强化短程生物脱氮的装置与技术
技术领域：
本发明涉及一种城市污水生物强化短程生物脱氮的装置和方法，属于污水生物处 理技术领域，适用于城市污水脱氮处理。
背景技术：
国家对城市污水处理厂出水氮含量的要求日益严格，尤其近年来对出水总氮TN 浓度的要求。传统生物脱氮技术是通过硝化菌和反硝化菌来实现氮的去除，而充足的碳源 是反硝化高效脱氮的关键。当原水C/N比低于3. 4时，原水碳源无法满足反硝化作用对有 机碳源的需求，需投加外碳源来满足此要求，以保证生物脱氮效果。而我国部分城市污水厂 C/N远低于3. 4，因此无法满足传统生物脱氮对碳源的要求，导致无法达到国家一级A排放 标准。短程硝化反硝化脱氮理论的出现为该问题的解决提供了新的思路，短程硝化只将 氨氮氧化为亚硝酸盐氮，因此短程硝化反硝化减少了从NC^还原到NC^的过程所需的碳源， 可节省40%的碳源；此外还可以节省25%的曝气量；亚硝酸盐反硝化速率以1. 5到2倍的 硝酸盐反硝化速率进行；减少CO2的排放量达到20% ；硝化过程中减少33% 35%的污泥 产量，在反硝化过程中减少55%的污泥产量。但城市污水短程硝化的稳定实现仍是公认的难题，尤其是在连续反应器中实现稳 定的短程硝化反硝化，因此城市污水短程硝化的实际工程应用更是鲜见报道。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，提出了一种城市污水生物强化短程生 物脱氮的装置和方法，该装置和方法利用低DO和FA抑制实现污泥消化液短程硝化，即实现 AOB的增长速率大于NOB的增长速率，使NOB不断被淘洗掉，同时污泥消化液为高氨氮废水， 使得污泥消化液AO系统单位污泥中含有的AOB的量远大于城市污水AO系统中单位污泥所 含的AOB的量；因此通过将污泥消化液AO系统产生的剩余污泥投加至城市污水AO反应器 中，增加其单位污泥中所含的AOB的量，从而强化短程硝化效率，提高硝化容积负荷，减少 占地面积，增强系统抗低温冲击的能力。本发明的目的是通过以下解决方案来解决的城市污水生物强化短程生物脱氮的 装置，设有城市污水原水箱、城市污水AO反应器、城市污水二沉池、污泥消化液原水箱、污 泥消化液AO反应器、污泥消化液二沉池；所述城市污水原水箱为一敞口箱体，设有溢流管和放空管；城市污水原水箱通过 进水泵与城市污水AO反应器进水阀相连接；所述城市污水AO反应器为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上下交错设 置过流孔连接各个格室，前端为缺氧区格室，缺氧区格室设有搅拌器和搅拌桨，后端为好氧 区格室设有曝气头；空压机通过气体流量计、气量调节阀、与设在反应器底部的曝气头连 接；好氧区最后一格室通过内回流泵与城市污水AO反应器进水阀相连接。城市污水AO反应器通过城市污水二沉池连接管与城市污水二沉池连接；所述城市污水二沉池为一辐流式沉淀池，该沉淀池通过污泥回流泵与城市污水AO 反应器进水阀相连接；所述污泥消化液原水箱为一敞口箱体，设有溢流管和放空管，污泥消化液原水箱 通过进水泵与污泥消化液AO反应器进水阀相连接；所述污泥消化液AO反应器为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上下交错 设置过流孔连接各个格室，前端为缺氧区格室，缺氧区格室设有搅拌器和搅拌桨，后端为好 氧区格室设有曝气头；空压机通过气体流量计、气量调节阀、与设在反应器底部的曝气头连 接；好氧区最后一格室通过内回流泵与污泥消化液AO反应器进水阀相连接。污泥消化液AO 反应器通过污泥消化液二沉池连接管与污泥消化液二沉池连接；所述污泥消化液二沉池为一竖流式沉淀池，该沉淀池通过污泥回流泵与污泥消化 液AO反应器进水阀相连接；该沉淀池出水管与城市污水AO反应器连接；该沉淀池排泥管 阀门通过短程污泥投加泵与城市污水AO反应器连接；污泥消化液在此装置中的处理流程为污泥消化液与回流污泥一起泵入污泥消化 液AO反应器缺氧区，回流污泥中的NOi-N利用原水中有限的碳源进行反硝化，而后进入好 氧区发生短程硝化，将氨氮转化为NC^-N;接着泥水混合物进入污泥消化液二沉池进行泥水 分离，上方清水进入城市污水AO反应器缺氧区，下方沉淀污泥部分回流至污泥消化液AO反 应器缺氧区，部分泵入城市污水AO反应器缺氧区；城市污水处理流程如下城市污水、回流污泥、污泥消化液处理出水和污泥消化 液剩余污泥一起进入城市污水AO反应器缺氧区，利用城市污水中碳源发生反硝化作用，将 NOi-N转化为氮气，而后进入好氧区发生短程硝化；接着泥水混合物进入城市污水二沉池 进行泥水分离，上方清水排放至受纳水体，下方沉淀污泥部分回流至城市污水AO反应器前 端，部分污泥作为剩余污泥排放。本发明公开的城市污水生物强化短程生物脱氮的方法，包括以下步骤1)将取自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到城市污水AO反应器 和城市污水二沉池，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将城市污水原水 加入原水箱，启动进水泵，通过城市污水AO反应器进水阀进入城市污水AO反应器；启动缺 氧区搅拌器和空压机，调节气量调节阀使得好氧区溶解氧DO为0. 3-0. 8mg/L ；启动城市污 水污泥回流泵和内回流泵，污泥回流比为50% -100%，内回流比为100% -300% ；2)将取自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到污泥消化液AO反应 器及污泥消化液二沉池，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将污泥消化 液加入原水箱，启动进水泵，通过污泥消化液AO反应器进水阀进入污泥消化液AO反应器； 启动缺氧区搅拌器和空压机，调节气量调节阀使得好氧区溶解氧DO为0. 5-1. Omg/L ；启动 污泥消化液污泥回流泵，污泥回流比为30% -200%;污泥龄SRT控制为8-15d ；当缺氧区水 中COD > 60mg/L时，开启污泥消化液内回流泵，内回流比为50-250% ；3)启动短程污泥投加泵，将污泥消化液AO 二沉池产生的部分剩余污泥投加至城 市污水AO反应器，短程污泥每天投加量占城市污水AO反应器总污泥量的百分比定义为q， q取值范围为0.5% -10% ；4)根据污泥消化液水质和污泥消化液AO反应器中混合液的pH值及温度，通过在0.2-2kg NHl-N/m3 · d的范围内，调整进水NH-N负荷，即调整进水流量和改变污泥回流比 (在30%-200%范围内调整)，当游离氨(FA)浓度高时，增大污泥回流比，维持污泥消化液 AO反应器沿程的FA浓度为l-40mg/L ； 5)维持污泥消化液AO反应器出水NH -N浓度小于15mg/L ；当出水NH -N浓度大 于15mg/L时，通过提高水力停留时间HRT，即减少进水量，来降低出水NHl-N浓度；
本发明的技术原理在于利用FA抑制和低DO实现污泥消化液稳定的短程硝化，从 而产生单位污泥AOB含量高的污泥；城市污水AO反应器利用低DO实现短程硝化的同时，由 于AOB含量高的污泥的投入使得反应器短程硝化更加稳定，短程硝化速率更高，从而提高 其容积负荷，增强其抗低温冲击的能力。本发明城市污水生物强化短程生物脱氮的装置和方法，与现有工艺相比具有以下 优势1)污泥消化液高AOB含量污泥投加至城市污水AO反应器中，使得该反应器中单位 污泥所含的AOB的量增加，从而使的城市污水短程硝化更加稳定，其抗低温、水量、水质冲 击能力更强；2)由于城市污水AO反应器单位污泥AOB含量增加，使得系统短程硝化速率增加， 从而容积负荷增加，使得工艺占地面积减少，适合现有水厂的升级改造；3)污泥消化液旁侧处理，由于氨氮负荷高使该系统短程硝化速率更高，同时FA抑 制的存在使得短程硝化更加容易实现和维持；4)此工艺还具有短程硝化反硝化所固有的特点耗氧量少，能耗降低；反硝化所 需碳源量降低，对于碳源缺乏的污水脱氮具有优势；污泥产量少，降低污泥处置费用。
图1为本发明市污水生物强化短程生物脱氮的装置机构示意图。图中1为城市污水原水箱；2为城市污水AO反应器；3为城市污水二沉池；4为污 泥消化液原水箱；5为污泥消化液AO反应器；6为污泥消化液二沉池；1. 1为溢流管；1. 2为 放空管；2. 1为进水泵；22为进水阀；2. 3为搅拌桨；2. 4为曝气头；2. 5为污泥回流泵；2. 6 为内回流泵；2. 7为回流阀；2. 8为气量调节阀；2. 9为搅拌器；2. 10为气体流量计；2. 11为 空压机；2. 12为短程污泥投加泵；3. 1为污泥回流阀；32为剩余污泥排放阀；3. 3为；3. 4为 出水管；3. 5为城市污水二沉池连接管；3. 6为城市污水AO反应器出水阀；4. 1为溢流管；
4.2为放空管；5. 1进水泵；5. 2污泥消化液AO反应器进水阀；5. 3为搅拌桨；5. 4为曝气头；
5.5为内回流泵；5. 6为污泥回流泵；5. 7为污泥回流阀；5. 8为空压机；5. 9为气体流量计； 5. 10为搅拌器；5. 11为气量调节阀；6. 1为剩余污泥排放阀；6. 2为短程污泥投加阀；6. 3为 污泥回流管阀；6. 4为污泥消化液AO反应器出水阀；6. 5为污泥消化液二沉池连接管；6. 6 为出水管。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明如图1所示，城市污水生物强化 短程生物脱氮的装置设有城市污水原水箱1、城市污水AO反应器2、城市污水二沉池3、污泥 消化液原水箱4、污泥消化液AO反应器5、污泥消化液二沉池6 ；
6
所述城市污水原水箱1为一敞口箱体，设有溢流管1. 1和放空管1. 2 ；城市污水原 水箱1通过进水泵2. 1与城市污水AO反应器进水阀2. 2相连接；所述城市污水AO反应器为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上下交错设 置过流孔连接各个格室，前端为缺氧区格室，缺氧区格室设有搅拌器2. 9和搅拌桨2. 3，后 端为好氧区格室设有曝气头2. 4 ；空压机2. 11通过气体流量计2. 10、气量调节阀2. 8、与设 在反应器底部的曝气头2. 4连接；好氧区最后一格室通过内回流泵2. 6与城市污水AO反应 器进水阀2. 2相连接。城市污水AO反应器2通过城市污水二沉池连接管3. 5与城市污水 二沉池3连接；所述城市污水二沉池3为一辐流式沉淀池，该沉淀池通过污泥回流泵2. 5与城市 污水AO反应器进水阀2. 2相连接；所述污泥消化液原水箱4为一敞口箱体，设有溢流管4. 1和放空管4. 2，污泥消化 液原水箱4通过进水泵5. 1与污泥消化液AO反应器进水阀5. 2相连接；所述污泥消化液AO反应器5为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上下 交错设置过流孔连接各个格室，前端为缺氧区格室，缺氧区格室设有搅拌器5. 10和搅拌 桨5. 3，后端为好氧区格室设有曝气头5. 4 ；空压机5. 8通过气体流量计5. 9、气量调节阀
5.11、与设在反应器底部的曝气头5. 4连接；好氧区最后一格室通过内回流泵5. 5与污泥消 化液AO反应器进水阀5. 2相连接。污泥消化液AO反应器5通过污泥消化液二沉池连接管
6.5与污泥消化液二沉池6连接；所述污泥消化液二沉池6为一竖流式沉淀池，该沉淀池通过污泥回流泵5. 6与污 泥消化液AO反应器进水阀5. 2相连接；该沉淀池出水管6. 6与城市污水AO反应器2连接； 该沉淀池排泥管阀门6. 2通过短程污泥投加泵2. 12与城市污水AO反应器2连接；具体试验用水取自北京高碑店城市污水厂初沉池出水和消化污泥脱水液。初沉 池出水水质:C0D 为 106. 1-182. 4mg/L，NH;-N为 40. 24-64. 97mg/L，NOj-N为 0. 00-1. 12mg/ L，NO;-N为 0. 11-1. 19mg/L ；SS 为 60_138mg/L ；TP 为 3. 13-8. 31mg/L ；碱度为 247_405mg/ L ；pH 为 7. 02-7. 58。污泥脱水液水质C0D 为 78_249mg/L ； NHl-N 为 132_315mg/L， NOrN彡 1.5mg/L，NOj-N在检测限以下，TP 为 7. 4-32. 9mg/L，碱度为 854_1587mg/L，pH 为6. 93-8. 67。试验系统如图1所示，城市污水AO反应器有效容积为36L，反应器尺寸为 LXBXH = 60X12X50cm,平均分为5个格室，格室间隔板由上下交错的小孔连接。污泥消 化液AO反应器有效容积为25L，反应器尺寸为LXBXH = 50X 10X60cm，平均分为5个格 室，格室间隔板由上下交错的小孔连接。具体运行操作如下1)将取自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到城市污水AO反应 器、和城市污水二沉池，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将城市污水原 水加入原水箱，启动进水泵，通过城市污水AO反应器进水阀进入城市污水AO反应器；启动 缺氧区搅拌器和空压机，调节气量调节阀使得好氧区溶解氧DO为0. 3-0. 8mg/L ；启动城市 污水污泥回流泵和内回流泵污泥回流比为50% -100%，内回流比为100% -300% ；2)将取自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到污泥消化液AO反应 器及污泥消化液二沉池，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L ；将污泥消化 液加入原水箱，启动进水泵，通过污泥消化液AO反应器进水阀进入污泥消化液AO反应器；启动缺氧区搅拌器和空压机，调节气量调节阀使得好氧区溶解氧DO为0. 5-1. Omg/L ；启动 污泥消化液污泥回流泵，污泥回流比为30% -200%;污泥龄SRT控制为8-15d ；当缺氧区水 中COD > 60mg/L时，开启污泥消化液内回流泵，内回流比为50-250% ；3)启动短程污泥投加泵，将污泥消化液AO 二沉池产生的部分剩余污泥投加至城 市污水AO反应器，短程污泥每天投加量占城市污水AO反应器总污泥量的百分比定义为q， q取值范围为0.5% -10% ；4)根据污泥消化液水质和污泥消化液AO反应器中混合液的pH值及温度，通过在 0.2-2kg NHl-N/m3 · d的范围内，调整进水NH-N负荷，即调整进水流量和改变污泥回流比 (在30%-200%范围内调整)，当游离氨(FA)浓度高时，增大污泥回流比，维持污泥消化液 AO反应器沿程的FA浓度为l-40mg/L ；5)维持污泥消化液AO反应器出水NH -N浓度小于15mg/L ；当出水NH -N浓度大 于15mg/L时，通过提高水力停留时间HRT，即减少进水量，来降低出水NHl-N浓度；试验结果表明运行稳定后，城市污水出水COD < 35mg/L, TN为10_15mg/L，污泥 消化液AO反应器最大NH -N去除负荷为1. 5kgN/m3 · d，出水NH -N浓度5_15mg/L，出水 C0D49-68mg/L。
权利要求
1.一种城市污水生物强化短程生物脱氮的装置，其特征在于设有城市污水原水箱 (1)、城市污水AO反应器(2)、城市污水二沉池(3)、污泥消化液原水箱(4)、污泥消化液AO 反应器(5)、污泥消化液二沉池(6)；所述城市污水原水箱(1)为一敞口箱体，设有溢流管(1. 1)和放空管(1. 2)；城市污水 原水箱⑴通过进水泵(2. 1)与城市污水AO反应器⑵进水阀(2. 2)相连接；所述城市污水AO反应器(2)为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上下交错 设置过流孔连接各个格室，前端为缺氧区格室，缺氧区格室设有搅拌器(2. 9)和搅拌桨 (2. 3)，后端为好氧区格室设有曝气头(2.4)；空压机(2. 11)通过气体流量计(2. 10)、气量 调节阀(2. 8)、与设在反应器底部的曝气头(2.4)连接；好氧区最后一格室通过内回流泵 (2. 6)与城市污水AO反应器进水阀(2. 2)相连接；城市污水AO反应器(2)通过城市污水 二沉池连接管(3. 5)与城市污水二沉池(3)连接；所述城市污水二沉池(3)为一辐流式沉淀池，该沉淀池通过污泥回流泵(2. 5)与城市 污水AO反应器进水阀(2. 2)相连接；所述污泥消化液原水箱(4)为一敞口箱体，设有溢流管(4. 1)和放空管(4. 2)，污泥消 化液原水箱(4)通过进水泵(5. 1)与污泥消化液AO反应器进水阀(5. 2)相连接；所述污泥消化液AO反应器(5)为一敞口池体，分为数个格室，按照水流方向上下交 错设置过流孔连接各个格室，前端为缺氧区格室，缺氧区格室设有搅拌器(5. 10)和搅拌桨 (5. 3)，后端为好氧区格室设有曝气头(5.4)；空压机(5.8)通过气体流量计(5. 9)、气量 调节阀(5. 11)、与设在反应器底部的曝气头(5.4)连接；好氧区最后一格室通过内回流泵 (5. 5)与污泥消化液AO反应器进水阀(5. 2)相连接；污泥消化液AO反应器(5)通过污泥 消化液二沉池连接管(6. 5)与污泥消化液二沉池(6)连接；所述污泥消化液二沉池(6)为一竖流式沉淀池，该沉淀池通过污泥回流泵(5.6)与污 泥消化液AO反应器进水阀(5. 2)相连接；该沉淀池出水管(6. 6)与城市污水AO反应器(2) 连接；该沉淀池排泥管阀门(6.2)通过短程污泥投加泵(2. 12)与城市污水AO反应器(2) 连接。
2.根据权利要求1所述的城市污水生物强化短程生物脱氮的装置实现城市污水生物 强化短程生物脱氮的方法，其特征在于包括以下内容1)将取自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到城市污水AO反应器(2)、 和城市污水二沉池(3)，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-400()mg/L ；将城市污水原 水加入原水箱(1)，启动进水泵(2. 1)，通过城市污水AO反应器进水阀(2. 2)进入城市污水 AO反应器(2)；启动缺氧区搅拌器(2.9)和空压机(2. 11)，调节气量调节阀(2.8)使得好 氧区溶解氧DO为0. 3-0. 8mg/L ；启动城市污水污泥回流泵(2. 5)和内回流泵(2. 6)，污泥回 流比为50% -100%，内回流比为100% -300% ；2)将取自城市污水厂曝气池具有硝化作用的活性污泥投加到污泥消化液AO反应器 (5)及污泥消化液二沉池(6)，接种污泥后使活性污泥浓度MLSS为3000-4000mg/L;将污 泥消化液加入原水箱(4)，启动进水泵(5. 1)，通过污泥消化液AO反应器进水阀(5. 2)进 入污泥消化液AO反应器(5)；启动缺氧区搅拌器(5. 10)和空压机(5. 8)，调节气量调节阀 (5.11)使得好氧区溶解氧DO为0. 5-1. Omg/L;启动污泥消化液污泥回流泵(5. 6)，污泥回 流比为30% -200% ；污泥龄SRT控制为8-15d ；当缺氧区水中COD > 60mg/L时，开启污泥消化液内回流泵(5. 5)，内回流比为50-250% ；3)启动短程污泥投加泵(2.12)，将污泥消化液AO 二沉池(6)产生的部分剩余污泥投 加至城市污水AO反应器(2)，短程污泥每天投加量占城市污水AO反应器总污泥量的百分比 定义为q，q取值范围为0. 5% -10% ；4)根据污泥消化液水质和污泥消化液AO反应器(5)中混合液的pH值及温度，通过在 0.2-2 kgNHl-N/m3 · d的范围内，调整进水NHl-N负荷，即调整进水流量和改变污泥回流比 (在30%-200%范围内调整)，当游离氨FA浓度高时，增大污泥回流比，维持污泥消化液AO 反应器(5)沿程的FA浓度为l-40mg/L ；5)维持污泥消化液AO反应器(5)出水NH:-N浓度小于15mg/L;当出水NH:-N浓度大 于15mg/L时，通过提高水力停留时间HRT，即减少进水量，来降低出水M^-N浓度。
全文摘要
本发明公开了一种城市污水生物强化短程生物脱氮的装置与方法。所述装置包括城市污水原水箱、城市污水AO反应器、城市污水二沉池、污泥消化液原水箱、污泥消化液AO反应器、污泥消化液二沉池；城市污水二沉池为辐流式沉淀池；污泥消化液二沉池为竖流式沉淀池；所述方法是污泥消化液通过低溶解氧(DO为0.5-1mg/L)和游离氨(FA)抑制实现短程硝化；将污泥消化液短程硝化系统剩余污泥投加至城市污水短程硝化系统，同时维持该系统低溶解氧(DO为0.3-0.8mg/L)，从而稳定实现城市污水高效短程硝化。此方法可稳定实现短程硝化反硝化，节省曝气能耗、减少反硝化碳源需求，减少污泥产量，同时可提高城市污水短程硝化系统的容积负荷，增强系统抗冲击能力。
文档编号C02F9/14GK102101743SQ20111000448
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者张亮, 张树军, 彭永臻, 王俊敏, 马斌 申请人:彭永臻
