公布日：2023.12.29

申請日：2023.11.03

分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本發明涉及一種高氨氮、低碳氮比的廢水生物脫氮除磷處理系統，包括依次連接的預缺氧區、厭氧區、微氧亞硝化區、厭氧氨氧化區、好氧區、沉淀區；預缺氧區設有污水進水口，沉淀區設有污水出水口。預缺氧區與沉淀區相連，用于沉淀區產生的污泥回流至預缺氧區。本發明主要為一種新型脫氮除磷及去除有機物的工藝組合，針對高氨氮、低碳氮比廢水尤為適用，去除效果好，且可節能降耗、節省投資。所述各工藝段分別提出了主要功能、主要參數及控制條件的要求，在所述的控制條件下，該工藝可保證高效的脫氮效果。

權利要求書

1.一種高氨氮、低碳氮比的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，包括依次連接的預缺氧區、厭氧區、微氧亞硝化區、厭氧氨氧化區、好氧區、沉淀區；預缺氧區設有污水進水口，沉淀區設有污水出水口。

2.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述預缺氧區與沉淀區相連，用于沉淀區產生的污泥回流至預缺氧區。

3.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述厭氧區停留時間為1～2h。

4.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述微氧亞硝化區設有曝氣單元，控制溶解氧為0.2～0.3mg/L。

5.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述微氧亞硝化區的pH值控制在7.4～8.3。

6.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述厭氧氨氧化區的pH值控制在7.7～7.9。

7.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述厭氧氨氧化區設有內回流，回流比為300％～400％。

8.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述好氧區通過曝氣去除有機物。

9.根據權利要求1所述的廢水生物脫氮除磷處理系統，其特征在于，所述沉淀區用于泥水分離，污泥回流至預缺氧區，分離的污水從污水出水口排出。

10.一種利用權利要求1-9任一項所述的廢水生物脫氮除磷處理系統進行高氨氮、低碳氮比的廢水生物脫氮除磷處理方法，其特征在于，步驟包括：廢水進入預缺氧區，與沉淀池回流的污泥反應去除硝態氮；進入厭氧區生物除磷；進入微氧亞硝化區，通過控制溶解氧、pH值、水力停留時間，將氨氧化控制在亞硝化階段；進入厭氧氨氧化區，進行生物脫氮，厭氧氨氧化區設有內回流；進入好氧區，通過曝氣去除有機物；進入沉淀區，用于泥水分離，污泥回流至預缺氧區，分離的污水從污水出水口排出。

發明內容

本發明的目的是針對傳統生化脫氮工藝的不足，提供一種高氨氮、低碳氮比的廢水生物脫氮除磷處理系統，尤其適用于高氨氮、低碳氮比廢水的處理。該工藝可解決傳統工藝脫氮效果不佳，基建投資和運行費用高的問題，并提出工藝的主要控制方式，以實現生化池各功能區內微生物的高效培養。本發明工藝在脫氮的同時，同步考慮有機物的去除及除磷，為集生物脫氮除磷、有機物去除為一體的生化處理系統。

本發明的目的可以通過以下方案來實現：

本發明提供了一種高氨氮、低碳氮比的廢水生物脫氮除磷處理系統，包括依次連接的預缺氧區、厭氧區、微氧亞硝化區、厭氧氨氧化區、好氧區、沉淀區；預缺氧區設有污水進水口，沉淀區設有污水出水口。廢水從污水進水口進入，依次流過各個區域，最后從污水出水口流出。

作為本發明的一個實施方式，所述廢水為高氨氮、低碳氮比的廢水，進水組分中包括較高濃度的氨氮、總氮，有機物CODcr、BOD5濃度較低，且碳氮比較低或是需外加碳源的廢水。相對于傳統生化工藝，本發明對此類廢水的處理有較強的適用性并有較好的處理效果。

作為本發明的一個實施方式，所述預缺氧區與沉淀區相連，用于沉淀區產生的污泥回流至預缺氧區。所述預缺氧區的主要作用是利用進水中的有機物和活性污泥本身的有機物(內源反硝化)徹底去除回流污泥中的硝態氮，與傳統A2O工藝相比，增加此區域，能更好的保證后續厭氧池運行的穩定性及生物除磷效果。回流污泥中含有硝態氮，若直接進入厭氧池，會影響厭氧池內厭氧微生物包括聚磷菌的生長及釋磷反應，從而影響系統的除磷效果，因此增加此預缺氧段。預缺氧池停留時間設為0.5h。

作為本發明的一個實施方式，本發明厭氧區主要作用為厭氧生物除磷段(厭氧區為厭氧釋磷段)，與好氧池相結合進行生物除磷。厭氧區停留時間為1～2h。

作為本發明的一個實施方式，本發明微氧亞硝化區，可通過控制溶解氧、pH值及水力停留時間等條件將氨氧化控制在亞硝化階段，與后續的厭氧氨氧化區相結合，組成一個新型的生物脫氮工藝。常規工藝好氧段主要為硝化菌，由于硝化菌群增殖速度慢，為維持系統內較高的生物濃度，需較長SRT，特別是在低溫冬季，因此造成系統HRT較長，有機負荷較低，反應器面積大，從而增加了基建投資和運行費用。所述微氧亞硝化池馴化培養的亞硝化菌，為該反應池的優勢菌種。其生長速率明顯高于硝化菌，通過一些控制方式將硝化反應控制在亞硝化階段，既節省反應器容積，又能節省生化曝氣量，節能降耗。所述微氧亞硝化區設有曝氣單元，控制溶解氧為0.2～0.3mg/L。微氧亞硝化區的pH值控制在7.4～8.3，該pH值在污水進入系統前調節，來水在進入生化系統前pH值宜控制在7.5～8.0。

亞硝化反應區：0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+H++0.5H2O

作為本發明的一個實施方式，本發明厭氧氨氧化區作為反硝化反應器來進行生物脫氮，通過微氧亞硝化區將硝化反應控制在亞硝化階段，使出水中的NH4+-N與NO2--N的比例為1：1，從而可以作為厭氧氨氧化區的進水，在厭氧氨氧化區，NH4+-N與NO2--N按1：1的比例進行脫氮反應，為保證厭氧氨氧化區污泥濃度，需進行混合液內循環。厭氧氨氧化區采用厭氧氨氧化菌進行反硝化脫氮，厭氧氨氧化菌為自氧菌，無需消耗碳源來維持反硝化，因此脫氮工藝幾乎不消耗碳源，針對低碳氮比廢水的處理有較大優勢，與傳統脫氮反應相比能節省大量的碳源。所述厭氧氨氧化區的pH值控制在7.7～7.9。厭氧氨氧化池采用UASB池型。所述厭氧氨氧化區設有內回流，回流比為300％～400％，厭氧氨氧化區末端設置內循環泵，將混合液回流至厭氧氨氧化區前端。

厭氧氨氧化區：0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2O

作為本發明的一個實施方式，所述好氧區通過曝氣去除有機物(COD、BOD)。本發明好氧池主要去除有機物，前端微氧亞硝化區，通過DO、水力停留時間等條件的控制，優勢菌種主要為亞硝化菌，主要進行氨氮的亞硝化反應，有機物的去除可能不完全，因此在亞硝化-厭氧氨氧化區后設置好氧區，去除污水中的有機物。由于氨氮在前端微氧亞硝化池及厭氧氨氧化池已基本去除，好氧池主要去除有機物，此區域只需考慮有機物去除需氧量，曝氣量將大幅減少。

作為本發明的一個實施方式，所述沉淀區用于泥水分離，污泥回流至預缺氧區，分離的污水從污水出水口排出。

本發明中的二沉池主要進行泥水分離，并進行污泥回流至生化區前端預缺氧池，保證系統內微生物的濃度。污泥回流至前端即為維持系統污泥濃度，一般約3-4g/L。若二沉池僅排泥，無回流，系統內污泥將持續減少。

本發明在厭氧池前端設置預缺氧池，解決了回流污泥中硝態氮對厭氧池的沖擊問題。本發明未設置常規缺氧池，厭氧池后端接微氧亞硝化池，在此區域通過各種控制條件，培養亞硝化菌，使硝化反應控制在亞硝化階段，節省曝氣量。本發明厭氧氨氧化池采用UASB池型，與其它厭氧池型相比，可為厭氧氨氧化菌提供完全封閉厭氧的環境，為其生長提供更穩定的空間及條件，并且運行簡便且更節能。常規方法中的好氧池不需要控制氨氮氧化的階段，除氨氧化外還需要去除有機物CODcr、BOD5，即氨氧化和有機物的去除在一個空間同時進行，去除BOD5往往需要更多的曝氣量，因此無法在傳統好氧池中創造亞硝化菌的生長條件并將硝化反應控制在亞硝化階段。本發明微氧亞硝化池僅控制硝化反應進程，有機物同步有去除，但無需控制其完全去除，在厭氧氨氧化區后設置好氧區，主要去除前單元未去除的有機物，保證出水穩定達標，且此好氧區停留時間較短，可節省投資。本發明除厭氧池單元外，其它單元均區別于傳統的AAO工藝，主要將各功能區逐一劃分，各區域內均培養滿足其主要功能的優勢菌種，控制條件滿足即可穩定運行，減少其它干擾因素，且較大程度的節省投資及運行成本。

本發明還提供了一種高氨氮、低碳氮比的廢水生物脫氮除磷處理方法，步驟包括：

廢水進入預缺氧區，與沉淀池回流的污泥反應去除硝態氮，避免回流污泥對后續厭氧區的沖擊；進入厭氧區進行生物除磷；進入微氧亞硝化區，通過控制溶解氧、pH值、水力停留時間，將氨氧化控制在亞硝化階段；進入厭氧氨氧化區，進行生物脫氮，厭氧氨氧化區設有內回流；進入好氧區，通過曝氣去除有機物；進入沉淀區，用于泥水分離，污泥回流至預缺氧區，分離的污水從污水出水口排出進入深度處理單元。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

(1)為解決傳統生物脫氮工藝存在的問題提供了新的發展方向，該技術可以在不消耗有機碳源和減少氧氣消耗量的情況下實現廢水的生物脫氮，以解決傳統工藝投藥量大，處理成本高等問題；

(2)為提高高氨氮廢水處理系統的抗沖擊能力，降低來水高氨氮的抑制作用及提高處理效率，通過開發一種新工藝及其控制手段，培養耐沖擊的優勢菌種，有效去除氨氮；

(3)通過優化微生物菌群，提高微生物生長速率，維持系統內較高的生物濃度，提高反應器負荷，降低系統HRT，以減少基建投資；

(4)探索新工藝及組合，進一步節能降耗，主要通過縮短硝化反應進程，以減少相應的需氧量，最終體現為降低生化池曝氣能耗；

(5)針對高氨氮廢水，由于總氮濃度較高，傳統工藝要提高脫氮效率勢必加大內回流比，新工藝既能高效脫氮，又能減少高回流比的問題；

(6)系統在脫氮的同時同步考慮除磷，實現系統的同步脫氮除磷，適用性廣；

(7)對高氨氮低碳氮比污水處理具有明顯的經濟效益，可節省約60％的能耗和30％的運行費及工程投資。

（發明人：陳曦;張璐晶;龐洪濤;江樂勇;干里里;張偉）