一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮方法及装置

摘要

一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮方法及装置，属于污水生物处理技术领域，该装置依次由调节区、多级同时硝化反硝化区、导流区及沉淀区一体化构建而成。其中，多级同时硝化反硝化区呈多槽推流式，且各反应槽均设有曝气系统及分段进水装置；沉淀区设有溢流口与斜板沉淀池；分段进水管将调节区与同时硝化反硝化区各反应槽相连；本发明充分利用了同时硝化反硝化的优点，通过控制运行条件，将硝化和反硝化集中于一个反应区内，无需投加额外碱度，无需搅拌、硝化液回流及污泥回流系统，节能降耗，同时多级推流式构造增强了系统的抗冲击负荷，而多段进水设计增强了系统反硝化作用，脱氮除碳效果稳定，维护管理方便。

权利要求

1.一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮方法，应用如下装置，

该装置包括：分段进水管(1)、进水泵(2)、调节阀(3)、多级同时硝化反硝化脱氮反应器(4)、气泵(5)、气体流量计(6)、输气管(7)、曝气头(8)、填料(9)、出流口(10)、回流口(11)、污泥回流可调式挡板(12)、斜板沉淀池(13)；其中多级同时硝化反硝化脱氮反应器从左至右依次由调节区A、多级同时硝化反硝化区B、导流区C、沉淀区D耦合构建；所述调节区A与多级同时硝化反硝化区B通过上部设有孔口的隔板隔开；多级同时硝化反硝化区等距设置有B1、B2、B3三个反应槽，相邻两个反应槽采用上部设有出流口(10)、下部设有回流口(11)的隔板分隔开，B1、B2、B3三个反应槽底部均设有曝气装置，并设有亲水性聚丙烯酸纤维丝填料(9)，各反应槽均设有分段进水管；导流区C与沉淀区D采用上端封闭下端连通的挡板隔开，所述沉淀区D设有45度斜板(14)、及溢流口(15)；

其特征在于：

(1)待处理废水进入多级同时硝化反硝化脱氮反应器的调节区A中；

(2)从调节区A流出的废水首先进入多级同时硝化反硝化区B1反应槽内，在曝气作用下与活性污泥及填料(9)上生物膜进行充分接触，在水流推力作用下经上部出流口(10)依次流入B2、B3反应槽，多级同时硝化反硝化区B的污泥浓度为2800～6000mg/L；通过调节污泥回流可调式挡板(12)高度的方式调节回流口(11)大小；采用渐减曝气的方式运行，B1、B2、B3三个反应槽溶解氧DO分别控制在1.5～3.0mg/L、1.0～2.0mg/L、0.5～1.5mg/L；多级同时硝化反硝化区B的总水力停留时间为6.0～12.0h；

(3)在多级同时硝化反硝化区B进行充分处理后的混合液经导流区C进入沉淀区D；

(4)混合液在沉淀区D进行泥水分离，沉淀时间为1.5～3.0h，上清液经溢流口(15)排出，活性污泥在重力作用下经斜板(14)滑至导流区C底部回流口(11)处，在B3反应槽曝气产生的气水混合流作用下首先回流至多级同时硝化反硝化区B3反应槽，而后经各槽间的污泥回流口(11)回流至B2、B1反应槽中，以达到污泥回流的目的；利用机械排泥方式定期排除沉淀池中剩余活性污泥；

(5)分段进水阶段：进水管口设置于调节区A底部，在进水泵的抽吸作用下，废水经分段进水管(1)进入同时硝化反硝化区B1、B2、B3反应槽底部，各出水管段均设置调节阀(3)，通过调节阀控制各反应槽的进水流量，B1、B2、B3分别对应的流量分配比为Q1：Q2：Q3＝3:2:1或3:(3-4):3。

说明书

一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于污水生物处理技术领域，尤其涉及一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮方法及装置。

背景技术

[0002] 我国农村人口众多，生活污水排放量大，大部分都未经过有效处理而直接排放到水体中，导致了严重的水环境污染问题。农村村落集镇分散，将污水集中输送到污水处理厂进行处理存在一定难度；而目前在国内得到广泛关注的土地处理技术、生物生态组合技术等污水处理系统占地面积大，受季节、区域等环境影响大，处理效果不稳定。因此高效率、低投资、低运行成本、操作维护简单的污水处理技术的符合农村污水处理方法和装置丞待开发。

[0003] 一体式污水处理设备作为农村污水处理的有效手段，具有占地小、见效快、操作管理方便等特点。好氧移动床生物膜系统MBBR是一种高效污水处理技术，该系统是活性污泥与生物膜的共存体系，生物量大，具有脱氮效果好、能耗低、不堵塞、不需反冲洗的优点，但缺点是填料容易流失；净化槽具有高效去除有机物和营养盐、安装方便、操作简单等优点，其主要工艺是厌氧滤床与接触氧化，厌氧滤床在实际运行过程中容易发生堵塞，需要进行定期反冲洗，操作复杂；而现有的AAO及AO生物接触氧化脱氮一体化装置是通过硝化和反硝化两个独立的过程来实现的，分别由硝化菌和反硝化菌在两个不同的反应器中进行，这种工艺脱氮除磷效果佳，运行稳定，但是该工艺需设置单独的搅拌装置；此外净化槽、AAO及AO生物接触氧化脱氮一体化装置均需设置硝化液回流及污泥回流动力装置，增加运行管理费用，在实际应用推广上存在一定困难。

[0004] 本发明多级同时硝化反硝化(略称SND)脱氮一体化装置，正是针对现有一体化装置存在的问题上，充分发挥同时硝化反硝化的优点而开发的一种新型的处理工艺。首先该工艺同时硝化反硝化区各反应槽内置了生物填料，通过控制运行条件，使硝化与反硝化过程在同一个反应区中得以实现，无需投加额外碱度；其次，多段推流式设计使各反应槽形成不同负荷及环境，增强了系统的抗冲击负荷能力；同时分段进水增强了系统反硝化作用，使碳源得到高效利用。该装置总水力停留时间较短，污泥产率低，无需反冲洗、搅拌及污泥回流设备，经济实用，是处理农村生活污水的一种有效装置。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种新型的一体式装置，针对现有的一体式装置在农村生活污水处理过程中存在运行维护复杂、能耗大的问题，给出了一套新工艺和新思路，是一种经济高效的脱氮除碳的装置与方法。

[0006] 多级同时硝化反硝化生物膜系统一体化脱氮方法及装置，其特征在于：基于调节区A、多级同时硝化反硝化区B、导流区C、和沉淀区D一体化耦合而构建。所述调节区A与多级同时硝化反硝化区B通过上部设有孔口的隔板隔开；多级同时硝化反硝化区B通过导流区C与沉淀区D相连；多级同时硝化反硝化区共分3槽，各槽通过上部设有出流口、下部回流口的挡板隔开，各槽均设有生物填料9、分段进水管及曝气装置；导流区C与沉淀区D底部连通。

[0007] 一体式多级同时硝化反硝化脱氮的方法，主要包括以下步骤：

[0008] (1)待处理废水以流量Q＝33.3～66.7L/h进入多级同时硝化反硝化脱氮反应器(4)调节区A中；

[0009] (2)调节区A废水首先进入到多级同时硝化反硝化区B1反应槽内，该反应槽溶解氧DO为1.5～3.0mg/L，悬浮污泥及填料(9)上生物膜表面的氨氧化细菌(AOB菌)将NH4+氧化为- -NO2 ，亚硝酸盐氧化菌(NOB菌)将NO2进一步氧化为NO3；生物膜内部及悬浮液中污泥絮体内部缺氧条件下反硝化细菌以NO3-为电子受体，COD为电子供体进行的部分反硝化脱氮，此外生物膜表面及悬浮液中好氧反硝同样对COD有代谢作用，该阶段主要完成氨氮的硝化及部分反硝化；

[0010] (3)经B1反应槽处理后的混合液在水流推力作用下进入B2反应槽，同时进入B2反应槽的还有经分段进水管(1)流入的原水，该反应槽进水DO控制在1.0～2.0mg/L，原水及从B1反应槽流入的硝化液在该槽进行充分的硝化及反硝化，

[0011] (4)经B2反应槽处理后的混合液与分段进水管(1)进入的原水同时进入B3反应槽进行最终的硝化及反硝化，该反应槽DO控制在0.5～1.5mg/L；多级同时硝化反硝化区的总水力停留时间为6.0～12.0h；

[0012] (5)多级同时硝化反硝化区B3反应槽处理后的混合液经导流区C进入沉淀区D；

[0013] (6)混合液在沉淀区D进行泥水分离，沉淀时间为1.5～3.0h，上清液经溢流口排出，下沉的活性污泥经斜板滑至导流区底部回流口处，在B3反应槽曝气产生的气水混合流作用下回流至多级同时硝化反硝化区，通过调节污泥回流可调式挡板高度调节污泥回流口(11)大小，最后，利用机械排泥方式定期排除沉淀池中剩余污泥。

[0014] (7)分段进水阶段：在进水泵的抽吸作用下，调节区(A)中废水经分段进水管(1)进入同时硝化反硝化区B1、B2、B3反应槽底部，通过调节阀(3)控制各反应槽的进水流量，控制不同进水流量分配比，，B1、B2、B3分别对应的流量分配比为Q1：Q2：Q3＝3:2:1和3:(3‐4):3。该阶段主要是提升系统的反硝化脱氮效率。

[0015] 本发明中污泥回流口(11)大小的调节，以及填料的布置，以及不同进水流量分配比的调节，是为了对应于不同的进水但只要满足出水要求即可。

[0016] 本发明跟现有一体化装置相比，该反应装置的设计具有以下优点：

[0017] (1)一体式多级同时硝化反硝化生物膜脱氮装置，操作管理简便，卫生环保；

[0018] (2)多级同时硝化反硝化区的合理分格，创造了反应区内的推流状态，提高反应速率，增加抗冲击负荷能力；

[0019] (3)本发明使硝化与反硝化在同一个反应器中进行，无需外加碳源与碱度，无需搅拌及硝化夜回流设备，节省资源；

[0020] (4)本发明由于在B区各隔板下部设置回流口,利用曝气作用即可实现污泥的回流，无需单独设置污泥回流系统，节省设备造价及运行处理成本；

[0021] (5)多级同时硝化反硝化区内由于设置亲水性的生物填料,生物量多，处理效率高，无需反冲洗，通过合理控制各曝气反应槽DO浓度，可优化系统脱氮效果，处理效果稳定，节能降耗；

[0022] (6)多段进水设置减少系统中COD的损失，使得参与反硝化脱氮的碳源得到充分利用，提高反硝化效能；

[0023] (7)装置内的高生物量缩短了水力停留时间，污泥产率低，节约基建费用及运行成本；

[0024] (8)一体化构建，运行管理方便，利于实际工程的推广和应用。

附图说明

[0025] 图1为本发明提供的一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮装置示意图。

[0026] 图中：1-分段进水管；2-进水泵；3-调节阀；4-多级同时硝化反硝化脱氮反应器；5-气泵；6-气体流量计；7-输气管；8-曝气头；9-填料；10-出流口；11-回流口；12-污泥回流可调式挡板；13-斜板沉淀池；A-调节区；B-多级同时硝化反硝化区；C-导流区；D-沉淀区。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图及实施例对本申请作进一步的说明。

[0028] 装置见图1，本发明所提供的一种一体式多级同时硝化反硝化生物膜系统脱氮装置，该系统主要由分段进水管1、进水泵2、调节阀3、多级同时硝化反硝化脱氮反应器4、气泵5、气体流量计6、输气管7、曝气头8、填料9、出流口10、回流口11、污泥回流可调式挡板12、斜板沉淀池13；其中多级同时硝化反硝化脱氮反应器4从左至右依次由调节区A、多级同时硝化反硝化区B、导流区C、沉淀区D耦合构建而成；分段进水管1设置在调节池底部，多级同时硝化反硝化区由3个反应槽形成多级串联结构，相邻两个反应槽采用设有上部设有出流口
10下部设有回流口11的隔板分开，其中回流口大小可通过可调式移动挡板12进行调节，各反应槽的体积之比为1：1：1，各反应槽内均设有曝气头8、填料9，其中填料的填充率为35‐
50％，采用渐减曝气的方式运行，三槽溶解氧浓度分别控制在1.5～3.0mg/L、1.0～2.0mg/L、0.5～1.5mg/L，总水力停留时间为6.0～12.0h；污泥回流口高度为H1＝5cm、H2＝10cm和H3＝15cm；分段进水流量分配比为Q1：Q2：Q3＝3:2:1、和3:(3‐4):3；分段进水管1与进水泵2、调节阀3分别相连；气泵5、气体流量计6、输气管7、曝气头8依次相连；斜板14、溢流口15均设置于沉淀区D，斜板14与水平夹角为45°～60°。

[0029] 利用该装置实现同时硝化反硝化脱氮的目的，具体过程如下：

[0030] 步骤一：多级同时硝化反硝化区的挂膜启动。

[0031] 首先对生物泳动填料接种活性污泥，污泥取自污水处理厂的回流污泥，接种污泥MLSS为3000mg/L，多级同时硝化反硝化区接种污泥初始MLSS为600mg/L，接种后，反应器采用“补充原水—闷曝18h—静沉4h—快速排除上清液—补充原水”的方式，重复4个循环后，进行连续进水，以动态的自然培养法挂膜。并根据处理效果逐渐加大进水负荷直至设计流量，当COD去除率>80％，NH4+‐N去除率>85％,标志生物膜挂膜基本完成。

[0032] 步骤二：一体式多级同时硝化反硝化装置的正式运行。

[0033] 挂膜成功后，反应器进入正式运行阶段。进入调节区中的废水在水泵作用下，以流量Q＝33.3～66.7L/h经分段进水管进入到多级同时硝化反硝化区B各反应槽内，其中B1反应槽中的混合液在水流推力作用下，依次进入B2、B3反应槽，经B3反应槽最终处理后的混合液经导流区进入沉淀区；混合液在沉淀区D进行泥水分离，上清液经溢流口排出，下沉的活性污泥经斜板滑至导流区底部回流口处，在B3反应槽曝气产生的气水混合流作用下回流至多级同时硝化反硝化区。

[0034] 原水取自北京工业大学西区教工生活小区化粪池上清液，其水质特点见下表：

[0035]

[0036]

[0037] 试验条件：进水泵控制进水流量Q＝50L/h，多级同时硝化反硝化区总HRT＝8h，三组气体流量计分别控制B1反应槽DO1＝1.5～3.0mg/L，B2反应槽DO2＝1.0～2.0mg/L，B3反应槽DO3＝0.5～1.5mg/L，沉淀时间为2h，MLSS在2800～5000mg/L之间，各试验阶段处理效果如下：(注:括号内为平均值)

[0038]

[0039] 由上表可知：各试验阶段出水COD<50mg/L，在污泥回流口高度为15cm，进水流量比为3:4:3和1:1:1下，NH4+-N<5mg/L，均达到了一级A标准；该工艺分段进水设置，在进水碳氮比平均仅为3.5的条件下，依然取得了较高的TN去除率，提高了系统的碳源利用率。

[0040] 以上是本发明的其中五个实施例，本发明的实施不限于此。