分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统及其方法与流程

1.本发明属于污水处理领域，涉及一种污水处理系统及其方法，具体涉及一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统及其方法。


背景技术：

2.目前，市政污水处理厂一般采用生物法作为二级处理，主要通过硝化/反硝化的传统工艺实现污水中氮素的脱除。尽管硝化/反硝化污水处理工艺能够利用污水中的碳源将好氧段产生的硝态氮转化为氮气，但由于市政污水自身碳源不足，故依然需要外加碳源以实现出水总氮达标，但这无疑会增加污水处理厂运行费用。此外，传统的硝化反应需要供给大量氧气将氨氮转化为硝态氮，导致曝气系统消耗大量能源。如何对市政污水处理工艺进行优化和改造，实现节能降耗，提质增效，是行业发展的重要探索方向。
3.厌氧氨氧化作为一种新型污水处理技术，能够实现污水自养脱氮，厌氧氨氧化菌直接将氨氮和亚硝转化为氮气，相对于传统硝化/反硝化污水处理工艺，该技术基本无需碳源，将其应用于污水处理工艺中能够有效降低对碳源需求，并节省氧气的消耗量。目前，短程反硝化耦合厌氧氨氧化和短程硝化耦合厌氧氨氧化是厌氧氨氧化技术主要的研究与应用方向，如何将这两种技术方向与现有污水处理工艺结合，提高污水的自养脱氮占比，是面临的主要问题。
4.因此，设计开发一种易于传统工艺改造，方便运行，效果稳定的新型厌氧氨氧化自养脱氮系统与方法是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，该系统可在现有污水处理构筑物基础上进行原位改造，易于实施，方便运行，效果稳定，可促进市政污水的低碳高效处理。
6.本发明的另一目的在于提供一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮的方法。
7.为了实现上述目的，本发明提供一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮的系统，包括生化池、沉淀池、进水管或进水廊道、连接管、出水管、硝化液回流管、污泥回流管、上清液回流管和污泥排出管；
8.其中，该生化池依次设置第一缺氧区、第二缺氧区、第一好氧区、第二好氧区；
9.该进水管包括进水总管和进水总管末端连接的第一进水管和第二进水管；
10.该进水廊道包括进水总廊道和进水总廊道末端连接的第一进水廊道和第二进水廊道；
11.该第一进水管或该第一进水廊道连接该第一缺氧区，该第二进水管或该第二进水廊道连接该第二缺氧区；
12.该连接管连接该第二好氧区和沉淀池；
13.该出水管连接该沉淀池；
14.该硝化液回流管连接该第二好氧区和该第二缺氧区；
15.该污泥回流管连接该沉淀池底部和该第二缺氧区；
16.该上清液回流管连接该沉淀池上部和该第一缺氧区；
17.该第一缺氧区内设置有固定式填料；
18.该第一好氧区内设置有固定式填料。
19.优选地，在该第一缺氧区内设置的固定式填料填充比例为30-50v/v％；该第一好氧区内设置的固定式填料填充比例为30-50v/v％。
20.填料的设置为附着生长的微生物提供生存环境，促进生物膜的形成。
21.优选地，所述固定式填料为聚氨酯海绵填料或高密度聚乙烯多孔塑料填料。
22.或，所述固定式填料为聚氨酯海绵填料和高密度聚乙烯多孔塑料填料的混合使用；其中，聚氨酯海绵填料和高密度聚乙烯多孔塑料填料的数量比为1:1。
23.优选地，第一缺氧区底部设置有一个或多个潜水搅拌器，第二缺氧区底部设置有一个或多个潜水搅拌器。
24.两个区域潜水搅拌器的设置实现进水与回流的混合扰动，促进物质与微生物的接触与传递。
25.优选地，该第一好氧区底部设置有一或多个曝气盘，该第二好氧区底部设置有一或多个曝气盘。
26.曝气盘的设置将压缩空气分散于水中，提高氧的传递效率。
27.本发明还提供一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法，包括如下步骤：
28.1)将流量为1q的市政污水分成两股送入上述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统的生化池中；其中，进入到第一缺氧区的污水量控制在0.2q～0.5q，剩余污水进入到第二缺氧区，上清液回流量控制为0.2q～1q，污泥回流量控制为1q～1.5q，硝化液回流量控制在0.5q～1q
29.2)第一缺氧区的水力停留时间为1-2h，第二缺氧区的水力停留时间为2-4h，第一好氧区的水力停留时间为5-10h，第二好氧区的水力停留时间为2-4h；
30.3)第二好氧区的出水一部分作为硝化液回流到第二缺氧区，硝化液回流量为0.5q～1q，余量出水进入沉淀池；
31.4)沉淀池上清液部分回流至第一缺氧区，回流量为0.2q～1q；沉淀下来的污泥回流到第二缺氧区，回流量为1q～1.5q；余水排出。
32.优选地，第二缺氧区至第二好氧区的絮体污泥浓度为3000-6000mg/l。
33.优选地，第一好氧区的溶解氧浓度为1.0-2.5mg/l。
34.优选地，第二好氧区的溶解氧浓度在3-5mg/l。
35.本发明提供的生化池第一缺氧区为纯生物膜反应区，部分污水和沉淀池上清液回流进入该反应区，厌氧氨氧化菌富集于生物膜中，相对于泥膜共生系统，纯生物膜能够避免絮体污泥与生物膜竞争底物，为短程反硝化耦合厌氧氨氧化提供更好的反应条件；水中的有机物、氨氮、和硝态氮通过反硝化、短程反硝化耦合厌氧氨氧化等反应被同步去除。
36.本发明提供的生化池第二缺氧区为活性污泥区，部分污水、回流污泥和硝化液回
流进入到该反应区，絮体污泥中的微生物以污水中的有机物为碳源将回流液中的硝态氮转化为氮气。
37.本发明提供的生化池第一好氧区为生物膜和絮体污泥混合区，硝化反应、短程硝化耦合厌氧氨氧化在该反应区同步进行，污水经过前端缺氧区的处理后，剩余的氨氮和有机物在第一好氧区进一步被处理，污水中氨氮通过硝化反应转化为硝态氮，通过短程硝化耦合厌氧氨氧化反应转化为氮气。
38.本发明提供的生化池第二好氧区为絮体污泥区，负责将水中剩余的氨氮全部转化为硝态氮，以保障出水氨氮达标，同时硝化液由该反应区回流至前端第二缺氧区。
39.生化池的泥水混合液进入沉淀池，并在沉淀池中进行泥水分离，底部沉淀的污泥部分回流至生化池第二缺氧区，部分以剩余污泥的形式从系统排出；沉淀池上部的上清液部分回流至生化池第一缺氧区，剩余部分上清液作为出水从系统流出。部分上清液回流生化池第一缺氧区用于保证该区域维持生物膜形态而不会形成絮体污泥。
40.本发明的有益效果在于：
41.本发明提供一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统及自养脱氮方法，该系统将纯生物膜、泥膜共生以及纯絮体污泥三种微生物聚集形态相结合，能够充分发挥各形态污泥的优势，为系统自养脱氮创造有利条件，显著减少对外碳源的需求，同时降低曝气能耗。该系统可在现有污水处理构筑物基础上进行原位改造，易于实施，方便运行，效果稳定，可促进市政污水的低碳高效处理。
附图说明
42.图1为本发明提供的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统的一优选实施例的示意图。
43.图2为本发明提供的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统的另一优选实施例的示意图。
44.附图标记
45.1：生化池；11：第一缺氧区；12：第二缺氧区；13：第一好氧区；14：第二好氧区；2：沉淀池；31：进水管；31’：进水廊道；311：进水总管；311’：进水总廊道；312：第一进水管；312’：第一进水廊道；313：第二进水管；313’：第二进水廊道；32：连接管；33：出水管；34：硝化液回流管；35：污泥回流管；36：上清液回流管；37：污泥排出管；4：填料；5：潜水搅拌器；6：曝气盘。
具体实施方式
46.以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
47.如图1所示为本发明所提供的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统的一优选实施例。从图1可以看出，包括：生化池1、沉淀池2、进水管31、连接管32、出水管33、硝化液回流管34、污泥回流管35、上清液回流管36和污泥排出管37；
48.其中，该生化池1依次设置第一缺氧区11、第二缺氧区12、第一好氧区13、第二好氧区14；
49.该进水管31包括进水总管311和进水总管末端连接的第一进水管312和第二进水管313，该第一进水管312连接该第一缺氧区11，该第二进水管313连接该第二缺氧区12；
50.该连接管32连接该第二好氧区14和沉淀池2；
51.该出水管33连接该沉淀池2；
52.该硝化液回流管34连接该第二好氧区14和该第二缺氧区12；
53.该污泥回流管35连接该沉淀池2底部和该第二缺氧区12；
54.该上清液回流管36连接该沉淀池2上部和该第一缺氧区11；
55.该第一缺氧区11内设置有固定式填料4，以体积比计填充比例为30-50％
56.该第一好氧区13内设置有固定式填料4，以体积比计填充比例为30-50％。
57.所述固定式填料为将填料通过线、网等方式使填料相对第一缺氧区或第一好氧区的空间位置固定而不会随污水流动而流动。
58.所述固定式填料为聚氨酯海绵填料和高密度聚乙烯多孔塑料填料，二者数量比例为1:1。
59.聚氨酯海绵填料为以聚氨酯海绵制成的填料，高密度聚乙烯多孔塑料填料为高密度聚乙烯材料制成的多孔塑料填料，二者均属于商业化产品。
60.由于污水处理厂规模不同，当污水处理厂规模较大时，进水管的进水量相较于生化池较小，因此会修建进水廊道以增加进水量，如图2所示，其中，进水管31替换为进水廊道31’，相应进水总管311替换为进水总廊道311’，第一进水管312替换为第一进水廊道312’，第二进水管313替换为第二进水廊道313’。
61.采用上述系统进行分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法，如图1所示，包括以下过程，其中箭头代表管道中水流方向：
62.生化池的水力停留时间控制在10-20h，其中第一缺氧区水力停留时间控制为1-2h，第二水力停留时间为2-4h，第一好氧区的水力停留时间为5-10h，第二好氧区的水力停留时间为2-4h；流量为1q的市政污水分两股进入到生化池中，其中进入到第一缺氧区的污水量控制在0.2q～0.5q，剩余污水进入到第二缺氧区，上清液回流量控制为0.2q～1q，污泥回流量控制为1q～1.5q，硝化液回流量控制在0.5q～1q；从第二缺氧区至第二好氧区的絮体污泥浓度控制在3000-6000mg/l；控制第一好氧区的溶解氧浓度为1.0-2.5mg/l，为短程硝化厌氧氨氧化提供合适的溶解氧条件；控制第二好氧区的溶解氧浓度在3mg/l以上，以保证硝化速率，使得水中的氨氮全部转化为硝态氮；第一缺氧区和第一好氧区中的填料为固定式填料，填料类型为聚氨酯海绵填料和/或高密度聚乙烯多孔填料，填充比为30-50％。
63.固定式填料更易于微生物附着，并且不会由于填料碰撞造成生物膜大量脱落，在生化池中也不会造成填料随水流向某个方向堆积从而增加回吹成本。
64.上述分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法的反应原理在于：
65.市政污水分段进入生化池，第一股污水进入到第一缺氧区，与上清液回流混合后，在生物膜微生物的作用下，通过反硝化、短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应将污水中的有机物、氨氮、和硝态氮同步去除。第一缺氧区为纯生物膜反应区，厌氧氨氧化菌富集于生物膜中，相对于泥膜共生系统，纯生物膜能够避免絮体污泥与生物膜竞争底物，为短程反硝化耦
合厌氧氨氧化提供更好的反应条件。另一股污水进入到第二缺氧区，与污泥回流、硝化液回流混合后，絮体污泥将污水中的有机物、硝态氮同步去除，同时利用絮体污泥较大的比表面积实现回流液中硝态氮的彻底去除。
66.污水经过生化池缺氧区(第一缺氧区和第二缺氧区)处理后，主要剩余氨氮和部分未去除的有机物，流入生物膜和絮体污泥共存的第一好氧区，硝化反应、短程硝化耦合厌氧氨氧化在该反应区同步进行，污水中有机物在好氧微生物的作用下被进一步去除，污水中一部分氨氮通过硝化反应转化为硝态氮，一部分通过短程硝化耦合厌氧氨氧化反应转化为氮气。经过以上缺氧、好氧处理后，水中可能会剩余部分氨氮，为保障出水氨氮达标，生化池第二好氧区为絮体污泥区，负责将剩余氨氮全部转化为硝态氮，同时硝化液由该反应区回流至前端第二缺氧区，以提高系统总氮去除率。
67.生化池的泥水混合液进入沉淀池，并在沉淀池中进行泥水分离，底部沉淀的污泥部分回流至生化池第二缺氧区，部分以剩余污泥的形式从系统排出；沉淀池上部的上清液部分回流至生化池第一缺氧区，剩余部分上清液作为出水从系统流出。
68.实施例1
69.某污水处理厂细格栅出水，其水质主要指标如下：nh
3-n 22.6～48.5mg/l；tn 30.5～68.7mg/l；bod 105.0～137mg/l；cod 155.0～431.0mg/l；tp 3.05～6.88mg/l，采用图1所示的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统进行自养脱氮。
70.在水温为20-25℃条件下，生化池的水力停留时间控制在15h，其中第一缺氧区水力停留时间控制为2h，第二水力停留时间为4h，第一好氧区的水力停留时间为7h，第二好氧区的水力停留时间为2h；流量为14.6l/h的市政污水分两股进入到生化池中，其中进入到第一缺氧区的污水量为4.4l/h，剩余污水进入到第二缺氧区，上清液回流量控制为14.6l/h，污泥回流量控制为14.6l/h，硝化液回流量控制在7.3l/h；从第二缺氧区至第二好氧区的絮体污泥浓度控制在4000-5000mg/l；控制第一好氧区的溶解氧浓度为1.5-2.0mg/l；控制第二好氧区的溶解氧浓度在3mg/l以上，以保证硝化速率，使得水中的氨氮全部转化为硝态氮；第一缺氧区和第一好氧区中的填料为固定式填料，填料类型填料为固定式填料，填料类型为聚氨酯海绵填料和高密度聚乙烯多孔填料(数量比1：1)，填充比为50％。经过以上控制条件下的系统运行，在不投加外碳源的条件下，系统出水水质为：cod：15-30mg/l，nh4-n《1mg/l，tn《10mg/l，tp《0.5mg/l。
71.实施例2
72.某污水处理厂细格栅出水，其水质主要指标如下：nh
3-n 22.6～48.5mg/l；tn 30.5～68.7mg/l；bod 105.0～137mg/l；cod 155.0～431.0mg/l；tp 3.05～6.88mg/l，采用图1所示的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统进行自养脱氮。
73.在水温为20-25℃条件下，生化池的水力停留时间控制在15h，其中第一缺氧区水力停留时间控制为2h，第二水力停留时间为4h，第一好氧区的水力停留时间为7h，第二好氧区的水力停留时间为2h；流量为14.6l/h的市政污水分两股进入到生化池中，其中进入到第一缺氧区的污水量为4.4l/h，剩余污水进入到第二缺氧区，上清液回流量控制为14.6l/h，污泥回流量控制为14.6l/h，硝化液回流量控制在7.3l/h；从第二缺氧区至第二好氧区的絮体污泥浓度控制在4000-5000mg/l；控制第一好氧区的溶解氧浓度为4mg/l以上；控制第二好氧区的溶解氧浓度在3mg/l以上，以保证硝化速率，使得水中的氨氮全部转化为硝态氮；
第一缺氧区和第一好氧区中的填料为固定式填料，填料类型为高密度聚乙烯多孔填料，填充比为50％。经过以上控制条件下的系统运行，在不投加外碳源的条件下，系统出水水质为：cod：15-30mg/l，nh4-n《1mg/l，tn《15mg/l，tp《0.5mg/l。
74.实施例3
75.某污水处理厂细格栅出水，其水质主要指标如下：nh
3-n 22.6～48.5mg/l；tn 30.5～68.7mg/l；bod 105.0～137mg/l；cod 155.0～431.0mg/l；tp 3.05～6.88mg/l，采用图1所示的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统进行自养脱氮。
76.在水温为20-25℃条件下，生化池的水力停留时间控制在15h，其中第一缺氧区水力停留时间控制为2h，第二水力停留时间为4h，第一好氧区的水力停留时间为7h，第二好氧区的水力停留时间为2h；流量为14.6l/h的市政污水分两股进入到生化池中，其中进入到第一缺氧区的污水量为4.4l/h，剩余污水进入到第二缺氧区，上清液回流量控制为14.6l/h，污泥回流量控制为14.6l/h，硝化液回流量控制在7.3l/h；从第二缺氧区至第二好氧区的絮体污泥浓度控制在4000-5000mg/l；控制第一好氧区的溶解氧浓度为1.5-2.0mg/l；控制第二好氧区的溶解氧浓度在1-2mg/l；第一缺氧区和第一好氧区中的填料为固定式填料，填料类型为聚氨酯海绵填料，填充比为30％。经过以上控制条件下的系统运行，在不投加外碳源的条件下，系统出水水质为：cod：15-30mg/l，nh4-n《2mg/l，tn《15mg/l，tp《0.8mg/l。
77.从上述实施例可以看出，本发明提供的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统及其方法，将纯生物膜、泥膜共生以及纯絮体污泥三种微生物聚集形态相结合，能够充分发挥各形态污泥的优势，为系统自养脱氮创造有利条件。
78.由于传统污水处理厂为了工艺改进而建造新的构建处理区域涉及的经济成本、人力成本和时间成本非常高，而基于传统工艺结构进行改造不仅节省投资，也能够缩短工期，减少对污水处理厂正常运行影响。本发明基于污水处理厂现有污水处理构建区域通过区域选择、管线调整及填料设置即可实现新系统的运行，并且效果稳定，可促进市政污水的低碳高效处理。同时市政污水处理厂一般采用硝化/反硝化工艺实现水中氨氮的脱除，运行过程中曝气能耗高，且需要投加碳源以保证系统脱氮效果。采用本发明的系统能够显著减少额外碳源的投入，采用有限曝气与厌氧反应结合即可实现系统的脱氮效果，降低了市政污水处理的能耗和运行费用。
79.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，其特征在于，包括生化池、沉淀池、进水管或进水廊道、连接管、出水管、硝化液回流管、污泥回流管、上清液回流管和污泥排出管；其中，该生化池依次设置第一缺氧区、第二缺氧区、第一好氧区、第二好氧区；当使用进水管时，该进水管包括进水总管和进水总管末端连接的第一进水管和第二进水管；当使用进水廊道时，该进水廊道包括进水总廊道和进水总廊道末端连接的第一进水廊道和第二进水廊道；该第一进水管或该第一进水廊道连接该第一缺氧区，该第二进水管或该第二进水廊道连接该第二缺氧区；该连接管连接该第二好氧区和沉淀池；该出水管连接该沉淀池；该硝化液回流管连接该第二好氧区和该第二缺氧区；该污泥回流管连接该沉淀池底部和该第二缺氧区；该上清液回流管连接该沉淀池上部和该第一缺氧区；该第一缺氧区内设置有固定式填料；该第一好氧区内设置有固定式填料。2.根据权利要求1所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，其特征在于，在该第一缺氧区内设置的固定式填料填充比例为30-50v/v％；该第一好氧区内设置的固定式填料填充比例为30-50v/v％。3.根据权利要求1所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，其特征在于，所述固定式填料为聚氨酯海绵填料或高密度聚乙烯多孔塑料填料。4.根据权利要求1所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，其特征在于，所述固定式填料为聚氨酯海绵填料和高密度聚乙烯多孔塑料填料的混合使用；其中，聚氨酯海绵填料和高密度聚乙烯多孔塑料填料的数量比为1:1。5.根据权利要求1所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，其特征在于，第一缺氧区底部设置有一个或多个潜水搅拌器，第二缺氧区底部设置有一个或多个潜水搅拌器。6.根据权利要求1所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统，其特征在于，第一好氧区底部设置有一或多个曝气盘，第二好氧区底部设置有一或多个曝气盘。7.一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将进入系统市政污水总流量定为q，将市政污水分成两股送入如权利要求1至6任一项所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统的生化池中；其中，第一股污水送入第一缺氧区，第一股污水流量为0.2q-0.5q；第二股污水送入第二缺氧区，第二股污水流量为0.5q-0.8q；2)第一缺氧区的水力停留时间为1-2h，第二缺氧区的水力停留时间为2-4h，第一好氧区的水力停留时间为5-10h，第二好氧区的水力停留时间为2-4h；3)第二好氧区的出水一部分作为硝化液回流到第二缺氧区，硝化液回流量为0.5q-1q，余量出水进入沉淀池；
4)沉淀池上清液回流量为0.2q-1q，回流液返回第一缺氧区；沉淀池底部污泥回流到第二缺氧区，回流量为1q～1.5q；余水排出。8.根据权利要求7所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法，其特征在于，第二缺氧区至第二好氧区的絮体污泥浓度为3000-6000mg/l。9.根据权利要求7所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法，其特征在于，第一好氧区的溶解氧浓度为1.0-2.5mg/l。10.根据权利要求7所述的分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮方法，其特征在于，第二好氧区的溶解氧浓度在3-5mg/l。

技术总结
本发明提供一种分段进水多点回流强化市政污水自养脱氮系统及其方法，该系统包括生化池、沉淀池、进水管或进水廊道、连接管、出水管、硝化液回流管、污泥回流管、上清液回流管和污泥排出管。该系统将纯生物膜、生物膜与絮体污泥共存、纯絮体污泥等多种微生物聚集形态在生化池中结合，发挥各自优势，并通过分段进水、多点回流的方式调控有机物、氨氮和硝态氮在各区段的分配，以强化系统通过厌氧氨氧化自养脱氮的运行效果。本发明具有可实施性强，便于传统工艺改造，运行方便、稳定等特点，有助于市政污水自养脱氮技术的推广应用。水自养脱氮技术的推广应用。水自养脱氮技术的推广应用。


技术研发人员：靳鹏飞 张强 麻倩 李悦宁 张冲
受保护的技术使用者：北京恩菲环保技术有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/13