一种适用于高原城镇生活污水处理的改良型双污泥除磷脱氮
装置和工艺
技术领域
[0001] 本
发明属于城镇生活污水
生物处理技术领域，特别涉及一种适用于高原城镇生活
污水处理的改良型双污泥除磷脱氮装置与工艺。
背景技术
[0002] 西藏地处青藏高原，其社会地位与自然地位都无比重要，对国家和国际社会的和谐稳定和共荣发展有着不可忽视的影响。近年来由于经济发展和区域开发，西藏地区的环境保护问题也日益突出，尤其是城镇生活污水治理工作尚在起步阶段，低温低压低
氧条件对
微生物的活性、曝气的效能等造成了重大影响，限制了传统
活性污泥/
生物膜工艺的运行效率，使得污水厂的建立和运行受到很大的阻碍。纵观国内外相关已有技术研究和发明
专利，该方面大部分都是空白，具有很大的前景和发展空间。
[0003] 目前随着生活水平的逐步提高，城镇生活污水都逐渐呈现排水量增大，COD/N和COD/P比值下降的趋势。在有效去除有机物的同时，降低脱氮除磷对
碳源的需求量、实现一碳多用，以达到高效的脱氮除磷效果，便具有相当重要的价值。
[0004]
生物膜法，即在反应池内安装填料作为微生物生长富集的载体，微生物在填料表面聚集附着形成生物膜，污水流经填料后得到
净化，生物膜中的微生物吸收分解水中的污染物从而生长，由于将微生物与水相分离开来所以可以富集世代周期较长的微生物。生物膜法作为介于
活性污泥法和
生物滤池之间的一种方法，具有生物相多样化、污泥产量少、处理效果稳定、传质条件好、运行管理方便等优点。并且随着技术的发展，出现了不同类型的填料，进一步完善了生物膜法的应用。
[0005] 传统的除磷脱氮工艺属于单污泥系统，实际运行中存在着一些问题：①聚磷菌和
反硝化细菌对污水中碳源存在竞争；②聚磷菌和硝化细菌处于同一污泥系统，两者存在泥龄矛盾；③好氧池中，异养好氧菌和硝化菌对氧的竞争，导致硝化细菌生长处于劣势。这使得传统的生物除磷脱氮工艺需要找到一个平衡点才能达到较好的处理效果。后来，人们在生物脱氮除磷研究过程中发现，活性污泥系统中部分聚磷菌可以在缺氧条件下以
硝酸盐为
电子受体，在进行反硝化的同时摄取溶液中的磷。建立在反硝化除磷的理论
基础上，逐渐完善发展出了双污泥除磷脱氮工艺，其设置两套污泥回流系统，即硝化污泥和反硝化除磷污泥，分别构建适于硝化细菌、反硝化细菌和聚磷菌的生存环境。由于两段间生物相完全独立，能够较好地解决菌种间泥龄的矛盾，充分发挥各自的优势和作用，达到高效脱氮除磷的目的，同时可以更好地利用碳源并降低对氧的需求。常见的双污泥除磷脱氮工艺有A2N工艺、Dephanox工艺、A2NSBR工艺等。但是，普通的双污泥除磷脱氮工艺仍有
缺陷：一方面工艺流程中存在多个回流系统，程序相对复杂；另一方面，整个工艺依旧以活性污泥法为主，污泥产量大，抗冲击负荷能
力较低。
发明内容
[0006] 为了克服上述
现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于高原城镇生活污水处理的改良型双污泥除磷脱氮装置与工艺，针对目前我国西藏地区城镇生活污水的水质特点以及高原地区自然条件，结合生物膜法和活性污泥法，优化了工艺流程，节约了运行成本，减少了剩余污泥产量，并能实现高原条件下氮磷污染物的稳定去除。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0008] 一种适用于高原城镇生活污水处理的改良型双污泥除磷脱氮装置，包括低氧池2和
厌氧池3，低氧池2和厌氧池3的入口均连接
原水水箱1，出口均连接缺氧池4，缺氧池4的出口连接
曝气池5，曝气池5的出口连接
沉淀池6，沉淀池6底部污泥出口通过污泥
泵13与厌氧池3连接，其中，所述低氧池2内设有组合填料7，组合填料7以固定膜的形式富集硝化菌，所述低氧池2和曝气池5内均设有曝气器8，通过气泵10提供氧气。
[0009] 所述组合填料7为全塑性夹片维纶
醛化丝，规格为Φ120mm，单位重量2.5-3.6kg/m3，
比表面积350～400m2/m3，成膜后重量为70～90kg/m3，填充比70～80％。
[0010] 所述厌氧池3和缺氧池4内均设有搅拌器9。
[0011] 本发明还提供了一种基于所述适用于高原城镇生活污水处理的改良型双污泥除磷脱氮装置的双污泥除磷脱氮工艺，包括如下步骤：
[0012] 步骤1，原水水箱1内的污水分为两路，一路进入低氧池2，另一路与来自沉淀池6的回流污泥一起进入厌氧池3；
[0013] 步骤2，低氧池2处理后的
混合液与厌氧池3处理后的混合液均进入缺氧池4；
[0014] 步骤3，缺氧池4处理后的混合液进入曝气池5，去除剩余
氨氮和总磷；
[0015] 步骤4，曝气池5处理结束后，混合液进入沉淀池6进行泥水分离，污泥回流至厌氧池3，上清液排放。
[0016] 所述步骤1中，进入低氧池2的流量与进入厌氧池3的流量之比为5:5～7:3。
[0017] 所述低氧池2内通过气泵10提供氧气，控制DO在1.5～3.0mg/L，低氧HRT为3.0～5.0h；所述厌氧池3内进行厌氧搅拌，厌氧HRT为2.0～4.0h，所述缺氧池4内进行缺氧搅拌，缺氧HRT为3.0～5.0h，所述曝气池5内通过气泵10提供氧气，控制DO在2.0～4.0mg/L，曝气HRT为2.0～4.0h，所述沉淀池6中的污泥回流至厌氧池3，污泥回流比为25～75％，污泥泥龄保持在20～25d。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019] 1)生物膜法和活性污泥法的结合实现了聚磷菌和硝化菌的分离，避免了传统活性污泥系统中硝化菌和聚磷菌的泥龄矛盾问题。
[0020] 2)低氧池2中组合填料的应用，一方面可以有效富集泥龄较长的硝化细菌，提高生物量，缓解高原环境对微生物生长的不利影响，保证处理效果的稳定；另一方面组合填料的结构特性，使其具有阻力小，布水布气性能好的特点，填料内侧的枝条可以有效切割气泡，提高氧转移速率和氧利用率，更好地应对高原低氧的环境特征。
[0021] 3)缺氧池4中反硝化聚磷的发生提高了碳源的利用率，降低了系统对氧的需求，既可以适应目前高原城镇生活污水低浓度的特征，又可以顺应将来城镇生活污水高C/N、高C/P的发展趋势，有效减少了高原污水厂的曝气能耗。
[0022] 4)脱氮系统以生物膜法为主，降低了污泥产量，节约了运行成本。
[0023] 5)进入低氧池2和进入厌氧池3的流量比可以调节，针对不同的进水水质和冲击负荷进行优化，可以更好地适应高原上有机负荷、昼夜温差的变化。
[0024] 6)整个工艺流程相比于传统的双污泥工艺只有一套回流系统，流程简单，管理运行方便，适用于技术储备较低的地区。
附图说明
[0025] 图1为本发明装置结构示意图。
[0026] 图中：1-原水水箱；2-低氧池；3-厌氧池；4-缺氧池；5-曝气池；6-沉淀池；7-组合填料；8-曝气器；9-搅拌器；10-气泵；11-低氧池进水泵；12-厌氧池进水泵；13-污泥泵。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和
实施例详细说明本发明的实施方式。
[0028] 如图1所示，本发明首先提供了一种适用于高原城镇生活污水处理的改良型双污泥除磷脱氮装置，包括原水水箱1、低氧池2、厌氧池3、缺氧池4、曝气池5以及沉淀池6，其中，原水水箱1的出水分为两路，一路接低氧池2，并可在连接管路上设置低氧池进水泵11，另一路接厌氧池3，并可在连接管路上设置厌氧池进水泵12，低氧池2和厌氧池3的出口均连接缺氧池4，缺氧池4的出口连接曝气池5，曝气池5的出口连接沉淀池6，沉淀池6底部污泥出口通过污泥泵13与厌氧池3连接。
[0029] 其中，低氧池2内设有组合填料7，组合填料7以固定膜的形式富集硝化菌，采用全塑性夹片维纶醛化丝，规格为Φ120mm，单位重量2.5-3.6kg/m3，比表面积350～400m2/m3，成膜后重量为70～90kg/m3，填充比70～80％，低氧池2和曝气池5内均设有曝气器8，通过气泵10提供氧气，厌氧池3和缺氧池4内均可设置搅拌器9。
[0030] 基于上述装置，本发明双污泥除磷脱氮工艺，主要由生物膜法和活性污泥法构成，其具体步骤以及原理如下：
[0031] 步骤1，原水水箱1内的污水分为两路，一路经低氧池进水泵11泵入低氧池2，另一路经厌氧池进水泵12泵入厌氧池3，同时，来自沉淀池6的回流污泥经污泥泵13也泵入厌氧池3。
[0032] 泵入低氧池2和泵入厌氧池3的流量比可以针对进水水质特征适当调节，以适应不同的进水条件，一般可为5:5～7:3。在低氧池2内，通过控制适宜的DO和HRT，在组合填料7上的生物膜作用下，发生同步硝化反
硝化作用，去除大部分有机物和氮，并为缺氧池4提供反硝化聚磷所需的硝酸盐和亚硝酸盐，处理效果稳定，低氧池2通过气泵10提供氧气，一般可控制DO在1.5～3.0mg/L，低氧HRT为3.0～5.0h；在厌氧池3内，聚磷菌利用原水中的有机物合成内碳源，发生厌氧释磷，适宜的厌氧HRT利于厌氧释磷的进行，厌氧池3内进行厌氧搅拌，厌氧HRT一般可为2.0～4.0h。
[0033] 步骤2，低氧池2处理后的混合液与厌氧池3处理后的混合液均进入缺氧池4。
[0034] 缺氧池4内进行缺氧搅拌，来自厌氧池3的除磷污泥在缺氧池4内利用胞内存储的内碳源为
能源，以低氧池2提供的硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体，发生反硝化聚磷作用，在反硝化的同时过量吸收混合液中的磷，完成氮磷的同步去除，适宜的缺氧HRT可以有效促进反硝化聚磷的发生并避免二次无效释磷，其缺氧HRT一般可为3.0～5.0h。
[0035] 步骤3，缺氧池4处理后的混合液进入曝气池5，去除剩余氨氮和总磷。
[0036] 曝气池5内通过气泵10提供氧气，通过控制适宜的曝气时间和DO，可以去除剩余的氨氮和磷，保证出水水质并且利于反硝化除磷污泥的活化，提高工艺运行的
稳定性。一般可控制DO在2.0～4.0mg/L，曝气HRT为2.0～4.0h。
[0037] 步骤4，曝气池5处理结束后，混合液进入沉淀池6进行泥水分离，上清液排放，污泥回流至厌氧池3，污泥回流比可为25～75％，污泥泥龄保持在20～25d。
[0038] 低氧池2通过填料富集硝化菌等微生物，可以在保有高生物量的同时减少污泥产量，无需污泥回流；厌氧池3通过污泥回流而保有较高的生物量，利于厌氧池内反应的进行；适宜的污泥龄可以保证活性污泥在有较高分解
代谢能力的同时具有较好的沉降性能。
[0039] 本发明中生物膜法主要实现脱氮功能，由低氧池2、缺氧池4、曝气池5组成，其中低氧池2内安装组合填料，富集泥龄较长的硝化菌，通过曝气量的控制达到同步硝化反硝化，完成大部分氮的脱去，缺氧池4和曝气池5去除剩余的氨氮和硝态氮。活性污泥法主要实现除磷功能，由厌氧池3、缺氧池4、曝气池5和沉淀池6组成，厌氧池2内发生厌氧释磷，缺氧池4内发生反硝化聚磷，曝气池5内通过好氧吸磷去除剩余总磷，沉淀池6通过泥水分离实现污泥回流和剩余污泥排放。通过生物膜法和活性污泥法的结合，减少了污泥产量，并且只需要一套污泥回流系统，在分离了菌群解决泥龄矛盾的同时，优化了工艺流程，节约了成本；缺氧池4反硝化聚磷的发生降低了好氧吸磷的能耗；进水流量比的调节使得系统可以更好适应各种水质条件，应对冲击负荷。本发明适用于高原地区城镇生活污水处理的长期连续运行。
[0040] 在本发明的一个具体实施例中，试验用水为实验室人工合成污水，其水质特点如下：COD浓度为180～250mg/L，NH4+-N浓度为17.9～23.0mg/L，NO2-—N浓度<1mg/L，NO3-—N浓度为0.1～3.0mg/L，TP浓度为2.8～3.5mg/L。试验环境为人工模拟高原环境，环境
温度为17.9～23.2℃，
大气压强为71.4～72.3kPa。试验装置的各反应器均采用有机玻璃制作，HRT＝12.0h，其中低氧池HRT＝3.0h，厌氧池HRT＝3.0h，缺氧池HRT＝4.0h，曝气池HRT＝2.0h；
总进水流量为1.0L/h，流量比低氧池：厌氧池＝5:5；污泥回流比为50％，SRT控制在20～
25d；低氧池内安装组合填料，填充率为70～80％，DO控制在2.0mg/L左右；曝气池DO控制在
3.0mg/L左右。
[0041] 试验期间，系统具体操作运行如下：
[0042] 1、原水水箱1内的污水经低氧池进水泵11泵入低氧池2，低氧池2内安装组合填料，填充率为80～90％，控制DO为2.0mg/L左右，低氧池HRT＝3.0h，在组合填料上的生物膜作用下，发生同步硝化
反硝化作用，去除大部分有机物和氮，并为缺氧池提供反硝化聚磷所需的硝酸盐和亚硝酸盐，处理效果稳定；同时原水水箱1内的污水经厌氧池进水泵12与来自沉淀池6经污泥泵13送来的回流污泥一起泵入厌氧池3，厌氧池HRT＝3.0h，污泥回流比为50％，聚磷菌利用原水中的有机物合成内碳源，发生厌氧释磷；原水水箱1内的污水经低氧池进水泵11泵入低氧池2的流量与原水水箱1内的污水经厌氧池进水泵12泵入厌氧池3的流量比为5:5；
[0043] 2、低氧池2处理后的混合液与厌氧池3处理后的混合液进入缺氧池4，缺氧池HRT＝4.0h，来自厌氧池3的除磷污泥利用胞内存储的内碳源为能源，以低氧池2提供的硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体，发生反硝化聚磷作用，在反硝化的同时过量吸收混合液中的磷，完成氮磷的同步去除；
[0044] 3、缺氧池4处理后的混合液进入曝气池5处理，控制DO在3.0mg/L左右，曝气池HRT为2.0h，去除剩余的氨氮和磷，保证出水水质并且利于反硝化除磷污泥的活化，提高工艺运行的稳定性；
[0045] 4、曝气池5处理结束后，混合液进入沉淀池6进行泥水分离，污泥回流至厌氧池3，上清液排放，污泥回流比为50％，污泥泥龄保持在20～25d。
[0046] 试验结果表明：运行稳定之后，沉淀池6出水COD浓度为15～40mg/L，NH4+-N浓<1mg/- -L，NO2 —N浓度<1mg/L，NO3—N浓度为6～9mg/L，TP浓度为<1mg/L，TN浓度为6～10mg/L，稳定达到国家一级A标准。
[0047] 以上所述是结合具体的试验实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该领域的技术人员更好地理解和应用本发明。应当说明，本发明的具体实施措方式不仅限于这些，在不脱离本发明原理前提下所做的简单改进都应视为在本发明保护范围之内。
