一种污水高效脱氮方法与流程

1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水高效脱氮方法。


背景技术：

2.城市污水脱氮是污水处理的重要环节，传统生物脱氮工艺的技术应用已经非常成熟，是目前城市污水处理厂的主流工艺，然而，由于工艺本身以及进水条件的限制，传统生物脱氮技术仍然存在曝气量大、能耗高、碳源投加量大、总氮去除率低等缺点。因此，如何提高污水脱氮效率、降低能耗、减少运行成本成为污水处理厂亟需解决的一个难题。
3.厌氧氨氧化反应是指厌氧氨氧化菌在缺氧/无氧条件下，以氨氮为电子供体、亚硝酸盐为电子受体，产生氮气和少量硝酸盐的生物反应。厌氧氨氧化工艺具有脱氮效率高、所需能耗低等优点，但由于而自然界中的氮元素通常以nh
4+
、no
3-及有机氮的形式存在，no
2-‑
n仅在部分低氧自然环境中少量存在，自然环境中很难存在厌氧氨氧化菌的大量富集，因此如何维持低氧环境、保证厌氧氨氧化菌正常繁殖成为污水处理行业运用该工艺的一大挑战。
4.如何设计一种污水高效脱氮方法有效解决上述问题，成为该技术领域的技术难题。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供了一种污水高效脱氮方法，将短程硝化过程、厌氧氨氧化过程及沉淀过程结合在一个反应器中，该设备有利于提高污水脱氮效率、增强设备抗冲击性能力、减小占地面积以及减少污水处理厂运行成本。
6.本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种污水高效脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）搭建同心布置的外圈水池和内圈水池，其中：外圈水池和内圈水池的直径比为1:1.5至1:1.8，在外圈水池内利用挡板将外圈水池划分为厌氧区和微氧曝气区，厌氧区和微氧曝气区的体积比为1：4至1：2；在内圈水池内布置曝气装置、固定式移动床生物膜反应器和三相分离器，内圈水池和微氧曝气区的体积比为1：1.5至1：1；步骤2）在20-35℃的环境温度下，向同心布置的外圈水池和内圈水池内输入污水，其中：通过控制外圈进水管和内圈进水管上的阀体，确保外圈水池与内圈水池的进水量之比为1:1.2至1:1.4，确保厌氧区的溶解氧在0.2mg/l以下，通过控制外圈水池和内圈水池底部的曝气装置，确保微氧曝气区的溶解氧在1.1-1.5mg/l，内圈水池的溶解氧在0.2-1.0mg/l；步骤3）控制安装在厌氧区内的污泥回流管，将部分污泥回流至厌氧区前端，使生化系统维持一定的污泥浓度，确保污泥回流为50%-100%；步骤4）控制外圈水池和内圈水池内部的推流器，推流器一方面推动水流从厌氧区流至微氧曝气区、再流至内圈水池，推流器另一方面使厌氧区内部泥水混合均衡，防止发生
积泥和沉泥；步骤5）控制固定式移动床生物膜反应器，在mbbr填料可附着厌氧氨氧化微生物，增加生化系统的污泥浓度；步骤6）控制三相分离器，确保出水ss低于10mg/l，从而达到气、水、泥的分离目的，其中：三相分离器的表面负荷为0.60-0.75m3/m2·
h，沉淀时间为2.5-3h。
7.优选的，向同心布置的外圈水池和内圈水池内输入的污水满足如下进水指标：cod≤480 mg/l、bod5≤200 mg/l、ss≤200 mg/l、氨氮≤35 mg/l、tn≤65 mg/l、tp≤5 mg/l、6≤ph≤9；三相分离器的出水满足如下出水指标：cod≤50 mg/l、bod5≤10mg/l、ss≤10 mg/l、氨氮≤5mg/l、tn≤15 mg/l、tp≤0.5 mg/l、6≤ph≤9。
8.优选的，内圈水池的直径范围8-12m，污水在内圈水池的停留时间为10-15h。
9.优选的，内圈水池的控制参数为：污泥负荷为0.08-0.09kgbod5/kgmlss
·
d；泥龄为15-20天；污泥浓度为2000-4000mg/l，其中：污泥浓度不含填料折算的污泥浓度。
10.优选的，外圈水池内安装有两块挡板，其中一个挡板的底部设置有挡板过水洞，挡板过水洞用于连通厌氧区和微氧曝气区，内圈水池的底部设置有内圈过水洞，内圈过水洞用于连通内圈水池和微氧曝气区。
11.优选的，固定式移动床生物膜反应器为abs材质框架结构且包括多个多孔悬浮球，多孔悬浮球内设置有多孔隙率填料，多孔隙率填料主要为大小介于4-7mm的立体空心结构mbbr填料，固定式移动床生物膜反应器的间隙为450 mm至550mm，mbbr填料比表面积大于1000m2/m3，mbbr填料的总体积为内圈水池容积的20%-30%。
12.优选的，三相分离器为pp材质圆形分离器。
13.本发明的一种污水高效脱氮方法具有以下有益效果：1）该设备通过将短程硝化和厌氧氨氧化工艺集合在一起，在微氧曝气区发生短程硝化反应迅速消耗溶解氧，避免了过高的溶解氧对厌氧氨氧化菌造成抑制，促进两种功能微生物的协调共生，同时去除污水中的cod。
14.2）通过控制厌氧氨氧化区溶解氧范围，可以为生长缓慢的厌氧氨氧化菌的生长提供了有利条件，同时在厌氧氨氧化区装固定式移动床生物膜反应器，使得内圈污泥龄相对较长，保证污泥的有效持留。
15.3）通过在内圈设置三相分离器，替代传统沉淀池，可以有效节约设备占地面积。
16.4）由于厌氧氨氧化反应无需大量碳源，通过缩短或简化反应途径，使得该污水处理设备具有投资低、碳源投加量少、脱氮效率高、占地面积小等优势。
17.5）该方案通过控制进水比、内外外圈池体积比、内外圈溶解氧控制等多项组合参数，以得到最佳的污水脱氮技术效果。比传统a/o工艺具有更高效的脱氮、无需投加碳源的优势，且具有更好控制溶解氧、厌氧氨氧化菌更易生长的优势。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普
通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的管道布局示意图；图3是本发明的内圈水池结构示意图；图4是本发明的曝气装置结构示意图；图5是本发明的固定式移动床生物膜反应器结构示意图。
20.其中，1-外圈水池、101-外圈进水管、102-污泥回流管、2-内圈水池、201-内圈过水洞、202-内圈进水管、3-挡板、301-挡板过水洞4-厌氧区、5-微氧曝气区、6-曝气装置、601-通气管、602-曝气盘、7-固定式移动床生物膜反应器、701-多孔悬浮球、8-三相分离器、801-出水管、802-排泥管、9-推流器。
具体实施方式
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.以下将结合附图对本发明进行详细说明。
23.一种污水高效脱氮方法基于如图1至图5所示的厌氧氨氧化设备，该设备包括外圈水池1、内圈水池2和挡板3，图中，外圈水池1同心布置在内圈水池2的外侧，两块挡板3设置在外圈水池1内，挡板3将外圈水池1划分为厌氧区4和微氧曝气区5，其中一个挡板3的底部设置有挡板过水洞301，另一个挡板的底部完整，挡板过水洞301用于连通厌氧区4和微氧曝气区5，微氧曝气区5的底部设置有曝气装置6，内圈水池2内部形成厌氧氨氧化与沉淀区，内圈水池2的底部设置有曝气装置6，内圈水池2的中部安装有固定式移动床生物膜反应器7，内圈水池2的上部安装有三相分离器8。
24.该污水高效脱氮方法，包括如下步骤：步骤1）搭建同心布置的外圈水池1和内圈水池2，其中：外圈水池1和内圈水池2的直径比为1:1.5至1:1.8，在外圈水池1内利用挡板3将外圈水池1划分为厌氧区4和微氧曝气区5，厌氧区4和微氧曝气区5的体积比为1：4至1：2；在内圈水池2内布置曝气装置6、固定式移动床生物膜反应器7和三相分离器8，内圈水池2和微氧曝气区5的体积比为1：1.5至1：1；步骤2）在20-35℃的环境温度下，向同心布置的外圈水池1和内圈水池2内输入污水，其中：通过控制外圈进水管101和内圈进水管202上的阀体，确保外圈水池1与内圈水池2的进水量之比为1:1.2至1:1.4，确保厌氧区4的溶解氧在0.2mg/l以下，通过控制外圈水池1和内圈水池2底部的曝气装置6，确保微氧曝气区5的溶解氧在1.1-1.5mg/l，内圈水池2的溶解氧在0.2-1.0mg/l；步骤3）控制安装在厌氧区4内的污泥回流管102，将部分污泥回流至厌氧区4前端，
使生化系统维持一定的污泥浓度，确保污泥回流为50%-100%；步骤4）控制外圈水池1和内圈水池2内部的推流器9，推流器9一方面推动水流从厌氧区4流至微氧曝气区5、再流至内圈水池2，推流器9另一方面使厌氧区4内部泥水混合均衡，防止发生积泥和沉泥；步骤5）控制固定式移动床生物膜反应器7，在mbbr填料可附着厌氧氨氧化微生物，增加生化系统的污泥浓度；步骤6）控制三相分离器8，确保出水ss低于10mg/l，从而达到气、水、泥的分离目的，其中：三相分离器8的表面负荷为0.60-0.75m3/m2·
h，沉淀时间为2.5-3h。
25.具体实施时，向同心布置的外圈水池1和内圈水池2内输入的污水满足如下进水指标：cod≤480 mg/l、bod5≤200 mg/l、ss≤200 mg/l、氨氮≤35 mg/l、tn≤65 mg/l、tp≤5 mg/l、6≤ph≤9；当进水指标不合格时，可通过降低进水量、投加药剂等方式进行调节。
26.三相分离器8的出水满足如下出水指标：cod≤50 mg/l、bod5≤10mg/l、ss≤10 mg/l、氨氮≤5mg/l、tn≤15 mg/l、tp≤0.5 mg/l、6≤ph≤9。
27.当出水水质不稳定时，可通过增加污泥浓度、投加药剂、降低进水量等方式进行调节。
28.具体的，内圈水池2的直径范围8-12m，污水在内圈水池2的停留时间为10-15h。内圈水池2的控制参数为：污泥负荷为0.08-0.09kgbod5/kgmlss
·
d；泥龄为15-20天；污泥浓度为2000-4000mg/l，其中：污泥浓度不含填料折算的污泥浓度。
29.需要说明的是运行人员需每2-3天取内圈水池2水样进行检测，当污泥负荷过高、污泥浓度过高、泥龄过长时，可适当加大排泥；当污泥负荷过低、污泥浓度过低、泥龄过短时，可适当减少排泥或向内圈投加碳源。
30.图中，外圈水池1内安装有两块挡板3，其中一个挡板3的底部设置有挡板过水洞301，挡板过水洞301用于连通厌氧区4和微氧曝气区5，内圈水池2的底部设置有内圈过水洞201，内圈过水洞201用于连通内圈水池2和微氧曝气区5。
31.需要说明的是，内圈水池2的底部设置有内圈过水洞201，内圈过水洞201用于连通内圈水池2和微氧曝气区5，内圈过水洞201的位置尽可能靠近第二个挡板3，以确保水流在微氧曝气区5内有足够长的流动距离。外圈水池1的上侧安装有外圈进水管101，外圈水池1的下侧安装有污泥回流管102；内圈水池2的上侧安装有内圈进水管202；三相分离器8的顶部设置有出水管801，三相分离器8的底部设置有排泥管802。
32.图中，固定式移动床生物膜反应器7为abs材质框架结构且包括多个多孔悬浮球701，多孔悬浮球701内设置有多孔隙率填料，多孔隙率填料主要为大小介于4-7mm的立体空心结构mbbr填料，固定式移动床生物膜反应器的间隙为450 mm至550mm，mbbr填料比表面积大于1000m2/m3，mbbr填料的总体积为内圈水池2容积的20%-30%。
33.具体的，固定式移动床生物膜反应器7可以为φ4000mm、高1500mm的圆柱形框架的abs材质结构，中间竖直框架连接φ300mm的多孔悬浮球，多孔悬浮球内的mbbr填料可以提供大量的生物附着表面，增加厌氧氨氧化微生物的附着生长面积。该固定式移动床生物膜
反应器7通过mbbr填料挂膜使得内圈水池2内的污泥龄相对较长，为生长缓慢的厌氧氨氧化菌的生长提供了有利条件，并保证污泥的有效持留，同时将填料控制在多孔悬浮球内防止设备内发生严重跑料、堵塞管道等问题。
34.实际工作时，反应器中的多孔隙率填料可以附着生长厌氧氨氧化菌，形成生物膜，提高系统内的厌氧氨氧化菌群数量，也使得内圈污泥龄相对较长，为高效脱氮提供条件；同时将填料控制在多孔悬浮球内防止发生严重跑料、堵塞管道等问题，固定式移动床生物膜反应器间隙为500mm，足够污水在系统内循环搅拌，有效防止反应器发生污泥堵塞问题。
35.图中，三相分离器8为pp材质圆形分离器，具体包括进水区、集气室、沉淀区、排泥区等结构，其工作原理如下：进水区位于顶部，沉淀区位于中部，排泥区位于底部，集气室的作用是释放和收集气体从而防止浮渣和泡沫层的形成；当污水进入进水区后按照引导形成从上至下的循环流态，泥水混合物在沉淀区进行充分沉淀，分离后的污水通过出水管801排出，而污泥沉淀至排泥区，当排泥区污泥积攒到一定程度可通过自动排泥阀体进行自动排泥；三相分离器8通过结构设计实现水、气、污泥有效分离，并通过分离后的气体收集形成大流量的汽提，实现泥水混合液在系统内的无动力回流，可以替代传统沉淀池，有效节约设备占地面积。
36.实际工作时，采用“短程硝化+厌氧氨氧化+沉淀”方案，外圈为厌氧区、微氧曝气区，内圈为“厌氧氨氧化+沉淀”区域，并装固定式移动床生物膜反应器及三相分离器，将污泥回流至厌氧区前端，无需传统工艺所需的硝化液回流。在同等进水水质条件下，厌氧氨氧化设备生物脱氮效果稳定，去除率基本维持在85%左右，比传统设备效率高21%左右，且无需投加碳源。
37.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种污水高效脱氮方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）搭建同心布置的外圈水池（1）和内圈水池（2），其中：外圈水池（1）和内圈水池（2）的直径比为1:1.5至1:1.8，在外圈水池（1）内利用挡板（3）将外圈水池（1）划分为厌氧区（4）和微氧曝气区（5），厌氧区（4）和微氧曝气区（5）的体积比为1：4至1：2；在内圈水池（2）内布置曝气装置（6）、固定式移动床生物膜反应器（7）和三相分离器（8），内圈水池（2）和微氧曝气区（5）的体积比为1：1.5至1：1；步骤2）在20-35℃的环境温度下，向同心布置的外圈水池（1）和内圈水池（2）内输入污水，其中：通过控制外圈进水管（101）和内圈进水管（202）上的阀体，确保外圈水池（1）与内圈水池（2）的进水量之比为1:1.2至1:1.4，确保厌氧区（4）的溶解氧在0.2mg/l以下，通过控制外圈水池（1）和内圈水池（2）底部的曝气装置（6），确保微氧曝气区（5）的溶解氧在1.1-1.5mg/l，内圈水池（2）的溶解氧在0.2-1.0mg/l；步骤3）控制安装在厌氧区（4）内的污泥回流管（102），将部分污泥回流至厌氧区（4）前端，使生化系统维持一定的污泥浓度，确保污泥回流为50%-100%；步骤4）控制外圈水池（1）和内圈水池（2）内部的推流器（9），推流器（9）一方面推动水流从厌氧区（4）流至微氧曝气区（5）、再流至内圈水池（2），推流器（9）另一方面使厌氧区（4）内部泥水混合均衡，防止发生积泥和沉泥；步骤5）控制固定式移动床生物膜反应器（7），在mbbr填料可附着厌氧氨氧化微生物，增加生化系统的污泥浓度；步骤6）控制三相分离器（8），确保出水ss低于10mg/l，从而达到气、水、泥的分离目的，其中：三相分离器（8）的表面负荷为0.60-0.75m3/m2·
h，沉淀时间为2.5-3h。2.根据权利要求1的一种污水高效脱氮方法，其特征在于，向同心布置的外圈水池（1）和内圈水池（2）内输入的污水满足如下进水指标：cod≤480 mg/l、bod5≤200 mg/l、ss≤200 mg/l、氨氮≤35 mg/l、tn≤65 mg/l、tp≤5 mg/l、6≤ph≤9；三相分离器（8）的出水满足如下出水指标：cod≤50 mg/l、bod5≤10mg/l、ss≤10 mg/l、氨氮≤5mg/l、tn≤15 mg/l、tp≤0.5 mg/l、6≤ph≤9。3. 根据权利要求1的一种污水高效脱氮方法，其特征在于， 内圈水池（2）的直径范围8-12m，污水在内圈水池（2）的停留时间为10-15h。4.根据权利要求1的一种污水高效脱氮方法，其特征在于，内圈水池（2）的控制参数为：污泥负荷为0.08-0.09kgbod5/kgmlss
·
d；泥龄为15-20天；污泥浓度为2000-4000mg/l，其中：污泥浓度不含填料折算的污泥浓度。5.根据权利要求1的一种污水高效脱氮方法，其特征在于，外圈水池（1）内安装有两块挡板（3），其中一个挡板（3）的底部设置有挡板过水洞（301），挡板过水洞（301）用于连通厌氧区（4）和微氧曝气区（5），内圈水池（2）的底部设置有内圈过水洞（201），内圈过水洞（201）用于连通内圈水池（2）和微氧曝气区（5）。6. 根据权利要求1的一种污水高效脱氮方法，其特征在于，固定式移动床生物膜反应器（7）为abs材质框架结构且包括多个多孔悬浮球（701），多孔悬浮球（701）内设置有多孔隙率填料，多孔隙率填料主要为大小介于4-7mm的立体空心结构mbbr填料，固定式移动床生物
膜反应器的间隙为450 mm至550mm，mbbr填料比表面积大于1000m2/m3，mbbr填料的总体积为内圈水池（2）容积的20%-30%。7.根据权利要求1的一种污水高效脱氮方法，其特征在于，三相分离器（8）为pp材质圆形分离器。

技术总结
本发明公开了一种污水高效脱氮方法，属于污水处理技术领域，该方法基于同心设置的外圈水池和内圈水池，利用挡板将外圈水池划分为厌氧区和微氧曝气区，内圈水池内部形成厌氧氨氧化与沉淀区，内圈水池内设置有曝气装置、固定式移动床生物膜反应器和三相分离器。与现有技术相比，该方法采用“短程硝化+厌氧氨氧化+沉淀”方案，无需传统工艺所需的硝化液回流过程，基于优化后的控制参数，利用微氧曝气区发生短程硝化反应迅速消耗溶解氧，避免过高的溶解氧对厌氧氨氧化菌造成抑制，促进两种功能微生物的协调共生，合理控制固定式移动床生物膜反应器，保证污泥的有效持留，并在内圈设置三相分离器，以替代传统沉淀池，有效节约设备占地面积。积。积。


技术研发人员：董妍睿 李满文 岳伟 程军 于梦飞 李欣雅
受保护的技术使用者：陕西省水务集团环境技术运维有限公司
技术研发日：2023.08.17
技术公布日：2023/9/16