專利名稱：污水胞內碳源脫氮法的制作方法
技術領域：
本發明屬環保技術領域，具體涉及一種污水胞內碳源脫氮法。
背景技術：
上世紀初，隨著廢水生物處理工藝的發明，水污染控制技術得到很大的進步，到了七十年代，西方發達國家水體黑臭問題基本上得到解決，隨之而來的是由氮污染引起的水體富營養化問題，并且在世界范圍內日益突出。在內陸河流和湖泊的水體中，氮是富營養化的控制因素。自此，脫氮技術一直成為國際環保技術領域學術界和工程界關注的研究熱點，并發明了多種脫氮技術，主要分為物理化學方法和生物處理方法。
廢水脫氮的物理化學方法主要有吹脫法、折點氯化法、選擇離子交換法、催化氧化法等，主要適用于高濃度氨氮廢水的處理，且存在著處理成本高，對環境影響大，產生二次污染等問題。而生物脫氮較物理化學方法更經濟，對氨氮濃度相對低的城市污水更適用。生物脫氮是通過“硝化—反硝化”過程進行。硝化即通過自養性細菌在有氧的條件下將氨氮連續地轉變為硝酸鹽氮的過程，反硝化即通過異氧兼性反硝化細菌，在缺氧條件下轉化硝酸鹽為氮氣的過程。自養性的硝化菌和降解有機物的異養菌及反硝化異養菌相比較，世代周期長，競爭能力較弱，因此硝化需在有機碳濃度低、有機負荷低和有氧的條件下才能進行。
而污水中通常含有有機物、氨氮等污染物，這使得去除有機物、硝化、反硝化很難在一個反應器內同時、高效完成，因此一般污水脫氮工藝均針對其水質和參與反應的幾大類不同微生物的特點而設計，各有其優缺點，主要方法如下(一)O/A工藝這是最廣泛應用的一種生物脫氮工藝，也稱后置反硝化，它是好氧反應池在前，缺氧反硝化池在后。在好氧反應器中先進行有機物的降解，然后硝化，在缺氧反應池中進行反硝化。由于好氧硝化池出水有機物濃度非常低，在反硝化池中需投加碳源。研究及工程實踐表明，此方法脫氮效率高而穩定，但其存在如下一些缺陷(1)在反硝化池中需投加碳源，藥劑費用高，且投加量難以掌握容易造成有機物的泄漏；(2)因為需投加藥劑及自動化在線監測和控制，設備多，運行要求高，管理復雜，對操作人員素質要求高；(3)進水中所有的碳均需氧化成CO2和H2O，水力停留時間長，池體積大，占地面積大，基建費用高；(4)曝氣電耗高。
(二)A/O工藝這也是目前研究與應用最為廣泛的一種生物脫氮工藝，也稱前置反硝化。它是缺氧反硝化池在前，好氧硝化池在后，它利用進水中的有機物作為反硝化碳源，克服了O/A法需投加藥劑作為反硝化碳源的缺陷，但它也不可避免地具有如下缺陷(1)需大量回流混合液以提高脫氮效率，回流比通常要求為7～8∶1，因此能耗大，運行費用高；(2)脫氮效率低；(3)出水中含有一定濃度的硝酸鹽，在二沉池中，有可能進行反硝化反應，造成污泥上浮，影響出水水質。且硝酸鹽可誘發嬰兒的高鐵血紅蛋白癥，硝酸鹽進一步轉化為亞硝胺則具有嚴重的“三致”作用，直接威脅人類的健康。
(三)生物濾池利用生物膜中形成的溶解氧濃度梯度變化，在外層有氧條件下進行有機碳的氧化及硝化，在內層缺氧環境中進行反硝化。雖然微生物在膜上的固定生長，有利于世代時間長的自養性硝化細菌的生長，但也僅在低負荷狀況下出現硝化，且也存在如下一些缺陷(1)用填料，大大增加了投資費用，成本高；(2)低負荷運行條件下才能出現硝化，池子體積大，造價高；(3)脫氮效率低；(4)膜脫落易產生堵塞；(5)布水不易均勻；(6)生長池蠅等。
發明內容
本發明的目的在于提出一種能耗省、成本低、效率高的污水脫氮方法。
本發明提出的污水脫氮法，是利用了環保領域的最新研究成果，即在好氧條件下，微生物可在極短的時間內(通常5-10分鐘)吸收水中溶解性有機物，這有機物實際上大部分以胞內聚合物(主要為聚羥基鏈烷酸酯(PHA)或糖元)的形式存于微生物細胞內，并未降解至CO2和H2O。這些胞內聚合物在隨后的反硝化池中，可以作為反硝化碳源。因此，本發明稱為污水胞內碳源脫氮法。本發明既克服了O/A法脫氮過程中需投加化學藥劑作為反硝化碳源和有機物完全氧化能耗高的缺點，又克服了A/O脫氮過程需大量回流混合物，能耗高，出水硝酸鹽氮(NO3--N)高的缺點，還可以節約氧化有機物所需能量，減少剩余污泥量，提高脫氮效率。
本發明的工藝流程見圖1所示。脫氮設備由胞內聚合物形成池1、中間沉淀池2、硝化池3、胞內聚合物反硝化池4和二沉池5依次連通組成。
具體步驟如下1、胞內聚合物形成，將城市污水經預處理后與來自于二沉池的回流污泥于有氧條件下，在胞內聚合物形成池1中充分混合，混合反應時間為20～40分鐘，形成含有大量胞內聚合物的污泥，同時有效去除化學需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)，溶解氧(DO)控制在≥1.5mg/l；2、固液分離，胞內聚合物形成池1中的混合液進入中間沉淀池2，進行固液分離，沉淀時間為1.5～2.0小時；上清液流入硝化池，含有大量胞內聚合物的沉淀污泥流入胞內聚合物反硝化池4，流出量為50～100％進水流量；3、硝化，中沉池2中的上清液流入硝化池3，進行硝化；4、反硝化，來自于硝化池3的混合液與來自于中沉池2的含有大量胞內聚合物的污泥進入胞內聚合物反硝化池4，混合，在反硝化異養菌的作用下，利用胞內聚合物(PHA或糖元)作為碳源，使NO3-N還原為N2從而進入大氣。而污泥由于其胞內聚合物的降解而得到再生，重新具有很強的吸收溶解性有機物形成胞內聚合物的能力。反應時間0.5～1.0小時，采用潛水攪拌機進行混合；5、再次固液分離，來自于胞內聚合物反硝化池4的混合液進入二沉池5，再次進行固液分離，沉淀時間為2.0～2.5小時，沉淀出水排放。沉淀污泥部分回流至胞內聚合物形成池(50～100％)和硝化池(0～50％)(具體根據情況需要而定)，其余部分沉淀污泥為剩余污泥，向外排放，可一天排放一次。
上述方法中，來自于中間沉淀池2的上清液，COD和BOD濃度低，NH3-N濃度高，進入硝化池3后，有利于自養性硝化菌的生長，進行高效的硝化反應，可有效轉化NH3-N等至硝酸鹽氮(NO3-N)，同時也可去除殘余的有機物。此硝化池可根據實際情況，選用如下幾種反應器其中一種軟性填料床反應器、懸浮填料床反應器、推流式反應器(1)軟性填料床反應器，有效接觸時間1～6小時，溶液內DO(溶解氨)≥2mg/l，無需回流污泥。
(2)懸浮纖維填料反應器，反應時間3～7小時，溶液內DO≥2mg/L，填料投加率為20～60％，較優為45-50％，需從二沉池回流污泥至硝化池，回流比10～30％入流流量。
(3)推流式反應器，反應時間為5-10小時，溶液內DO≥1mg/L，也需從二沉池回流污泥至硝化池，回流比為30～50％入流流量。
經本發明處理后，可使出水COD≤60mg/l，5日生化需氧量BOD5≤20mg/l，懸浮固體SS≤20mg/l，總氮TN-N≤20mg/l，NH3-N≤8mg/l(溫度＞12℃)，NH3-N≤15mg/l(溫度≤12℃)等指示均可達到或優于國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級標準(B標準)要求。
本發明與典型的生物脫氮處理城市污水工藝(O/A與A/O)特征的比較見表1。由此可知本發明的具有明顯的優勢。
表1.本發明與典型的生物脫氮處理污水工藝(O/A與A/O)的比較特征本發明O/A A/O反應池體積(占地面積) 小 大 中基建費用 小 大 中藥劑費 無 有 無能耗 小 中 大運行費用 小 大 中去除總氮能力 大 大 小
圖1為本發明工藝流程圖。
圖中標號1為胞內聚合物形成池，2為中沉池，3為硝化池，4為胞內聚合物反硝化池，5為二沉池。
具體實施例方式
實施例1來自于某地城市污水經格柵、沉砂和初沉預處理后與來自于二沉池的回流污泥在胞內聚合物形成池中從分混合，水力停留時間為40分鐘，溶解氧控制在2mg/l左右，從胞內聚合物形成池中出來的混合液，進入中間沉淀池，沉淀時間為1.5小時，沉淀污泥流入胞內聚合物反硝化池，上清液入硝化池(采用軟性纖維填料床反應器)，水力停留時間為6小時，溶解氧控制在3.5mg/l左右，從硝化池流出的液體進入胞內聚合物反硝化池，與來自中間沉淀池的含有大量胞內聚合物的污泥相混合，水力停留時間1.0小時，采用水下低轉速潛水攪拌機進行混合。從胞內聚合物反硝化池流出的混合液進入二沉池，沉淀時間為2.0小時，上清液排出，沉淀污泥部分經泵回流至胞內聚合物形成池，回流比100％。
經檢測，進水(以下數據均以平均值計，進水為初沉池出水)COD平均值為270mg/l，出水55mg/l；進水NH3-N 22mg/l，NO3-N、NO2-N為零，TN-N 50mg/l，出水NH3-N 7mg/l(溫度＞12℃)，NH3-N 11mg/l(溫度≤12℃)，NO3-N、NO2-N均為零，TN-N 15mg/l(溫度＞12℃)，TN-N19mg/l(溫度≤12℃)。
實施例2來自于某地城市污水經格柵、沉砂和初沉預處理后與來自于二沉池的回流污泥在胞內聚合物形成池中從分混合，水力停留時間為30分鐘，溶解氧控制在2mg/l左右。從胞內聚合物形成池中出來的混合液，進入中間沉淀池，沉淀時間為1.5小時，沉淀污泥流入胞內聚合物反硝化池，上清液入硝化池(軟性纖維填料床反應器)，有效停留時間為4.5小時，溶解氧控制在3mg/l左右。從硝化池流出的液體進入胞內聚合物及硝化池，與來自中間沉淀池的含有大量胞內聚合物的污泥相混合，水力停留時間0.75小時，采用低轉速潛水攪拌機進行混合。從胞內聚合物反硝化池流出的混合液進入二沉池，沉淀時間為2.0小時，上清液排出，沉淀污泥部分經泵回流至胞內聚合物形成池，回流比75％。
經檢測，進水(以下數據均以平均值計，進水為初沉池出水)COD平均值為168mg/l，出水50mg/l；進水NH3-N 17mg/l，NO3-N、NO2-N為零，TN-N 26mg/l，出水NH3-N 6mg/l(溫度＞12℃)，NH3-N 10mg/l(溫度≤12℃)，NO3-N、NO2-N均為零，TN-N 10mg/l(溫度＞12℃)，TN-N16mg/l(溫度≤12℃)。
實施例3來自于某地城市污水經格柵、沉砂和初沉預處理后與來自于二沉池的回流污泥在胞內聚合物形成池中從分混合，水力停留時間為20分鐘，溶解氧控制在2mg/l左右，從胞內聚合物形成池中出來的混合液，進入中間沉淀池，沉淀時間為1.5小時，沉淀污泥流入胞內聚合物反硝化池，上清液入硝化池(軟性纖維填料床反應器)，水力停留時間為3小時，溶解氧控制在2.5mg/l左右，從硝化池流出的液體進入胞內聚合物反硝化池，與來自中間沉淀池的含有大量胞內聚合物的污泥相混合，水力停留時間0.5小時，采用水下低轉速潛水攪拌機進行混合。從胞內聚合物反硝化池流出的混合液進入二沉池，沉淀時間為2.5小時，上清液排出，沉淀污泥部分經泵回流至胞內聚合物形成池，回流比50％。
經檢測，進水(以下數據均以平均值計，進水為初沉池出水)COD平均值為128mg/l，出水43mg/l；進水NH3-N 16mg/l，NO3-N、NO2-N為零，TN-N 21.3mg/l，出水NH3-N 6mg/l(溫度＞12℃)，NH3-N 11mg/l(溫度≤12℃)，NO3-N、NO2-N均為零，TN-N 10mg/l(溫度＞12℃)，TN-N15mg/l(溫度≤12℃)。
權利要求
1.一種污水胞內脫碳源氮法，脫氮設備由胞內聚合物形成池(1)、中沉池(2)、硝化池(3)、胞內聚合物反硝化池(4)和二沉池(5)依次連通組成，其特征在于具體步驟如下(1)胞內聚合物形成，將城市污水經預處理后與來自于二沉池的回流污泥于有氧條件下，在胞內聚合物形成池(1)中充分混合，混合反應時間為20～40分鐘，溶解氧≥1.5mg/l；(2)固液分離，胞內聚合物形成池(1)中的混合液進入中間沉淀池(2)，進行固液分離，沉淀時間為1.5～2.0小時；上清液流入硝化池進行硝化，含有大量胞內聚合物的沉淀污泥流入胞內聚合物反硝化池(4)，流出量為50～100％進水流量；(3)硝化，中沉池(2)中的上清液流入硝化池(3)，進行硝化；(4)反硝化，來自于硝化池(3)的混合液與來自于中沉池(2)的含有大量胞內聚合物的污泥進入胞內聚合物反硝化池(4)，混合，反應時間0.5～1.0小時；(5)再次固液分離，自來于胞內聚合物反硝化池(4)的混合液進入二沉池(5)，再次進行固液分離，沉淀時間為2.0～2.5小時，沉淀出水排放；沉淀污泥部分回流至胞內聚合物形成池和硝化池，其余部分沉淀污泥為剩余污泥，向外排放。
2.根據權利要求1所述的胞內碳源脫氮法，其特征在于硝化池(3)中選擇下述反應器之一種軟性填料床反應器、懸浮填料床反應器、推流式反應器。
全文摘要
本發明為污水胞內碳源脫氮。在好氧條件下，微生物可在短時間內吸收水中溶解性有機物，這些有機物主要以胞內聚合物的形式存在于微生物細胞內，在隨后的反硝化池中作為反硝化碳源。本發明利用此原理設計了相應的工藝路線，經過混合反應、固液分離、硝化、反硝化等步驟，使經處理的污水達到國家規定的排放一級標準。本發明工藝簡單，成本低，能耗省，脫氮效率高，適合于城市污水的處理。
文檔編號C02F3/30GK1562806SQ20041001733
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月30日 優先權日2004年3月30日
發明者劉燕, 徐祖信, 王紅武, 李懷正, 屈計寧 申請人:復旦大學