一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化脫氮除磷的方法
【專利摘要】一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的方法，屬污水處理領域。本發明針對常規主流脫氮除磷工藝的缺欠，在污泥回流線上設置了兩個獨立的串聯或并聯的反應池，S-NDN池和S-HY池，將污泥回流泵房回流過來的污泥，分別分流到S-NDN、S-HY池，其余一部分回流污泥直接回流到主生物池，并將污水廠污泥處理段產生的富氮上清液引入S-NDN池作為硝化過程的氮源，用于原位富集培養硝化細菌，而S-HY池作用是將池內的活性污泥進行厭氧水解并產生可快速降解有機物(SCOD)，經過上述生化過程后的兩個反應池的泥水混合液再分別回流到主生物池。本發明可以顯著改善脫氮除磷效率，并能實現污泥減量。
【專利說明】一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化脫氮除磷的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種污水處理方法，屬環保領域，特別是一種原位富集硝化菌耦合污 泥水解強化污水廠脫氮除磷的方法。
【背景技術】
[0002] 目前，中國環境問題頻出，地表水富營養化嚴重，局部水域水質甚至喪失飲用水水 源功能，強化脫氮除磷會成為我國今后相當長時期的重要任務。與此同時，現有的常規處理 工藝，如各種活性污泥法的變形工藝，ΑΑ0、氧化溝、SBR等，受進水水質影響以及泥齡控制等 因素影響，存在脫氮除磷效果不穩定問題，出水氮磷指標很難穩定達標，往往不得不考慮投 加化學藥劑（商業碳源、混凝劑等），增加了企業的運行成本，是不可持續的工藝。因此，開 發綠色可持續的污水處理工藝，對于改善污水處理系統的運行效果，改善水環境質量，具有 重要的現實意義。
[0003] 影響同步脫氮除磷效果的內因方面，主要受兩個因素制約，一是泥齡（SRT)的影 響，對于特定水溫，硝化菌要求一個理論上的最低SRT min，活性污泥系統為滿足充分的硝化 就要求實際運行的SRT > SRTmin，水溫越低，要求SRT越長；而除磷過程則要求SRT越短越 好，短的SRT往往意味著排放更多的剩余污泥（WAS)，因此，對于同一個污水處理系統，現有 的常規處理工藝，運行實踐中往往很難找到一個相對可靠的SRT，既能滿足硝化要求，又能 高效除磷，兼顧脫氮除磷效果往往處于兩難的境地。
[0004] 國外有類似的側流污泥生物強化技術，如BABEKI工藝、AT-3工藝等，主要目的都 是強化硝化過程，但是這些工藝運行條件及控制較為繁瑣，如BABE?工藝運行水溫需要控 制在25-30°C、且采用間歇運行模式（進水、混合、曝氣、沉淀、潷水），效果難以控制。
[0005] 與此同時，影響脫氮除磷效果的另一個重要因素是進水水質問題，眾所周知，目 前中國污水廠面臨的主要難題是進水碳源不足、脫氮除磷效果差，這是因為反硝化脫氮和 厭氧釋磷兩種生物過程都需要污水中有充足的溶解性易生物降解有機物（SC0D)，尤其是 低分子量的揮發性脂肪酸（VFAs)，為了實現可靠的強化生物除磷（EBPR)，往往需要VFAs/ TP彡10,這就意味著對于進水TP = 4mg/L的污水廠，其進水中VFA濃度至少要達到40mg/ L才可能實現可靠的EBPR，然而，我國很多污水廠進水VFAs卻不足10mg/L。
[0006] 實際上，污水廠產生活性污泥本身就蘊藏了巨大的能源。為了充分利用活性污泥 碳源，近些年開發了一些技術，如超聲破解、堿性污泥水解技術等，但這些技術存在能耗高、 藥耗高、破壞污泥生物活性等缺欠，也不是可持續的綠色工藝，難于在生產實踐中大規模應 用。因此，污泥自然條件下的水解技術成為理想選擇，由于活性污泥總量穩定、活性污泥水 解產物能1〇〇 %被生化過程所利用，因此，如何考慮在不破壞活性污泥生物活性條件下的在 線水解，對于提高處理效率、降低對外部商業碳源的依賴，顯得至關重要。
【發明內容】
[0007] 本發明的主旨是通過硝化菌原位富集培養、原位污泥水解補充碳源方法提高對出 水水質的處理效果，具體方式則是通過引入污水廠污泥處理工序排放的高濃度氨氮廢水作 為底物來富集和提高側流反應器內的硝化菌數量，并為主生物池進行接種進而提高生物系 統總的硝化能力和脫氮能力，同時將小比例的回流活性污泥水解放置于一個獨立的側流反 應器進行水解發酵，大大提高和改善了污泥水解效率。
[0008] 本發明克服當前常規主流脫氮除磷工藝的技術缺欠，對常規活性污泥工藝（A/0、 ΑΑ0、氧化溝等）的"生物池-二沉池"的"主流"模式進行了改進，采用了"主流-側流"模 式，具體講，就是對常規工藝的污泥外回流環節進行了變革，常規工藝（ΑΑ0、氧化溝）的外 回流是將經過二沉池濃縮的活性污泥通過污泥回流泵直接泵送到主生物池前端的技術路 線，而本發明的具體方法則是在污泥回流線上設置了兩個獨立生化反應池，即污泥硝化反 硝化池（S-NDN池）和污泥水解池（S-HY池），這兩個池子采用并聯或串聯形式中的一種：
[0009] 兩池串聯情況下：回流污泥共分兩路，一部分回流污泥相繼被引入到S-NDN池，再 進入S-HY池，在上述兩個不同的反應器內相繼完成各自的生化過程后再回流到主生物池； 另一部分回流污泥則與常規回流方式相同即直接回流到主生物池；多余的剩余污泥進入污 泥處理單元（污泥消化、污泥濃縮脫水等）。
[0010] 并聯情況下：污泥則分并行三路，一部分引入S-NDN池，另一部分進入S-HY池，剩 余部分回流污泥則直接回流到主生物池；多余的剩余污泥進入污泥處理單元。極限情況，第 三部分"外回流"污泥為零，即回流污泥只分兩路進入S-NDN池和S-HY池。
[0011] 經過上述生化過程后的兩個反應池的泥水混合液再分別回流到主生物池的厭氧 釋磷或反硝化脫氮區域。
[0012] 與此同時，無論是并聯還是串聯情況，污水廠污泥處理段產生的富氮上清液（厭 氧消化過程產生的或者污泥脫水過程產生的高濃度氨氮廢水，reject water)可以全部或 部分、連續或間歇性被引入S-NDN池作為硝化過程的氮源，用作硝化菌的培養基質，這部分 高氨氮廢水為S-NDN池提供了自養硝化菌繁殖的底物，反應器氨氮濃度越高，硝化菌增殖 速率則越大，經過S-NDN池原位富集培養后的硝化細菌再補充到主生物池；
[0013] 另一方面，由于這部分高氨氮廢水在側路反應池內反應器采用"好氧/缺氧"交替 模式（空間交替或者時間交替）運行或"好氧-缺氧"順序過程對污泥混合液進行處理，進 行了硝化反硝化，這樣就降低了主生物池的進水TN負荷，減少了對主生物池池容的需求。 S-HY池采用厭氧過程或缺氧過程進行污泥水解產生碳源同時并刺激聚磷菌（PAOs)生物活 性。兩種反應器可以采用推流式或完全混合式反應器、或者2-6個單個完全混合器串聯而 成的總體上呈推流式的組合反應器構型。采用完全混合反應器時，曝氣過程為間歇過程；采 用推流式反應器時，前端曝氣，后端不曝氣，只進行混合推流。
[0014] 上述不同回流方式（串聯、并聯）的各自回流比受工藝條件影響，根據工藝計算采 用不同的回流比。除了基本構型的差別外，具體的工藝運行控制參數也有區別，具體如下：
[0015] 采用串聯方式時：污泥總的外回流量Qkas為（33%-50%)Q(Q為污水廠進水量，Q ms 為總的外回流污泥量）；其中回流到側路S-NDN池、S-HY池的污泥量占 Qms的比例為2%? 18% ;剩余（82%?98% )QMS的回流污泥則通過回流泵房直接回流到生物池始端。
[0016] 采用并聯方式時：污泥總的外回流量％^為（33% -50% )Q(Q為污水廠進水量）； 其中回流到側路3-冊以也的污泥占'的2%?18(%;回流到側路3-冊池的比例占'的 1 %?8% ;其余（74%?97% )QKAS的回流污泥則通過回流泵房直接回流到生物池始端。
[0017] 污泥在S-NDN池內的停留反應時間為10_40h ;
[0018] 污泥在S-HY池內的停留反應時間為20_96h，水溫低的季節采用較高的停留時間， 否則相反；
[0019] 主生物池的活性污泥濃度控制為2. 5?5. Og/L ;
[0020] 側路生物池的活性污泥濃度為7. 5?18. Og/L，側路生物池污泥濃度受回流比及 主生物池污泥濃度的影響，三者關系如下：
[0021] 側流生物池 MLSS = 1乞比?主生物池見沾 總外回流比
[0022] 側流反應器污泥濃度越高，則系統所持留的有效活性微生物總量越大，生化過程 的效率越高（硝化或反硝化效率及水解效率）。
[0023] 對于串聯系統，由于側流污泥順序經過了第一級S-NDN反應器的好氧/缺氧及第 二級S-HY的缺氧或厭氧過程，工藝控制的關鍵點在于上述過程的嚴格工藝控制，要避免 S-NDN池過度曝氣；S-HY則保持缺氧或厭氧狀態，串聯模式更側重于強化硝化反硝化生物 脫氮；
[0024] 對于并聯系統，由于污泥分別單獨的經過各個側流反應器，污泥不進行混合，因此 生化過程更容易控制，且互不影響，因此效率相對優于串聯模式，并聯模式更適于同步強化 生物脫氮除磷，并側重于強化生物除磷過程；
[0025] 串聯和并聯兩種方式除了反應器構型不同、兩種模式下的對應的每個側路反應器 對應的側流污泥回流比也不同。
[0026] 進一步，S-NDN池設置D0/0RP、pH、ΝΗ3-Ν、Ρ04-Ρ等在線儀表控制硝化反硝化過程。
[0027] 本發明的原位富集硝化菌耦合污泥水解強化脫氮除磷的方法應用于要求穩定或 深度脫氮除磷的污水廠的新建或提標改造。
[0028] 本發明的有益效果是：
[0029] 1)由于系統內增設了 S-NDN池作為硝化菌擴增培養反應器，該反應器在SRT控制 上是獨立于主生物池的，由側流S-NDN池為主生物池提供部分硝化菌種，這樣就使得主生 物池實際運行SRT不再受SRT min的限制，即"嫁接" S-NDN池的活性污泥工藝可以在"短泥 齡"條件下運行，S-NDN池向主生物池內硝化菌補充速率越高，則主生物池總的泥齡也越低， 甚至不受為滿足消化過程的最低SRT要求的約束；采用同樣的SRT情況下，本發明工藝比常 規處理工藝節省20-40 %的生物池容；或者采用同樣的池容，本發明比常規處理工藝可以 提高20-40%的污染物去除負荷。
[0030] 2)由于將污泥處理段的富氮上清液作為S-NDN池的反應基質，這部分高濃度廢水 氨氮濃度在500-1000mg/L、負荷可占全廠TN負荷的10-20%，不再像傳統工藝進入進水泵 房而是進入S-NDN，因此，降低了生物池的TN負荷，降低對主生物池池容的需求。
[0031] 3)由于采用了強化污泥硝化反硝化反應器，該反應器內MLSS濃度是主反應池 MLSS濃度的3?4倍，活性污泥吸附污染物后一部分降解過程是在S-NDN池完成的，這樣可 以允許主反應池低MLSS濃度運行而不會降低系統總MLSS數量進而影響處理效果，因此，同 樣水力負荷條件下可以降低二沉池固體負荷；或者在保持二沉池固體負荷不變的情況下， 大幅提1?污水廠的進水水力負荷；
[0032] 4)本發明將一小部分回流污泥引入S-HY池，通過水解作用產生SCOD、VFAs，富含 SC0D、VFAs的泥水混合液再進入主生物池的厭氧區（或缺氧區）補充進水碳源不足進而實 現強化脫氮除磷，可降低或取消外部商業碳源的投加，降低運行費用。
[0033] 5)本發明可以降低污水廠活性污泥產率，實現了污泥的就地原位減量，并能顯著 提高污水廠的脫氮除磷效率并提高運行穩定性；同時，降低了污水廠對反硝化碳源的需求。
[0034] 6)本發明由于采用側路生物池作為主生物池硝化菌的富集補充，因此，主生物池 可以較低的MLSS濃度運行，側路S-NDN池采用"好氧/缺氧"模式運行，總體上降低了污水 廠曝氣的總能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明第一種實施方式流程圖。
[0036] 圖2為本發明第二種實施方式流程圖。
[0037] 圖中：1為預處理設施（沉砂池/初沉池等）；2為主生物池；3為二沉池；4為污泥 回流泵；5為污泥硝化反硝化池，6為污泥水解池；7為污泥處理工藝單元（污泥脫水機或污 泥消化、脫水系統）
【具體實施方式】
[0038] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。本發明"水線"主要包含由預 處理設施1、主生物池2、二沉池3組成，三者通過管道依次相連，污水順次經過預處理設施 1、主生物池2、二沉池3,二沉池出水排放到后續深度處理或外排；"泥線"包含污泥回流泵 房4、污泥硝化反硝化池5、污泥水解池6和污泥處理單元7,從二沉池3回流來的污泥進入 污泥回流泵房4,從污泥回流泵房4出來的污泥有以下可選的兩種方式 ：
[0039] 如圖1所示，分三路，一路回流到主生物池2 ;另外兩路分別回流到污泥硝化反硝 化池5和污泥水解池6,最終污泥硝化反硝化池5和污泥水解池6的出泥回流到主生物池；
[0040] 如圖2所示，分兩路，一路回流到主生物池2,另一路回流到污泥硝化反硝化池5然 后再進入水解池6 ;最終水解池6的污泥再回流到主生物池2。
[0041] 下面結合具體實施案例，說明本發明方案。
[0042] 實施例1
[0043] 某污水廠原設計處理能力6萬m3/d，設計出水水質標準GB18918-2002 -級B，運 行四年后，該廠進水水質已經超原設計標準，擬對該廠進行行一級A標準的改造，根據實際 運行情況顯示，該廠主要是硝化能力不足，出水NH 3-N、TN、TP無法穩定達標。但現場的實際 情況是，該廠地處老城區，擴建場地受限，不允許擴建新的生物池容。為此，采用本發明方案 進行工藝設計。
[0044] 具體方案是：在保留原有工藝水力流程不變的情況下，保留原生物池池容不變，利 用原廠一期廢棄的一座生物池，將其改造為S-NDN和S-HY池，不新建二沉池。其中原生物 池池容2, 6500m3 (包含前置厭氧池池容3000m3)，改造后S-NDN/S-HY兩池串聯，兩池合并池 容4800m 3 (其中S-HY池容1500m3)，即采用附圖2所示流程。
[0045] 工藝設計參數確定：主生物池設計MLSS為3500mg/L，改造后外回流回流比R由原 來100%降低為為50%，側路生物池此33為10?15 8/1;污泥回流分兩路，85%01^通過直 接回流到原來厭氧池；另一部分15% QKAS則回流到兩個串聯的側路反應池 S-NDN/S-HY池， 并將脫水機房排放的富氮水（reject water)引入S-NDN池進行硝化反硝化處理，改造后， 污水廠處理水量及水質穩定達標，在主生物池泥齡僅有8d的情況下，即使是冬季，水溫10 度，出水氨氮均能控制低于2mg/L ;同時，全年平均能耗降低了 12%。
[0046] 實施例2
[0047] 進水污染物濃度標準不變、提高水力負荷實施例：某污水廠原設計處理能力10萬 m3/d，投運兩年以后進水水量已經遠超處理能力，但進水濃度滿足設計要求，為此，擬進行 擴建和提標改造，處理能力要求達到13萬m 3/d，同時滿足原有設計出水標準，但污水廠面臨 擴建場地受限等因素，不能進行新建生物池池容。為此，采用本發明方案進行工藝設計，采 用流程見圖1，具體方案是：
[0048] 在保留原有工藝流程不變的情況下，根據工藝計算，設計參數如下：將原生物池前 端25%的池容分格出來，其中20%作為S-NDN池，采用好氧/缺氧交替運行；5%作為S-HY 池，厭氧水解，采用并聯方式；不再新建生物池池容，不新建二沉池，并把污泥處理段排放的 高濃度富氮液體全部引入到S-NDN池，此外，主生物池設計MLSS濃度由原設計3500mg/L降 低為3000mg/L，污泥回流比由原來75%降低到50%，側路生物此后MLSS濃度為9?12g/ L，其中回流到側路S-NDN池的污泥占 QKAS的15% ;回流到S-HY池的比例占 QKAS的2% ;其 余83% QMS的回流污泥則通過回流泵房直接回流到生物池始端。
[0049] 改造后的新系統，由于側路硝化菌源源不斷地補充到主生物池，因此，主生物池可 以在較低的污泥齡下運行而不影響污水廠硝化能力，同時，總污泥量比原有的190噸增加 到242噸，在保持生物池污泥負荷F/M不變、二沉池固體負荷不變的情況下，通過本發明使 改造后的污水廠水力負荷可以提高到13萬m 3/d，達到了不新建池容提高處理能力的目的； 同時，由于采用了側流污泥水解，補充了碳源不足，提高了脫氮除磷效果。
[0050] 實施例3
[0051] 水力負荷不變、污染物濃度提高實施例：某污水廠原設計處理能力10萬m3/d，但 目前該廠進水水質已經遠超原設計標準20-30 %，出水不能穩定達標，為此，擬進行擴建和 提標改造，要求在處理水量不變的情況下，出水能穩定達標，但污水廠面臨擴建場地受限等 因素，不能進行新建生物池池容。
[0052] 為此，采用本發明方案進行工藝設計，采用流程見圖2,具體方案是：在保留原有 工藝水力流程不變的情況下，保留原生物池池容不變，將原生物池改造，將原生物池前端 15%的池容分隔出來，其中10%作為S-NDN池，5%作為S-HY池，剩余85%池容保留厭氧/ 缺氧/好氧功能，不新建二沉池，并把污泥處理段排放的高濃度富氮液體全部引入到S-NDN 池，主要工藝設計參數如下：
[0053] 主生物池 MLSS濃度為4g/L，側路生物池 MLSS運行濃度為12_18g/L，污泥總回流 比40%，其中回流到側路S-NDN池、S-HY池的污泥量占 Qms的比例為18% ;剩余82% Qms 的回流污泥則通過回流泵房直接回流到生物池始端。
[0054] 根據工藝計算，由于側路硝化菌源源不斷地補充到主生物池，主生物池 SRT可以 由原來的15天左右降低到10天而不影響污水廠硝化能力；此外，原工藝系統MLSS總量為 189噸（干污泥量）；按本發明方案實施后S-NDN池和改造后的主生物池容納MLSS總量為 218噸，水解池 MLLS總量28噸，主生物池和側流生物池容納的總MLSS量為246噸，系統污 泥總量比原工藝增加污泥量30%，這樣在保持原有處理水力負荷不變的情況下，采用本發 明的方案，在保持污泥負荷F/M不變的情況下，使原污水廠不新建池容的情況下污染物負 荷增加了 20-30%。
[0055] 上述各個實施例中，S-NDN設置有曝氣器和攪拌混合裝置，S-HY池設有攪拌混合 器。在上述各實施例中，S-NDN池內，曝氣或攪拌（或推進）設備的"啟動/停止"是根據池 內在線pH、DO、0RP、ΝΗ 3-Ν、Ρ04-Ρ/ΤΡ檢測信號中的一種或幾種組合進行優化控制的，還可以 是根據時序進行周期控制的，即通過時序控制實現"曝氣/停曝"過程。
[0056] 上述對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和應用本發明， 熟悉本領域的專業技術人員顯然可以比較容易地對這些實施案例進行一些局部修改，并把 在此說明的一般原理應用到其它實施案例中，因此，本發明不限于上述列舉的實施例，本領 域的專業人員根據本發明的揭示的基本原理，在本發明的基礎上進行的改進或修改都應該 屬于在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的方法，其特征在于：所述 方法的生化過程涉及的反應器至少含有四個：在主線上包含主生物反應池、二沉池，在污泥 回流線上包含污泥硝化反硝化池和污泥水解池，即S-NDN池和S-HY池。
2. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于：所述污泥硝化反硝化池和污泥水解池采用并聯或串聯形式中的一種： 串聯情況下，回流污泥共分兩路，一部分回流污泥相繼被引入到S-NDN池，再進入S-HY 池，在上述兩個不同的反應器內相繼完成各自的生化過程后再回流到主生物池；另一部分 回流污泥直接回流到主生物池；多余的剩余污泥進入污泥處理單元； 并聯情況下，污泥則分并行三路，一部分引入S-NDN池，另一部分進入S-HY池，剩余部 分回流污泥則直接回流到主生物池；多余的剩余污泥進入污泥處理單元；極限情況，第三 部分"外回流"污泥為零。
3. 根據權利要求1或2所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷 的方法，其特征在于：污水廠污泥處理段產生的富氮上清液全部或部分被引入S-NDN池作 為硝化過程的氮源。
4. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于：S-NDN池中的污泥采用"好氧/缺氧"交替或"好氧-缺氧"順序過程對 污泥混合液進行處理；S-HY池采用厭氧過程或缺氧過程進行污泥水解產生碳源同時并刺 激聚磷菌生物活性。
5. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于：S-NDN池和S-HY池采用推流式或完全混合式反應器、或者2-6個單個完 全混合器串聯而成的總體上呈推流式的組合反應器構型。
6. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于： 采用串聯方式時污泥總的外回流量QKAS為（33% -50% )Q(Q為污水廠進水量，QMS為總 的外回流污泥量）；其中回流到側路S-NDN池、S-HY池的污泥量占 QKAS的比例為2 %?18 %; 剩余（82%?98% )QKAS的回流污泥則通過回流泵房直接回流到生物池始端； 采用并聯方式時污泥總的外回流量QKAS為（33% -50% )Q ;其中回流到側路S-NDN池的 污泥占 QKAS的2%?18% ;回流到S-HY池的比例占 QKAS的1%?8% ;其余（74%?97% ) QMS的回流污泥則通過回流泵房直接回流到生物池始端。
7. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于：污泥在S-NDN池內的停留反應時間為10-40h ;污泥在S-HY池內的停留 反應時間為20-96h。
8. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于：主生物池的活性污泥濃度為2. 5-5. Og/L ;側路生物池的活性污泥濃度 為 7. 5-18. Og/L。
9. 根據權利要求1所述的一種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的 方法，其特征在于：S-NDN池設置DO/ORP、pH、ΝΗ 3-Ν、Ρ04-Ρ在線儀表控制硝化反硝化過程。
10. -種原位富集硝化菌耦合污泥水解強化污水廠脫氮除磷的方法應用于要求穩定或 深度脫氮除磷污水廠的新建或提標改造。
【文檔編號】C02F3/34GK104150609SQ201410394355
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】李娜 申請人:李娜