一种污水脱氮除磷方法及装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水脱氮除磷方法及装置。

背景技术

城市污水经传统的二级处理后，虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但仍会残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮、磷等。氮和磷虽然是生物的重要营养源，但随着化肥、洗涤剂和农药普遍使用，使得天然水体中氮、磷含量急剧增加，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖，导致水体缺氧并产生毒素，使水质恶化，对水生生物和人体健康产生较大的危害。因此，必须加以控制。

生活污水中的氮、磷是导致水体富营养化的重要原因，要控制水体富营养化的发生，就必须增加生活污水的处理率和强化脱氮除磷措施，减少向各类水体排放氮、磷等营养物质。

传统的生物脱氮、除磷工艺技术主要分为两种，一种按不同空间不同控制参数运行，主要特点是污水处理过程中各种生物化学反应在不同的反应池里连续进行，典型代表有厌氧-缺氧-好氧(A2/O)、倒置A2/O、厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧(PHoredox)、UCT等；另一种是时间顺序工艺，其主要特征是污水处理过程中各种生物化学反应都在同一个反应池里不同时间段不同控制参数运行，典型代表为间歇活性污泥法(SBR)。相关技术的污水处理工艺中，虽然为不同污染物的去除设置了不同的池体与曝气环境，但硝化、反硝化、聚磷菌等功能菌群仍处于同一系统中，这些功能菌对基质、环境的需求存在差异。因此，在长期运行中仍面临一些问题，如：(1)脱氮除磷菌对不同污泥龄需求之间的矛盾。硝化菌属于自养型专性好氧菌，其繁殖速度慢，世代时间长。为了提高系统的硝化性能，需要保持较长的污泥龄。与此相对，聚磷菌属于异养菌，增殖速率快，且生物除磷的唯一途径是通过大量排放富磷的剩余污泥。为了保证系统生物除磷效果需将系统控制在较短污泥龄的状态。因此，硝化菌和聚磷菌在污泥龄上存在不同需求的矛盾，即长污泥龄，利于硝化而不利于生物除磷；短污泥龄，利于生物除磷而不利于硝化；(2)脱氮过程和除磷过程在反应基质(碳源)和反应空间方面存在竞争和矛盾，很难取得N、P同时去除的良好效果，通常需要耗费大量外加能源才能获得较满意的效果；(3)污水生物处理系统中微生物聚集体聚集度，颗粒污泥与传统的活性污泥法相比，具有沉降性能良好、含有较多生物量、剩余污泥量少、具有同步硝化反硝化及除磷脱磷等功能，但颗粒污泥系统的稳定性较差，影响因素有粒径形态、沉淀性、密度、强度、微生物结构差异、胞外聚合物等。

本背景技术中所陈述内容并不代表承认其属于已公开的现有技术。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种污水脱氮除磷方法，将脱氮和除磷过程分开，实现双泥龄定向选择强化脱氮除磷。

本发明还提出一种能够实现上述方法的装置。

根据本发明的一个方面，提出了一种污水脱氮除磷方法，包括如下步骤：

S1、生物除磷处理：经去渣预处理后的污水依次在厌氧和好氧条件下利用微生物I除磷；

S2、沉淀处理：使经步骤S1处理后的出水进行沉淀处理，分离得上清液I与污泥I；

S3、生物脱氮处理：将经步骤S2处理后的上清液I依次在缺氧和好氧条件下利用微生物II脱氮；

S4、再沉淀处理：使经步骤S3处理后的出水经再沉淀处理，分离得上清液II与污泥II，所述上清液II作为出水排放；

其中，分别调控所述生物除磷处理和生物脱氮处理过程的污泥泥龄为t

据本发明的一种具体的实施方式，至少具有以下有益效果：本发明方法将脱氮和除磷分开，先在厌氧和好氧条件下除磷，再在缺氧和好氧条件下脱氮，避免了传统工艺回流硝酸盐对厌氧条件放磷的影响，缩短了除磷单元的再沉淀处理过程的停留时间，减少了除磷工艺中污泥厌氧释磷量，同时，先除去短污泥龄的磷再脱去长污泥龄的氮，并分别调节除磷和脱氮两个步骤的处理时间，控制不同泥龄来迎合脱氮菌等脱氮微生物和聚磷菌等除磷微生物的不同世代周期的需求，最大化的保留目标菌群，从而更好地实现N、P的去除，无需耗费外加能源，节约了生产成本；本发明方法适用于污水厂的新建及改扩建、提标改造、市政污水和工业废水的处理等污水处理工程，具有良好的工业应用前景。

根据本发明的一些实施方式，t

根据本发明的一些优选实施方式，所述t

根据本发明的一些优选实施方式，所述t

根据本发明的一些优选实施方式，使污泥I或污泥II通过旋流分离和直接回流控制泥龄。

根据本发明的一些优选实施方式，所述污泥I或污泥II通过旋流分离后下层部分间接回流，上层部分排入污泥处理系统。

通过旋流分选，淘洗掉细小破碎的污泥和杂质，底部粒径和密度较大的污泥回流至反应系统中，以此来控制系统中污泥的粒径和密度，提高微生物的活性和质量，长期运行还有利于形成颗粒污泥/活性污泥混合系统，进一步强化系统的脱氮除磷功能。

根据本发明的一些具体实施方式，通过控制旋流分离后上层部分的排放量，控制污泥泥龄。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S1还包括接种微生物I的操作；具体地，通过接种具有脱氮除磷功能的活性污泥实现接种微生物I的操作；更优选地，接种后，污泥浓度MLSS为1500～2500mg/L。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S1中厌氧与好氧条件下的水力停留时间比约为1:2。

根据本发明的一些实施方式，所述微生物I选自聚磷菌。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3还包括接种微生物II的操作；具体地，通过接种具有脱氮除磷功能的活性污泥实现接种微生物II的操作；更优选地，接种后，污泥浓度MLSS为3000～5000mg/L。

根据本发明的一些实施方式，所述微生物II包括硝化菌和反硝化菌中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S1中厌氧与好氧条件下的水力停留时间比约为4:5。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中污泥I回流的回流比为50～100％。回流过程的回流比动态调节，优选为不始终为100％。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中的沉淀处理时间为0.5～1.5h；优选为1.5～1.5h。该步骤的水力停留时间较短，故处理0.5～1.5h即可。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S4中的再沉淀处理时间为3～3.5h。该步骤的水力停留时间较长，故需3～3.5h即可。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S4中污泥II回流的回流比为50～100％。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S4中还包括使经好氧脱氮处理后的混合液回流；优选地，回流比不大于300％；优选为100～300％。

根据本发明的再一个方面，提出了一种污水脱氮除磷装置，包括依次设置的进水端、除磷单元、脱氮单元和排水端；所述除磷单元包括沿水流方向依次连通的厌氧池和好氧池I；所述脱氮单元包括沿水流方向依次连通的缺氧池和好氧池II；

所述污水脱氮除磷装置还包括微生物选择单元，所述微生物选择单元包括中沉池、旋流分离器I、二沉池和旋流分离器II；

所述除磷单元通过中沉池与脱氮单元连通，所述中沉池还与旋流分离器I连通；

所述脱氮单元通过二沉池与所述排水端连通，所述二沉池还与旋流分离器II连通；

所述旋流分离器I和旋流分离器II的上部分别设有溢流口，通过调控所述溢流口排出的污泥量分别控制所述除磷单元和脱氮单元中污泥的泥龄。

根据本发明的一些实施方式，所述除磷单元包括沿水流方向依次连通的厌氧池和好氧池I；所述脱氮单元包括沿水流方向依次连通的缺氧池和好氧池II。

根据本发明的一些实施方式，所述装置还包括在所述除磷单元前设置预处理单元，所述预处理单元用于去除污水中的残渣。

根据本发明的一些实施方式，所述预处理单元包括格栅。

根据本发明的一些实施方式，所述装置还包括回流单元，所述回流单元包括污泥回流系统I和污泥回流系统II，所述中沉池还通过所述污泥回流系统I与所述厌氧池连通；所述二沉池还通过所述污泥回流系统II与所述缺氧池连通。

根据本发明的一些实施方式，所述中沉池和二沉池的回流比分别在50～100％之间。

根据本发明的一些实施方式，所述旋流分离器I的底部与所述污泥回流系统I连通，并通过所述污泥回流系统I与所述厌氧池连通；所述旋流分离器II的底部与所述污泥回流系统II连通，并通过所述污泥回流系统II与所述缺氧池连通。

通过旋流分选，淘洗掉细小破碎的污泥和杂质，底部粒径和密度较大的污泥回流至反应系统中，以此来控制系统中污泥的粒径和密度，提高微生物的活性和质量，长期运行还有利于形成颗粒污泥/活性污泥混合系统，进一步强化系统的脱氮除磷功能。

根据本发明的一些实施方式，所述回流单元还包括污水回流系统，所述好氧池II出水处通过所述污水回流系统与所述缺氧池连通。

根据本发明的一些实施方式，所述好氧池II出水处的回流比不高于300％；优选为100～300％。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：本发明装置将脱氮和除磷分为两个模块，控制不同的泥龄以满足不同微生物的需求，同时引入旋流分离器，淘洗掉破碎细小的杂质，控制回流的粒径和密度，使其在长期运行过程中维持一个稳定的状态，从而强化了活性污泥系统的脱氮除磷功能；通过控制溢流口排出的剩余污泥量即可控制除磷单元中污泥泥龄，操作简便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例中污水脱氮除磷方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例中污水脱氮除磷装置的结构示意图。

附图标记：

1、进水端；

21、厌氧池；211、搅拌设备I；22、好氧池I；221、曝气设备I；

31、缺氧池；311、搅拌设备II；32、好氧池II；321、曝气设备II；

4、排水端；

51、中沉池；52、旋流分离器I；521、排泥管I；53、二沉池；54、旋流分离器II；541、排泥管II；

61、污泥回流管路I；62、污泥回流管路II；63、污水回流管路；

71、风机；72、气体流量计I；73、气体流量计II。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到I、II只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、连通等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例

本实施例涉及一种污水脱氮除磷方法，该操作方法的流程示意图，如图1所示。具体包括如下步骤：

S1、生物除磷处理：经去渣预处理后的污水依次在厌氧和好氧条件下利用微生物I除磷；

S2、沉淀处理：使经步骤S1处理后的出水进行沉淀处理，分离得上清液I与污泥I；

S3、生物脱氮处理：将经步骤S2处理后的上清液I依次在缺氧和好氧条件下利用微生物II脱氮；

S4、再沉淀处理：使经步骤S3处理后的出水经再沉淀处理，分离得上清液II与污泥II，所述上清液II作为出水排放；

其中，分别调控所述生物除磷处理和生物脱氮处理过程的污泥泥龄为t

本实施例还涉及一种污水脱氮除磷装置，如图2所示，具体包括依次设置的进水端1、除磷单元、脱氮单元和排水端4；还包括微生物选择单元和污泥回流系统。除磷单元包括沿水流方向依次连通的厌氧池21和好氧池I 22；脱氮单元包括沿水流方向依次连通的缺氧池31和好氧池II 32。微生物选择单元包括中沉池51、旋流分离器I 52、二沉池53和旋流分离器II 54；污泥回流系统包括污泥回流管路I 61、污泥回流管路II 62和污水回流管路63。除磷单元通过中沉池51与脱氮单元连通，中沉池51还与旋流分离器I 52连通。脱氮单元通过二沉池53与排水端4连通，二沉池53还与旋流分离器II 54连通。旋流分离器I 52和旋流分离器II 54的上部分别设有溢流口，通过调控溢流口排出的污泥量分别控制除磷单元和脱氮单元中污泥的泥龄。

厌氧池21、好氧池I 22、中沉池51、缺氧池31、好氧池II 32和二沉池53通过主管路依次连接。

厌氧池21与进水端1相连，且设有搅拌设备。

好氧池I 22中设有曝气设备I 221，好氧池II 32中设有曝气设备II 321。曝气设备I 221通过管路I与外设风机71连接，管路I上设有气体流量计I 72。曝气设备II 321通过管路II与外设风机71连接，管路II上设有气体流量计II 73。分别通过气管流量计I和II控制进入曝气设备I 221和II的曝气量。

缺氧池31中同样设有搅拌设备II 311。

该装置运行时，如图2所示，将经预处理(可设置格栅等装置除去残渣等杂质)后的城市污水经进水端1进入除磷单元，城市污水经厌氧/好氧生物处理除磷后，混合液进入中沉池51固液分离，上清液经缺氧/好氧生物处理脱氮后，混合液进入二沉池53固液分离，上清液作为出水排放。

污泥在中沉池51沉淀后的污泥分为两个部分，一部分(底部)污泥通过污泥回流系统(污泥回流管路I 61)直接回流到厌氧池21，另一部分(剩余)污泥进入旋流分离器I 52。旋流分离器I 52在离心力作用下，粗重颗粒的污泥旋转向下从底部排出间接回流至厌氧池21，细小破碎的污泥从旋流分离器上部(顶部)溢流口处安装的排泥管I 521排出进入污泥处理系统浓缩脱水。

中沉池51的出水进入脱氮单元，依次经过缺氧区和好氧区的微生物脱氮处理，好氧池II 32处理后的混合水经污水回流管路63回流至缺氧池31或经管道进入二沉池53。二沉池53沉淀后的污泥同样分成两个部分，一部分直接回流至缺氧池31，另一部分进入旋流分离器II 54。旋流分离器II 54在离心力作用下，粗重颗粒的污泥旋转向下从底部排出间接回流至厌氧池21，细小破碎的污泥从旋流分离器上部(顶部)溢流口处安装的排泥管II541排出进入污泥处理系统(污泥回流管路II 62)浓缩脱水。

中沉池51的水力停留时间较短，通常为0.5-1.5h，二沉池53的水力停留时间较长，通常为3.0-3.5h。

通过旋流分离器I 52上部溢流口排出的剩余污泥量，来控制除磷单元(厌氧池21和好氧池I 22)中污泥泥龄为3-5天；通过旋流分离器II 54上部溢流口排出的剩余污泥量，来控制脱氮单元(缺氧池31和好氧池II 32)中污泥泥龄为10-15天；好氧池II 32末端回流至缺氧池31前端的混合液回流比为100-300％，中沉池51沉淀后污泥回流至厌氧池21的污泥回流比为50-100％，二沉池53沉淀后污泥回流至缺氧池31的污泥回流比为50-100％。

试验例

本试验例以广州市某城市污水厂进水为测试对象测试了上述实施例装置的应用效果。主要水质指标包括：化学需氧量(COD)、氨氮(NH

S1、生物除磷处理：将上述城市污水经去渣预处理后由进水管加入厌氧池21和好氧池I 22，接种城市污水厂取得的具有脱氮除磷功能的活性污泥，接种后污泥浓度MLSS为2000mg/L左右(通常为1500～2500mg/L)，厌氧池21和好氧池I 22的水力停留时间(HRT)分别为1.0h和2.0h。污水经厌氧/好氧工况运行，使该单元中富集聚磷菌实现磷的去除。

S2、沉淀处理：除磷单元的混合液进入中沉池51进行泥水分离，中沉池51的部分污泥(回流比R为100％)回流至厌氧池21，剩余污泥进入旋流分离器I 52，在离心力作用下，粗重颗粒的污泥旋转向下从旋流分离器I 52底部排出回流至厌氧池21，细小破碎的污泥从旋流分离器I 52上部溢流口排出进入污泥处理系统。通过旋流分离器I 52上部溢流口排出的剩余污泥量，来控制除磷单元(厌氧池21和好氧池I 22)中污泥泥龄为4天。

S3、生物脱氮处理：中沉池51出水进入包含缺氧池31和好氧池的脱氮单元，接种城市污水厂取得的具有脱氮除磷功能的活性污泥，接种后污泥浓度MLSS为3500mg/L左右(通常为3000～5000mg/L)，缺氧池31和好氧池II 32的HRT分别为4.0h和5.0h，好氧池II 32回流至缺氧池31的混合液回流比为200％。污水经缺氧/好氧工况运行，使该单元中富集硝化和反硝化菌实现氮的去除。

S4、再沉淀处理：脱氮单元的混合液进入二沉池53进行泥水分离，二沉池53的部分污泥(R＝100％)回流至缺氧池31，剩余污泥进入旋流分离器II 54，在离心力作用下，粗重颗粒的污泥旋转向下从旋流分离器II 54底部排出回流至缺氧池31，细小破碎的污泥从旋流分离器II 54上部溢流口排出进入污泥处理系统。通过旋流分离器II 54上部溢流口排出的剩余污泥量以控制脱氮单元(缺氧池31和好氧池II 32)中污泥泥龄为12天。

试验前后的水样各指标情况如下表1所示：

表1

表1中，样本1～4代表广州市某城市污水厂随机抽取的水样。

按照上述具体实施步骤，整套处理系统经过3个月的培养后，出水水质基本稳定，出水水质如下：COD<30.0mg/L、NH

通过在剩余污泥排放单元引入旋流分离器中，淘选优势的菌种回流至反应系统中，富集功能菌，提高微生物的活性和质量，从而强化了活性污泥系统的脱氮除磷功能。本发明实施例为污水处理提供了一套高效、稳定的污水处理装置，出水水质远远优于国家一级A标准要求。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。