公布日：2022.05.24
申請日：2022.03.09
分類(lèi)號：C02F3/30(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種基于A(yíng)O‑ANAMMOX工藝的廢水處理系統及方法，所述系統包括按廢水流動(dòng)方向依次設置的多功能池、第一好氧池、厭氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池輸出端與多功能池連接，所述多功能池的出泥端與厭氧池連接，所述第一好氧池和厭氧池中設置有填料；所述多功能池用于初步去除廢水中的磷并將污泥和污水分離，所述污水于第一好氧池好氧處理后與所述污泥在厭氧池匯流并進(jìn)行厭氧氨氧化反應，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池。本發(fā)明總體上工藝以ANAMMOX法為主，集厭氧與好氧一體化，且屬于活性污泥和生物膜法相結合，工藝脫氮率高，運行費用低。
權利要求書(shū)
1.一種基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統，所述廢水中氨氮濃度為20-40mg/L，CODCr濃度為500-600mg/L，BOD5濃度<280mg/L，總磷濃度為2-4mg/L，水溫為25-40℃，BOD5/TP>17，其特征在于：包括按廢水流動(dòng)方向依次設置的多功能池、第一好氧池、厭氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池輸出端與多功能池連接，所述多功能池的出泥端與厭氧池連接，所述第一好氧池和厭氧池中設置有填料，所述厭氧池為ANAMMOX厭氧氨氧化反應池；所述多功能池用于初步去除廢水中的磷并將污泥和污水分離，所述污水于第一好氧池好氧處理后與所述污泥在厭氧池匯流并進(jìn)行厭氧氨氧化反應，再于第二好氧池二次除磷后排出至沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；所述多功能池為集缺氧-厭氧和沉淀于一體的復合型反應池，分為A-B-C區，即缺氧區-厭氧區-沉淀區，在系統運行時(shí)，廢水首先進(jìn)入多功能池的缺氧區，其中含有的有機物在該缺氧區內將回流污泥帶來(lái)的硝酸鹽去除；在厭氧區主要進(jìn)行厭氧磷的釋放，最后在沉淀區進(jìn)行沉淀；所述系統還包括設置于多功能池和厭氧池之間的缺氧池，所述缺氧池輸入端還與第一好氧池連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統，其特征在于：該復合型反應池內缺氧區和厭氧區均設置攪拌裝置，所述沉淀區上部出水端與第一好氧池連接，下部出泥端與厭氧池連接。
3.根據權利要求2所述的一種基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統，其特征在于：所述填料為懸浮的塑料球填料，所述第一好氧池內腔中部高度處設置有曝氣結構，所述第一好氧池下部輸入端與多功能池連接，上部輸出端與厭氧池連接，所述厭氧池密封設置且內部設置有螺旋槳攪拌器。
4.一種使用權利要求1所述的基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統的廢水處理方法，其特征在于，所述廢水處理方法包括以下步驟：S1.污水于多功能池內與沉淀池回流的污泥混合，進(jìn)行初步除磷并完成泥水分離；S2.步驟S1中分離所得污水于第一好氧池內進(jìn)行氨氮氧化后和分離所得污泥在厭氧池匯流，并進(jìn)行厭氧氨氧化反應，實(shí)現脫氮，多功能池出泥和第一好氧池部分出水匯流至缺氧池內進(jìn)行反硝化脫氮處理，再輸出至厭氧池，此時(shí)多功能池出水量大于出泥量，缺氧池內DO濃度為0.2-0.5mg/L；S3.厭氧池出水于二次好氧池內二次除磷后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池內，完成一個(gè)污水處理循環(huán)。
5.根據權利要求4所述的廢水處理方法，其特征在于：步驟S2中所述的第一好氧池上部DO濃度控制在0.50-0.70mg/L，底部DO濃度控制在0.15-0.30mg/L范圍內。
6.根據權利要求4所述的廢水處理方法，其特征在于：所述厭氧池和第一好氧池內水力停留時(shí)間分別為10-12h，5-6h，所述多功能池內水力停留時(shí)間為2-3h，其他反應池停留時(shí)間均<2h，整個(gè)系統總平均水力停留時(shí)間為19-24h。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統及方法，具體是根據目前高濃度氨氮廢水治理技術(shù)的缺陷，開(kāi)發(fā)了一種以高濃度氨氮廢水需要的ANAMMOX脫氮為主而且兼顧除磷、有機物去除的一種新工藝，工藝結合活性污泥和生物膜法，將缺氧(A)和好氧(O)有機結合，與ANAMMOX形成完整的工藝，具有脫氮、除磷和BOD降解等功能，且無(wú)需補充碳源，能耗較低。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現上述目的：
一種基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統，包括按廢水流動(dòng)方向依次設置的多功能池、第一好氧池、厭氧池、第二好氧池和沉淀池，所述沉淀池輸出端與多功能池連接，所述多功能池的出泥端與厭氧池連接，所述第一好氧池和厭氧池中設置有填料；
所述多功能池用于初步去除廢水中的磷并將污泥和污水分離，所述污水于第一好氧池好氧處理后與所述污泥在厭氧池匯流并進(jìn)行厭氧氨氧化反應，再于二次好氧池二次除磷后排出至沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀所得污泥回流至多功能池；
所述系統還包括設置于多功能池和厭氧池之間的缺氧池，所述缺氧池輸入端還與第一好氧池連接；缺氧池的選用基于廢水中BOD5/TP值進(jìn)行確定，當BOD5/TP≤17時(shí)不選擇使用缺氧池，當BOD5/TP>17時(shí)，使用缺氧池消耗BOD5。
其中，第一好氧池和厭氧池采用生物膜法處理廢水，并分別為兩個(gè)泥齡系統，多功能池、缺氧池和第二好氧池采用活性污泥法處理廢水，形成第三個(gè)泥齡系統。
本發(fā)明系統適宜處理含氨氮(凱氏氮)濃度較高、溫度較高、但BOD5、COD和總磷等污染指標一般，而且有毒有害物質(zhì)濃度不高的工業(yè)廢水或經(jīng)過(guò)預處理后水質(zhì)大致符合上述要求的工業(yè)廢水，具體的，所述工業(yè)廢水中氨氮濃度為20-40mg/L，CODCr濃度為500～600mg/L，BOD5濃度<280mg/L，總磷濃度為2～4mg/L，水溫為25-40℃。
本發(fā)明總體上工藝以ANAMMOX法為主，集厭氧(A)與好氧(O)一體化，且屬于活性污泥和生物膜法相結合，工藝脫氮率高，運行費用低。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述多功能池為集缺氧-厭氧和沉淀于一體的復合型反應池，分為A-B-C區，即缺氧區-厭氧區-沉淀區，在系統運行時(shí)，廢水首先進(jìn)入多功能池的缺氧區，其中含有的有機物在該缺氧區內將回流污泥帶來(lái)的硝酸鹽去除；在厭氧區主要進(jìn)行厭氧磷的釋放，最后在沉淀區進(jìn)行沉淀；其中，
該復合型反應池內缺氧區和厭氧區均設置攪拌裝置，因為回流的污泥中硝酸鹽含量較低，故缺氧區實(shí)際上很��；
所述沉淀區進(jìn)行的沉淀并不徹底，但是大致將污水分成上部以污水為主，下部以污泥為主，沉淀區上部出水端與第一好氧池連接，下部出泥端與厭氧池連接。另外，因為本工藝的污泥是活性污泥和生物膜污泥的混合物，所以即使在沉淀區的停留時(shí)間短暫，其沉淀效果也可滿(mǎn)足要求。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述填料為懸浮的塑料球填料，所述第一好氧池內腔中部高度處設置有曝氣結構，所述第一好氧池下部輸入端與多功能池連接，上部輸出端與厭氧池連接。
多功能池的上部出水進(jìn)入第一好氧池，第一好氧池在中間高度處進(jìn)行微孔曝氣(為了避免沖擊生物膜導致脫落，采用鼓風(fēng)機加微孔擴散盤(pán)的方式曝氣)，由于反應器上部加載有大量懸浮塑料球為填料，性質(zhì)屬于生物膜，故反應器上部好氧且氧濃度偏低，下部因為曝氣環(huán)流動(dòng)力有限，形成缺氧區。由于第一好氧池需要將氨氮氧化為亞硝酸鹽(NO2-)而需要控制和減少硝酸鹽(NO3-)的形成，氨氧化菌(AOB)可以在低DO下進(jìn)行氨氧化反應，而亞硝酸鹽氧化菌(NOB)卻很難在該DO濃度下完成氧化亞硝酸鹽為硝酸鹽，故可以控制硝酸鹽的形成。但是考慮到生物膜內分子氧O2存在一定的濃度梯度，故控制DO濃度可略高于0.5mg/L。反應器上部進(jìn)水，下部出水，出水的DO要求低于0.2mg/L。因為上部有大量載體，雖然是懸浮載體，但是為了配水均勻，也需要設置配水設施，配水可以采用穿孔管。第一好氧池的功能是將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，最佳控制反應溫度在30℃以上，可以進(jìn)一步抑制硝酸鹽的形成。第一好氧池一般情況下需要補充堿度，因為在該反應過(guò)程中有酸釋放，而亞硝化過(guò)程需要弱堿性條件。第一好氧池的出水(會(huì )含有少量脫落的生物膜)，進(jìn)入厭氧池；
多功能池的下部出泥進(jìn)入缺氧池，缺氧池水力停留時(shí)間較短，且控制較低的DO濃度(<0.5mg/L)。此反應池的功能是當進(jìn)水有機物濃度大，在此將殘留的有機物分解并去除一部分亞硝酸鹽氮，減少厭氧池負荷。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述厭氧池密封設置且內部設置有螺旋槳攪拌器。
第一好氧池和缺氧池的出水進(jìn)入厭氧池，厭氧池停留時(shí)間長(cháng)，加載填料，主要功能是進(jìn)行厭氧氨氧化反應。第一好氧池的出水主要是亞硝酸鹽氮，缺氧池的出水主要是氨氮，且兩個(gè)反應器有機物均消耗殆盡，所以這些水質(zhì)條件都非常適宜于厭氧氨氧化反應，故本反應器厭氧氨氧化功能能夠較好發(fā)揮。厭氧池需要攪拌措施，考慮到池內存在大量懸浮填料，可以采用螺旋槳攪拌器在接近池底處進(jìn)行攪拌，水流推流向上，形成池內循環(huán)�？紤]到厭氧氨氧化菌的時(shí)代時(shí)間長(cháng)，為了保持泥齡，采用加載填料的生物膜法。在厭氧池內，缺氧池帶來(lái)的懸浮污泥仍可以正常發(fā)揮作用，所以厭氧池的附著(zhù)污泥(生物膜)主要進(jìn)行ANAMMOX反應，去除氨氮總氮，為主反應；而懸浮污泥(活性污泥)將進(jìn)一步釋放磷，是副反應，由于在本反應器內有機物濃度已經(jīng)較低，故釋放磷的功能一定程度受到限制。
經(jīng)過(guò)厭氧池后，水中的氨氮、總氮、有機物均很少了，只有磷酸鹽仍存在(而且以正磷酸鹽形式存在)，污水進(jìn)入第二好氧池。第二好氧池主要功能是吸收磷，也具有進(jìn)一步降低有機物和氨氮濃度的功能。經(jīng)過(guò)第二好氧池后水質(zhì)主要參數氨氮、總氮、有機物(BOD5)、總磷濃度均較低，經(jīng)過(guò)沉淀后再消毒即可排放。污泥則回流到多功能池。
如果原廢水較難降解，即BOD5/COD為0.20～0.30，則多功能池B區的容積應該增加，且反應器應該為推流形式(或者單獨增加水解酸化池)。相當于該反應器的功能是反硝化(A區)、水解酸化(B區)、厭氧釋放磷(B區)、沉淀(C區)，所以反應池的B區容積應該增加，具體容積應該以計算確定。如果原廢水BOD5/COD比值更低，則在生物化學(xué)處理前應該增加化學(xué)氧化等有效措施，以提高污水的BOD5/COD比值。
采用上述基于A(yíng)O-ANAMMOX工藝的廢水處理系統進(jìn)行高濃度氨氮廢水處理，處理方法包括以下步驟：
S1.污水于多功能池內與沉淀池回流的污泥混合，進(jìn)行初步除磷并完成泥水分離；
S2.步驟S1中分離所得污水于第一好氧池內進(jìn)行氨氮氧化后和分離所得污泥在厭氧池匯流，并進(jìn)行厭氧氨氧化反應，實(shí)現脫氮；
S3.厭氧池出水于二次好氧池內二次除磷后排出至沉淀池，沉淀所得污泥回流至多功能池內，完成一個(gè)污水處理循環(huán)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，當步驟S1中多功能池接收廢水BOD5/TP≤17時(shí)，在厭氧兼沉淀池內有機物已經(jīng)幾乎消耗殆盡，則缺氧池可以超越過(guò)去，即步驟S1所得污泥和第一好氧池出水直接輸出至厭氧池中，故缺氧池性質(zhì)屬于備用，僅在進(jìn)水有機物濃度較大的時(shí)候啟用。缺氧池不曝氣，需要的氧來(lái)自第一好氧池，所以缺氧的進(jìn)水應該來(lái)自第一好氧池的上部，且多功能池出水量與出泥量比例為1:1。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，當步驟S1中多功能池接收廢水BOD5/TP>17時(shí)，則為了減輕厭氧池的壓力，可以從第一好氧池引流一部分污水至缺氧池，亞硝酸鹽和有機物在缺氧池混合進(jìn)行反硝化脫氮，此時(shí)需要多功能池出水量大于出泥量，且從第一好氧池的引流流量需要通過(guò)計算確定，缺氧池內DO濃度為0.2～0.5mg/L。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟S2中所述的第一好氧池上部DO濃度控制在0.50～0.70mg/L，底部DO濃度控制在0.15～0.30mg/L范圍內。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述厭氧池和第一好氧池內水力停留時(shí)間分別為10～12h，5～6h，所述多功能池內水力停留時(shí)間為2～3h，其他反應池停留時(shí)間均<2h，整個(gè)系統總平均水力停留時(shí)間為19～24h。
本發(fā)明工藝系統的污泥實(shí)際上是各自完成其相應的功能，好氧生物膜是亞硝化反應，厭氧生物膜是ANAMMOX反應，懸浮的活性污泥功能則是生物除磷，所以其污泥齡實(shí)際上也是分開(kāi)的。對于第一好氧池來(lái)說(shuō)，由于載體附著(zhù)生長(cháng)生物膜，故亞硝化菌的長(cháng)泥齡通過(guò)生物膜的附著(zhù)實(shí)現，其泥齡可以達到30d以上，對硝化反應非常有利。同樣的，厭氧氨氧化菌也需要長(cháng)的泥齡，故厭氧池內加載填料，其泥齡也可達30d以上，能夠有效保證厭氧氨氧化菌的生存。而對于除磷系統來(lái)說(shuō)，依靠的是懸浮污泥，故系統的活性污泥泥齡可以直接按照除磷的要求進(jìn)行控制，其泥齡可以在3～7d左右，而不需要考慮脫氮和厭氧氨氧化過(guò)程，故本發(fā)明的工藝事實(shí)上形成了多泥齡生物反應系統(三泥齡系統)。
若進(jìn)水有機物濃度過(guò)高，進(jìn)水BOD5/TP遠遠>17時(shí)，但是總磷濃度不高，則應該考慮設置前曝氣池將有機物去除一部分，否則過(guò)高的BOD5濃度容易導致第一好氧池的硝化菌運行困難。如果采用加大第一好氧池容積并且將硝化液回流到多功能池前部的A區以通過(guò)反硝化去除部分有機物的方式，若運行不當，容易導致多功能池的厭氧功能受到影響。若進(jìn)水有機物濃度過(guò)高，總磷濃度也很高，即使進(jìn)水BOD5/TP接近于17，本工藝也可能會(huì )不適應，因為在本工藝中BOD5主要通過(guò)除磷環(huán)節去除，除磷實(shí)際上主要是通過(guò)污泥排放去除BOD5，當BOD5濃度高意味著(zhù)泥齡很短，而過(guò)短的泥齡對于除磷來(lái)說(shuō)未必是合適的。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明充分發(fā)揮好氧與厭氧的功能，在A(yíng)NAMMOX反應實(shí)現脫氮的基礎上，巧妙地將反硝化脫氮和生物除磷集于一體，充分利用生物膜和活性污泥各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現脫氮、除磷和去除有機物功能的集成；工藝運行靈活，可靠，工藝流程相對不復雜，且能耗與運行總費用較低，無(wú)需補充碳源。
（發(fā)明人：唐玉朝;陳徐慶;王坤;黃顯懷;伍昌年;黃健;薛莉娉;潘法康;劉俊;張彬彬）
