公布日：2022.05.24
申請日：2022.03.09
分類號：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AO‑ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括按廢水流動方向依次設(shè)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(shè)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(yīng)，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(jié)合，工藝脫氮率高，運(yùn)行費(fèi)用低。
權(quán)利要求書
1.一種基于AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)，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：包括按廢水流動方向依次設(shè)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(shè)置有填料，所述厭氧池為ANAMMOX厭氧氨氧化反應(yīng)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(yīng)，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(fù)合型反應(yīng)池，分為A-B-C區(qū)，即缺氧區(qū)-厭氧區(qū)-沉淀區(qū)，在系統(tǒng)運(yùn)行時，廢水首先進(jìn)入多功能池的缺氧區(qū)，其中含有的有機(jī)物在該缺氧區(qū)內(nèi)將回流污泥帶來的硝酸鹽去除；在厭氧區(qū)主要進(jìn)行厭氧磷的釋放，最后在沉淀區(qū)進(jìn)行沉淀；所述系統(tǒng)還包括設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：該復(fù)合型反應(yīng)池內(nèi)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)均設(shè)置攪拌裝置，所述沉淀區(qū)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(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)，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(nèi)腔中部高度處設(shè)置有曝氣結(jié)構(gòu)，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(shè)置且內(nèi)部設(shè)置有螺旋槳攪拌器。
4.一種使用權(quán)利要求1所述的基于AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)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(yīng)，實(shí)現(xiàn)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(nèi)進(jìn)行反硝化脫氮處理，再輸出至厭氧池，此時多功能池出水量大于出泥量，缺氧池內(nèi)DO濃度為0.2-0.5mg/L；S3.厭氧池出水于二次好氧池內(nèi)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(nèi)，完成一個污水處理循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)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(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)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(nèi)水力停留時間分別為10-12h，5-6h，所述多功能池內(nèi)水力停留時間為2-3h，其他反應(yīng)池停留時間均<2h，整個系統(tǒng)總平均水力停留時間為19-24h。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)及方法，具體是根據(jù)目前高濃度氨氮廢水治理技術(shù)的缺陷，開發(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(jī)物去除的一種新工藝，工藝結(jié)合活性污泥和生物膜法，將缺氧(A)和好氧(O)有機(jī)結(jié)合，與ANAMMOX形成完整的工藝，具有脫氮、除磷和BOD降解等功能，且無需補(bǔ)充碳源，能耗較低。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：
一種基于AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)，包括按廢水流動方向依次設(shè)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(shè)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(yīng)，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(tǒng)還包括設(shè)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(dāng)BOD5/TP≤17時不選擇使用缺氧池，當(dāng)BOD5/TP>17時，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，并分別為兩個泥齡系統(tǒng)，多功能池、缺氧池和第二好氧池采用活性污泥法處理廢水，形成第三個泥齡系統(tǒng)。
本發(fā)明系統(tǒng)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(biāo)一般，而且有毒有害物質(zhì)濃度不高的工業(yè)廢水或經(jīng)過預(yù)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(jié)合，工藝脫氮率高，運(yùn)行費(fèi)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(fù)合型反應(yīng)池，分為A-B-C區(qū)，即缺氧區(qū)-厭氧區(qū)-沉淀區(qū)，在系統(tǒng)運(yùn)行時，廢水首先進(jìn)入多功能池的缺氧區(qū)，其中含有的有機(jī)物在該缺氧區(qū)內(nèi)將回流污泥帶來的硝酸鹽去除；在厭氧區(qū)主要進(jìn)行厭氧磷的釋放，最后在沉淀區(qū)進(jìn)行沉淀；其中，
該復(fù)合型反應(yīng)池內(nèi)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)均設(shè)置攪拌裝置，因?yàn)榛亓鞯奈勰嘀邢跛猁}含量較低，故缺氧區(qū)實(shí)際上很小；
所述沉淀區(qū)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(qū)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?yàn)楸竟に嚨奈勰嗍腔钚晕勰嗪蜕锬の勰嗟幕旌衔�，所以即使在沉淀區(qū)的停留時間短暫，其沉淀效果也可滿足要求。
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(nèi)腔中部高度處設(shè)置有曝氣結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致脫落，采用鼓風(fēng)機(jī)加微孔擴(kuò)散盤的方式曝氣)，由于反應(yīng)器上部加載有大量懸浮塑料球?yàn)樘盍希再|(zhì)屬于生物膜，故反應(yīng)器上部好氧且氧濃度偏低，下部因?yàn)槠貧猸h(huán)流動力有限，形成缺氧區(qū)。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(yīng)，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(nèi)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(yīng)器上部進(jìn)水，下部出水，出水的DO要求低于0.2mg/L。因?yàn)樯喜坑写罅枯d體，雖然是懸浮載體，但是為了配水均勻，也需要設(shè)置配水設(shè)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(yīng)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(bǔ)充堿度，因?yàn)樵谠摲磻?yīng)過程中有酸釋放，而亞硝化過程需要弱堿性條件。第一好氧池的出水(會含有少量脫落的生物膜)，進(jìn)入?yún)捬醭兀?/p>
多功能池的下部出泥進(jìn)入缺氧池，缺氧池水力停留時間較短，且控制較低的DO濃度(<0.5mg/L)。此反應(yīng)池的功能是當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度大，在此將殘留的有機(jī)物分解并去除一部分亞硝酸鹽氮，減少厭氧池負(fù)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(shè)置且內(nèi)部設(shè)置有螺旋槳攪拌器。
第一好氧池和缺氧池的出水進(jìn)入?yún)捬醭�，厭氧池停留時間長，加載填料，主要功能是進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)。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，且兩個反應(yīng)器有機(jī)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(yīng)，故本反應(yīng)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(nèi)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(nèi)循環(huán)�？紤]到厭氧氨氧化菌的時代時間長，為了保持泥齡，采用加載填料的生物膜法。在厭氧池內(nèi)，缺氧池帶來的懸浮污泥仍可以正常發(fā)揮作用，所以厭氧池的附著污泥(生物膜)主要進(jìn)行ANAMMOX反應(yīng)，去除氨氮總氮，為主反應(yīng)；而懸浮污泥(活性污泥)將進(jìn)一步釋放磷，是副反應(yīng)，由于在本反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)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)過厭氧池后，水中的氨氮、總氮、有機(jī)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(jī)物和氨氮濃度的功能。經(jīng)過第二好氧池后水質(zhì)主要參數(shù)氨氮、總氮、有機(jī)物(BOD5)、總磷濃度均較低，經(jīng)過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(qū)的容積應(yīng)該增加，且反應(yīng)器應(yīng)該為推流形式(或者單獨(dú)增加水解酸化池)。相當(dāng)于該反應(yīng)器的功能是反硝化(A區(qū))、水解酸化(B區(qū))、厭氧釋放磷(B區(qū))、沉淀(C區(qū))，所以反應(yīng)池的B區(qū)容積應(yīng)該增加，具體容積應(yīng)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(yīng)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AO-ANAMMOX工藝的廢水處理系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)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(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫氮；
S3.厭氧池出水于二次好氧池內(nèi)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(nèi)，完成一個污水處理循環(huán)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，當(dāng)步驟S1中多功能池接收廢水BOD5/TP≤17時，在厭氧兼沉淀池內(nèi)有機(jī)物已經(jīng)幾乎消耗殆盡，則缺氧池可以超越過去，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(jī)物濃度較大的時候啟用。缺氧池不曝氣，需要的氧來自第一好氧池，所以缺氧的進(jìn)水應(yīng)該來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(dāng)步驟S1中多功能池接收廢水BOD5/TP>17時，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(jī)物在缺氧池混合進(jìn)行反硝化脫氮，此時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計算確定，缺氧池內(nèi)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(nèi)。
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(nèi)水力停留時間分別為10～12h，5～6h，所述多功能池內(nèi)水力停留時間為2～3h，其他反應(yīng)池停留時間均<2h，整個系統(tǒng)總平均水力停留時間為19～24h。
本發(fā)明工藝系統(tǒng)的污泥實(shí)際上是各自完成其相應(yīng)的功能，好氧生物膜是亞硝化反應(yīng)，厭氧生物膜是ANAMMOX反應(yīng)，懸浮的活性污泥功能則是生物除磷，所以其污泥齡實(shí)際上也是分開的。對于第一好氧池來說，由于載體附著生長生物膜，故亞硝化菌的長泥齡通過生物膜的附著實(shí)現(xiàn)，其泥齡可以達(dá)到30d以上，對硝化反應(yīng)非常有利。同樣的，厭氧氨氧化菌也需要長的泥齡，故厭氧池內(nèi)加載填料，其泥齡也可達(dá)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(tǒng)來說，依靠的是懸浮污泥，故系統(tǒng)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程，故本發(fā)明的工藝事實(shí)上形成了多泥齡生物反應(yīng)系統(tǒng)(三泥齡系統(tǒng))。
若進(jìn)水有機(jī)物濃度過高，進(jìn)水BOD5/TP遠(yuǎn)遠(yuǎn)>17時，但是總磷濃度不高，則應(yīng)該考慮設(shè)置前曝氣池將有機(jī)物去除一部分，否則過高的BOD5濃度容易導(dǎo)致第一好氧池的硝化菌運(yùn)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(qū)以通過反硝化去除部分有機(jī)物的方式，若運(yùn)行不當(dāng)，容易導(dǎo)致多功能池的厭氧功能受到影響。若進(jìn)水有機(jī)物濃度過高，總磷濃度也很高，即使進(jìn)水BOD5/TP接近于17，本工藝也可能會不適應(yīng)，因?yàn)樵诒竟に囍蠦OD5主要通過除磷環(huán)節(jié)去除，除磷實(shí)際上主要是通過污泥排放去除BOD5，當(dāng)BOD5濃度高意味著泥齡很短，而過短的泥齡對于除磷來說未必是合適的。
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ANAMMOX反應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫氮的基礎(chǔ)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(xiàn)脫氮、除磷和去除有機(jī)物功能的集成；工藝運(yùn)行靈活，可靠，工藝流程相對不復(fù)雜，且能耗與運(yùn)行總費(fèi)用較低，無需補(bǔ)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）
