一种生物脱氮除磷装置、污水处理厂、及污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理，特别是涉及一种用于污水处理的生物脱氮除磷装置、污水处理厂、及污水处理方法、及污水厂改造方法。

背景技术：

1、在污水处理中，目前常用的污水二级生物处理工艺为a2/o工艺。a2o法又称aao法，是英文anaerobic-anoxic-oxic第一个字母的简称(厌氧-缺氧-好氧法)的简写，该工艺具有脱氮除磷效果。a2o工艺具有工艺成熟、运行稳定、处理效果较好、运行经验丰富的优点。

2、对实际运行的项目进行调研和数据分析发现，一般来说我国一个市政污水处理厂的进水tn一般在35-45mg/l，总磷进水一般在2-5mg/l之间，而传统a2/o工艺的出水总氮一般在10-20mg/l之间，总磷出水一般在0.5-1.5mg/l之间，而要实现出水总磷达到准四类出水标准的要求(tp低于0.3mg/l)，需要进一步进行深度处理，例如在二沉池之后设置高密度沉淀池和深床反硝化滤池等，通过辅助投加化学药剂和碳源来提高出水水质。

3、市政污水厂的典型工艺流程如图1所示，即所谓三级处理体系。一级处理是预处理，包括粗格栅、提升泵站、细格栅、沉砂池、初沉池等。二级处理是a2/o工艺生化处理，包括a2/o生化池和二沉池。三级处理为深度处理，包括高密度沉淀池工艺和深床反硝化滤池工艺等。

4、除磷脱氮生物处理工艺一般采用a2/o工艺，该工艺流程由厌氧池、缺氧池和好氧池3个区段组成，见图2。每个区段都可以设计成完全混合式、推流式或组合式。硝化混合液从好氧区末端回流至缺氧区进行反硝化，内回流比一般为200％～300％，污泥回流比一般为100％左右，进水和回流污泥进入厌氧区，水力停留时间一般为1-2小时。

5、厌氧池进行厌氧反应用于生物除磷，厌氧反应需要保证在厌氧状态下进行才可以进行有效的生物除磷。缺氧池进行缺氧反应用于把从好氧池中回流过来的硝酸盐氮转化成氮气，缺氧反应需要保证溶解氧浓度尽量低，较高的硝酸盐氮浓度和进水cod反应产生氮气。好氧池进行好氧反应用于把污水中的氨氮及有机氮等氧化成硝酸盐氮，好氧反应需要维持溶解氧含量至少高于1.5mg/l。

6、生化池(包括厌氧池、缺氧池和好氧池)一般的活性污泥混合液浓度在2500-4500mg/l之间。活性污泥在二沉池中沉淀后泥水之间有清晰的界面，絮凝体结合整体共同下沉。二沉池是脱氮除磷活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使混合液澄清，活性污泥沉淀、浓缩。其工作效果能够直接影响生化系统的出水水质、回流污泥浓度和污泥脱水性能。

7、一方面，如果活性污泥在二沉池中沉淀停留较长，硝酸盐氮会和残存的可生物降解cod进行反硝化反应产生氮气，氮气带着沉淀后的活性污泥重新上浮，造成出水ss浓度升高。所以一般二沉池的设计水深较浅，水力表面负荷取值较高，以缩短活性污泥在二沉池中的停留时间，从而避免沉淀后的污泥再次上浮影响出水水质。

8、在冬季时水温低，二沉池处理水量低，排放的水质差。需要大大加大二沉池的池容，设置进一步建设深度处理系统如高密度沉淀池和深床反硝化滤池等构筑物，并需要额外投加大量碳源使出水总氮降到10mg/l以下和投加pac化学药剂除磷使出水总磷降到0.3mg/l以下，建设成本与运行成本高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种生物脱氮除磷装置来提高出水质量，尤其是降低出水中的含氮量指标。

2、为实现上述目的，本发明提供一种。一种用于污水处理的生物除磷脱氮装置，所述生物除磷脱氮装置包括顺次连接的生化处理单元和二沉池，所述生化处理单元用于对污水进行除磷脱氮生物处理，所述二沉池用于对生化处理单元处理后的污水进行泥水分离；

3、所述生化处理单元包括：顺次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池与所述二沉池连通，

4、其特征在于，所述生物除磷脱氮装置还包括内源反硝化池，

5、所述二沉池通过第一污泥回流管与所述内源反硝化池连通，所述内源反硝化池通过第二污泥回流管连通至所述厌氧池，

6、其中，第一污泥回流管中设置有第一污泥回流泵，用于将所述二沉池中的活性污泥向所述内源反硝化池输送，

7、所述第二污泥回流管用于将所述内源反硝化池中的污泥向所述厌氧池输送。

8、优选地，在所述内源反硝化池内设置有搅拌单元，以对回流污泥进行搅拌而防止回流污泥板结，在所述内源反硝化池中以内源反硝化方式除硝酸盐氮，并促进聚磷菌的繁殖。

9、优选地，通过第一污泥回流管、第二污泥回流管从所述二沉池向生化处理单元回流的污泥的污泥回流比r设置在30％-150％的范围内，其中污泥回流比是指从二沉池向生化处理单元回流的的污泥流量和进入生化处理单元的污水流量的比值，

10、所述内源反硝化池的池容c根据式(1)计算：

11、c＝t*f水*r             式(1)

12、其中，t为水力停留时间，是指活性污泥在内源反硝化池中停留的时间，根据生物除磷脱氮装置的运行要求，在1-10小时之间取值；

13、f水为污水进水流量，是指单位时间内进入生化处理单元的污水的体积，r取其区间范围的中值，或者取r＝100％。

14、优选地，以式(1)计算的池容c作为设计池容，以与设计池容对应的水力停留时间t为设计水力停留时间t，并以下述方式来对设计池容c进行校核与修正；

15、步骤1，基于设计池容c和回流污泥浓度mlssr计算出动态停留在内源反硝化池中的挥发性悬浮固体或有机活性成分的量m1：

16、m1＝c*mlssr*mlvss/mlss，

17、其中，mlssr为内源反硝化池中的污泥浓度，是指内源反硝化池中的回流污泥中悬浮固体的浓度或占比，即单位体积的回流污泥中悬浮固体的重量，

18、mlvss/mlss为悬浮固体中挥发性悬浮固体的占比，为无量纲系数，

19、步骤2，基于下式计算内源反硝化池在每小时内能够去除的硝酸盐氮的量m2，

20、m2＝m1*kn

21、其中，kn为内源反硝化速率，表示单位重量的挥发性悬浮固体在单位时间内能够从泥水混合液中去除的硝酸盐氮的重量，kn采用下式计算：

22、kn＝b*1.08(t-20w          (式2)

23、在上式中，b为常数，b的值在0.4-0.6之间取值；t为温度，单位为摄氏度，取生物除磷脱氮装置所在地冬季污水的最低月度平均温度；

24、以上式计算出来的kn的单位为g no3/(kg mlvss.h)，表示在每个小时内，每千克的mlvss，能够去除的硝酸盐氮的克数，

25、步骤3，以下式计算每小时进入内源反硝化池中的硝酸盐氮的量m3：

26、m3＝f水*r*pn

27、其中，pn为回流污泥中的硝酸盐氮浓度，r的值取100％，m3的单位取g，

28、步骤4，以下式计算校核后水力停留时间t2，计算结果单位为小时，

29、t2＝m3/m2

30、步骤5，如果(t2-t)/t的绝对值小于等于设定偏差阈值，确定设计池容c符合要求，并结束；

31、否则，令设计水力停留时间t＝(t+t2)/2，并重新计算设计池容c，

32、c ＝ t * f水 * r              式(3)

33、其中，取r＝100％，并转步骤1，继续执行步骤1至步骤5，或者在循环设定次数后结束。

34、优选地，在允许建设的最大可建设内源反硝化池池容小于设计池容c的情况下，将设计池容c设定为所述最大可建设内源反硝化池池容，并计算所述最大可建设内源反硝化池池容对应的最低正常工作温度tmin，具体计算步骤如下：

35、步骤21，基于设计池容c和回流污泥浓度mlssr计算出动态停留在内源反硝化池中的挥发性悬浮固体或有机活性成分的量m1：

36、m1＝c*mlssr*mlvss/mlss，

37、步骤22，以下式计算每小时进入内源反硝化池中的硝酸盐氮的量m3：

38、m3＝f水*r*pn

39、其中，pn为回流污泥中的硝酸盐氮浓度，r的值取100％，m3的单位取g，

40、步骤23，以下式计算所需的最小内源反硝化速率kn-min，

41、kn-min＝m3/(t*m1)

42、在上式中，kn-min的单位为g no3/(kg mlvss.h)，表示在每个小时内，每千克的mlvss，能够去除的硝酸盐氮的克数；t取值为水力停留时间的小时数，为无量纲数值，t＝c/f水；m1的单位为千克；

43、最小内源反硝化速率kn-min是与设计池容c与设计水力停留时间t相对应的所需最小内源反硝化速率，最小内源反硝化速率kn-min对应的最低正常工作温度tmin高于生物除磷脱氮装置所在地冬季污水的最低月度平均温度，且以下式计算：

44、tmin＝20+ln(2*kn-min)/ln(1.08)

45、在生物脱氮除磷装置的实际运行温度低于tmin时，向内源反硝化池中投加碳源以提高反硝化速率。

46、优选地，混合液回流比设置在250％-400％的范围内，其中混合液回流比是指：从所述好氧池回流到缺氧池的泥水混合液的流量，与进入生化处理单元的污水流量的比值。

47、优选地，所述内源反硝化池采用新建的矩形或圆形土建结构，或者采用污水厂现存不用的初沉池。

48、本发明还提供一种污水处理厂，所述污水处理厂包括如上所述的用于污水处理的生物除磷脱氮装置。

49、本发明还提供一种污水处理方法，其采用包括顺次连接的生化处理单元和二沉池的生物除磷脱氮装置对污水进行生物除磷脱氮处理，其中，所述生化处理单元用于对污水进行除磷脱氮生物处理，所述二沉池用于对生化处理单元处理后的污水进行泥水分离；

50、所述生化处理单元包括：顺次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池与所述二沉池连通，

51、所述生物除磷脱氮装置还包括内源反硝化池，

52、所述二沉池通过第一污泥回流管与所述内源反硝化池连通，所述内源反硝化池通过第二污泥回流管连通至所述厌氧池，

53、其中，利用第一污泥回流管中设置的第一污泥回流泵，将所述二沉池中的活性污泥向所述内源反硝化池输送，

54、利用所述第二污泥回流管将所述内源反硝化池中的污泥向所述厌氧池输送，

55、在所述内源反硝化池内，对回流污泥进行搅拌而防止回流污泥板结，在所述内源反硝化池中以内源反硝化方式除硝酸盐氮，并促进聚磷菌的繁殖。

56、优选地，在所述的污水处理方法中，

57、通过第一污泥回流管、第二污泥回流管从所述二沉池向生化处理单元回流的污泥的污泥回流比r设置在30％-150％的范围内，其中污泥回流比是指从二沉池向生化处理单元回流的的污泥流量和进入生化处理单元的污水流量的比值，

58、所述内源反硝化池的池容c根据式(1)计算：

59、c ＝ t * f水 * r      式(1)

60、其中，t为水力停留时间，是指活性污泥在内源反硝化池中停留的时间，根据生物除磷脱氮装置的运行要求，在1-10小时之间取值；

61、f水为污水进水流量，是指单位时间内进入生化处理单元的污水的体积，r取其区间范围的中值，或者取r＝100％。

62、本发明还提供一种改造污水处理厂的方法，所述污水处理厂用于污水处理的生物除磷脱氮装置，所述生物除磷脱氮装置包括顺次连接的生化处理单元和二沉池，所述生化处理单元用于对污水进行除磷脱氮生物处理，所述二沉池用于对生化处理单元处理后的污水进行泥水分离；

63、所述生化处理单元包括：顺次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述好氧池与所述二沉池连通，所述二沉池通过设置有污泥回流泵的污泥回流通道回连至所述厌氧池的进水端，

64、其特征在于，将污泥回流通道中断，分为第一污泥回流管和第二污泥回流管，并设置内源反硝化池，

65、所述二沉池通过第一污泥回流管与所述内源反硝化池连通，所述内源反硝化池通过第二污泥回流管连通至所述厌氧池的进水端，

66、其中，第一污泥回流管中设置有污泥回流泵，用于将所述二沉池中的污泥向所述内源反硝化池输送，

67、所述第二污泥回流管用于将所述内源反硝化池中的污泥向所述厌氧池输送。