一种分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法

IPC分类号 : C02F3/30,G05D7/00

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CN201410128882.X

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专利摘要

一种分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法，属于污水处理技术领域。通过控制各好氧区的F/(ρV)值相等，确定各点进水流量之间的比例关系，其中F为好氧区的进水负荷，包括上级携带负荷和本级进水负荷，ρ为好氧区的填料装填率，V为好氧区的体积。在确定各点进水流量之间的比例关系的基础上，通过出水理想水质要求，推导出水回流比，继而得到各点进水流量以及出水回流量之间的比例关系。依据各点进水流量以及回流量之间的比例关系，通过设置多组实验进行对比，确定总HRT的最佳区间。本发明能够提高总氮的去除率，使其达到80%左右；具有实用性强，易于推广等优点；能够实现对市政低C/N污水的高效低耗处理。

权利要求

1.分段进水A/O生物膜工艺的装置，其基本特征在于：为n级串联的A/O工艺装置，依次为缺氧区A₁、好氧区O₁、缺氧区A₂、好氧区O₂、……、缺氧区A_n、好氧区O_n，每级好氧区与缺氧区体积比为（1～2）:1；在缺氧区A₁、A₂、……、A_n分别装填相同形式的填料；在好氧区O₁、O₂、……、O_n分别装填相同形式的填料；好氧区O₁、O₂、……、O_n中分别设有曝气装置，反应器分n段并联多点进水，n个进水管分别通过蠕动泵与原水箱连接，然后另一端分别设在缺氧区A₁、A₂、……、A_n中；好氧区O_n设有出水回流管，通过蠕动泵与缺氧区A₁连接；每级A/O工艺装置均设有污泥出口。

2.按照权利要求1的分段进水A/O生物膜工艺的装置，其特征在于：通过自控装置将好氧区的DO控制在1.8～2mg/L之间，温度控制在28～29℃之间。

3.利用权利要求1或2的装置进行分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法，其特征在于，通过控制各好氧区的F/(ρV)值相等得到各点进水流量之间的比例关系，其中F为好氧区的进水负荷，包括上级携带负荷和本级进水负荷，ρ为好氧区的填料装填率，V为好氧区的体积；在确定各点进水流量比的基础上，通过出水的理想水质要求，推导出水回流比与各点进水流量之间的关系，继而得到各点进水流量以及出水回流量之间的比例关系；依据各点进水流量以及回流量之间的比例关系，通过设置多组实验进行对比，确定总HRT的最佳区间。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，设n级A/O工艺的好氧区的体积分别为V₁、V₂、……、V_n；n级进水流量分别为r₁、r₂、……、r_n，出水回流流量为R；n级好氧区的填料的装填率分别为ρ₁、ρ₂、……、ρ_n；原水中NH₄⁺的浓度为C；出水总氮的去除率要求高于α。通过控制各好氧区的F/(ρV)值相等得到各点进水流量之间的比例关系，其中F为好氧区的进水负荷，包括上级携带负荷和本级进水负荷，由于回流液中氨氮负荷较低，忽略回流液所携带的氨氮负荷，相应的每一级的好氧区的F/(ρV)值分别表示为：

令各级好氧区的F/(ρV)值相等，可得连等式：

$\frac{r_{1} \cdot C}{V_{1} \cdot ρ_{1}} = \frac{[r_{2} + (1 - α) r_{1}] \cdot C}{V_{2} \cdot ρ_{2}} = . . . . . . = \frac{[r_{n} + (1 - α) r_{n - 1} + {(1 - α)}^{2} r_{n - 2} + . . . + {(1 - α)}^{n - 1} r_{1}] \cdot C}{V_{n} \cdot ρ_{n}}$

根据上述连等式，即可求得r₁、r₂、……、r_n之间的比例关系。

5.按照权利要求4的方法，其特征在于，建立了出水回流流量R的分配方法，设出水理想水质为总氮不高于T，氨氮不高于N，出水中有机氮占总氮的比例为X；

出水中硝态氮同时含亚硝态氮的浓度实际上近似等于第n级好氧区进水氨氮的浓度：

$\frac{[r_{n} + (1 - α) r_{n - 1} + {(1 - α)}^{2} r_{n - 2} + . . . + {(1 - α)}^{n - 1} r_{1}] \cdot C}{r_{1} + r_{2} + . . . + r_{n} + R}$

出水硝态氮同时含亚硝态氮的浓度与出水总氮、氨氮的指标有关，即应该满足：

$\frac{[r_{n} + (1 - α) r_{n - 1} + {(1 - α)}^{2} r_{n - 2} + . . . + {(1 - α)}^{n - 1} r_{1}] \cdot C}{r_{1} + r_{2} + . . . + r_{n} + R} \leq (1 - X) T - N$

出于节省能耗考虑，此处取等号，即

$\frac{[r_{n} + (1 - α) r_{n - 1} + {(1 - α)}^{2} r_{n - 2} + . . . + {(1 - α)}^{n - 1} r_{1}] \cdot C}{r_{1} + r_{2} + . . . + r_{n} + R} = (1 - X) T - N$

至此，r₁、r₂、……、r_n、R之间的比例关系就能确定。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，确定了r₁、r₂、……、r_n、R之间的比例关系，进行总HRT的对比实验，确定总HRT的最佳区间，从总氮去除率以及单位时间或能耗处理率这两个方面进行对比，确定最合适的总HRT。

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，分别选取总HRT为10、12、14、16、18h进行对比。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法，运用本发明中的流量分配方法能够更好地解决市政污水中碳源不足的问题，提高总氮的去除率，属于污水处理技术领域。

背景技术

近年来，随着我国城镇化建设的迅速发展，对市政污水的处理要求也越来越高，为此国家出台了更为严格的城镇污水处理标准。我国许多城市污水属典型的低C/N污水，很多时候，低碳氮比污水本身所能提供的碳源已经不能满足同步高效脱氮的要求。

分段进水A/O生物脱氮工艺是近年来快速开发的生物脱氮新工艺，这种工艺的优点是所需池容较小、脱氮效率高、运行管理方便，最主要的就是有机底物沿池长均匀分布，在处理低碳氮比污水上可以充分利用污水碳源，利于反硝化的进行，并且负荷均衡，即一定程度上减小了供氧速率与耗氧速率之间的差距，有利于降低能耗，又可以充分发挥污泥中微生物的降解功能。在分段进水A/O工艺中，原水多点投配，使得各段好氧区硝化容量不同，分配比不同时，为缺氧区提供的反硝化供体不同，因此，流量分配比不仅直接影响系统各段硝化容量的充分利用，也必然影响着各段缺氧区反硝化效果。

目前，针对分段进水流量分配方法的研究，主要集中于活性污泥法。有学者提出了2种流量分配方法，一是等负荷流量分配法，根据系统各段硝化容量分配流量，优先保证硝化效果，用于高负荷时保证系统稳定运行有效方式；二是采用流量分配系数，根据进水C/N进行流量分配，目的是充分利用进水碳源，并保证最后一段进水量最少，该方法是提高脱氮效率乃至深度脱氮的重要方式。等负荷流量分配法通过控制各好氧区F/M值相等进行流量分配。

针对生物膜法，上述的等负荷流量分配方法并不完全适用。本发明通过控制各好氧区的F/(ρV)值相等得到各点进水流量之间的比例关系，其中F为好氧区的进水负荷，包括上级携带负荷和本级进水负荷，ρ为好氧区的填料装填率，V为好氧区的体积；在确定各点进水流量之间的比例关系的基础上，通过出水理想水质要求，推导出水回流比；依据各点进水以及回流液之间的流量比例关系，通过多组实验对比，确定总HRT的最佳区间。本发明能够节省碳源，降低能耗，提高总氮去除率，保证系统稳定运行，实现对市政污水的高效低耗处理。

发明内容

与本发明相对应的分段进水A/O生物膜工艺的装置的基本特征在于：为n级串联的A/O工艺装置，依次为缺氧区A₁、好氧区O₁、缺氧区A₂、好氧区O₂、……、缺氧区A_n、好氧区O_n，每级好氧区与缺氧区体积比为（1～2）:1；在缺氧区A₁、A₂、……、A_n分别装填相同形式的填料；在好氧区O₁、O₂、……、O_n分别装填相同形式的填料；好氧区O₁、O₂、……、O_n中分别设有曝气装置，通过自控装置将好氧区的DO控制在1.8～2m_g/L之间，温度控制在28～29℃之间；反应器分n段并联多点进水，n个进水管分别通过蠕动泵与原水箱连接，然后另一端分别设在缺氧区A₁、A₂、……、A_n中；好氧区O_n设有出水回流管，通过蠕动泵与缺氧区A₁连接；每级A/O工艺装置均设有污泥出口。

上述装置的分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法，其特征在于，通过控制各好氧区的F/(ρV)值相等得到各点进水流量之间的比例关系，其中F为好氧区的进水负荷，包括上级携带负荷和本级进水负荷，ρ为好氧区的填料装填率，V为好氧区的体积；在确定各点进水流量比的基础上，通过出水的理想水质要求，推导出水回流比与各点进水流量之间的关系，继而得到各点进水流量以及出水回流量之间的比例关系；依据各点进水流量以及回流量之间的比例关系，通过设置多组实验进行对比，确定总HRT的最佳区间。

优选上述一种分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法，其基本特征在于：设n级A/O工艺的好氧区的体积分别为V₁、V₂、……、V_n；n级进水流量分别为r₁、r₂、……、r_n，出水回流流量为R；n级好氧区的填料的装填率分别为ρ₁、ρ₂、……、ρ_n；原水中NH₄⁺的浓度为C；出水总氮的去除率要求高于α。通过控制各好氧区的F/(ρV)值相等得到各点进水流量之间的比例关系，其中F为好氧区的进水负荷，包括上级携带负荷和本级进水负荷。由于回流液中氨氮负荷较低，为了简化计算过程，忽略回流液所携带的氨氮负荷。相应的每一级的好氧区的F/(ρV)值分别可以表示为：

令各级好氧区的F/(ρV)值相等，可得连等式：

r1·CV1·ρ1=[r2+(1-α)r1]·CV2·ρ2=......=[rn+(1-α)rn-1+(1-α)2rn-2+...+(1-α)n-1r1]·CVn·ρn]]>

根据上述连等式，即可求得r₁、r₂、……、r_n之间的比例关系。

在此基础上，本发明还建立了出水回流流量R的分配方法，其基本特征为：设出水理想水质为总氮不高于T，氨氮不高于N，出水中有机氮占总氮的比例为X。

出水中硝态氮（含亚硝态氮）的浓度实际上近似等于第n级好氧区进水氨氮的浓度：

[rn+(1-α)rn-1+(1-α)2rn-2+...+(1-α)n-1r1]·Cr1+r2+...+rn+R]]>

出水硝态氮（含亚硝态氮）的浓度与出水总氮、氨氮的指标有关。即应该满足：

[rn+(1-α)rn-1+(1-α)2rn-2+...+(1-α)n-1r1]·Cr1+r2+...+rn+R≤(1-X)T-N]]>

出于节省能耗考虑，此处取等号，即

[rn+(1-α)rn-1+(1-α)2rn-2+...+(1-α)n-1r1]·Cr1+r2+...+rn+R=(1-X)T-N]]>

至此，r₁、r₂、……、r_n、R之间的比例关系就能确定。

依据确定的r₁、r₂、……、r_n、R之间的比例关系，进行总HRT的对比实验，确定总HRT的最佳区间。基本特征为：分别选取总HRT为10、12、14、16、18h，从总氮去除率以及单位时间（能耗）处理率这两个方面进行对比，确定最合适的总HRT。实现对市政污水的高效低耗处理。

实验结果表明：本发明能够提高总氮的去除率，使其达到80%左右；具有实用性强，易于推广等优点；能够实现对市政低C/N污水的高效低耗处理。

附图说明

图1是本发明一种分段进水A/O生物膜工艺强化脱氮的流量分配方法的原理图（以分段进水三级A/O工艺为例）。

图中，1—原水箱，2—蠕动泵，3—第一级进水，4—第二级进水，5—第三级进水，6—硝化液回流，7—空气泵，8—转子流量计，9—曝气头，10—在线控制装置，11—排泥口，12—出水口，O1、O2、O3—好氧区，A1、A2、A3—缺氧区。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。本发明的具体操作步骤在发明内容已经有详述，该处不再赘述。

实施案例：以分段进水三级A/O工艺为研究对象进行流量分配，考察其对某大学家属区生活污水的处理效果。实验结果表明：本发明实用性强，易于推广，能够实现对市政污水的高效低耗处理。

分段进水三级A/O工艺依次为缺氧区A1、好氧区O1、缺氧区A2、好氧区O2、缺氧区A3、好氧区O3，依次为30L、60L、30L、60L、40L、50L。在所有缺氧区与好氧区均装填悬浮流离球填料，悬浮流离球内部填充立体海绵和鲍尔环，两者比例为2:1，填充比控制在70%～80%之间。缺氧区A1、A2、A3中流离球的装填率控制在80%～90%之间。好氧区O1、O2、O3中流离球的装填率控制在45%左右。分三段进水，三个进水管分别设在缺氧区A1、缺氧区A2、缺氧区A3，硝化液从好氧池O3回流到缺氧区A1。通过自控装置将好氧区O1、O2、O3中的DO控制在1.8～2mg/L之间，温度控制在28～29℃之间，通过反应器下部的排泥口进行定期排泥并计量。总HRT依次为10、12、14、16、18h。

进水水质：COD200～300mg/L，BOD₅150～200mg/L，TN110～130mg/L，NH₄⁺70～80mg/L，TP4～7mg/L，SS80～160mg/L。计算过程TN取120mg/L，NH₄⁺取75mg/L。

出水理想水质：TN≤20mg/L，NH₄⁺≤5mg/L，因此，T取20，N取5

流量分配的计算过程如下：

V₁=V₂=60,，V₃=50，ρ₁=ρ₂=ρ₃=0.45，T=20，N=5，C取75，根据本课题的长期试验，X介于25%～35%之间，取0.3。

依据发明内容中的公式，代入上述数据，可以列出下列连等式：

r160=r2+r1660=r3+r26+r13650]]>

推导出：r₁：r₂：r₃=6：5：4。

同时，r3+r26+r136r1+r2+r3+R×75=(1-0.3)×20-5]]>

结合上述r₁、r₂、r₃的比例关系，最终可以得到：

r₁：r₂：r₃：R=18：15：12：80

最后，需要确定总HRT的最佳区间。每种HRT的具体流量分配以及各自的处理效果见下表所示：

HRT（h）r₁（L/h）r₂（L/h）r₃（L/h）R（L/h）总氮去除率单位时间（能耗）去除率1010.897.24857%5.7%1297.564068%5.67%147.716.425.1434.2978%5.57%166.755.6254.53082%5.125%1865426.6783%4.61%

综合总氮去除率以及单位时间（能耗）去除率两个发面的数据，最终确定总HRT的最佳区间为14～16h。

本发明能够利用相对低的能耗实现低C/N污水的高效处理，总氮去除率达到80%左右。具有实用性强、易于推广等特点。

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