本發(fā)明屬于環(huán)境工程學科中污水處理技術領域，具體涉及一種基于碳氮分離的污水處理系統(tǒng)及工藝。
背景技術：
近年來高濃度有機廢水處理技術已由傳統(tǒng)單一的預處理+活性污泥法轉(zhuǎn)向更加集約、節(jié)能的厭氧-好氧聯(lián)合處理方法。然而，對于原水中同時含有較高濃度氨氮的廢水厭氧-好氧聯(lián)合處理方法處理難度較大，往往需要根據(jù)廢水水質(zhì)特性采取物理、化學預處理然后與生化處理方法相結合處理方法。此種處理方法投資成本高，運行費用高，且易造成二次污染。
由于進入?yún)捬醍a(chǎn)甲烷系統(tǒng)中含氮量過多，pH值可能上升到8.0以上，脂肪酸的銨鹽發(fā)生積累，使有機物分解受到抑制；發(fā)生反硝化過程引起厭氧污泥的沉降性下降從而導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差；同時NO2-N/NO3-N以及反硝化的中間產(chǎn)物對甲烷菌具有毒害作用，以上原因綜合作用直接導致了厭氧反應器的不穩(wěn)定及厭氧系統(tǒng)產(chǎn)氣品質(zhì)的下降。
更多的碳源在反硝化過程中被反硝化菌利用同時產(chǎn)生氮氣，消耗大量有機碳源，從而導致了系統(tǒng)甲烷產(chǎn)生量的減少，降低了系統(tǒng)碳源利用效率，破壞了厭氧反應器的優(yōu)勢。
由于污水中總氮含量高，在后續(xù)好氧處理系統(tǒng)設計中污水氨氮負荷必然成為好氧池設計的限制性因素，為了保證系統(tǒng)氨氮達標排放，往往需要較大的曝氣池容積，必然導致建設成本的增加。同時氨氮氧化過程中消耗的溶解氧必然也是系統(tǒng)風量的主要限制性因素，系統(tǒng)運行費用較高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有厭氧-好氧污水處理技術的不足，提供一種處理含有中、高濃度有機物及總氮廢水的厭氧菌群生物吸附-高濃度生物厭氧降解聯(lián)合短程脫氮活性污泥處理工藝的技術方案，該工藝方案具有工藝簡單、處理效果好、設備投資小、運行成本低、
節(jié)能產(chǎn)能的特點。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種基于碳氮分離的低耗高效污水處理系統(tǒng)，包括恒溫加熱系統(tǒng)、快速混凝反應器、一級分離反應器、厭氧反應器、氨氧化反應器、反硝化反應器、后曝氣反應器、二級分離反應器；所述恒溫加熱系統(tǒng)連接快速混凝反應器，所述快速混凝反應器的出口端連接所述一級分離反應器，所述一級分離反應器的出口段分別連接所述厭氧反應器和所述氨氧化反應器，所述氨氧化反應器、反硝化反應器、后曝光反應器以及二級分離反應器依次連接，
所述厭氧反應器底部設有污泥回流系統(tǒng)，所述污泥回流系統(tǒng)連接快速混凝反應器，使污泥回流至快速混凝反應器并循環(huán)至一級分離反應器循環(huán)吸附，所述二級分離反應器設有污泥回流系統(tǒng)，回流系統(tǒng)出口端連接快速混凝反應器，所述厭氧反應器還與反硝化反應器連接，所述氨氧化反應器及后曝氣反應器設有曝氣系統(tǒng)。
進一步優(yōu)選的，所述厭氧反應器為錯流式反應器，還包括進水連接管道和污泥回流連接管道，所述進水連接管道位于反應器的上部，所述污泥回流管道連接污泥回流系統(tǒng)，所述厭氧反應器進水連接管道及污泥回流連接管道上分別設有流量控制閥。
進一步優(yōu)選的，所述氨氧化反應器、反硝化反應器及后曝氣反應器內(nèi)均設有海綿填料，所述海綿填料通過金屬篩網(wǎng)固定在反應器內(nèi)，其體積占反應器總體積的5％-15％。
進一步優(yōu)選的，所述反硝化反應器與后曝氣反應器連接管路設有熱回收裝置。
進一步優(yōu)選的，快速混凝反應器、一級分離反應器、厭氧反應器、氨氧化反應器設有保溫裝置。
一種基于碳氮分離的低耗高效污水處理工藝，其特征在于，包括如下步驟：
(1)將高濃度廢水進行恒溫加熱；
(2)將加熱后的高濃度廢水與回流污泥充分混合攪拌，使污水中顆粒狀及膠體狀有機物高效絮凝；
(3)將混凝后的污水進行固液分離，將其分成含有大量有機物的污泥和高氨氮廢水。
(4)分離后的污泥進行厭氧生物反應，之后進行生物質(zhì)能源回收；將產(chǎn)生的厭氧活性污泥作為回流污泥，將上清液進一步處理；
(5)將分離后的高氨氮廢水進行好氧微生物氨氧化反應；
(6)將步驟4的流出水以及步驟3的上清液進行反硝化反應，脫氮；
(7)將步驟5的流出水進行硝化反應；
(8)將步驟6的流出水進行二次固液分離后外排，將沉淀的污泥作為回流污泥；
(9)將上述回流污泥與加熱后的高濃度廢水進行混合，重復步驟(2)～(8)。
進一步優(yōu)選的，厭氧反應器和氨氧化反應器分別選擇性地培養(yǎng)厭氧顆粒污泥和好氧微生物氨氧化細菌。
進一步優(yōu)選的，一級分離反應器：中溫30-35℃條件下運行，吸附沉淀時間10min-30min。
進一步優(yōu)選的，厭氧反應器：中溫30-35℃條件下運行，用自身產(chǎn)生的沼氣進行攪拌；污泥采用推流式厭氧循環(huán)方式運行，進水有機負荷在5.0-12.0kg/(m3.d)之間。
進一步優(yōu)選的，氨氧化反應器：中溫30-35℃條件下運行，污泥濃度4000mg/l，溶解氧濃度0.3～0.5mg/L，采用連續(xù)培養(yǎng)掛膜方式運行。
進一步優(yōu)選的，后曝氣反應器溶解氧控制在2～5mg/L范圍。
本發(fā)明有益效果是：
1、與傳統(tǒng)厭氧好氧處理工藝相比，該工藝可以大幅提高含中、高濃度有機物及總氮廢水處理系統(tǒng)有機負荷，節(jié)約建設成本，降低系統(tǒng)能耗并同時節(jié)能產(chǎn)能。
2、厭氧反應器進水為一級分離反應器中生物選擇吸附的高濃度廢水，有利于形成生物相穩(wěn)定的厭氧菌群，由于產(chǎn)甲烷絲菌半飽和常數(shù)低，能在低有機負荷下較為徹底地去除殘余有機物，加之以甲烷絲菌為骨架的顆粒污泥具有較好的沉降性能，能夠最大限度地改善出水水質(zhì)。
3、以厭氧吸附-厭氧生物處理分離模式運行時，能夠縮短厭氧系統(tǒng)總的水力停留時間，提高系統(tǒng)整體的有機負荷?；钚晕勰嘀袕U水與厭氧顆粒污泥接觸很短時間內(nèi)大部分COD就被吸附去除，10min就降到一個低點，吸附能達到假定平衡，此時COD的去除率為74.9％，吸附去除效果十分顯著；而厭氧顆粒污泥對于氨氮幾乎沒有吸附效果，最高僅達到5％。利用厭氧污泥吸附污水中的有機污染物分離處理可以避免高氨氮廢水進入?yún)捬醴磻到y(tǒng)進行無謂的停留，增加了系統(tǒng)處理的針對性，有利于提高系統(tǒng)整體的有機負荷。
4、由于進入高濃度厭氧反應器的總氮含量較低，避免了在厭氧反應器中發(fā)生反硝化反應，使厭氧系統(tǒng)產(chǎn)氣中甲烷純度大幅提高，同時避免了高濃度氨氮及硝酸鹽氮對產(chǎn)甲烷菌的抑制毒害作用。
5、系統(tǒng)利用厭氧顆粒污泥回流進行吸附反應，無需添加任何絮凝劑；且由于采用了短程硝化工藝，通過選擇性的培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物氨氧化細菌將硝化作用控制在亞硝酸鹽階段，能夠節(jié)省氧氣消耗量、提高反硝化效率、節(jié)省反硝化碳源、減少污泥產(chǎn)生量，從而降低系統(tǒng)運行費用。
6、因采用厭氧吸附模型減少了厭氧反應器的體積，且短程硝化反應降低了系統(tǒng)好氧池規(guī)模，工程投資較低。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；
具體實施方式
一種基于碳氮分離的低耗高效污水處理系統(tǒng)，包括恒溫加熱系統(tǒng)、快速混凝反應器、一級分離反應器、厭氧反應器、氨氧化反應器、反硝化反應器、后曝氣反應器、二級分離反應器；所述恒溫加熱系統(tǒng)連接快速混凝反應器，所述快速混凝反應器的出口端連接一級分離反應器，一級分離反應器的出口段分別連接厭氧反應器和氨氧化反應器，所述氨氧化反應器、反硝化反應器、后曝氣反應器以及二級分離反應器依次連接，所述厭氧反應器底部設有污泥回流系統(tǒng)，所述污泥回流系統(tǒng)連接快速混凝反應器，使污泥回流至快速混凝反應器并循環(huán)至一級分離反應器循環(huán)吸附，所述二級分離反應器設有污泥回流系統(tǒng)，回流系統(tǒng)出口端連接快速混凝反應器，所述厭氧反應器還與反硝化反應器連接。所述氨氧化反應器及后曝氣反應器設有曝氣系統(tǒng)。
所述厭氧反應器為錯流式反應器，還包括反應器、進水連接管道和污泥回流連接管道，所述進水連接管道位于反應器的上部，進水從反應器頂部流入反應器反應并下流進入反應器的底部沉降區(qū)，經(jīng)泥水分離的上清液上流進入頂部出水槽外排至反消化反應器，所述污泥回流連接管道連接污泥回流系統(tǒng)。所述厭氧反應器進水連接管道及污泥回流連接管道上分別設有流量控制閥，用于控制系統(tǒng)流量。
進一步優(yōu)選的，所述氨氧化反應器、反硝化反應器及后曝氣反應器內(nèi)均設有海綿填料，強化功能微生物的富集生長；所述海綿填料通過金屬篩網(wǎng)固定在反應器內(nèi)，其體積占反應器總體積的5％-15％。
進一步優(yōu)選的，所述反硝化反應器與后曝氣反應器連接管路設有熱回收裝置，回收熱能用于恒溫加熱系統(tǒng)。
進一步優(yōu)選的，所述快速混凝反應器、一級分離反應器、厭氧反應器、氨氧化反應器均設有保溫裝置，其中厭氧反應器、氨氧化反應器溫度控制在30-35℃。
厭氧反應器和氨氧化反應器分別選擇性地培養(yǎng)厭氧顆粒污泥和好氧微生物氨氧化細菌。一級分離反應器以吸附反應為主，厭氧反應器進行厭氧生物降解反應，氨氧化反應器以好養(yǎng)微生物氨氧化反應為主，反硝化反應器進行反硝化反應，后曝氣反應器進行硝化反應。
原料：
厭氧反應器接種污泥：城市污水處理廠消化污泥；
氨氧化反應器接種污泥：以現(xiàn)有污水廠二沉池回流污泥作為接種污泥；
鹽類化合物：FeCl2、CoCl2和NiCl2
條件：
一級分離反應器：中溫30-35℃條件下運行，吸附沉淀時間10min-30min；
厭氧反應器：中溫30-35℃條件下運行，用自身產(chǎn)生的沼氣進行攪拌；污泥采用推流式厭氧循環(huán)方式運行，進水有機負荷在5.0-12.0kg/(m3.d)之間；微量金屬元素Fe2+、Co2+和Ni2+都參與了厭氧微生物甲烷菌的合成，這些微量金屬元素的補充可增加單位質(zhì)量微生物中活細胞的濃度及它們的酶活性，促進顆粒污泥的形成，對厭氧菌群具有催化激活的作用。微量金屬元素投加量為FeCl2:1g/(m3.d)、CoCl2:0.1g/(m3.d)、NiCl2:0.2g/(m3.d)。
氨氧化反應器：中溫30-35℃條件下運行，污泥濃度4000mg/l，溶解氧濃度0.3～0.5mg/L，采用連續(xù)培養(yǎng)掛膜方式運行。
后曝氣反應器:溶解氧控制在2～5mg/L范圍。
本發(fā)明運行模式為：混凝-吸附分離-厭氧脫碳產(chǎn)能\好氧氨氧化反應-反硝化脫氮-硝化反應-沉淀排水。
一種基于碳氮分離的低耗高效污水處理工藝，具體步驟如下：
(1)經(jīng)過預處理的污水首先進入快速混凝反應器，通過與厭氧反應器及二級分離反應器回流污泥充分混合攪拌，使污水中顆粒狀及膠體狀有機物高效絮凝；
(2)混凝后的污水自流進入一級分離反應器進行固液分離；
(3)污水混凝后吸附了大量有機物的厭氧污泥沉積至一級分離反應器底部，控制有機碳源氧化還原電位-310～-340mV，排入?yún)捬醴磻?，進行生物質(zhì)能源回收。
(4)污水混凝后剩余的高氨氮廢水流入氨氧化反應器通過氨氧化菌的作用，生成亞硝酸鹽；
(5)氨氧化反應器及厭氧反應器出水流入反硝化反應器通過反硝化菌的作用脫氮；
(6)反硝化反應器出水流入后曝氣反應器；
(7)后曝氣反應器出水經(jīng)二級分離反應器固液分離后外排。
本發(fā)明適用于含中、高濃度有機物及總氮廢水處理工程，針對傳統(tǒng)厭氧-好氧污水處理工藝產(chǎn)能效率低、脫氮效果不佳、能耗較高等缺點，將傳統(tǒng)厭氧-好氧工藝與污泥吸附進水及短程硝化技術結合，這里的短程硝化技術包括氨氧化與反硝化技術。在工藝前期采用厭氧吸附-厭氧生物處理分離模式流程，首先，運用厭氧反應器回流污泥對原水進行吸附，利用厭氧活性污泥的初期吸附特性將污水中的大部分有機物吸附、過濾截留下來，可以達到對污水進行碳氮分離的目的，隨污泥進入?yún)捬醴磻?，吸附的有機物進行厭氧生物反應，經(jīng)過水解-發(fā)酵產(chǎn)酸-產(chǎn)甲烷途徑轉(zhuǎn)化成沼氣回收利用；剩余的高氨氮廢水流入氨氧化反應器通過氨氧化菌的作用，生成亞硝酸鹽；短程硝化技術包括氨氧化反應器及厭氧反應器出水進入反硝化反應器，在反硝化反應器內(nèi)，反硝化菌利用厭氧反應器出水中剩余有機污染物作為碳源及電子供體進行反硝化反應，亞硝酸鹽被還原成氮氣達到脫氮的目的；反硝化反應器出水進入后曝氣反應器進行硝化反應，實現(xiàn)剩余碳源及氨氮的去除確保高質(zhì)量的出水水質(zhì)；后曝氣反應器出水經(jīng)二級分離反應器沉淀后上清液達標排放。這種工藝既減少了進入硝化過程中的有機物，降低了硝化過程中COD對硝化細菌的抑制作用，提升了硝化效率，節(jié)省了曝氣能源，又回收了原水中碳源，還大量減少了剩余污泥量，節(jié)約了污水處理的成本。
本發(fā)明所給出的具體實施方式是為了進一步解釋本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。