專利名稱：復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法。
背景技術(shù)：
氮磷去除需涉及硝化、反硝化、微生物釋磷和吸磷等過程，各過程對微生物組成、基質(zhì)類型及環(huán)境條件的要求不一樣，在同一污水處理工藝系統(tǒng)中就不可避免地產(chǎn)生了各過程間的矛盾關(guān)系。實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時除磷效果較差，而除磷效果好時脫氮效果不佳的情形。現(xiàn)行同步生物脫氮除磷工藝的問題如下(1)只有單一的活性污泥系統(tǒng)，系統(tǒng)中的硝化菌與聚磷菌間存在泥齡矛盾，硝化菌世代周期較長，而聚磷菌多為短世代微生物。
(2)缺氧反硝化、厭氧釋磷過程對COD的需求量大，競爭原污水易降解COD(以VFA代表)碳源。缺氧反硝化、厭氧釋磷分開設(shè)置要求污水有較高的碳氮比和碳磷比，實際很難達(dá)到要求。
(3)采用前置反硝化脫氮模式，回流污泥中的硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)對聚磷菌釋磷產(chǎn)生不利影響；或采用流程較長的污泥與混合液的多重回流，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性及基建和運行費用。
(4)設(shè)置混合液內(nèi)循環(huán)，所排放的剩余污泥中實際上只有一少部分經(jīng)歷了完整的釋磷、吸磷過程，其余則基本上未經(jīng)厭氧狀態(tài)而直接由缺氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)，因此除磷效果不好。
城市污水處理廠出水排入地表III類功能水域等執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)，即COD＜60mg/L、BOD5＜20mg/L、SS＜20mg/L、TN＜20mg/L、NH4-N＜8mg/L(水溫低于12℃時15mg/L)、TP＜1mg/L。引入稀釋能力較小的河流作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)，即COD＜50mg/L、BOD5＜10mg/L、SS＜10mg/L、TN＜15mg/L、NH4-N＜5mg/L(水溫低于12℃時8mg/L)、TP＜0.5mg/L。我國目前的江河湖庫富營養(yǎng)化的限制因子多為磷，城市污水處理廠的國家排放標(biāo)準(zhǔn)對氮的要求不如磷嚴(yán)格，因此期望污水處理工藝能夠獲得穩(wěn)定且最好低于排放標(biāo)準(zhǔn)的磷含量?，F(xiàn)行工藝的氮磷同步去除效果不佳，多表現(xiàn)為除磷效果更差，開發(fā)具有更好除磷效果的工藝勢在必行，要求具有流程簡單、效果穩(wěn)定和低耗高效的特點。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)行工藝氮磷同步去除效果不佳的問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，該方法應(yīng)用活性污泥與生物膜復(fù)合式反應(yīng)器和獨特硝化液的回流方式形成高污泥濃度的厭氧池，將除磷脫氮制約和影響因素分解，使脫氮和除磷效果同時達(dá)到最佳，利用反硝化聚磷緩解碳源需求矛盾，尤其適用于低碳氮比的城市污水處理，除磷效果極佳，而且具有流程簡單、效果穩(wěn)定和低耗高效的特點，可用于污水廠現(xiàn)有工藝改造。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一、回流污泥攜帶硝酸鹽反硝化原水首先進(jìn)入接觸池，與沉淀池回流的富含聚磷菌的活性污泥短暫混合，控制水力停留時間5～10分鐘，將污泥中攜帶的少量硝酸鹽迅速反硝化；二、厭氧釋磷接觸池出水進(jìn)入?yún)捬醭?，在厭氧池中反硝化聚磷菌吸收大量的簡單低分子量的有機物以聚-β-羥基烷酸酯形式貯存在體內(nèi)，同時釋放磷；三、反硝化聚磷含有氨氮、磷、少量剩余有機物和已釋放磷的聚磷菌的泥水混合液進(jìn)入缺氧池，與沉淀后回流的含有硝酸鹽的上清液混合，反硝化聚磷菌以硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化聚磷；四、好氧硝化聚磷缺氧池出水進(jìn)入固定安裝有半軟性填料的生物膜—活性污泥復(fù)合式好氧池中，生物膜完成硝化反應(yīng)，聚磷菌完成剩余有機物的降解和將反硝化聚磷后殘余磷吸收完全，控制厭氧池、缺氧池、復(fù)合式好氧池的體積比為1∶1.5～1.75∶2.5～3，三池總水力停留時間為8～12小時；五、沉淀后污泥和上清液回流含有硝酸鹽和殘余的難降解有機物的好氧池出水經(jīng)沉淀池進(jìn)行泥水分離，沉淀濃縮后含聚磷菌的污泥返回至接觸池降解有機物和釋磷，含有硝酸鹽的上清液回流至缺氧池為反硝化聚磷菌提供硝酸鹽。
本發(fā)明的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法具有以下優(yōu)點
①穩(wěn)定高效的除磷效果通過設(shè)立接觸池，將污泥中攜帶的少量硝酸鹽迅速反硝化，避免對釋磷造成影響。以沉淀后的硝化液回流代替了A2/O工藝和UCT工藝的混合液回流，因此全部污泥經(jīng)歷了厭氧、缺氧和好氧的循環(huán)。厭氧區(qū)污泥濃度高，可以達(dá)到1.5～2倍缺氧池污泥濃度，對進(jìn)水中的大分子有機物降解效果好，釋磷充分。
②采用復(fù)合式活性污泥與生物膜反應(yīng)器保障冬季低溫時硝化脫氮效果，提高了生物處理系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力。復(fù)合式活性污泥與生物膜反應(yīng)器是微生物附著生長和懸浮生長的組合構(gòu)筑物，可以提高生物量，有效的防止生物固體從系統(tǒng)中流失，改善二沉池固液分離效果。同時將硝化菌棲息于填料表面固著于生物膜上，不參與污泥回流，一定程度上將污泥齡長且不耐受低溫的硝化菌與聚磷菌分開，實現(xiàn)了微生物相分離，避免了污泥齡的矛盾。
③通過缺氧反硝化除磷“一碳兩用”，緩解反硝化和釋磷對COD的需求矛盾，其所需的C/N較低，剩余污泥產(chǎn)量和供氧量少，適用于低碳氮比的城市污水處理。
④工藝設(shè)有2個回流、5個池區(qū)，工藝簡單，易于控制和管理，可用于污水廠現(xiàn)有工藝改造。


圖1為復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法的工藝流程圖，其中1代表接觸池，2代表厭氧池，3代表缺氧池，4代表好氧池，5代表沉淀池；圖2為變性聚乙烯塑料(或鋼)圓盤骨架支撐多層腈綸絲纖維結(jié)構(gòu)示意圖，其中6代表骨架，7代表腈綸絲纖維；圖3為變性聚乙烯塑料(或鋼)片狀骨架支撐多層腈綸絲纖維結(jié)構(gòu)示意圖，其中6代表骨架，7代表腈綸絲纖維。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1所示，本實施方式的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法所采用的處理系統(tǒng)由接觸池1、厭氧池2、缺氧池3、生物膜—活性污泥復(fù)合式好氧池4和沉淀池5五部分構(gòu)筑物組成，其處理方法為一、回流污泥攜帶硝酸鹽反硝化原水先進(jìn)入接觸池1，與沉淀池5回流的富含聚磷菌PAO(反硝化聚磷菌DPAO是聚磷菌的一種，它在整個系統(tǒng)中生存，但在缺氧池中才起作用，其他類型的聚磷菌在好氧池中起作用)的活性污泥短暫混合，將污泥中攜帶的少量硝酸鹽迅速反硝化。
二、厭氧釋磷然后進(jìn)入?yún)捬醭?，在厭氧池2中DPAO吸收大量的簡單低分子量的有機物以聚-β-羥基烷酸酯(PHA)形式貯存在體內(nèi)，同時釋放磷。
三、反硝化聚磷含有氨氮、磷、少量剩余有機物和已釋放磷的聚磷菌的泥水混合液進(jìn)入缺氧池3，與沉淀后回流的含有硝酸鹽的上清液混合，DPAO以硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化聚磷；受硝酸鹽量的限制，反硝化聚磷可能不完全。
四、好氧硝化聚磷復(fù)合式好氧池4具有兩個污泥系統(tǒng)，兩個污泥系統(tǒng)是指a固著于填料表面的生物膜和b懸浮生長聚磷菌，他們在同一池中完成不同的工作。硝化菌固著于填料表面的生物膜上不參與污泥回流，聚磷菌懸浮生長并在整個系統(tǒng)中循環(huán)。在曝氣條件下，生物膜完成氨氮的硝化反應(yīng)功能，聚磷菌完成剩余有機物的降解和將反硝化聚磷后殘余磷吸收完全的功能。
五、沉淀后污泥和上清液回流好氧池4出水含有硝酸鹽和殘余的難降解有機物，經(jīng)沉淀池泥水分離后，沉淀濃縮后含聚磷菌污泥返回至接觸池1降解有機物和釋磷，上清液回流至缺氧池2為DPAO提供硝酸鹽。
設(shè)備外形與主要技術(shù)參數(shù)除沉淀池5外，接觸池1、厭氧池2、缺氧池3、生物膜—活性污泥復(fù)合式好氧池4采用共用隔墻的一體化池體。其中接觸池1為推流式窄廊道，水力停留時間5～10分鐘。厭氧池2、缺氧池3、生物膜—活性污泥復(fù)合式好氧池4的體積(水力停留時間)比為1∶1.5～1.75∶2.5～3，三池總水力停留時間為8～12小時。厭氧池2、缺氧池3為加有水下攪拌器的方形池或加有水下推進(jìn)器的廊道。好氧池4采用大孔或中孔鼓風(fēng)曝氣。硝化液(上清液)回流比為100～150％，污泥回流比為50～70％。
好氧硝化池填料的選擇復(fù)合式活性污泥與生物膜反應(yīng)器要求在同一池體內(nèi)實現(xiàn)微生物相分離，即將硝化菌固著于填料表面的生物膜上不參與污泥回流，聚磷菌懸浮生長并在整個系統(tǒng)中循環(huán)。因此填料的選擇是本方法成功運行的關(guān)鍵，填料的類型和布置方式應(yīng)滿足以下條件(1)材質(zhì)投放填料后必須給懸浮性活性污泥以優(yōu)先的和充分的增殖機會，防止生物膜越來越多而懸浮污泥越來越少的情況發(fā)生；(2)曝氣要保證足夠的攪拌強度，防止因填料截留作用致使污泥在填料表面間大量結(jié)團；(3)填裝密度填料投放量必須適中，投放量太少難以發(fā)揮作用，太多則難免出現(xiàn)對污泥的截留。綜合上述影響因素，本實施方式采用固定安裝半軟性填料，即變性聚乙烯塑料(或鋼)骨架6支撐多層腈綸絲纖維7，骨架為圓柱狀(圖2)或片狀(圖3)，連接完畢的填料應(yīng)為圓柱和片狀。腈綸絲纖維的絲徑為0.2～0.4mm，半軟性填料的比表面積為62m2/m3，比容積為1.8～2.2L/m3，裝填密度為25％，其中比表面積和比容積指纖維絲和骨架已連接完畢的填料。該填料曾多次用于高濃度廢水脫氮生產(chǎn)性試驗和城市污水除磷脫氮研究中，具有掛膜快、不結(jié)泥球、水力條件好等優(yōu)點。
具體實施方式
二以表1中的低碳氮比生活污水為處理對象，采用具體實施方式
一的處理工藝，出水總氮(TN)為13.20～19.4mg/L，去除率保持在51.60～63.54％，出水氨氮(NH4+-N)平均為3.50mg/L，去除率87.92～99.33％，正常運行時出水總磷(TP)在0.86mg/L以下，平均0.55mg/L，平均去除率91％以上。COD濃度為14.66～33.60mg/L，平均24.38mg/L，去除率在87％以上。
表1生活污水水質(zhì)統(tǒng)計表

權(quán)利要求
1.復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述除磷脫氮方法按照如下步驟進(jìn)行一、回流污泥攜帶硝酸鹽反硝化原水首先進(jìn)入接觸池，與沉淀池回流的富含聚磷菌的活性污泥短暫混合，控制水力停留時間5～10分鐘，將污泥中攜帶的少量硝酸鹽迅速反硝化；二、厭氧釋磷接觸池出水進(jìn)入?yún)捬醭?，在厭氧池中反硝化聚磷菌吸收大量的簡單低分子量的有機物以聚-β-羥基烷酸酯形式貯存在體內(nèi)，同時釋放磷；三、反硝化聚磷含有氨氮、磷、少量剩余有機物和已釋放磷的聚磷菌的泥水混合液進(jìn)入缺氧池，與沉淀后回流的含有硝酸鹽的上清液混合，反硝化聚磷菌以硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化聚磷；四、好氧硝化聚磷缺氧池出水進(jìn)入固定安裝有半軟性填料的生物膜-活性污泥復(fù)合式好氧池中，生物膜完成硝化反應(yīng)，聚磷菌完成剩余有機物的降解和將反硝化聚磷后殘余磷吸收完全，控制厭氧池、缺氧池、好氧池的體積比為1∶1.5～1.75∶2.5～3，三池總水力停留時間為8～12小時；五、沉淀后污泥和上清液回流含有硝酸鹽和殘余的難降解有機物的好氧池出水經(jīng)沉淀池進(jìn)行泥水分離，沉淀濃縮后含聚磷菌的污泥返回至接觸池降解有機物和釋磷，含有硝酸鹽的上清液回流至缺氧池為反硝化聚磷菌提供硝酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述接觸池為推流式窄廊道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述厭氧池和缺氧池均為加有水下攪拌器的方形池或加有水下推進(jìn)器的廊道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述好氧池采用大孔或中孔鼓風(fēng)曝氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述含有硝酸鹽的上清液的回流比為100～150％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述污泥回流比為50～70％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述半軟性填料為由變性聚乙烯塑料或鋼骨架支撐的多層腈綸絲纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述多層腈綸絲纖維的絲徑為0.2～0.4mm，半軟性填料的比表面積為62m2/m3，比容積為1.8～2.2L/m3。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述多層腈綸絲纖維的裝填密度為25％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，其特征在于所述半軟性填料為圓柱狀或片狀。
全文摘要
復(fù)合式活性污泥缺氧聚磷生物膜硝化同步除磷脫氮方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)行工藝存在氮磷同步去除效果不佳的問題，本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一、回流污泥攜帶硝酸鹽反硝化；二、厭氧釋磷；三、反硝化聚磷；四、好氧硝化聚磷；五、沉淀后污泥和上清液回流。本發(fā)明應(yīng)用活性污泥與生物膜復(fù)合式反應(yīng)器，獨特的硝化液回流方式形成高污泥濃度的厭氧池，將除磷脫氮制約和影響因素分解，使脫氮和除磷效果同時達(dá)到最佳，利用反硝化聚磷緩解碳源需求矛盾，尤其適用于低碳氮比的城市污水處理，除磷效果極佳，而且具有流程簡單、效果穩(wěn)定和低耗高效的特點，可用于污水廠現(xiàn)有工藝改造。
文檔編號C02F3/28GK1792876SQ20061000960
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者王秀蘅, 任南琪 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)