專利名稱：一種強(qiáng)化污水中氮磷去除的污泥減量工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化污水中氮磷去除的污泥減量工藝，屬于環(huán)境工程 水污染控制技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
當(dāng)前，活性污泥法因其經(jīng)濟(jì)高效及碳氮磷同時去除的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地
應(yīng)用于生活污水、城鎮(zhèn)污水及工業(yè)有機(jī)廢水的處理；但該法同時也會產(chǎn)生 大量的含有毒有害物質(zhì)的剩余污泥，而處理和處置這些生物固體的費(fèi)用可 占到整個污水廠的40% 60%，給企業(yè)和社會帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和環(huán) 境風(fēng)險(xiǎn)。這促使了環(huán)境工作者對污泥減量技術(shù)的研究，即在保證污水處理 效果的前提下，采取適當(dāng)?shù)拇胧┦固幚硐嗤鬯a(chǎn)生的污泥數(shù)量降低， 以實(shí)現(xiàn)從源頭上解決污泥問題。
目前，污泥減量技術(shù)主要有溶胞-隱性生長技術(shù)、解偶聯(lián)技術(shù)和微型 動物捕食技術(shù)等。溶胞-隱性生長技術(shù)通過破碎污泥細(xì)胞并以其作為二次 生長底物，達(dá)到微生物代謝的能量耗散和降低產(chǎn)率的目的，但這會引起系 統(tǒng)污泥沉降性變差及出水中氮磷含量升高等問題;解偶聯(lián)技術(shù)憑借增加在 分解代謝和合成代謝的能量(ATP)差異，使供給微生物合成代謝的能量 有限而減少污泥的產(chǎn)量，但作為異型生物質(zhì)的解偶聯(lián)劑的長期使用會導(dǎo)致 生物適應(yīng)性和環(huán)境安全等后果;微型動物捕食技術(shù)則利用污水處理中的原 生動物與后生動物捕食細(xì)菌的特性，達(dá)到食物鏈延長、能量損失增加和生
物產(chǎn)量降低的效果,但該技術(shù)存在耗氧量增力口、蠕蟲釋放營養(yǎng)物質(zhì)等弊端。 總的來說，現(xiàn)有的污泥減量技術(shù)都會不同程度給污水處理系統(tǒng)帶來污泥沉降性變差、氮磷等營養(yǎng)物的去除效果減弱等主要問題。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提出 一種強(qiáng)化污水中氮磷去除及應(yīng)對污泥 沉降性不良的污泥減量工藝。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種強(qiáng)化污水中氮磷去除的污泥減量工藝，所述工藝主要由厭氧水
解、膜生物反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷和污泥溶胞4個梯:作單元組成，并設(shè)計(jì)
有污泥和污 Jc兩個流動相；所述污泥流動相包4舌兩個內(nèi)4盾環(huán)，內(nèi)《盾環(huán)1 存在于膜生物反應(yīng)和生物-化學(xué)除磷操作單元之間，內(nèi)循環(huán)2存在于厭氧 水解、膜生物反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷和污泥溶胞4個操作單元之間；所述 污水流動相分為兩條支路，支路l穿越厭氧水解和膜生物反應(yīng)操作單元， 支路2穿越生物-化學(xué)除磷操作單元，分別處理后出水匯合排出。厭氧水 解單元接收大部分污水和經(jīng)溶胞后的污泥混合液，其作用是通過兼性菌的 水解酸化作用截留和消解進(jìn)水和溶胞污泥中的顆粒物及大分子有機(jī)物，提 高進(jìn)入膜生物反應(yīng)器污水的可生化性；膜生物反應(yīng)器通過超濾/微濾膜組 件代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池使水力停留時間和污泥停留時間分離，具有污泥濃度 高、污泥產(chǎn)率低、抗污泥沉降性不良等優(yōu)點(diǎn)，其作用在于通過控制單元內(nèi) 溶解氧的水平實(shí)現(xiàn)脫氮菌的同步硝化-反硝化及聚磷菌的好氧攝磷，降低 膜出水中懸浮物、有機(jī)物、氮磷等污染物濃度；生物-化學(xué)除磷單元接收 部分污水和膜生物反應(yīng)器高濃度污泥，主要進(jìn)行聚磷菌的厭氧釋磷及泥水 分離后富含磷的上清液的化學(xué)除磷，沉淀后的釋磷污泥分兩路分別進(jìn)入膜 生物反應(yīng)器和污泥溶胞單元；污泥溶胞單元利用物理(機(jī)械、超聲波等)、 化學(xué)(臭氧、氯氣等)、生物(溶菌酶等)等手段破碎剩余污泥細(xì)胞釋^:胞內(nèi)有機(jī)物，溶胞后混合液經(jīng)厭氧水解后可作為額外有機(jī)底物提高膜生物 反應(yīng)器反硝化脫氮的效果。
設(shè)定污水總流量為Q，則支路1的污水流量為aQ,支路2的污水流 量為(/-")Q, 0.6<"<0.9;由膜生物反應(yīng)單元流入生物-化學(xué)除磷單元的 污泥流量為6Q, 0.1<6《0.4,由生物-化學(xué)除磷單元回流至膜生物反應(yīng)單 元的污泥流量為dQ， 0.05<d<0.15,由生物-化學(xué)除磷單元流入污泥溶胞 單元、由污泥溶胞單元流入?yún)捬跛鈫卧牡奈勰嗔髁繛閏Q， 0.005 <c 《0.015。
具體的，所述工藝流程如下總流量為Q的污7jc接"(/—a)比例分別 進(jìn)入?yún)捬跛鈫卧蜕?化學(xué)除磷單元；在厭氧水解單元，污水中的懸 浮物和膠體顆粒被被吸附截留，并被水解轉(zhuǎn)化為液態(tài)污染物，而大分子有 機(jī)物通過酸化作用變成易生物降解的小分子物質(zhì)，經(jīng)厭氧水解單元水解預(yù) 處理后的污水流入膜生物反應(yīng)單元；其中的碳氮磷污染物在異養(yǎng)菌、硝化 菌、反硝化菌、聚磷菌等代謝作用下被同步去除，同時產(chǎn)生剩余污泥；部 分來自膜生物反應(yīng)器中的流量為的污泥與流量為(7-a)Q的污水共同匯 入生物-化學(xué)除磷單元進(jìn)行反應(yīng)，其中聚磷菌在厭氧條件下吸收進(jìn)水有機(jī) 物并釋放大量磷酸鹽，經(jīng)泥水分離后，濃縮污泥分兩路分別被引入到污泥 溶胞單元和膜生物反應(yīng)單元，進(jìn)入污泥溶胞單元的污泥流量為cQ、進(jìn)入 膜生物反應(yīng)單元的污泥流量為流量為(7+6-a-c-力Q的上清液則在經(jīng) 過化學(xué)除磷后與流量為0+c+^6)Q的膜出水混合并被排出系統(tǒng)；流量為 cQ的污泥在經(jīng)污泥溶胞單元處理后可產(chǎn)生可生化性較好的有機(jī)底物和惰 性物質(zhì)，這些混合物被引入至厭氧水解單元，再經(jīng)過厭氧水解單元的消解， 以進(jìn)一步削減生物固體含量并提高其可生化性，被用作膜生物反應(yīng)器的二次底物，經(jīng)預(yù)處理后的溶胞污泥將改善系統(tǒng)反硝化脫氮及基于隱性生長的 污泥減量效果。
優(yōu)選的，流量分配系數(shù)"=0.8， 6=0.2, c=0.01, ^=0.06。
優(yōu)選的，本發(fā)明工藝參數(shù)如下待處理污水pH=6 8, COD/TN(碳
氮比)=5.1 8.9， COD/TP (碳磷比)=29 70;厭氧水解、膜生物反應(yīng)、
生物_化學(xué)除磷單元的水力停留時間分別為2h 5h、 5h 8h、 4h 6h,溶解
氧分別為〈0.3mg/L、 0.5 1.0mg/L、 <0.1mg/L;月莫生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度
控制在4000 8000mg/L;污泥溶胞單元采用臭氧接觸反應(yīng)形式，以鼓泡傳
質(zhì)形式控制臭氧投量為0.04 0.18g.O3/g.MLSS。
與現(xiàn)有污泥減量技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過引入
水解、膜分離、除磷、溶胞等過程單元，有機(jī)整合了物化、生化等方法的
多種作用原理，實(shí)現(xiàn)了污水和污泥的一體化處理，重點(diǎn)解決了現(xiàn)有污泥減
量工藝存在的氮磷等營養(yǎng)物的去除效果和污泥沉降性減弱等弊端。本發(fā)明
適用于生活污水、城鎮(zhèn)污水及經(jīng)過預(yù)處理后工業(yè)有機(jī)廢水的脫氮除磷和污
泥減量，污泥產(chǎn)率可至少下降60%以上，COD、 TN和TP的去除率分別
在90%、 80%、 85%以上。


圖1為本發(fā)明一種強(qiáng)化污水中氮磷去除的污泥減量工藝示意圖，圖中 1為厭氧水解單元，2為膜生物反應(yīng)單元，3為生物-化學(xué)除磷單元，4為 污泥溶胞單元，5為超濾/微濾膜組件，6為攪拌設(shè)備；
圖2為具體實(shí)施例的COD、 TN、 TP去除率及污泥產(chǎn)率的變化圖， 圖中醒為COD去除率，令為TN去除率，A為TP去除率，*為污泥產(chǎn) 率。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述,但本發(fā)明的保護(hù)范圍
并不僅限于此 實(shí)施例1:
某小區(qū)生活污水的水質(zhì)如下COD=238±26mg/L， NH/-N (以NH4+ 和NH3形式存在的氮含量)=24±6mg/L， TN (總氮含量)=33±7mg/L, TP (總磷含量)=5.7±0.3mg/L, pH=6.8±0.7。為實(shí)現(xiàn)對該污水的深度處 理并獲得污泥減量效果，建立了 一套可同時處理污水和污泥的試^r裝置， 如圖l所示，主要包括厭氧水解單元l、膜生物反應(yīng)器2、生物-化學(xué)除磷 單元3、污泥溶胞單元4等四個操作工段。
反應(yīng)器均采用聚氯乙烯塑料制成；采用ACO-002型氣泵進(jìn)行鼓風(fēng)曝 氣，采用BOWNIB2800型水泵進(jìn)行流量控制，采用DJIC型增力電動攪 拌器實(shí)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器中微氧活性污泥的完全混合；水路和氣路通過硅膠 管連通并由電磁閥控制其通斷，水泵、氣泵及電石茲閥的啟閉由KG316T 型微型電腦時控開關(guān)控制。
工藝的主要技術(shù)參數(shù)如下進(jìn)水流量Q=65L/d， COD/TN=7.2， COD/TP=42;流量分配系數(shù)"=0.8, 6=0.2, c=0.01, d=0.06;厭氧水解、 膜生物反應(yīng)器、生物-化學(xué)除磷單元的水力停留時間分別為3h、 6h、 4h, 溶解氧分別為〈0.3、 0.5-1.0、 <0.1mg/L，膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度控制在 6000mg/L左右；污泥溶胞單元采用臭氧接觸反應(yīng)技術(shù)，臭氧濃度為 1.2mg/L,以鼓泡傳質(zhì)形式控制臭氧才殳量為0.16g.O3/g.MLSS。
厭氧水解單元的有效體積為8.1L，高徑分別為340、 170mm,內(nèi)置聚 丙烯彈性填料(型號0)120x0.35,比表面積為380m2/m3，具有掛膜快、耐負(fù)荷沖擊、不堵塞、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn))，其容積填充率設(shè)計(jì)為40%,
以增強(qiáng)對顆粒物及大分子有機(jī)物的截留及消解效果。
膜生物反應(yīng)器2的有效體積為16.2L,高徑分別為340、 240mm，內(nèi) 置聚丙烯中空纖維超濾膜組件5 (膜面積1.5m2、平均孔徑0.05nm，由靜 壓水頭驅(qū)動出水)，通過自身浮力浸沒于活性污泥混合液；反應(yīng)器底部安 裝有普通養(yǎng)魚用砂芯，通過氣泵向活性污泥進(jìn)行充氧，溶解氧通過 Multiline P3 pH/Oxio2儀器控制在微氧的水平。
生物_化學(xué)除磷單元3的有效體積為10.8L,高徑分別為340、200mm， 被一組豎向擋板均分成相互連通的兩個區(qū)，即厭氧釋磷區(qū)(內(nèi)置攪拌設(shè)備 6)和泥水分離區(qū)；擋板一組共兩塊，呈豎直方向緊挨排列于反應(yīng)器中央 (間距20mm),其作用是保證完成厭氧釋磷后的污泥由下部緩慢流入泥 水分離區(qū)，利于實(shí)現(xiàn)污泥的豎向沉淀并減少對上清液的水力擾動。
污泥溶胞單元4的有效體積為0.1L,高徑分別為80、 40mm;配備有 DHX-SS-1G型空氣氣源臭氧發(fā)生裝置，進(jìn)氣量控制為200L/h，臭氧濃度 為1.2mg/L;臭氧混合空氣通過反應(yīng)器底部的養(yǎng)魚砂芯擴(kuò)散進(jìn)入反應(yīng)器， 使污泥細(xì)胞溶解并釋放出胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)，這不僅大大降低了系統(tǒng)污泥產(chǎn) 量，而且有利于提高生活污水的COD/TN比。
流量為aQ的污水和流量為cQ污泥的經(jīng)溶^^后的污泥混合液在定量 水泵的作用下由底部進(jìn)入?yún)捬跛鈫卧?,通過其中兼性生物膜的水解酸 化作用截留和消解顆粒物及大分子有機(jī)物，提高進(jìn)入后續(xù)膜生物反應(yīng)器2 污水的可生化性；由于超濾膜組件5的介入，膜生物反應(yīng)器2可有效克月l 污泥沉降性不良的問題，并實(shí)現(xiàn)高濃度污泥及低溶解氧環(huán)境，其中主要包 括好氧硝化、缺氧反硝化、好氧攝磷、礦化、膜過濾等多種生化和物化反 應(yīng)過程；流量為的污泥于膜生物反應(yīng)器2和生物-化學(xué)除磷單元3之間進(jìn)行循環(huán)，通過往厭氧的生物-化學(xué)除磷單元3內(nèi)引入流量為(7-a)Q的 污水，可有效實(shí)現(xiàn)聚磷菌體內(nèi)"好氧攝磷-厭氧釋磷"的磷循環(huán)代謝過程； 經(jīng)過生物-化學(xué)除磷單元3的泥水分離后，部分流量為dQ的經(jīng)厭氧釋磷 的濃縮污泥重新返回入膜生物反應(yīng)器2內(nèi)進(jìn)行后續(xù)好氧攝磷，而部分流量 為cQ的經(jīng)厭氧釋磷的濃縮污泥則進(jìn)入污泥溶胞單元4被破碎溶解，同時 剩余流量為c-力Q的富含磷的上清液在經(jīng)過化學(xué)除磷后與流量為 (a十c+d-6)Q的膜出水混合，最終被排出系統(tǒng)；污泥溶胞單元4采用臭氧 接觸反應(yīng)技術(shù)破碎流量為cQ的污泥細(xì)胞，并產(chǎn)生可生化性較好的有4幾底 物和惰性物質(zhì)，這些混合物被引入至厭氧水解單元1，以進(jìn)一步削減生物 固體含量并提高其可生化性，作為膜生物反應(yīng)器2中^f鼓生物生長利用的二 次底物，經(jīng)預(yù)處理后的溶胞污泥將改善系統(tǒng)反硝化脫氮及基于隱性生長的 污泥減量效果。
在現(xiàn)場進(jìn)行試-驗(yàn)來驗(yàn)證本發(fā)明的效果，由圖2可見，COD、 TN、 TP 去除率的去除率分別高達(dá)90%~98%、 82% 91%、 85%~93%,平均污泥產(chǎn) 率僅為0.05g'MLSS/g'COD。
與以往類似專利相比，本專利實(shí)現(xiàn)了污水和污泥的一體化處理，重點(diǎn) 解決了現(xiàn)有污泥減量工藝存在的氮磷等營養(yǎng)物的去除效果和污泥沉降性 減弱等弊端。具體的，專利"折流式寡毛類蠕蟲污泥減量反應(yīng)器 (200410009847.2 )"、"利用兩段式生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)污泥減量化的工藝 (200510044557.6 )"、"利用生物捕食減少剩余污泥產(chǎn)量的裝置 (200610010265.5)"和"MBR耳關(guān)合蠕蟲附著型生物床對i成市污水污泥減 量的設(shè)備(200710144318.7)"提出了一種利用原生、后生動物捕食細(xì)菌 的污泥減量方法，不僅污泥減量的原理不同，而且還存在工藝條件控制苛 刻，出水營養(yǎng)物(特別是磷酸鹽)含量升高的風(fēng)險(xiǎn)；專利"污泥減量的污水處理系統(tǒng)(200720120032.0)"發(fā)明了 一種聯(lián)合微生物捕食、魚類濾食、 厭氧水解等作用的污水和污泥處理工藝，但存在流程復(fù)雜、占地面積大、 費(fèi)用高等缺點(diǎn)；專利"污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器及其工藝 (200710178684.4 )"公開了 一種生物脫氮與污泥減量耦合處理污水的新 方法，但其主要原理在于通過厭氧水解和生物膜的微氧環(huán)境實(shí)現(xiàn)泥水一體 化處理，而對于污水中磷的去除也未涉及；專利"一種利用臭氧氧化使活 性污泥減量的方法及裝置(03138936.8)"和"用超聲波處理污泥使污泥 減量化的方法(200510102944.0 )"分別提出了利用臭氧氧化和超聲波使 活性污泥減量的方法，而對于在污水處理系統(tǒng)中如何有效利用細(xì)胞溶解產(chǎn) 物的途徑未作說明；專利"利用內(nèi)源反硝化生物脫氮除磷使污泥減量的方 法及反應(yīng)系統(tǒng)(200710144602.4)"利用污泥濃縮厭氧過程中產(chǎn)生的溶解 性COD作為聚磷菌厭氧釋磷的碳源，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷，與本專利相比在溶 胞方法、脫氮除磷途徑及其工藝布置上存在明顯不同。
權(quán)利要求
1. 一種強(qiáng)化污水中氮磷去除的污泥減量工藝，所述工藝主要由厭氧水解、膜生物反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷和污泥溶胞4個操作單元組成，并設(shè)計(jì)有污泥和污水兩個流動相；所述污泥流動相包括兩個內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)1存在于膜生物反應(yīng)和生物-化學(xué)除磷操作單元之間，內(nèi)循環(huán)2存在于厭氧水解、膜生物反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷和污泥溶胞4個操作單元之間；所述污水流動相分為兩條支路，支路1穿越厭氧水解和膜生物反應(yīng)操作單元，支路2穿越生物-化學(xué)除磷操作單元，分別處理后出水匯合排出。
2. 如權(quán)利要求l所述的工藝，其特征在于設(shè)定污水總流量為Q,則支路 1的污水流量為"Q,支路2的污水流量為O")Q, 0.6<a《0.9;由膜生 物反應(yīng)單元流入生物-化學(xué)除磷單元的污泥流量為6Q, 0.1《6《0.4,由 生物-化學(xué)除磷單元回流至膜生物反應(yīng)單元的污泥流量為c/Q， 0.05《d《0.15,由生物-化學(xué)除磷單元流入污泥溶胞單元、由污泥溶胞單元流 入?yún)捬跛鈫卧牡奈勰嗔髁繛閏Q, 0.005 < c < 0.015。
3. 如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于所述工藝如下總流量為Q的 污水按fl:(7-力比例分別進(jìn)入?yún)捬跛鈫卧蜕?化學(xué)除磷單元；經(jīng)厭 氧水解單元水解預(yù)處理后的污水流入膜生物反應(yīng)單元；部分來自膜生 物反應(yīng)器中的流量為的污泥與流量為(7-")Q的污水共同匯入生物-化學(xué)除磷單元進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)泥水分離后，濃縮污泥分兩^各分別^C引入 到污泥溶胞單元和膜生物反應(yīng)單元，進(jìn)入污泥溶胞單元的污泥流量為 cQ、進(jìn)入膜生物反應(yīng)單元的污泥流量為流量為(7+Z -a-c-力Q的上清液則在經(jīng)過化學(xué)除磷后與流量為(fl+C+A。Q的膜過濾出水混合并被排出系統(tǒng)；流量為cQ的污泥在經(jīng)污泥溶胞單元處理后，再經(jīng)過厭氧水 解單元的消解，被用作膜生物反應(yīng)器的二次底物。
4.如權(quán)利要求1~3之一所述的工藝，其特征在于工藝參數(shù)如下待處理 污水pH-6 8， COD/TN=5.1 8.9， COD/TP=29~70;厭氧水解、膜生物 反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷單元的水力停留時間分別為2h 5h、 5h 8h、 4h 6h, 溶解氧分別為〈0.3mg/L、 0.5 1.0mg/L、 <0.1mg/L;膜生物反應(yīng)器內(nèi)污 泥濃度控制在4000 8000mg/L;污泥溶胞單元采用臭氧接觸反應(yīng)形式， 以鼓泡傳質(zhì)形式控制臭氧投量為0.04 0.18g.O3/g'MLSS。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種強(qiáng)化污水中氮磷去除及應(yīng)對污泥沉降性不良的污泥減量工藝，所述工藝主要由厭氧水解、膜生物反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷和污泥溶胞4個操作單元組成，并設(shè)計(jì)有污泥和污水兩個流動相；所述污泥流動相包括兩個內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)1存在于膜生物反應(yīng)和生物-化學(xué)除磷操作單元之間，內(nèi)循環(huán)2存在于厭氧水解、膜生物反應(yīng)、生物-化學(xué)除磷和污泥溶胞4個操作單元之間；所述污水流動相分為兩條支路，支路1穿越厭氧水解和膜生物反應(yīng)操作單元，支路2穿越生物-化學(xué)除磷操作單元，分別處理后出水匯合排出。本發(fā)明適用于生活污水、城鎮(zhèn)污水及經(jīng)過預(yù)處理后工業(yè)有機(jī)廢水的脫氮除磷和污泥減量，可實(shí)現(xiàn)污水和污泥的一體化處理。
文檔編號C02F3/12GK101508513SQ200910097129
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者蔣軼鋒, 陳建孟 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)