剩余污泥減量及強(qiáng)化生物脫氮除磷的水處理裝置和方法
【專利摘要】一種剩余污泥減量及強(qiáng)化生物脫氮除磷的水處理裝置：一生物反應(yīng)池連接一進(jìn)水口，該生物反應(yīng)池為A2/O-MBR工藝，自進(jìn)水口的一端依序?yàn)閰捬醭?、缺氧池和好?膜生物反應(yīng)池，厭氧池中設(shè)有厭氧池?cái)嚢杵?，缺氧池中設(shè)有缺氧池?cái)嚢杵?，好?膜生物反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有膜組件，膜組件的底部連接一曝氣器，膜組件的上方連接一膜出水抽吸泵；利用微波-堿-過氧化氫進(jìn)行剩余污泥處理，A2/O-MBR污泥進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池，污泥經(jīng)調(diào)節(jié)后進(jìn)入微波反應(yīng)器；經(jīng)微波處理后污泥進(jìn)入除磷沉淀池；除磷沉淀池中設(shè)有攪拌器，經(jīng)除磷沉淀后污泥處理上清液通過管路連接至生物反應(yīng)池的缺氧池，作為內(nèi)碳源回流。本發(fā)明還公開了利用上述水處理裝置進(jìn)行污水處理的方法。
【專利說明】剩余污泥減量及強(qiáng)化生物脫氮除磷的水處理裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污泥、污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地涉及一種結(jié)合污泥減量及強(qiáng)化生物脫氮除磷效率的水處理裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及一種利用上述裝置進(jìn)行污水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]污水處理過程伴隨著兩大問題:氮磷營養(yǎng)鹽的去除和剩余污泥的處理處置。隨著水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，營養(yǎng)鹽的排放限值越來越低。在生物脫氮除磷過程中，需要消耗大量的有機(jī)物。目前脫氮除磷工藝如A2/0工藝對氮磷的去除往往受到有機(jī)物濃度即污水C/N的影響，在實(shí)際生活污水的處理中，C/N需達(dá)到8才能達(dá)到比較滿意的脫氮效果[王曉蓮，彭永臻.2009.A2/0法污水生物脫氮除磷處理技術(shù)與應(yīng)用[M]，科學(xué)出版社.]。但目前我國一些地區(qū)城市污水的C/N僅在6以下，有些地方的C/N甚至在3以下，C/N的缺乏直接影響了脫氮除磷效率，因此向污水處理工藝中投加碳源成為脫氮的必然選擇。
[0004]在污水處理過程中，污泥處理處置費(fèi)用約占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的30-50%，最高可達(dá)到60%。傳統(tǒng)的污泥處理除支付方法如填埋、焚燒等也會(huì)帶來一定的環(huán)境危害。剩余污泥的處理處置主要為減量化、資源化、無害化。剩余污泥的減量包括源頭減量和基于溶胞-增長理論的污泥減量。MBR系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量較傳統(tǒng)工藝能夠減少28%-68%，因此A2/O-MBR組合工藝能夠達(dá)到一定的污泥減量化效果。利用污泥預(yù)處理后的處理液回流為脫氮處理工藝提供碳源不僅能夠達(dá)到污泥減量化的效果，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)污泥的資源化。
[0005]目前污泥預(yù)處理回流作為碳源的方法主要有熱處理法、超聲處理法、臭氧處理法、機(jī)械處理法、污泥發(fā)酵等。利用污水處理廠剩余污泥獲取碳源的現(xiàn)有技術(shù)專利如“污泥碳源兩級(jí)堿性水解酸化回收方法(申請?zhí)?200910243651) ”利用兩級(jí)堿性水解酸化裝置，從剩余污泥中制備污泥碳源，其需要兩步預(yù)處理，水力停留時(shí)間超過60h;專利“提高低碳源污水生物除磷脫氮效率的裝置及處理方法(申請?zhí)?201010537762)”利用剩余污泥微波堿解產(chǎn)生碳源，其處理方法不僅需要加壓，還需要將溫度提高至170°C。然而，這些方法存在著能量消耗大、處理時(shí)間長或產(chǎn)生碳源可利用性低等問題。因此，有必要采用更加節(jié)能有效的方法來進(jìn)行污泥處理，并提高碳源的可利用率，進(jìn)一步減少污泥產(chǎn)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)合污泥減量及強(qiáng)化生物脫氮除磷效率的水處理裝置。
[0007]本發(fā)明還涉及利用上述裝置進(jìn)行污水處理的方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供剩余污泥減量及強(qiáng)化生物脫氮除磷的水處理裝置，包括:
[0009]一生物反應(yīng)池連接一進(jìn)水口，該生物反應(yīng)池自進(jìn)水口的一端依序?yàn)閰捬醭亍⑷毖醭睾秃醚?膜生物反應(yīng)池，好氧-膜生物反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有膜組件，膜組件的底部連接一曝氣器，膜組件的上方連接一膜出水抽吸泵；生物反應(yīng)池的污泥通過污泥調(diào)節(jié)池進(jìn)行調(diào)節(jié)后進(jìn)入微波反應(yīng)器；污泥經(jīng)微波處理后進(jìn)入除磷沉淀區(qū)進(jìn)行化學(xué)除磷。
[0010]厭氧池中設(shè)有厭氧池?cái)嚢杵鳎毖醭刂性O(shè)有缺氧池?cái)嚢杵?，除磷沉淀池中設(shè)有攪拌器，除磷沉淀池通過管路連接至生物反應(yīng)池的缺氧池，作為內(nèi)碳源回流。
[0011]所述的水處理裝置中，膜組件的上方通過一膜盒壓力表連接膜出水抽吸泵。
[0012]所述的水處理裝置中，污泥調(diào)節(jié)池中設(shè)有pH電極和污泥調(diào)節(jié)攪拌器。
[0013]所述的水處理裝置中，缺氧池與厭氧池之間設(shè)有缺氧池與厭氧池回流；好氧-膜生物反應(yīng)池與缺氧池之間設(shè)有好氧池與缺氧池回流。
[0014]本發(fā)明提供的利用上述水處理裝置進(jìn)行污水處理的方法:
[0015]污水進(jìn)入生物反應(yīng)池內(nèi)，經(jīng)過厭氧池、缺氧池、好氧-膜生物反應(yīng)池排出的剩余污泥進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)剩余污泥的pH值；
[0016]調(diào)節(jié)pH值后的污泥進(jìn)入微波反應(yīng)器進(jìn)行微波-過氧化氫處理，處理后的上清液進(jìn)入除磷沉淀區(qū)，利用化學(xué)沉淀法去除上清液中的磷，除磷后的上清液回流至缺氧池作為脫氮除磷的碳源，沉淀物排出反應(yīng)區(qū)。
[0017]所述的方法中，污泥調(diào)節(jié)池通過添加堿液調(diào)節(jié)剩余污泥的pH值，堿液濃度為5mol/L，調(diào)節(jié)pH值至10~11。
[0018]所述的方法中，微波-過氧化氫處理，是在60kW微波功率輻射樣品，升溫至80°C，按H2O2/污泥濃度=0.2的質(zhì)量比加入過氧化氫溶液，繼續(xù)輻射升溫至100°C后結(jié)束。
[0019]所述的方法中，化學(xué)沉淀法去除上清液中的磷，是根據(jù)上清液中磷的含量按照摩爾比p:Fe=l: 1.5投加鐵鹽,攪拌、沉淀,磷酸鹽與金屬離子形成沉淀而得到去除。
[0020]本發(fā)明的效果是:
[0021]1、采用AVO-MBR進(jìn)行生物脫氮處理，提高出水水質(zhì)并減少污泥產(chǎn)量，同時(shí)具有污泥濃度高的特點(diǎn)，不需另設(shè)污泥濃縮裝置，同時(shí)避免污泥沉降性能差等導(dǎo)致的污泥沉降問題。
[0022]2、本發(fā)明采用堿液預(yù)處理污泥，并進(jìn)行微波-過氧化氫處理，使原剩余污泥發(fā)生溶胞并將釋放出的大分子物質(zhì)氧化為小分子有機(jī)物，使碳源的可利用率提高，并進(jìn)一步減少了污泥產(chǎn)量。
[0023]3、本發(fā)明采用化學(xué)沉淀法去除污泥處理后上清液中的磷，預(yù)防其對生物反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。污泥處理后上清液碳源的添加能夠提高反應(yīng)系統(tǒng)的脫氮除磷效率，使系統(tǒng)的脫氮效率和除磷效率分別提高10%和28%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的AVO-MBR污泥減量及提高生物脫氮效率的裝置示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的裝置與普通AVO-MBR反應(yīng)器的TN去除效率。其中，第一組是兩組反應(yīng)器均無內(nèi)碳源添加；第二組是本發(fā)明水處理裝置添加內(nèi)碳源調(diào)節(jié)期；第三組是本發(fā)明水處理裝置添加內(nèi)碳源穩(wěn)定期。
[0026]圖3是本發(fā)明水處理裝置與普通AVO-MBR反應(yīng)器的TP去除情況。其中，第一組是兩組反應(yīng)器均無內(nèi)碳源添加；第二組是本發(fā)明水處理裝置添加內(nèi)碳源調(diào)節(jié)期；第三組是本發(fā)明水處理裝置添加內(nèi)碳源穩(wěn)定期。
[0027]附圖中主要組件符號(hào)標(biāo)記說明:[0028]1-厭氧池，1.1-厭氧池?cái)嚢杵鳎?-缺氧池，2.1-缺氧池?cái)嚢杵鳎?_好氧MBR池，
3.1-膜組件，3.2-曝氣器，3.3-膜盒壓力表，3.4-膜出水抽吸泵，4-污泥調(diào)節(jié)池，4.Ι-pH電極，4.2-污泥調(diào)節(jié)攪拌器，5-微波反應(yīng)器，6-除磷沉淀池，6.1-攪拌器，7-進(jìn)水，8-缺氧池至厭氧池回流，9-好氧池至缺氧池回流，10-內(nèi)碳源回流。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明通過對剩余污泥進(jìn)行處理，回收碳源以提高生物反應(yīng)池的脫氮除磷處理效率，同時(shí)達(dá)到污泥減量的目的。
[0030]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種污泥減量及提高生物脫氮除磷效率的組合工藝，工藝包括具有脫氮除磷功能的水處理工藝、污泥預(yù)處理、化學(xué)沉淀除磷工藝。同時(shí)還提供一種污泥減量及提高生物脫氮除磷效率的裝置，該裝置包括具有脫氮除磷功能的膜生物反應(yīng)池，污泥調(diào)節(jié)池，微波反應(yīng)裝置及化學(xué)除磷反應(yīng)池。[0031]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的一種污泥減量及提高生物脫氮除磷效率的處理方法與裝置加以說明。
[0032]如圖1所示，污泥減量及提高生物脫氮除磷效率的水處理裝置，該水處理裝置包括:
[0033]一生物反應(yīng)池連接一進(jìn)水口 7，該生物反應(yīng)池自進(jìn)水口 7的一端依序?yàn)閰捬醭?、缺氧池2和好氧-膜生物反應(yīng)池3。好氧-膜生物反應(yīng)池3的出水通過污泥調(diào)節(jié)池4連接微波反應(yīng)器5，微波反應(yīng)器5連接除磷沉淀池6。
[0034]厭氧池I中設(shè)有厭氧池?cái)嚢杵?.1，缺氧池2中設(shè)有缺氧池?cái)嚢杵?.1，好氧-膜生物反應(yīng)池3中設(shè)有膜組件3.1，膜組件3.1的底部設(shè)有曝氣器3.2，膜組件3.1的上方通過一膜盒壓力表3.3連接一膜出水抽吸泵3.4，污泥調(diào)節(jié)池4內(nèi)設(shè)有pH電極4.1和污泥調(diào)節(jié)攪拌器4.2，除磷沉淀池6中設(shè)有攪拌器6.1。
[0035]本發(fā)明具有脫氮除磷功能的生物反應(yīng)池及膜生物反應(yīng)器排出的剩余污泥通過管路進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)剩余污泥PH，然后調(diào)節(jié)pH后的污泥經(jīng)管路進(jìn)入微波反應(yīng)器進(jìn)行微波-過氧化氫處理，處理后的上清液通過管路進(jìn)入除磷沉淀池，利用化學(xué)沉淀法去除上清液中的磷，然后將該上清液通過管路返回生物反應(yīng)池進(jìn)行脫氮除磷。
[0036]所述具有脫氮除磷功能的膜生物反應(yīng)器(A2A)-MBR)包括厭氧-缺氧-好氧(A2/O)生物反應(yīng)池及膜生物反應(yīng)池。AVO-MBR是指在傳統(tǒng)A2/0工藝基礎(chǔ)上添加膜工藝以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二沉池達(dá)到泥水分離的效果。
[0037]在本實(shí)施例中，以某單位家屬區(qū)排放的實(shí)際生活污水(C0D=155~530mg/L;TN=48~103mg/L)作為實(shí)驗(yàn)對象的A2/0_MBR反應(yīng)器及所產(chǎn)生的大量剩余活性污泥。
[0038]在AVO-MBR中，將膜組件置于好氧池中，具有兩個(gè)回流裝置，好氧池混合液回流至缺氧池，回流比為200%，缺氧池回流至厭氧池，回流比為100%。AVO-MBR水力停留時(shí)間HRT為14h，污泥停留時(shí)間SRT為22d，反應(yīng)器總體積為58.3L。A2/0_MBR工藝具有較高的污泥濃度，污泥濃度約為8g/L，因此不需進(jìn)行額外的污泥濃縮，污泥混合液直接排放進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池。
[0039]污泥調(diào)節(jié)池中設(shè)置攪拌器及pH電極作為傳感器，添加強(qiáng)堿溶液調(diào)節(jié)pH恒定在10.0。經(jīng)pH調(diào)節(jié)后的污泥進(jìn)入微波反應(yīng)器(微波反應(yīng)器配制2450MHz的微波源)，然后在對泥水混合液進(jìn)行攪拌(攪拌轉(zhuǎn)速為60rpm)的同時(shí)開啟微波反應(yīng)器，對泥水混合液進(jìn)行微波輻射加熱，使泥水混合液加熱至溫度為80°C，關(guān)閉微波源，加入過氧化氫溶液，過氧化氫的使用劑量是按照純過氧化氫劑量折算，加入相當(dāng)于剩余污泥干重的質(zhì)量0.2倍的過氧化氫，然后再開啟微波反應(yīng)器對混合液進(jìn)行輻射升溫至100°C，關(guān)閉微波源。在微波輻射加熱以及過氧化氫的氧化作用下，剩余污泥受到了有效的破解氧化處理，反應(yīng)結(jié)束后出料。在本實(shí)施例中，從污泥中溶出的有機(jī)物(COD)從44mg/L增加至5965mg/L，最終剩余污泥的pH由10 變?yōu)?7.63。
[0040]微波處理污泥后上清液進(jìn)入除磷沉淀反應(yīng)池，除磷沉淀反應(yīng)池中設(shè)置攪拌器。以摩爾比為1.5:1添加硫酸亞鐵或2:1添加氯化鎂作為沉淀劑，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為200rpm，快速混合Imin后，60rpm混合IOmin去除上清液中的磷,沉淀30min。經(jīng)沉淀除磷后,上清液中的磷由原來的220mg/L下降到40mg/L，磷去除率約為82%，上清液回流至A2/0_MBR的缺氧池中。[0041 ] 剩余污泥經(jīng)堿-微波-過氧化氫處理后性質(zhì)如表1所示。
[0042]表1剩余污泥經(jīng)處理后內(nèi)碳源性質(zhì)
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種制定湖泊營養(yǎng)物標(biāo)準(zhǔn)的方法，其步驟為: 1)按研究區(qū)域不同水體的功能對水體進(jìn)行分類和分級(jí)，確定研究區(qū)域不同等級(jí)水體對應(yīng)的營養(yǎng)物濃度上下限值； 2)計(jì)算水體中營養(yǎng)物的富營養(yǎng)化負(fù)荷； 3)建立優(yōu)化模型，通過富營養(yǎng)化負(fù)荷最低和經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化，得到適合不同等級(jí)和水體用途的最優(yōu)化營養(yǎng)物標(biāo)準(zhǔn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟I中對水體進(jìn)行分類是將水體分為自然保護(hù)區(qū)、飲用水水源地、魚類保護(hù)區(qū)、魚蝦產(chǎn)卵場、娛樂用水區(qū)、工業(yè)用水、航運(yùn)、防洪農(nóng)業(yè)灌溉用水和一般景觀水；對水體進(jìn)行分級(jí)是將所述分類的水體相對應(yīng)的營養(yǎng)物濃度分為I~V級(jí)；通過統(tǒng)計(jì)學(xué)、毒理學(xué)、生態(tài)學(xué)方法得到各級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上下限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，營養(yǎng)物為氮和磷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟2是采用基于當(dāng)量因子的環(huán)境負(fù)荷計(jì)量方法，計(jì)算公式為: EL = nΣj=1mjpj 式中 EL為環(huán)境負(fù)荷總量； IHj為排放的第j類污染物的量，kg ； Pj是當(dāng)量因子，為污染物對環(huán)境影響貢獻(xiàn)的潛力的大小，是以一個(gè)參照物為基準(zhǔn)的相對量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟3建立的優(yōu)化模型為: A、經(jīng)濟(jì)目標(biāo):
【文檔編號(hào)】C02F3/30GK103896401SQ201410155318
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】樊耀波, 徐榮樂, 魏源送, 王亞煒 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心