专利名称：分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种分段进水耦合生物反应器，填加多孔载体具有生物脱氮及污 泥减量效果，属于污水处理领域。
背景技术：
随着我国社会经济的快速发展，工业化和城市化程度的不断提高，我国的水环境 污染和水质富营养化状况越来越严重，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而严重地影响 了工农业和渔业生产，越来越严重地阻碍着我国国民经济的发展。氮素是造成水体富营养 化的主要污染物，对排放的污水中总氮含量的控制尤为重要。污水生物处理技术在污水净 化进程中一直发挥着巨大的作用，但其主要的缺点之一是污泥产量大，污泥处理及最终处 置，需要大量的基建投资和高昂的运行费用。据统计，我国城市污水处理厂目前已逾千座， 全国干质污泥产量约为8000t/d，湿污泥约为40000t/d(含水率80% )，随着污水处理率的 提高和处理程度得深化污泥产量还将进一步增加。目前有90%以上的污泥得不到及时有效 的处理、处置，很多有污泥处理设施的污水厂也已没有地方来储放污泥，从而导致污泥的二 次污染。因此，无论从提高污水处理效果、减少剩余污泥产量还是从降低造价、减少污泥处 理处置的运行费用都需要开展城市污水生物脱氮与污泥减量控制装置、工艺技术研究。在生物脱氮工艺中，分段进水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 沿池长均勻分布，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。污泥减量化的理论基础，在一般情况下，微生物的合成代谢是通过呼吸速率控制 与底物的分解代谢进行偶联的，当呼吸速率降低时，分解代谢和合成代谢将会发生解偶联， 此时，微生物在氧化底物的同时，用于合成代谢的能量减少，自身合成速度减慢，表观微生 物的产率系数降低，污泥产量减少。在厌氧、好氧交替改变的环境下，微生物的表观产率系 数减少。这是因为好氧微生物在好氧段所产生的ATP不能立即用于合成代谢，而是在底物 缺乏的厌氧段作为维持能被消耗掉。在反应器中投加多孔载体后，随着原水进入反应器，流离作用促使固液分离，使水 中的悬浮物(SS)、剩余污泥进入多孔载体内部间隙内而积累。积累起来的有机物或污泥 成为载体内细菌等微生物的营养成分，经厌氧、缺氧和好氧代谢分解而除去，从而将污泥分 解、低分子化；采用复合式流离球多孔微生物载体的好氧一厌氧耦合体系由于存在多空间 上的好氧一厌氧环境的耦合，提供了多样微生物生存的环境，载体表面生长的微生物通过 生物氧化反应可使污水中的溶解性有机物质高效分解从而使污泥产量降低，创造这样的流 离过程和多样微生物代谢过程反复多次发生，达到污泥量减少的效果。当原水碳氮比较低 时，利用分段进水可以充分利用原水中有限的碳源，提高的反硝化效果，进面提高系统的总 氮去除率。
实用新型内容本实用新型的目的为解决污水处理厂污泥产量大和总氮的去除率低的问题，从提 高污水处理效果和减少污泥产率两个技术方面，从降低造价和节省能耗与运行费的经济方 面，研究、实用新型本装置，进行污泥减量的同时也可达到较好的脱氮效果。—种分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器，其特征在于依次包括生 物反应区以及二沉池；生物反应区依次包括好氧区0-1、缺氧区A-I、好氧区0-11、缺氧区 A-II、好氧区0-111、缺氧区A-III、好氧区0-IV，每个好氧区与缺氧区体积比为1.5 1 2 1，生物反应区内部放置多孔载体，好氧区载体装填体积比为40% 60% ；缺氧区载体 装填体积比为90% 100% ；每个区均设使每区顶部进水、顶部出水的折流板；反应器分三段进水，三个进水管分别设在好氧区0-1、缺氧区A-I、缺氧区A-II，二 沉池设置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧区0-1。多孔载体，其外表面为一层硬性球壳，球面呈多孔状，内部装填大量小块高空隙率 载体，载体具有亲水性、通透性、高比表面积、良好的物化稳定性的特点，载体空隙率大于 0. 9。本反应器的污泥产率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水处理效能尤其 是脱氮效能和更低的能耗和良好的污泥减量效果。依据分段进水脱氮原理和流离原理构造的耦合生物反应器，通过对其进行一年多 的试验分析，分析提高污水处理效果和污泥减量效果的主要影响因素，得出最适合的运行 参数，并与反应器工艺设计相结合，全面提高反应器的性能。该反应器除了具有分段进水脱 氮工艺和生物膜反应器一些共性特点，比如脱氮率高，微生物固着生长，不存在污泥膨胀问 题，水力停留时间和SRT相分离等一系列的优点，而且还有以下几个特点1)同时具有良好的污水生物脱氮与污泥减量效果。原水分三段进入到反应器中， 缺氧区进水，可以充分利用原水中的易生物降解C0D，为反硝化提供碳源，提高反硝化效率。 另外，缺氧区进水，反硝化消耗大量的可利用碳源，因此进入后续好氧区的可利用碳源较 少，异养菌的生长受到限制，利于自养硝化菌的生长。并且由于反应器中投加有多孔载体， 原水进入后，由于流离和生物粘附作用，原水中的悬浮物等进入到球形多孔载体内部，并被 载体内海绵载体捕获、累积，具有较高的微生物浓度，有利于世代时间较长的硝化菌的培养 和生长，因此反应器具有很好的脱氮效果。同时有机物在载体内累积、发酵从而使污泥液化 和低分子化而使污泥分解、减量，而分解产生的低分子化有机物，提供了生物脱氮所需的碳 源，进一部提高反应器的脱氮效果；在反应器好氧区后，由于沿着从液体到复多孔载体内部 的方向，形成了悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型、附着厌氧型的复杂微生物系统，具有 良好的SND (同步硝化反硝化作用)，因而进一步脱氮，从而具有良好的污水生物脱氮与污 泥减量效果。2)具有空间上环境多样性和生物多样性。沿水的流动方向依次形成好氧区和厌氧 区反复耦合的环境，分别生长各区适合的微生物，导致生物相变化，形成高度的生物多样性 和多样的微生物生态系，使得微生物的食物链较长，导致能量的递减与剩余污泥的减少。3)生物量高、抗冲击性强。有较高的微生物浓度，除了多孔载体表面生长生物膜 外，多孔载体空隙内积累大量微生物，还有悬浮生长的微生物；在多孔微生物载体污水处理中，即使有有害物质混入，在前段就被阻挡下来，而不会在全段发生；因微生物生长在载体 中、浓度高，而且固体颗粒被捕获入载体里，因此系统对污水的负荷变动有强的适应能力。4)污泥停留时间和污水停留时间可分离。在普通活性污泥法中，污泥和污水形成 混合液流出。污泥停留时间短，污泥难以被分解，污泥产量大。而本技术，由于多孔载体截 留、捕获污泥颗粒，使污泥停留时间延长，污泥颗粒很容易被液化、低分子化而分解。5)易于安装施工和已有污水处理厂升级改造、费用低。流态为推流式，球形复合式 多孔载体可直接投放无需固定、支撑结构，具有基建投资省、运行成本低和剩余污泥产量少 的特点。
图1是本实用新型分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器及其工艺原理 图。图中，1-原水箱，2-吸水泵，3-进水管，4-曝气头，5-取样口，6-多孔载体，7_回 流污泥，8-出水管，9-二沉池，10-空气泵，0-1、0-11、0-111、O-IV-好氧区，A_I、A-II, A-III-缺氧区。
具体实施方式
实用新型实用新型依次包括生物反应区以及二沉池9 ；生物反应区依次包括好氧 区0-1、缺氧区A-I、好氧区0-11、缺氧区A-II、好氧区0-111、缺氧区A-III，好氧区0-IV， 每个好氧区与缺氧区体积比为1.5 1 2 1，生物反应区内部放置多孔载体6;好氧区 载体装填体积比为40% 60% ；缺氧区载体装填体积比为90% 100% ；每个区均设折流 板，从而使每区均为顶部进水、顶部出水。反应器分三段进水，三个进水管3分别设在好氧区0-1、缺氧区A-I、缺氧区A-II， 生物反应区的出水进入二沉池9经过出水管8排出，回流污泥7由泵送至好氧区0-1，剩余 污泥由排泥管排出。应用述的生物反应装置的工艺，包括以下步骤原水分三段分别进入到好氧区0-1、缺氧区A-I、缺氧区A-II，流量分配比 1 1 1 3 4 3，水力停留时间HRT= 11 14h，好氧区溶解氧浓度为2.5 4mg/ L。生物反应区的出水进入二沉池经过出水管排出，污泥回流体积比R = 0. 5 1. 5，回流污 泥由泵送至好氧区0-1，剩余污泥由排泥管排出。反应器在每个好氧区设置两个曝气管。横向在各个反应区设置了 7个取样口，另 出水取样口取自曝气池出水管。取样口的高度距反应器底面30cm，所有取样口孔径均为 Icm0实施方式1、当反应器内填充的载体为球形多孔载体，其球壳为PVC注塑而成，球 面呈网格状，其直径为10cm，球内填边长为1. 5cm的立方体状海绵载体，其空隙率大于0. 9， 在分段进水流量分配比为1 1 1，水力停留时间HRT = llh，溶解氧DO = 2. 5 3. Omg/ L,回流体积比R = 0. 5时，进水氨氮为85mg/L，出水氨氮为4. 8mg/L,去除率为94. 4% ；出水 硝态氮达到20. 2mg/L ；进水TN为110mg/L,出水TN为27. 2mg/L，TN去除率为75. 3%;进水 COD为330mg/L，出水COD为19. 2mg/L, COD去除率94. 3 %。反应器污泥产率为0. 102kgMLSS/kgCOD,比常规活性污泥法污泥产率0. 4kgMLSS/kgC0D减少75%，减量效果显著。实施方式2、当反应器内填充的载体为球形多孔载体，其球壳为PVC注塑而成，球 面呈网格状，其直径为10cm，球内填边长为1. 5cm的立方体状海绵载体，其空隙率大于0. 9， 在分段进水流量分配比为3:4: 3，水力停留时间HRT = 14h，溶解氧DO = 3. 0 4. Omg/ L,回流体积比R = 1. 5时，进水氨氮为82mg/L，出水氨氮为2. 5mg/L，去除率为96. 7%;出水 硝态氮达到16. 7mg/L ；进水TN为105mg/L,出水TN为22. 2mg/L，TN去除率为78. 9%;进水 COD为303mg/L，出水COD为13. 9mg/L, COD去除率95. 4%。反应器污泥产率为0. 07IkgMLSS/ kgCOD,比常规活性污泥法污泥产率0. 4kgMLSS/kgC0D减少82. 3%，减量效果显著。本反应器的污泥产率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水处理效能和更 低的能耗和良好的污泥减量效果，且易于安装施工，适合新建和已有污水处理厂升级改造。
权利要求1.一种分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器，其特征在于依次包括生物反 应区以及二沉池；生物反应区依次包括好氧区0-1、缺氧区A-I、好氧区0-11、缺氧区A-II、 好氧区0-111、缺氧区A-III、好氧区0-IV，每个好氧区与缺氧区体积比为1.5 1 2 1， 生物反应区内部放置多孔载体，好氧区载体装填体积比为40% 60% ；缺氧区载体装填体 积比为90% 100% ；每个区均设使每区顶部进水、顶部出水的折流板；反应器分三段进水，三个进水管分别设在好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧区A-II，二沉池 设置出水管和排泥管，二沉池底部连接至好氧区0-1。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于多孔载体外表面为一层硬性球壳， 球面呈多孔状，内部装填大量小块高空隙率载体，载体空隙率大于0. 9。
专利摘要分段进水生物脱氮与污泥产量耦合生物反应器属于污水处理领域。污水生物处理技术缺点之一是污泥产量大，低碳氮比的污水时总氮的去除效果不好。依次包括生物反应区以及二沉池；生物反应区依次包括好氧区O-I、缺氧区A-I、好氧区O-II、缺氧区A-II、好氧区O-III、缺氧区A-III、好氧区O-IV，每个好氧区与缺氧区体积比为1.5∶1～2∶1，生物反应区内部放置多孔载体，好氧区载体装填体积比为40％～60％；缺氧区载体装填体积比为90％～100％；每个区均设折流板。反应器分三段进水，二沉池设置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧区O-I。本实用新型TN去除率为75.3％，COD去除率94.3％，污泥产率为0.102kgMLSS/kgCOD。
文档编号C02F9/14GK201777960SQ20102025658
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者张雪松, 李军 申请人:北京工业大学