一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺的制作方法
【专利摘要】一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，将厌／缺氧膜生物反应器和好氧膜生物反应器串联，以双膜过滤双向循环的方式强化反硝化除磷。首先在厌氧条件下聚磷菌进行厌氧释磷，同时把进水中有机物储存为聚β羟基丁酸；然后通过膜组件把经过厌氧释磷后的上清液循环至好氧膜生物反应器进行好氧硝化和降解有机物，同时通过膜组件把好氧膜生物反应器内的硝化液循环至厌／缺氧膜生物反应器进行反硝化除磷；再利用膜组件进行过滤出水，最后排出富磷污泥实现除磷。本发明实现了硝化菌和聚磷菌的完全分离，解决了传统脱氮除磷过程中不同微生物的碳源竞争和泥龄矛盾，节省碳源和运行费用；膜过滤可满足污水回用水质要求；工艺流程简单、操作方便。
【专利说明】一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及废水处理【技术领域】，尤其是一种强化低碳源城市污水反硝化除磷的双膜双循环水处理工艺。
【背景技术】
[0002]水体富营养化因具有严重的环境危害而受到广泛的关注。水体富营养化会影响大气的正常复氧水平，降低水体中溶解氧浓度，造成水生动物和鱼类大量死亡，同时水生的藻类会产生生物毒素，也会引起水生生物和人畜中毒致病。而人为排放含营养物质(氮、磷)的工业废水和生活污水是引起的水体富营养化的重要因素。提高污水处理厂的脱氮除磷效能是预防水体富营养化发生的有效措施之一，为了控制水体富营养化日益严重的趋势，不少地区或国家相继出台了更加严格的污水氮磷排放标准。如我国近来实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)明确规定了总氮、总磷排放标准:TP ( 0.5mg/L,TN ( 8mg/L ( 一级 A 标准)。
[0003]传统的生物除磷技术认为，脱氮过程和除磷过程都需要消耗碳源，即存在反硝化细菌与聚磷菌对碳源竞争的问题，与此同时我国城市污水中存在着有机物浓度越来越低，污水的碳氮、碳磷比持续下降的现象。传统的污水处理工艺(如A2/0、改良A2/0、UCT、SBR等)具有一定的脱氮和除磷作用，但由于在脱氮和除磷工艺存在碳源竞争和泥龄差异的矛盾，除磷和脱氮相互制约，实际的运行效果并不理想，且存在占地面积较大、能源消耗较多，剩余污泥产量较大等弊端。
[0004]目前，反硝化脱氮除磷技术是污水生物处理技术研究的热点。研究表明，自然界中存在着另一类反硝化除磷菌(Denitrifying phosphate Removal Bacteria, DPB),反硝化除磷菌在缺氧条件下能够以硝酸盐和亚硝酸盐作为最终电子受体，实现水中磷的过量吸收。反硝化除磷突破了传统生物除磷工艺中厌氧释磷、好氧吸磷的机理，解决了反硝化菌和聚磷菌之间的矛盾，尤其适用于高氮磷废水及低碳源城市污水。与传统工艺相比，反硝化除磷技术可节省50%的有机物(COD)消耗、降低约30%的曝气能耗和50%的污泥产量，因此反硝化除磷被视为是一种“可持续污水脱氮除磷工艺”。
[0005]目前关于反硝化除磷的工艺研究主要单污泥系统和双污泥系统两种类型。
[0006]( I)单污泥系统反硝化除磷
[0007]序批式反应器(SBR)属于典型的单污泥系统反硝化除磷工艺。该工艺采取序批式的运行方式，通过厌氧、缺氧和好氧的交替，使系统实现脱氮除磷的功能。但在SBR工艺的运行过程中，除磷菌、反硝化菌、硝化菌等共存于同一活性污泥，不可避免地存在着硝化菌和除磷菌之间的泥龄竞争以及反硝化菌和除磷菌对有机物(碳源)的竞争，使除磷和硝化互相干扰，导致脱氮除磷效率难以进一步提高。
[0008]序批式生物膜反应器(SBBR)也属于单污泥系统的一种变形工艺。该工艺是利用生物膜强化硝化效果而进行脱氮除磷的一种工艺。在生物膜上同时生长着硝化菌和反硝化聚磷菌，生物膜上有利于泥龄较长的硝化细菌的生长，从而提高了生物脱氮的效率。由于SBBR是在SBR的基础上衍生出的一种工艺，因此也存在着SBR中的一些缺点。
[0009](2)双污泥系统反硝化除磷
[0010]双污泥系统是将短程硝化细菌和反硝化聚磷菌独立于上述两个相同的反应器中生长，通过管路将两个反应器连接，以实现上清液的回流。该工艺解决了 SBR和SBBR工艺中除磷和脱氮过程中碳源竞争和泥龄不一致的问题。但双污泥系统存在着反应器数量多、污泥管路复杂及操作繁琐等弊端。
[0011]综上所述，反硝化除磷技术在当今城市污水脱氮除磷方面具有明显的优势，发展潜力巨大。而目前关于反硝化除磷研究的工艺类型主要有单污泥系统和双污泥系统。单污泥系统(SBR、SBBR)具有一定的反硝化除磷效能，但单污泥系统内多种种群因泥龄(SBR)差异以及对DO与营养需求的不同，不同微生物之间相互影响，引起反硝化除磷效能难以大幅度提高。双污泥系统如A2N工艺、厌氧-好氧-缺氧多级反应器等可较好地实现了反硝化聚磷菌的富集。但双污泥系统要经过多次沉淀和多级回流，双污泥系统存在工艺流程复杂、操作不便、控制繁琐等诸多不足之处，其反硝化除磷效能和稳定性有待进一步提高。
【发明内容】
[0012]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，通过在好氧池和厌/缺氧池内设置膜过滤单元，采取厌氧上清液和好氧硝化液同步膜过滤循环的运行方式，从而实现了在两个反应器内同时进行好氧硝化和缺氧反硝化除磷过程。
[0013]技术方案:本发明强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，包括使用调节池、厌/缺氧膜生物反应器、好氧膜生物反应器、污泥浓缩池和污泥泵，采取序批式的运行方式，依次进行进水/厌氧释磷阶段、好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段、双膜过滤出水阶段和排泥阶段四个阶段；
[0014]所述的进水/厌氧释磷阶段是通过进水泵将调节池内的污水泵入厌/缺氧膜生物反应器内进行厌氧释磷；
[0015]所述的好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段包括好氧硝化循环和反硝化除磷循环两个过程，两个过程同步进行；
[0016]所述的双膜过滤出水阶段包括厌/缺氧膜过滤出水和好氧膜过滤出水两个过程，两个过程同步进行；
[0017]所述的排泥阶段是通过厌/缺氧池污泥泵和好氧池污泥泵分别把厌/缺氧膜反应器内的含磷污泥和好氧膜反应器内的剩余污泥排至污泥浓缩池内进行浓缩处理。
[0018]所述的好氧硝化循环过程:包括启动厌/缺氧池循环泵，打开厌氧循环阀门，由厌/缺氧循环出水泵把厌/缺氧膜生物氧反应器内活性污泥上清液通过厌/缺氧池膜组件循环至好氧膜生物反应器3进行好氧硝化和降解有机物。
[0019]所述的反硝化除磷循环过程:包括启动鼓风机，打开好氧循环阀门，由好氧循环出水泵把好氧膜生物反应器中的活性污泥上清液通过好氧池膜组件循环至厌/氧膜生物反应器内进行缺氧反硝化吸磷。
[0020]所述的厌/缺氧膜过滤出水过程:打开出厌氧出水阀门，由厌/缺氧循环出水泵通过厌/缺氧池膜组件把厌氧/缺氧反应器内的混合液进行过滤出水。[0021]所述的好氧膜过滤出水过程:打开好氧出水阀门，由好氧循环出水泵通过好氧池膜组件把好氧膜生物反应器内的混合液过滤出水。
[0022]有益效果:本发明通过在好氧池和厌氧/缺氧池内设置膜过滤单元，采取厌氧上清液和好氧硝化液同步膜过滤循环的运行方式，实现了在两个反应器内同时进行好氧硝化和缺氧反硝化除磷过程。利用膜过滤实现了泥水几乎完全分离的效果，使硝化细菌和除磷菌分别截留在好氧膜反应器和厌氧/缺氧膜反应器内，真正实现了聚磷菌和硝化细菌的完全分离，有效避免了不同微生物之间的相互影响和对基质的竞争，保障了不同微生物在各自的系统中良好生长环境，强化了硝化效果和反硝化除磷效能；采取膜分离取代传统沉淀分离单元，可使厌氧/缺氧膜反应器和好氧膜反应器内维持高的生物浓度，保证了硝化效果同时降低了运行时间；同时采取膜过滤回流上清液的运行方式，省去了传统脱氮除磷工艺中的污泥回流系统，节约了运行管路系统和运行能耗。通过膜的截留作用完全实现了硝化细菌和聚磷菌分在各自的系统中生长的环境条件，有效解决了除磷和脱氮过程中对碳源竞争的矛盾和泥龄矛盾，采取厌氧/缺氧上清液和好氧硝化液同步循环的方式，实现了同时好氧硝化和缺氧反硝化除磷的效果，强化了低碳源污水的反硝化除磷效能，且采取好氧膜反应器和厌氧/缺氧膜反应器同时膜过滤出水的方式，和传统仅仅依靠好氧膜过滤出水相比缩短了出水时间。其工艺具有流程简单、运行周期短、生物浓度高、占地面向小、出水水质好、操作管理方便等优点。对污水处理新工艺的开发和现有污水处理厂的升级改造具有重要指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺流程图。
[0024]图中:1 一调节池，2 —厌/缺氧膜生物反应器，3 —好氧膜生物反应器，4 一污泥浓缩池，5 —厌/缺氧池膜组件，6 —好氧池膜组件，7 —进水泵，8 —厌/缺氧循环出水泵，9 一好氧循环出水泵，10 —厌氧出水阀门，11 一好氧出水阀门，12 —厌氧循环阀门，13 —好氧循环阀门，14 一鼓风机，15 一厌/缺氧池循环泵，16 一厌/缺氧池污泥泵，17 一好氧池污泥泵。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0026]本发明强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，采用调节池1、厌/缺氧膜生物反应器2、好氧膜生物反应器3、污泥浓缩池4，其中厌/缺氧膜生物反应器2和好膜生物反应器3内分别置有膜组件，用于上清液和硝化液的循环和膜出水；在厌/缺氧膜生物反应器2内通过厌/缺氧池循环泵8实现对膜面的冲刷以减缓膜污染，在好膜生物反应器内通过鼓风曝气对膜面进行冲洗以控制膜污染，同时曝气还起到对微生物供氧的作用。通过污泥泵排泥以实现磷的去除，并进行污泥浓缩处理。
[0027]采用序批式的运行方式，依次进行进水/厌氧释磷阶段、好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段、双膜过滤出水阶段和排泥阶段四个阶段；四个阶段为一个运行周期；
[0028]所述的进水/厌氧释磷阶段是通过进水泵7将调节池I内的污水泵入厌/缺氧膜生物反应器2内进行厌氧释磷；[0029]所述的好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段包括好氧硝化循环和反硝化除磷循环两个过程，两个过程同步进行，该同步循环阶段采用厌/缺氧膜生物反应器2、好氧膜生物反应器3、厌/缺氧池膜组件5、好氧池膜组件6、厌/缺氧循环出水泵8、好氧循环出水泵9、厌氧循环阀门12、好氧循环阀门13和鼓风机14 ；
[0030]所述的好氧硝化循环过程:包括启动厌/缺氧池循环泵15，打开厌氧循环阀门12，由厌/缺氧循环出水泵8把厌/缺氧膜生物氧反应器2内活性污泥上清液通过厌/缺氧池膜组件5循环至好氧膜生物反应器3进行好氧硝化和降解有机物；所述的反硝化除磷循环过程:包括启动鼓风机14，打开好氧循环阀门13，由好氧循环出水泵9把好氧膜生物反应器3中的活性污泥上清液通过好氧池膜组件6循环至厌/氧膜生物反应器2内进行缺氧反硝化吸憐。
[0031]所述的双膜过滤出水阶段包括厌/缺氧膜过滤出水和好氧膜过滤出水两个过程，两个过程同步进行；该同步双膜过滤出水阶段采用厌/缺氧池膜组件5、好氧池膜组件6、厌氧出水阀门10、好氧出水阀门11、厌/缺氧循环出水泵8、好氧循环出水泵9 ；
[0032]所述的厌/缺氧膜过滤出水过程:打开出厌氧出水阀门10，由厌/缺氧循环出水泵8通过厌/缺氧池膜组件5把厌氧/缺氧反应器2内的混合液进行过滤出水；所述的好氧膜过滤出水过程:打开好氧出水阀门11，由好氧循环出水泵9通过好氧池膜组件6把好氧膜生物反应器3内的混合液过滤出水；
[0033]所述的排泥阶段采用厌/缺氧池污泥泵16、好氧池污泥泵17、和污泥浓缩池4，通过厌/缺氧池污泥泵16和好氧池污泥泵17分别把厌/缺氧膜反应器2内的含磷污泥和好氧膜反应器3内的剩余污泥排至污泥浓缩池4内进行浓缩处理。
[0034]具体运行过程:
[0035]进水/厌氧释磷阶段:由进水泵7把调节池内的污水泵入厌/缺氧膜生物反应器2，厌/缺氧膜生物反应器内的 聚磷菌进行厌氧释磷反应并吸收利用进水中的有机物，储存为下一阶段缺氧反硝化吸磷所需的碳源(PHB)；
[0036]好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段:该阶段包括两个生物反应过程，即好氧硝化和缺氧反硝化除磷，两个过程同步进行。两个过程的实施方式为:①好氧硝化过程:打开厌氧循环阀门12，关闭厌氧出水阀门10，通过厌/缺氧循环出水泵8把经过厌/缺氧膜生物反应器2的活性污泥上清液经过膜组件5循环至好氧膜生物反应器3进行好氧硝化，同时启动鼓风机14进行曝气，一方面为好氧膜生物反应器3内生物反应提供所需的氧气，另一方面减缓好氧池膜组件6的膜污染进程。②缺氧反硝化除磷过程:打开好氧循环阀门13，关闭好氧出水阀门11，通过好氧循环出水泵9把好膜生物反应器3中的活性污泥硝化液经过好氧池膜组件6循环至厌/缺氧膜生物反应器进行缺氧反硝化吸磷；同时启动厌/缺氧池循环泵15，利用水流的循环冲刷作用减轻厌/缺氧池膜组件5的膜污染发展；
[0037]双膜过滤出水阶段:该阶段包括两个膜过滤出水过程，即好氧膜过滤出水和缺氧膜过滤出水，具体实施过程为:
[0038]①好氧膜过滤出水:打开好氧出水阀门11，关闭好氧循环阀门13，通过好氧循环出水泵9把经过好氧膜生物氧反应器2内的上清液经过膜组件5进行膜过滤出水，同时启动鼓风机14进行曝气以减缓好氧池膜组件6的膜污染进程；
[0039]②厌氧膜过滤出水:打开厌氧出水阀门10，关闭厌氧循环阀门12、通过厌/缺氧循环出水泵8把厌/缺氧膜生物氧反应器2的活性污泥上清液经过膜组件5进行膜过滤出水，同步开启厌/缺氧池循环泵15形成循环水流以减轻厌/缺氧池膜组件5的膜污染发展；
[0040]排泥阶段:由厌/缺氧池污泥泵16和好氧池污泥泵17分别把厌/缺氧膜生物反应器2内含磷污泥和好膜生物反应器3内剩余污泥排至污泥处理池4进行浓缩处理，浓缩池内上清液返回调节池I再进一步处理。
[0041]所述采取序批式的运行方式:污水首先进入厌氧/缺氧膜反应器进行厌氧释磷和有机物的吸收；厌氧释磷结束后，通过回流泵把好氧膜反应器内的好氧硝化液回流至厌氧/缺氧膜反应器进行反硝化，同时把厌氧/缺氧膜反应器内的上清液回流至好氧膜反应器进行硝化反应；最后通过厌氧/缺氧膜反应器和好氧膜反应器内的膜组件进行过滤出水，最后排出含磷污泥，排泥结束后进入下一个周期。整个运行周期为5-8h，其中进水/厌氧释磷l_2h，好氧硝化液和厌氧/缺氧`上清液回流2-4h，出水1.5-3.5h，排泥0.1-0.5h。
【权利要求】
1.一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，包括使用调节池(I)、厌/缺氧膜生物反应器(2)、好氧膜生物反应器(3)、污泥浓缩池(4)和污泥泵，采取序批式的运行方式，其特征在于:依次进行进水/厌氧释磷阶段、好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段、双膜过滤出水阶段和排泥阶段四个阶段； 所述的进水/厌氧释磷阶段是通过进水泵(7)将调节池(I)内的污水泵入厌/缺氧膜生物反应器(2)内进行厌氧释磷； 所述的好氧硝化和反硝化除磷双循环阶段包括好氧硝化循环和反硝化除磷循环两个过程，两个过程同步进行； 所述的双膜过滤出水阶段包括厌/缺氧膜过滤出水和好氧膜过滤出水两个过程，两个过程同步进行； 所述的排泥阶段是通过厌/缺氧池污泥泵(16)和好氧池污泥泵(17)分别把厌/缺氧膜反应器(2)内的含磷污泥和好氧膜反应器(3)内的剩余污泥排至污泥浓缩池(4)内进行浓缩处理。
2.根据权利要求1所述的一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，其特征在于:所述的好氧硝化循环过程:包括启动厌/缺氧池循环泵(15)，打开厌氧循环阀门(12)，由厌/缺氧循环出水泵(8)把厌/缺氧膜生物氧反应器(2)内活性污泥上清液通过厌/缺氧池膜组件(5)循环至好氧膜生物反应器(3)进行好氧硝化和降解有机物。
3.根据权利要求1所述的一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，其特征在于:所述的反硝化除磷循环过程:包括启动鼓风机(14)，打开好氧循环阀门(13)，由好氧循环出水泵(9)把好氧膜生物反应器(3)中的活性污泥上清液通过好氧池膜组件(6)循环至厌/氧膜生物反应器(2)内进行缺氧反硝化吸磷。
4.根据权利要求1所述的一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，其特征在于:所述的厌/缺氧膜过滤出水过程:打开出厌氧出水阀门(10)，由厌/缺氧循环出水泵(8)通过厌/缺氧池膜组件(5)把厌氧/缺氧反应器(2)内的混合液进行过滤出水。
5.根据权利要求1所述的一种强化反硝化除磷的双膜双循环污水处理工艺，其特征在于:所述的好氧膜过滤出水过程:打开好氧出水阀门(11)，由好氧循环出水泵(9)通过好氧池膜组件(6)把好氧膜生物反应器(3)内的混合液过滤出水。
【文档编号】C02F3/34GK103755025SQ201310728713
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】张传义, 袁丽梅, 沈雪, 王冰冰, 夏彬, 褚建松, 张雁秋 申请人:中国矿业大学