专利名称：组合式缺氧/好氧生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于生活污水生物强化技术领域，具体涉及一种组合式缺氧/好氧生物强 化活性炭动态膜脱氮除磷工艺。
背景技术：
国家城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)对城市污水处理厂出水中 氮、磷指标都做出了严格限定，污水处理在完成有机物降解和悬浮物去除的同时，既需要除 磷 又需要脱氮，因此工艺选择应综合考虑除磷脱氮要求，兼顾二者功能，协调二者矛盾。现 有一些老的城市污水处理厂采取的除磷脱氮工艺，常用的有A2/0、UCT、SBR、氧化沟等多种 形式，应该说大型城市污水处理厂已经形成较为成熟的除磷脱氮工艺，但实际应用中除磷 脱氮效果并不理想。所以，研究开发适合我国国情的经济、智能化的中小型生活污水除磷脱 氮工艺及装置已迫在眉睫。污水除磷方法分为化学除磷方法和生物除磷方法两种。污水化学除磷需要投加化 学药剂，增加了运行费用，且产生的化学污泥还需要进行处理处置；而厌氧、好氧增强生物 除磷技术是在厌氧条件时兼性细菌通过发酵作用将溶解性BOD转化为低分子有机物，聚磷 菌(PAO)分解细胞内的聚磷酸盐同时产生ATP，并使细胞内的乙酸活化产生乙酰辅酶A，并 利用ATP将废水中的有机物(主要是挥发性脂肪酸VFA)摄入细胞内，以胞内炭能源存储物 PHA.PHB及糖原等有机粒的形式存在于细胞内，再在好氧条件下，厌氧合成的PHA被降解并 合成糖原，同时过量摄取污水中的磷并合成聚磷酸盐，通过排泥达到除磷的目的。然而活性污泥法脱氮除磷很难同步实现传统A/0法除磷率高，但脱氮效率一般 仅为50%左右；而国内大多数的污水厂在保证脱氮效果的情况下，总磷出水波动大，很难 达标。与此同时，目前所采用的生物处理工艺，污水在生物反应池进行生化反应后，还需 要进行固液分离。固液分离的方法可分为沉淀法和膜分离技术。两者相较，采用二次沉淀池 沉淀进行固液分离，污水处理的过程较长，占地面积大，一定程度上也妨碍了采用生物方法 进行水处理的推广应用；采用膜分离技术进行固液分离，传统的超滤膜和微滤膜造价昂贵， 且膜污染难控制。在膜分离工艺过程中，膜污染应极力避免或控制，但是有研究发现滤饼层(动态 膜)虽然会使能耗增大，但它有助于对小粒子物质的截留，提高过滤性能，而且与相同孔径 的非动态膜相比，它的渗透性更好。这些优点使动态膜研究中消极的抑制变成了积极的利用。综上所述，发明人提出了组合式缺氧/好氧生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工 艺。该工艺结构紧凑、构造简单、占地面积小、处理量大且控制灵活，出水可达国家回用水标 准，特别对脱氮除磷的同步实现有很好的效果。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种建设费用省、运行能耗低、出水水质好的组合式 缺氧/好氧生活污水生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工艺。本发明提出的组合式缺氧/好氧生活污水生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工艺， 污染物去除主要由装置中微生物降解去除，固液分离出水过程由动态膜完成。其特征在于 该工艺从结构上划分为前置缺氧反应池和好氧动态膜池两部分。将原污水泵入缺氧池，通 过搅拌机搅动与反应器中生物强化活性炭混合液充分混合，依次进入缺氧、好氧反应区，一 定停留时间后经动态膜过滤出水。本发明提出的组合式缺氧/好氧生活污水生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工艺， 采用生物强化活性炭动态膜反应器处理污水，生物强化活性炭动态膜反应器分为缺氧池4 和好氧动态膜池5，缺氧池4内和好氧动态膜池5内分别插有搅拌机，好氧动态膜池5内放 置有动态膜组件6，好氧动态膜池5底部设有曝气管，曝气管通过管道连接曝气泵8，好氧动 态膜池5的出水口位于动态膜组件6上方，该出水口通过管道连接出水泵7，好氧动态膜池 5底部设有出泥口，出泥口通过管道连接污泥回流泵3，污泥回流泵3通过管道连接缺氧池 4上部一侧，进水泵2通过管道接于缺氧池4上部一侧；具体步骤如下(1)生物强化活性炭培养选用平均粒径为40-80微米的粉末活性炭作为微生物载体，采用微生物接种驯化 法培养生物活性炭，接种污泥采用城市污水厂回流污泥，接种污泥的MLSS为5000mg/L，接 种培养期前一周内，每天连续向缺氧池和好氧动态膜池内投加粉末活性炭，使生物强化活 性炭动态膜反应器中粉末活性炭含量达到6000mg/L ；生物强化活性炭的接种培养期内，进 水、出水采用连续流运行方式，控制混合液回流比为200%，缺氧池内溶解氧浓度为0. 2mg/ L，好氧动态膜池溶解氧浓度为1. 6mg/L，缺氧池和好氧动态膜池的水力停留时间共为8-10 小时；通过开始添加的接种污泥和未培养好的活性炭在动态膜组件表面形成动态膜，进行 过滤出水，完成动态膜组件的动态膜预涂过程，预涂时间为10-15分钟；经过20-30天后，生 物强化活性炭动态膜反应器中MLSS维持在9000-12000mg/L，生物强化活性炭形成；(2)生物强化活性炭动态膜反应器稳定运行阶段此阶段进水、出水采用连续流运行方式，污水先经过缺氧池与来自好氧动态膜池 的回流污泥混合，实现絮凝性微生物的选择并为反硝化过程和聚磷菌提供释磷环境，混合 液推流进入好氧动态膜池。好氧动态膜池内培养包括聚磷菌、硝化细菌在内的异样微生物， 实现去除COD、硝化、聚磷功能；控制缺氧池和好氧动态膜池的溶解氧浓度分别为0. 2mg/L 和1. 6mg/L，水力停留时间分别为8-10h，好氧动态膜池的污泥回流比为200% ；(3)固液分离步骤(2)混合液经过动态膜组件表面的生物微环境对有机物、氮、磷进行进一步 的去除后，经动态膜过滤，出水排放；控制动态膜组件组件的单位膜面积通量为50-200L/ m2. h，当通过吸水口监控抽吸负压值超过40KPa时，对动态膜组件组件进行反冲洗。本发明中，步骤⑶中所述反冲洗选用鼓风机进行在线空气反冲洗，时间为2-5分钟。本发明中，采用动态膜组件进行混合液固液分离，选择不锈钢网或尼龙网作为动 态膜组件的支撑体。不锈钢网或尼龙网的孔径为75-80微米。支撑体组件形状可以是平板 型或管式等中任一种。动态膜组件采用淹没式安装。动态膜过滤采用恒定出水通量运行，单位膜面积通量50-200L/m2. h，并有实际运行中水量向上波动的余地。动态膜组件的跨膜 压差上升到40kPa时，运行阶段结束，进入鼓风在线清洗阶段。采用9. 8-49kPa压力鼓风在 线清洗，在进行鼓风机通过出水管道供气从动态膜组件内部反向清洗2-5min。本发明出水水质经检测，COD为20-40mg/L，氨氮低于5mg/L，总氮为10_15mg/L，出 水SS不可检出，浊度为0. 3-0. 6NTU,总磷出水总磷0. 5mg/L,达到城镇污水处理厂污染物排 放一级 A 标准(GB18918-2002)。与传统工艺相比，本方法的突出特点 (1)反应器中添加粉末活性碳(平均粒径为40-80米)形成生物强化活性炭混合 液，可极大提高微生物量和微生物活性，使反应器对有机污染物、氮、磷有很好的去除效果。(2)各反应阶段相对独立，易于培养优势菌种，处理量大、水力停留时间短，处理效率高。(3)通过搅拌机的搅动、曝气和污泥回流，不断的循环，泥水充分混合，翻动活性炭 生物载体，使活性炭不仅有生物强化作用，而且具有生物过滤、吸附与水处理功能，进而对 水中有机物进行降解，同时进行脱氮、除磷处理过程。(4)采用孔径75-80微米的不锈钢丝网或尼龙网等支撑动态膜支撑体，形成生物 强化活性炭动态膜进行固液分离。由于添加活性炭具有多孔性特点，使生物强化活性炭动 态膜过滤通量可达到200L/m2. h，停留时间最短仅为5小时，减小反应构筑物体积，基建费用 低。(5)生物活性炭动态膜具有预涂成膜时间短的优点，只需10-15min便可成膜，SS 已检测不出。运行过程除正常曝气与鼓风机进行在线空气反冲洗外，没有进行任何物理化 学清洗。简化操作程序并减少能耗和运行费用。本发明适用于各城市生活污水处理厂，尤 其适用于小城镇和农村分散污水处理厂。
图1为实施例1装置示意中标号1为生物强化活性炭动态膜反应器；2为进水泵；3为污泥回流泵；4为 缺氧池；5为好氧动态膜池；6为动态膜组件；7为出水泵；8为曝气泵。
具体实施例方式下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。实施例1实施过程中采用的活性炭粉末理化性质如表1。接种污泥(MLSS为5000mg/L)和 实验用原污水(水质见表2)均取自上海某城市污水处理厂。 表1粉末活性炭物理指标
碘值> 900mg/g亚甲基兰吸附值 彡120mg/g
比表面积> IOOOmVg Ξ 8% 表2原水水质 (1)生物强化活性炭培养启动阶段，向反应器中投加平均粒径为40-80微米的粉末活性炭作为微生物载 体。采用微生物接种驯化法培养生物活性炭，接种污泥(MLSS为5000mg/L)采用城市污水 厂回流污泥。接种培养期前一周内，每天平均连续投加活性炭，使反应器中活性炭含量达到 6000mg/L。生物强化活性炭的接种培养期内，采用连续流运行方式，通过开始添加的接种污 泥和未培养好的活性炭形成动态膜进行过滤出水。缺氧池4和好氧动态膜池5池的溶解氧 分别控制在0. 2mg/L和1.6mg/L左右，水力停留时间10h，强化微生物接种速度。反应器进 水、出水数控变频调节通过变频水泵、配有4-20mA电流输出信号的电磁流量计、与水泵电 机功率匹配的变频器、包括可编程序控制器等电气元件的控制箱、以及根据上述过程参数 编制的控制软件，组成自控执行系统，实现自动化运行。在装置一侧安装杆式搅拌机，使混 合液保持良好的悬浮状态。3个星期后，反应器中MLSS维持在9000-12000mg/L，生物强化 活性炭形成。此过程维持混合液回流比为200%，不进行排泥。(2)装置稳定运行启动完成之后，反应器进入稳定运行阶段，水力停留时间8-10h。。此阶段采用连续 流运行方式，原污水泵入厌氧池中，与来自好氧动态膜池5的回流污泥充分混合，该池内溶 解氧保持在0. 2mg/L左右。经一定停留时间，混合液通过推流方式流向进入好氧动态膜反 应池内，该区溶解氧保持在1. 6mg/L左右。在反应器一侧安装杆式搅拌机，使生物强化活性 炭混合液保持悬浮状态。此过程维持混合液回流比为200%。每天从反应器中排出一定量混合液，使污泥停 留时间维持在20d左右，并根据物料平衡计算需要补充的粉末活性炭的重量。(3)动态膜固液分离装置在启动和稳定运行阶段，均采用动态膜过滤技术进行固液分离。选择孔径75 微米不锈钢网作为动态膜支撑体，支撑体组件是平板型。动态膜组件6采用淹没式安装。生 物强化活性炭动态膜运行操作包括预涂、过滤和反冲洗三个阶段。采用数控变频流量可调 节水泵抽吸直接循环回流方式，可以在滤网表面形成生物强化活性炭动态膜。从抽吸水泵 直接循环启动开始，到回流停止，转换为清澈出水(出水标准为悬浮固体检测不出；或浊度 ^ 0. 5NTU)，这个过程被称为生物强化活性炭动态膜预涂阶段(10-15min)。之后，通过控制 程序切换到运行阶段。采用恒定出水通量运行，通过水泵吸水口安装的压力传感器监控抽吸负压值不超过40kPa，单位膜面积通量50-200L/m2. h。运行阶段结束后进入鼓风在线清洗阶段。采用9. 8_49kPa压力鼓风在线清洗，在 进行鼓风机通过出水管道供气从动态膜组件6内部反向清洗2-5min。 生物强化活性炭动态膜分离过程连续运行，采用3套动态膜组件6组合运行，其中 总有一套动态膜组件6处于在线清洗状态，另外2套动态膜组件5处于运行状态，保证整个 系统出水量稳定。
权利要求
一种组合式缺氧/好氧生活污水生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工艺，其特征在于采用生物强化活性炭动态膜反应器处理污水，生物强化活性炭动态膜反应器分为缺氧池(4)和好氧动态膜池(5)，缺氧池(4)内和好氧动态膜池(5)内分别插有搅拌机，好氧动态膜池(5)内放置有动态膜组件(6)，好氧动态膜池(5)底部设有曝气管，曝气管通过管道连接曝气泵(8)，好氧动态膜池(5)的出水口位于动态膜组件(6)上方，该出水口通过管道连接出水泵(7)，好氧动态膜池(5)底部设有出泥口，出泥口通过管道连接污泥回流泵(3)，污泥回流泵(3)通过管道连接缺氧池(4)上部一侧，进水泵(2)通过管道接于缺氧池(4)上部一侧；具体步骤如下(1)生物强化活性炭培养选用平均粒径为40-80微米的粉末活性炭作为微生物载体，采用微生物接种驯化法培养生物活性炭，接种污泥采用城市污水厂回流污泥，接种污泥的MLSS为5000mg/L，接种培养期前一周内，每天连续向缺氧池和好氧动态膜池内投加粉末活性炭，使生物强化活性炭动态膜反应器中粉末活性炭含量达到6000mg/L；生物强化活性炭的接种培养期内，进水、出水采用连续流运行方式，控制混合液回流比为200％，缺氧池内溶解氧浓度为0.2mg/L，好氧动态膜池溶解氧浓度为1.6mg/L，缺氧池和好氧动态膜池的水力停留时间共为8-10小时；通过开始添加的接种污泥和未培养好的活性炭在动态膜组件表面形成动态膜组件，进行过滤出水，完成动态膜组件的动态膜预涂过程，预涂时间为10-15分钟；经过20-30天后，生物强化活性炭动态膜反应器中MLSS维持在9000-12000mg/L，生物强化活性炭形成；(2)生物强化活性炭动态膜反应器稳定运行阶段此阶段进水、出水采用连续流运行方式，污水先经过缺氧池与来自好氧动态膜池的回流污泥混合，实现絮凝性微生物的选择并为反硝化过程和聚磷菌提供释磷环境，混合液推流进入好氧动态膜池。好氧动态膜池内培养包括聚磷菌、硝化细菌在内的异样微生物，实现去除COD、硝化、聚磷功能；控制缺氧池和好氧动态膜池的溶解氧浓度分别为0.2mg/L和1.6mg/L，水力停留时间分别为8-10h，好氧动态膜池的污泥回流比为200％；(3)固液分离步骤(2)混合液经过动态膜组件表面的生物微环境对有机物、氮、磷进行进一步的去除后，经动态膜过滤，出水排放；控制动态膜组件组件的单位膜面积通量为50-200L/m2.h，当通过吸水口监控抽吸负压值超过40KPa时，对动态膜组件组件进行反冲洗。
2.根据权利要求1所述的组合式缺氧/好氧生活污水生物强化活性炭动态膜脱氮除 磷工艺，其特征在于步骤(3)中所述反冲洗选用鼓风机进行在线空气反冲洗，时间为2-5分 钟。
3.根据权利要求1所述的组合式缺氧/好氧生活污水生物强化活性炭动态膜脱氮除磷 工艺，其特征在于动态膜组件采用不锈钢网或尼龙网作为动态支撑体，支持体组件呈平板 型或管式，不锈钢网或尼龙网的孔径为75-80微米。
全文摘要
本发明涉及一种组合式缺氧/好氧生物强化活性炭动态膜脱氮除磷工艺，采用微生物接种驯化法培养生物强化活性炭；生活污水经处理后，由生物强化活性炭预涂的动态膜过滤出水。粉末活性炭的投加可以保持反应器内高污泥浓度。高污泥浓度可强化内源反硝化作用；综合应用聚磷菌好氧吸磷的生物除磷过程，解决处理过程中脱氮和除磷；利用动态膜高效截留能力实现混合液的固液分离，过滤出水。本发明所用反应器结构紧凑、构造简单，污染物去除效率高、并且操作、管理和维修方便。该工艺可在不额外投加碳源的条件下，进行深度脱氮除磷处理，出水可达国家回用水标准。利用粉末活性炭使一些易流失的硝化、反硝化、聚磷菌等优势菌种得以在其表面附着生长。生物强化活性炭动态膜通量大、水力停留时间短，提高处理效率。
文档编号C02F3/30GK101863590SQ201010202059
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者周雪飞, 孙小雅, 张亚雷, 曹达文, 董秉直, 褚华强 申请人:同济大学