一种多级a/o生物膜污泥活化耦合脱氮除磷装置及应用
【专利摘要】本发明公开了一种多级缺氧?好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置及其处理污水的方法。所述装置包括原水箱、生物膜区、沉淀池以及污泥活化反应器，将连续流分段进水生物膜工艺与污泥活化工艺相结合，利用强化同步硝化反硝化脱氮作用来寻求低碳氮比生活污水实现最优化处理效果的耦合工艺。特别在生物膜区设置了速分球填料以增加系统稳定性、降低污泥负荷、减少剩余污泥，提高系统的处理效率。
【专利说明】
一种多级A/Ο生物膜污泥活化耦合脱氮除磷装置及应用
技术领域
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[0001]本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置及其应用。
【背景技术】
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[0002]目前，我国城镇污水处理厂存在严重的碳源不足问题，碳源不足不仅使TN达标难度较大，还会造成污泥浓度低、易松散膨胀等问题。
[0003]北京市地方标准一级財示准，排放限值为0)0〈3011^/1，順4+4〈211^/1，了队151^/1，丁？〈1.511^/1，了33〈81^/1。新标准相比《城镇污水处理厂污染物排放标准》(6818918-2002)中的一级A排放标准更为严格，单一的工艺已经远不能满足时代需求，耦合工艺的串联、协同变得尤为重要。
[0004]申请号为201410272114.1的中国发明专利一种改进型分段进水多段A/0脱氮工艺及其设计方法将:生活污水分别从第一级好氧段、第二 N级缺(厌)氧段进入反应器，缺(厌)氧段与好氧段间隔排列，节省了系统的硝化液内回流设施，首段改造为好氧池，节省了外回流设施。依据原水有机碳最大利用为反硝化碳源的原则，对进水流量和池区容积进行分配，使各级负荷均衡，系统相对稳定。在全部的缺(厌)氧池和好氧池内加入填料，将生物膜与分段进水多段A/0工艺有机结合，具有增加系统生物量及生物活性，减少剩余污泥产量，提高净化能力等优点。
[0005]连续流分段进水工艺是一种高效的污水生物脱氮工艺，是近年来国内外新开发的生物脱氮工艺，它耦合了传统AO生物膜工艺、污泥活化工艺，采用多点进水方式在各段缺氧区进水的生物处理工艺，结合了两者优势开发了对处理低C/N比生活污水更有利的污水处理工艺。
【发明内容】
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[0006]连续流分段进水脱氮工艺有较好的脱氮性能，对于较低碳氮比的生活污水有一定的处理优势。本发明将连续流分段进水生物膜工艺与污泥活化工艺相结合，利用强化同步硝化反硝化脱氮作用来寻求低碳氮比生活污水实现最优化处理效果的耦合工艺。
[0007]为了解决上述问题，本发明首先提供一种多级缺氧-好氧(A/0)生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，所述装置包括原水箱、生物膜区、沉淀池以及污泥活化反应器；
[0008]所述原水箱与生物膜区通过进水栗及进水管连接；
[0009]所述生物膜区与沉淀池通过出水管连接；
[0010]所述沉淀池与污泥活化反应器之间连接有污泥回流栗；
[0011]所述污泥活化反应器中的污泥经活化污泥回流栗进入生物膜区；
[0012]所述生物膜区包括若干A/0生物膜单元，每个A/0生物膜单元依次由缺氧区和好氧区组成，上一级A/0生物膜单元中的好氧区与下一级A/0生物膜单元中缺氧区由折流板分开，且使污水形成折流的多级串联结构；
[0013]所述A/0生物膜单元至少为两个，形成一级缺氧区-一级好氧区-二级缺氧区-二级好氧区，以此类推的连接顺序，最后一级好氧区与沉淀池通过出水管连接；
[0014]所述A/0单元内缺氧区和好氧区的容积比为1:1-1:3，充分匹配好硝化与反硝化的过程；
[0015]所述A/0生物膜单元中的缺氧区与好氧区通过折流板分开，污水由缺氧区底部连接管进入好氧区，连接管设置在下水面上1cm处；
[0016]污水由上一级好氧区顶部的连接管进入下一级缺氧区，连接管设置在上水面下I Ocm 处；
[0017]所述各缺氧区边壁上均设置进水管，原水箱中的污水通过进水管进入各缺氧区，各级进水管处安装液体流量计；
[0018]所述进水管位置为水面上1cm处;进水管采用小孔均匀布水；
[0019]所述好氧区、缺氧区均填充有速分球填料，
[°02°]所述速分球上层预留10_20cm稳定水层；
[0021 ]所述速分球填料内部为火山岩；
[0022]所述缺氧区及好氧区底部安装有微孔曝气盘；
[0023]所述缺氧区微孔曝气盘曝气强度控制在出水溶解氧小于0.5mg/L;
[0024]所述好氧区微孔曝气盘曝气强度控制在出水溶解氧大于2.0mg/L。
[0025]本发明还提供一种利用上述装置进行污水处理的方法，具体步骤如下:
[0026](I)原水箱中的污水在进水栗的作用下通过进水管同时进入各级A/0生物膜单元中的缺氧区，上级缺氧区与下级缺氧区间的进水比例为3:1-1:1 ；
[0027](2)污水通过连接管连续经过多级交替缺氧区和好氧区:污水在一级缺氧区经过预处理及回流污泥脱氮后，进入一级好氧区，去除有机物和氨氮;一级好氧区出水与二级缺氧区进水混合后，去除有机物、氨氮和总氮;二级好氧区进一步去除有机物和氨氮，以此类推；
[0028]所述缺氧区和好氧区均设置内部为火山岩的速分球填料，速分球上层预留10-20cm稳定水层，填料表面附着的微生物大量繁殖，形成生物膜，当污水流经以速分球为填料的速分池时，由于速分球内阻力大，流速慢，悬浮固体物被阻挡在球内部，球间阻力相对小，流速快，水流易通过，污水中的悬浮物便向球内以及球表面聚集，处理后的水排出装置，使污水实现了固液分离，聚集在球表面以及球内部的有机物被活性生物膜吸附、降解；
[0029](3)污水经过生物膜区的处理后通过出水管进入沉淀池，沉淀池中的清液通过出水口排水，部分沉淀经排泥口排出，部分沉淀则在污泥回流栗的作用下进入污泥活化反应器回收利用，曝气2h后在活化污泥回流栗的作用下回流至各缺氧区；
[0030]活化污泥对污水中的溶解性和悬浮性污染物质进行絮凝吸附并形成沉淀性能良好的污泥，进而被速分球吸附，在厌氧条件下经水解作用被分解、液化，为反硝化提供碳源；部分未降解殆尽的剩余污泥流出速分球，在好氧环境发生氧化分解，残存的污泥再次被捕获至速分球内，最终大部分有机污泥被彻底消化，达到污泥减量化效果。好氧区出水端硝化液经二沉池及污泥活化装置回流至首端缺氧区发生反硝化作用强化脱氮效果。
[0031]有益效果:
[0032]1、本发明采用多点进水缺氧-好氧工艺有如下优势:(1)污水均匀分布至缺氧区，负荷均衡，缺氧区的反硝化菌充分利用进水中的有机物反硝化，充分利用污水中有机物，在进水水质波动较大的情况下，保证稳定的去除效果。(2)理论上分段数越多脱氮效率越高，缺氧段消耗大量碳源，给好氧区硝化细菌的生长提供有利的环境。(3)提高碳源的利用率，将有效的碳源用于反硝化脱氮，同时避免过多的碳源直接进入好氧区，减少碳源与氧气的直接碳化作用，减少碳源损失。可以减少低碳氮比污水的碳源投加量，甚至不需投加碳源可实现较好的脱氮效果。
[0033]2、本技术中采用多级缺氧好氧池串联有如下优势:(I)硝化液从各段好氧区直接进入下一段缺氧区，不用设置硝化液内回流设施，简化了工艺流程，节省了动力费用；(2)反硝化出水直接进入好氧区，在一定程度上弥补了硝化反应对碱度的需求，减少了碱度物质投加量；(3)对现有污水处理厂的升级改造相对简单，只需将污水改为分段进水进入主体反应池体，部分池体改为缺氧运行，其它设施无需改动。
[0034]3、采用生物膜技术能在反应池容积不变的情况下提高污泥浓度，加之生物膜的泥龄比活性污泥的泥龄长得多使整个生物池的平均泥龄大幅度提高，因此，污泥负荷要低很多，处理效率高，而系统更稳定。速分球具有的较大比表面积的特性有利于原生动物后生动物的生成，促进生物捕食作用，减少剩余污泥。速分球内部可能形成缺氧环境，适宜反硝化菌的生长，可能出现同步硝化反硝化，提高系统的脱氮能力。
[0035]4、经污泥活化装置曝气活化后的污泥可强化系统对污染物的去除效果，活化污泥回流既可提供一部分碳源，又可以达到污泥减量化的处理效果。
[0036]5、本发明利用一级缺氧区前置预处理及污泥回流脱氮，二级缺氧区同步硝化反硝化脱氮;利用一级好氧区使有机物和氨氮达标;利用二级好氧区进一步去除有机物和氨氮；利用本系统，030〈3011^/1，冊4+-队211^/1，了队1511^/1，了？〈1.511^/1，了55〈811^/1。本发明投资省、占地面积少、运行维护简单、特别适用于污水处理后用作地表水和地下水补充用水。
【附图说明】
[0037]图1本发明的一种多级A/0生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷系统示意图。
[0038]其中，卜原水箱2-进水栗3-液体流量计4-气体玻璃转子流量计5-第一级缺氧区6-—级好氧区7-二级缺氧区8-二级好氧区9-沉淀池10-出水口 11-污泥回流栗12-污泥活化反应器13-活化污泥回流栗14-空气压缩机15-空气调节阀16-微孔曝气盘17-排泥口 18-进水管19-出水管20-速分球填料。
【具体实施方式】
[0039]实施例1:一种多级A/0生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置及其处理污水的方法
[0040]如图1所示，一种多级A/0生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷的污水处理系统，包括原水箱1、生物膜区、沉淀池9以及污泥活化反应器12;
[0041]所述原水箱I与生物膜区通过进水栗2及进水管18连接；
[0042]所述生物膜区与沉淀池9通过出水管19连接；
[0043]所述沉淀池9与污泥活化反应器12之间连接有污泥回流栗11;
[0044]所述污泥活化反应器12中的污泥经活化污泥回流栗13进入生物膜区；
[0045]所述生物膜区包括两个A/0生物膜单元，形成一级缺氧区5-—级好氧区6-二级缺氧区7-二级好氧区8的连接形式，相邻区域间均通过折流板分开，二级好氧区8与沉淀池9通过出水管19连接；
[0046]缺氧区和好氧区的容积比为1:1，充分匹配好硝化与反硝化的过程；
[0047]缺氧区与好氧区通过折流板分开，污水由缺氧区底部连接管进入好氧区，连接管设置在下水面上1cm处；
[0048]—级好氧区的污水由顶部的连接管进入二级缺氧区，连接管设置在上水面下1cm处；
[0049]各缺氧区边壁上均设置进水管18，各级进水管处安装液体流量计3，原水箱I中的污水通过进水管18进入各缺氧区；
[°°50]所述进水管位置为水面上1cm处;进水管采用小孔均匀布水；
[0051]所述好氧区、缺氧区均填充有内部为火山岩的速分球填料20，
[0052]所述速分球上层预留20cm稳定水层；
[0053]所述缺氧区及好氧区底部安装有微孔曝气盘16;
[0054]所述缺氧区微孔曝气盘曝气强度控制在出水溶解氧小于0.5mg/L;
[0055]所述好氧区微孔曝气盘曝气强度控制在出水溶解氧大于2.0mg/L;
[0056]溶氧通过空气压缩机14、空气调节阀15及气体玻璃转子流量计4控制。
[0057]采用上述装置处理污水的方法:
[0058]第一段进水从原水箱I经进水管18进入一级缺氧区5污水处理区预处理，增加污水可生化性，随后进入一级好氧区6，去除有机物和氨氮，再流入二级缺氧区7，与原水箱I经进水管18进入二级缺氧区7的第二段进水混和后，经过同步硝化反硝化作用，有机物、氨氮和总氮达标;再经过二级好氧区8，进一步去除有机物和氨氮;二级好氧区溢流除的污水经出水管19进入沉淀池9。表层上清液经出水口 10排出，部分污泥经排泥管17排出。污泥沉淀后底部经污泥回流栗11进入污泥活化反应器12，曝气活化后污泥经活化污泥回流栗13回流至进入一级、二级缺氧区5，7。
[0059]—级缺氧区与二级缺氧区间的进水比例为1:1。
[0060]本发明处理规模为5m3/d，运行费用为0.55元/m3;利用本发明处理的生活污水，其水质性质如下:TSS: 60?100mg/L，CODcr: 150?250mg/L，TN: 25?50mg/L，TP: 3.0?7.0mg/L；
[0061 ] 处理结果表明:试验⑶D平均值为10lmg/L，TN平均值为37.2mg/L，碳氮比为2.72。理论上，反硝化Ig硝态氮需要消耗2.86g碳源，普通的活性污泥法处理此类低碳氮比生活污水时，碳源不可能都被反硝化菌利用，实际脱氮效果很差，出水TN不低于25mg/L。经过本发明处理，出水水质为:CODcr维持在30mg/L以下，TN维持在15mg/L以下，TP维持在0.Smg/!以下，TSS维持在8mg/L以下，NH4+-N维持在1.5mg/L以下。
【主权项】
1.一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述装置包括原水箱、生物膜区、沉淀池以及污泥活化反应器;所述原水箱与生物膜区通过进水栗及进水管连接;所述生物膜区与沉淀池通过出水管连接;所述沉淀池与污泥活化反应器之间连接有污泥回流栗;所述污泥活化反应器中的污泥经活化污泥回流栗进入生物膜区。2.如权利要求1所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述生物膜区包括至少两个A/Ο生物膜单元，每个A/Ο生物膜单元依次由缺氧区和好氧区组成，上一级A/Ο生物膜单元中的好氧区与下一级A/Ο生物膜单元中缺氧区由折流板分开，且使污水形成折流的多级串联结构。3.如权利要求1或2所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述A/Ο生物膜单元为两个，形成一级缺氧区-一级好氧区-二级缺氧区-二级好氧区的连接顺序，最后一级好氧区与沉淀池通过出水管连接。4.如权利要求2所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述A/Ο生物膜单元内缺氧区和好氧区的容积比为1:1-1: 3。5.如权利要求2所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述A/Ο生物膜单元中的缺氧区与好氧区通过折流板分开，污水由缺氧区底部连接管进入好氧区，连接管设置在下水面上1cm处;上一级好氧区的污水由顶部的连接管进入下一级缺氧区，连接管设置在上水面下1cm处。6.如权利要求2所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述各缺氧区边壁上均设置进水管，原水箱中的污水通过进水管进入各缺氧区，各级进水管处安装流量计;所述进水管位置为水面上1cm处;进水管采用小孔均匀布水。7.如权利要求2所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述好氧区、缺氧区均填充有速分球填料，所述速分球上层预留10-20cm稳定水层；所述速分球填料内部为火山岩。8.如权利要求2所述的一种多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置，其特征在于，所述缺氧区及好氧区底部安装有微孔曝气盘;所述缺氧区微孔曝气盘曝气强度控制在出水溶解氧小于0.5mg/L;所述好氧区微孔曝气盘曝气强度控制在出水溶解氧大于2.0mg/Lo9.一种采用权利要求1-8任意一项所述多级缺氧-好氧生物膜与污泥活化耦合脱氮除磷装置处理污水的方法，其特征在于，步骤如下: (1)原水箱中的污水在进水栗的作用下通过进水管同时进入各级A/Ο生物膜单元中的各级缺氧区； (2)污水通过连接管连续经过多级交替缺氧区和好氧区:污水在一级缺氧区经过预处理及回流污泥脱氮后，进入一级好氧区，去除有机物和氨氮;一级好氧区出水与二级缺氧区进水混合后，去除有机物、氨氮和总氮;二级好氧区进一步去除有机物和氨氮，以此类推； (3)污水经过生物膜区的处理后通过出水管进入沉淀池，沉淀池中的清液通过出水口排水，部分沉淀经排泥口排出，部分沉淀则在污泥回流栗的作用下进入污泥活化反应器回收利用，曝气2h后在活化污泥回流栗的作用下回流至各缺氧区。10.如权利要求9所述的一种处理污水的方法，其特征在于，所述各级缺氧区的进水比例为:上级缺氧区:下级缺氧区间=3:1 -1:1。
【文档编号】C02F101/16GK105948251SQ201610467132
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】郭雪松, 孙聚龙, 肖本益, 刘俊新
【申请人】中国科学院生态环境研究中心