專利名稱：一種強化污水中氮磷去除的污泥減量工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種強化污水中氮磷去除的污泥減量工藝，屬于環(huán)境工程 水污染控制技術領域。
(二)
背景技術：
當前，活性污泥法因其經濟高效及碳氮磷同時去除的優(yōu)點，被廣泛地
應用于生活污水、城鎮(zhèn)污水及工業(yè)有機廢水的處理；但該法同時也會產生 大量的含有毒有害物質的剩余污泥，而處理和處置這些生物固體的費用可 占到整個污水廠的40% 60%，給企業(yè)和社會帶來了沉重的經濟負擔和環(huán) 境風險。這促使了環(huán)境工作者對污泥減量技術的研究，即在保證污水處理 效果的前提下，采取適當的措施使處理相同污水所產生的污泥數量降低， 以實現從源頭上解決污泥問題。
目前，污泥減量技術主要有溶胞-隱性生長技術、解偶聯技術和微型 動物捕食技術等。溶胞-隱性生長技術通過破碎污泥細胞并以其作為二次 生長底物，達到微生物代謝的能量耗散和降低產率的目的，但這會引起系 統(tǒng)污泥沉降性變差及出水中氮磷含量升高等問題;解偶聯技術憑借增加在 分解代謝和合成代謝的能量(ATP)差異，使供給微生物合成代謝的能量 有限而減少污泥的產量，但作為異型生物質的解偶聯劑的長期使用會導致 生物適應性和環(huán)境安全等后果;微型動物捕食技術則利用污水處理中的原 生動物與后生動物捕食細菌的特性，達到食物鏈延長、能量損失增加和生
物產量降低的效果,但該技術存在耗氧量增力口、蠕蟲釋放營養(yǎng)物質等弊端。 總的來說，現有的污泥減量技術都會不同程度給污水處理系統(tǒng)帶來污泥沉降性變差、氮磷等營養(yǎng)物的去除效果減弱等主要問題。
發(fā)明內容
針對現有技術不足，本發(fā)明提出 一種強化污水中氮磷去除及應對污泥 沉降性不良的污泥減量工藝。
本發(fā)明采用的技術方案是
一種強化污水中氮磷去除的污泥減量工藝，所述工藝主要由厭氧水
解、膜生物反應、生物-化學除磷和污泥溶胞4個梯:作單元組成，并設計
有污泥和污 Jc兩個流動相；所述污泥流動相包4舌兩個內4盾環(huán)，內《盾環(huán)1 存在于膜生物反應和生物-化學除磷操作單元之間，內循環(huán)2存在于厭氧 水解、膜生物反應、生物-化學除磷和污泥溶胞4個操作單元之間；所述 污水流動相分為兩條支路，支路l穿越厭氧水解和膜生物反應操作單元， 支路2穿越生物-化學除磷操作單元，分別處理后出水匯合排出。厭氧水 解單元接收大部分污水和經溶胞后的污泥混合液，其作用是通過兼性菌的 水解酸化作用截留和消解進水和溶胞污泥中的顆粒物及大分子有機物，提 高進入膜生物反應器污水的可生化性；膜生物反應器通過超濾/微濾膜組 件代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池使水力停留時間和污泥停留時間分離，具有污泥濃度 高、污泥產率低、抗污泥沉降性不良等優(yōu)點，其作用在于通過控制單元內 溶解氧的水平實現脫氮菌的同步硝化-反硝化及聚磷菌的好氧攝磷，降低 膜出水中懸浮物、有機物、氮磷等污染物濃度；生物-化學除磷單元接收 部分污水和膜生物反應器高濃度污泥，主要進行聚磷菌的厭氧釋磷及泥水 分離后富含磷的上清液的化學除磷，沉淀后的釋磷污泥分兩路分別進入膜 生物反應器和污泥溶胞單元；污泥溶胞單元利用物理(機械、超聲波等)、 化學(臭氧、氯氣等)、生物(溶菌酶等)等手段破碎剩余污泥細胞釋^:胞內有機物，溶胞后混合液經厭氧水解后可作為額外有機底物提高膜生物 反應器反硝化脫氮的效果。
設定污水總流量為Q，則支路1的污水流量為aQ,支路2的污水流 量為(/-")Q, 0.6<"<0.9;由膜生物反應單元流入生物-化學除磷單元的 污泥流量為6Q, 0.1<6《0.4,由生物-化學除磷單元回流至膜生物反應單 元的污泥流量為dQ， 0.05<d<0.15,由生物-化學除磷單元流入污泥溶胞 單元、由污泥溶胞單元流入厭氧水解單元的的污泥流量為cQ， 0.005 <c 《0.015。
具體的，所述工藝流程如下總流量為Q的污7jc接"(/—a)比例分別 進入厭氧水解單元和生物-化學除磷單元；在厭氧水解單元，污水中的懸 浮物和膠體顆粒被被吸附截留，并被水解轉化為液態(tài)污染物，而大分子有 機物通過酸化作用變成易生物降解的小分子物質，經厭氧水解單元水解預 處理后的污水流入膜生物反應單元；其中的碳氮磷污染物在異養(yǎng)菌、硝化 菌、反硝化菌、聚磷菌等代謝作用下被同步去除，同時產生剩余污泥；部 分來自膜生物反應器中的流量為的污泥與流量為(7-a)Q的污水共同匯 入生物-化學除磷單元進行反應，其中聚磷菌在厭氧條件下吸收進水有機 物并釋放大量磷酸鹽，經泥水分離后，濃縮污泥分兩路分別被引入到污泥 溶胞單元和膜生物反應單元，進入污泥溶胞單元的污泥流量為cQ、進入 膜生物反應單元的污泥流量為流量為(7+6-a-c-力Q的上清液則在經 過化學除磷后與流量為0+c+^6)Q的膜出水混合并被排出系統(tǒng)；流量為 cQ的污泥在經污泥溶胞單元處理后可產生可生化性較好的有機底物和惰 性物質，這些混合物被引入至厭氧水解單元，再經過厭氧水解單元的消解， 以進一步削減生物固體含量并提高其可生化性，被用作膜生物反應器的二次底物，經預處理后的溶胞污泥將改善系統(tǒng)反硝化脫氮及基于隱性生長的 污泥減量效果。
優(yōu)選的，流量分配系數"=0.8， 6=0.2, c=0.01, ^=0.06。
優(yōu)選的，本發(fā)明工藝參數如下待處理污水pH=6 8, COD/TN(碳
氮比)=5.1 8.9， COD/TP (碳磷比)=29 70;厭氧水解、膜生物反應、
生物_化學除磷單元的水力停留時間分別為2h 5h、 5h 8h、 4h 6h,溶解
氧分別為〈0.3mg/L、 0.5 1.0mg/L、 <0.1mg/L;月莫生物反應器內污泥濃度
控制在4000 8000mg/L;污泥溶胞單元采用臭氧接觸反應形式，以鼓泡傳
質形式控制臭氧投量為0.04 0.18g.O3/g.MLSS。
與現有污泥減量技術相比，本發(fā)明的有益效果主要體現在通過引入
水解、膜分離、除磷、溶胞等過程單元，有機整合了物化、生化等方法的
多種作用原理，實現了污水和污泥的一體化處理，重點解決了現有污泥減
量工藝存在的氮磷等營養(yǎng)物的去除效果和污泥沉降性減弱等弊端。本發(fā)明
適用于生活污水、城鎮(zhèn)污水及經過預處理后工業(yè)有機廢水的脫氮除磷和污
泥減量，污泥產率可至少下降60%以上，COD、 TN和TP的去除率分別
在90%、 80%、 85%以上。


圖1為本發(fā)明一種強化污水中氮磷去除的污泥減量工藝示意圖，圖中 1為厭氧水解單元，2為膜生物反應單元，3為生物-化學除磷單元，4為 污泥溶胞單元，5為超濾/微濾膜組件，6為攪拌設備；
圖2為具體實施例的COD、 TN、 TP去除率及污泥產率的變化圖， 圖中醒為COD去除率，令為TN去除率，A為TP去除率，*為污泥產 率。
具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述,但本發(fā)明的保護范圍
并不僅限于此 實施例1:
某小區(qū)生活污水的水質如下COD=238±26mg/L， NH/-N (以NH4+ 和NH3形式存在的氮含量)=24±6mg/L， TN (總氮含量)=33±7mg/L, TP (總磷含量)=5.7±0.3mg/L, pH=6.8±0.7。為實現對該污水的深度處 理并獲得污泥減量效果，建立了 一套可同時處理污水和污泥的試^r裝置， 如圖l所示，主要包括厭氧水解單元l、膜生物反應器2、生物-化學除磷 單元3、污泥溶胞單元4等四個操作工段。
反應器均采用聚氯乙烯塑料制成；采用ACO-002型氣泵進行鼓風曝 氣，采用BOWNIB2800型水泵進行流量控制，采用DJIC型增力電動攪 拌器實現膜生物反應器中微氧活性污泥的完全混合；水路和氣路通過硅膠 管連通并由電磁閥控制其通斷，水泵、氣泵及電石茲閥的啟閉由KG316T 型微型電腦時控開關控制。
工藝的主要技術參數如下進水流量Q=65L/d， COD/TN=7.2， COD/TP=42;流量分配系數"=0.8, 6=0.2, c=0.01, d=0.06;厭氧水解、 膜生物反應器、生物-化學除磷單元的水力停留時間分別為3h、 6h、 4h, 溶解氧分別為〈0.3、 0.5-1.0、 <0.1mg/L，膜生物反應器內污泥濃度控制在 6000mg/L左右；污泥溶胞單元采用臭氧接觸反應技術，臭氧濃度為 1.2mg/L,以鼓泡傳質形式控制臭氧才殳量為0.16g.O3/g.MLSS。
厭氧水解單元的有效體積為8.1L，高徑分別為340、 170mm,內置聚 丙烯彈性填料(型號0)120x0.35,比表面積為380m2/m3，具有掛膜快、耐負荷沖擊、不堵塞、使用壽命長等優(yōu)點)，其容積填充率設計為40%,
以增強對顆粒物及大分子有機物的截留及消解效果。
膜生物反應器2的有效體積為16.2L,高徑分別為340、 240mm，內 置聚丙烯中空纖維超濾膜組件5 (膜面積1.5m2、平均孔徑0.05nm，由靜 壓水頭驅動出水)，通過自身浮力浸沒于活性污泥混合液；反應器底部安 裝有普通養(yǎng)魚用砂芯，通過氣泵向活性污泥進行充氧，溶解氧通過 Multiline P3 pH/Oxio2儀器控制在微氧的水平。
生物_化學除磷單元3的有效體積為10.8L,高徑分別為340、200mm， 被一組豎向擋板均分成相互連通的兩個區(qū)，即厭氧釋磷區(qū)(內置攪拌設備 6)和泥水分離區(qū)；擋板一組共兩塊，呈豎直方向緊挨排列于反應器中央 (間距20mm),其作用是保證完成厭氧釋磷后的污泥由下部緩慢流入泥 水分離區(qū)，利于實現污泥的豎向沉淀并減少對上清液的水力擾動。
污泥溶胞單元4的有效體積為0.1L,高徑分別為80、 40mm;配備有 DHX-SS-1G型空氣氣源臭氧發(fā)生裝置，進氣量控制為200L/h，臭氧濃度 為1.2mg/L;臭氧混合空氣通過反應器底部的養(yǎng)魚砂芯擴散進入反應器， 使污泥細胞溶解并釋放出胞內有機物質，這不僅大大降低了系統(tǒng)污泥產 量，而且有利于提高生活污水的COD/TN比。
流量為aQ的污水和流量為cQ污泥的經溶^^后的污泥混合液在定量 水泵的作用下由底部進入厭氧水解單元1,通過其中兼性生物膜的水解酸 化作用截留和消解顆粒物及大分子有機物，提高進入后續(xù)膜生物反應器2 污水的可生化性；由于超濾膜組件5的介入，膜生物反應器2可有效克月l 污泥沉降性不良的問題，并實現高濃度污泥及低溶解氧環(huán)境，其中主要包 括好氧硝化、缺氧反硝化、好氧攝磷、礦化、膜過濾等多種生化和物化反 應過程；流量為的污泥于膜生物反應器2和生物-化學除磷單元3之間進行循環(huán)，通過往厭氧的生物-化學除磷單元3內引入流量為(7-a)Q的 污水，可有效實現聚磷菌體內"好氧攝磷-厭氧釋磷"的磷循環(huán)代謝過程； 經過生物-化學除磷單元3的泥水分離后，部分流量為dQ的經厭氧釋磷 的濃縮污泥重新返回入膜生物反應器2內進行后續(xù)好氧攝磷，而部分流量 為cQ的經厭氧釋磷的濃縮污泥則進入污泥溶胞單元4被破碎溶解，同時 剩余流量為c-力Q的富含磷的上清液在經過化學除磷后與流量為 (a十c+d-6)Q的膜出水混合，最終被排出系統(tǒng)；污泥溶胞單元4采用臭氧 接觸反應技術破碎流量為cQ的污泥細胞，并產生可生化性較好的有4幾底 物和惰性物質，這些混合物被引入至厭氧水解單元1，以進一步削減生物 固體含量并提高其可生化性，作為膜生物反應器2中^f鼓生物生長利用的二 次底物，經預處理后的溶胞污泥將改善系統(tǒng)反硝化脫氮及基于隱性生長的 污泥減量效果。
在現場進行試-驗來驗證本發(fā)明的效果，由圖2可見，COD、 TN、 TP 去除率的去除率分別高達90%~98%、 82% 91%、 85%~93%,平均污泥產 率僅為0.05g'MLSS/g'COD。
與以往類似專利相比，本專利實現了污水和污泥的一體化處理，重點 解決了現有污泥減量工藝存在的氮磷等營養(yǎng)物的去除效果和污泥沉降性 減弱等弊端。具體的，專利"折流式寡毛類蠕蟲污泥減量反應器 (200410009847.2 )"、"利用兩段式生物反應器實現污泥減量化的工藝 (200510044557.6 )"、"利用生物捕食減少剩余污泥產量的裝置 (200610010265.5)"和"MBR耳關合蠕蟲附著型生物床對i成市污水污泥減 量的設備(200710144318.7)"提出了一種利用原生、后生動物捕食細菌 的污泥減量方法，不僅污泥減量的原理不同，而且還存在工藝條件控制苛 刻，出水營養(yǎng)物(特別是磷酸鹽)含量升高的風險；專利"污泥減量的污水處理系統(tǒng)(200720120032.0)"發(fā)明了 一種聯合微生物捕食、魚類濾食、 厭氧水解等作用的污水和污泥處理工藝，但存在流程復雜、占地面積大、 費用高等缺點；專利"污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應器及其工藝 (200710178684.4 )"公開了 一種生物脫氮與污泥減量耦合處理污水的新 方法，但其主要原理在于通過厭氧水解和生物膜的微氧環(huán)境實現泥水一體 化處理，而對于污水中磷的去除也未涉及；專利"一種利用臭氧氧化使活 性污泥減量的方法及裝置(03138936.8)"和"用超聲波處理污泥使污泥 減量化的方法(200510102944.0 )"分別提出了利用臭氧氧化和超聲波使 活性污泥減量的方法，而對于在污水處理系統(tǒng)中如何有效利用細胞溶解產 物的途徑未作說明；專利"利用內源反硝化生物脫氮除磷使污泥減量的方 法及反應系統(tǒng)(200710144602.4)"利用污泥濃縮厭氧過程中產生的溶解 性COD作為聚磷菌厭氧釋磷的碳源，實現脫氮除磷，與本專利相比在溶 胞方法、脫氮除磷途徑及其工藝布置上存在明顯不同。
權利要求
1. 一種強化污水中氮磷去除的污泥減量工藝，所述工藝主要由厭氧水解、膜生物反應、生物-化學除磷和污泥溶胞4個操作單元組成，并設計有污泥和污水兩個流動相；所述污泥流動相包括兩個內循環(huán)，內循環(huán)1存在于膜生物反應和生物-化學除磷操作單元之間，內循環(huán)2存在于厭氧水解、膜生物反應、生物-化學除磷和污泥溶胞4個操作單元之間；所述污水流動相分為兩條支路，支路1穿越厭氧水解和膜生物反應操作單元，支路2穿越生物-化學除磷操作單元，分別處理后出水匯合排出。
2. 如權利要求l所述的工藝，其特征在于設定污水總流量為Q,則支路 1的污水流量為"Q,支路2的污水流量為O")Q, 0.6<a《0.9;由膜生 物反應單元流入生物-化學除磷單元的污泥流量為6Q, 0.1《6《0.4,由 生物-化學除磷單元回流至膜生物反應單元的污泥流量為c/Q， 0.05《d《0.15,由生物-化學除磷單元流入污泥溶胞單元、由污泥溶胞單元流 入厭氧水解單元的的污泥流量為cQ, 0.005 < c < 0.015。
3. 如權利要求2所述的工藝，其特征在于所述工藝如下總流量為Q的 污水按fl:(7-力比例分別進入厭氧水解單元和生物-化學除磷單元；經厭 氧水解單元水解預處理后的污水流入膜生物反應單元；部分來自膜生 物反應器中的流量為的污泥與流量為(7-")Q的污水共同匯入生物-化學除磷單元進行反應，經泥水分離后，濃縮污泥分兩^各分別^C引入 到污泥溶胞單元和膜生物反應單元，進入污泥溶胞單元的污泥流量為 cQ、進入膜生物反應單元的污泥流量為流量為(7+Z -a-c-力Q的上清液則在經過化學除磷后與流量為(fl+C+A。Q的膜過濾出水混合并被排出系統(tǒng)；流量為cQ的污泥在經污泥溶胞單元處理后，再經過厭氧水 解單元的消解，被用作膜生物反應器的二次底物。
4.如權利要求1~3之一所述的工藝，其特征在于工藝參數如下待處理 污水pH-6 8， COD/TN=5.1 8.9， COD/TP=29~70;厭氧水解、膜生物 反應、生物-化學除磷單元的水力停留時間分別為2h 5h、 5h 8h、 4h 6h, 溶解氧分別為〈0.3mg/L、 0.5 1.0mg/L、 <0.1mg/L;膜生物反應器內污 泥濃度控制在4000 8000mg/L;污泥溶胞單元采用臭氧接觸反應形式， 以鼓泡傳質形式控制臭氧投量為0.04 0.18g.O3/g'MLSS。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種強化污水中氮磷去除及應對污泥沉降性不良的污泥減量工藝，所述工藝主要由厭氧水解、膜生物反應、生物-化學除磷和污泥溶胞4個操作單元組成，并設計有污泥和污水兩個流動相；所述污泥流動相包括兩個內循環(huán)，內循環(huán)1存在于膜生物反應和生物-化學除磷操作單元之間，內循環(huán)2存在于厭氧水解、膜生物反應、生物-化學除磷和污泥溶胞4個操作單元之間；所述污水流動相分為兩條支路，支路1穿越厭氧水解和膜生物反應操作單元，支路2穿越生物-化學除磷操作單元，分別處理后出水匯合排出。本發(fā)明適用于生活污水、城鎮(zhèn)污水及經過預處理后工業(yè)有機廢水的脫氮除磷和污泥減量，可實現污水和污泥的一體化處理。
文檔編號C02F3/12GK101508513SQ200910097129
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權日2009年3月23日
發(fā)明者蔣軼鋒, 陳建孟 申請人:浙江工業(yè)大學