CN101279794B - 强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺及装置，涉及一种脱氮除磷的污水处理工艺。本发明依次包括厌氧池、第一缺氧/好氧可调池、好氧池、第二缺氧/好氧可调池、缺氧池和膜池，可依据需要按两种方式运行；污水进入工艺后，经不同种类微生物的作用，完成厌氧释磷、好氧吸磷、缺氧反硝化的生化处理过程，最终通过膜过滤抽吸获得出水。该工艺利用高污泥浓度强化内源反硝化作用，并应用反硝化除磷技术，解决脱氮和除磷对碳源需求的矛盾，同时利用膜的高效截留分离特性，实现对氮和磷的高效同步去除。该工艺可在不额外投加碳源的条件下，针对碳源含量有限的城市生活污水，进行深度脱氮除磷处理，工艺简单且控制灵活，出水可达国家回用水标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱氮除磷的污水处理工艺，尤其是涉及应用膜-生物反应器的污水脱氮除磷工艺、装置与技术。
城市污水中含有大量的氮、磷污染物质，当污水排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，氮、磷逐渐积累下来，使水生生物特别是藻类大量繁殖，最终导致水体生态平衡遭到严重破坏，即发生所谓的富营养化现象。富营养化不仅会破坏水体原有的生态系统，还会对渔业、养殖业等造成重大的经济损失，严重时甚至危害到人类健康。为了有效遏制水体富营养化，越来越多的国家和地区制定了严格的氮、磷排放标准。但传统的污水处理工艺由于在脱氮和除磷之间存在对碳源需求的矛盾，出水氮、磷浓度难以同时达标，这使得污水脱氮除磷成为了污水处理领域的热点和难点。
膜-生物反应器是一种将膜分离技术与生物处理单元相组合的新型污水处理与回用工艺。该工艺由于采用高效的膜分离替代传统活性污泥工艺中的二沉池，固液分离效率高，出水好且稳定，可直接回用；反应器内可保持高浓度的微生物量，处理容积负荷高，占地面积省；剩余污泥产生量小；操作管理方便，自动化程度高等。鉴于膜-生物反应器的优点，国内外已建立了相当规模和数量的膜-生物反应器污水处理和资源化工程。
污水脱氮除磷是膜-生物反应器的一个重要应用领域和方向，由于机理复杂，影响因素众多，现有研究大多独立考察膜-生物反应器的脱氮或除磷，难以两者兼顾。部分研究采用外加碳源的方式同时改善脱氮除磷效果，但由于增加了工艺的复杂度和运行成本，不适合大规模推广。有研究通过应用反硝化除磷技术，使脱氮和除磷可以共用一部分碳源，能在一定程度上缓解两者的矛盾，但其效果仍然有限。内源反硝化技术则是利用微生物的胞内物质作为碳源，无需污水中的碳源，因而非常适用于通常碳源含量有限的城市生活污水的脱氮除磷处理。目前应用内源反硝化技术强化脱氮除磷效果的膜-生物反应器工艺仅在国外有少量的研究，但针对的是高碳源含量的污水，进水COD超过600mg/L，而城市生活污水的COD含量通常较低，例如我国城市污水的COD往往不到400mg/L，因此目前尚缺乏以处理城市生活污水为目标的应用内源反硝化技术的膜-生物反应器脱氮除磷工艺。
发明内容
为了克服传统污水处理工艺不能有效地去除污水中的氮和磷的不足，本发明的目的是提供一种强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺及装置，该工艺可以在不额外投加碳源的条件下，针对城市生活污水进行高效脱氮除磷处理，而且工艺简单，出水可达到国家回用水标准。
本发明的技术方案如下：
一种强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷装置，其特征在于：该装置含有厌氧池16以及依次与厌氧池相连通的第一缺氧/好氧可调池17、好氧池18、第二缺氧/好氧可调池19、缺氧池20和膜池21；在膜池21和第一缺氧/好氧可调池17及好氧池18之间设有1#污泥混合液回流管11，在该1#污泥混合液回流管上装有1#回流泵4、第一截止阀7和第二截止阀8；在缺氧池20和厌氧池16之间设有2#污泥混合液回流管12，在该2#污泥混合液回流管上装有2#回流泵5；在第二缺氧/好氧可调池19和第一缺氧/好氧可调池17之间设有3#污泥混合液回流管13，在该3#污泥混合液回流管上装有第三3#回流泵6；在厌氧池16和第二缺氧/好氧可调池19之间设有污泥混合液分流管14，在该污泥混合液分流管上装有分流泵3；在所述的厌氧池16、第一缺氧/好氧可调池17、第二缺氧/好氧可调池19和缺氧池20内均设有搅拌混合装置9；在第一缺氧/好氧可调池17、好氧池18、第二缺氧/好氧可调池19和膜池21内均设有曝气充氧装置10。
上述方案中所述的厌氧池、第一缺氧/好氧可调池、好氧池、第二缺氧/好氧可调池、缺氧池和膜池均由一个或多个单元池结构组成。
本发明提供的第一种工艺方法为：一种强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺方法，其特征在于该工艺方法包括如下步骤：
1)将待处理的污水经进水泵1送入厌氧池16，同时使缺氧池20的部分污泥混合液回流送入厌氧池，与厌氧池原有污泥混合液混合反应后进入第一缺氧/好氧可调池17；
2)在第一缺氧/好氧可调池内通过关闭曝气充氧装置并开启搅拌混合装置，使该池成为缺氧池，该池中的污泥混合液与从第二缺氧/好氧可调池19回流来的污泥混合液充分混合反应，之后进入好氧池18；
3)关闭第一截止阀7并开启第二截止阀8，使好氧池中的污泥混合液与从膜池21回流来的部分污泥混合液充分混合反应，之后进入第二缺氧/好氧可调池19；
4)在第二缺氧/好氧可调池中开启曝气充氧装置，该池中的污泥混合液一部分被送入第一缺氧/好氧可调池17，其余污泥混合液反应后进入缺氧池20；
5)缺氧池中的部分污泥混合液一部分被送入厌氧池，其余混合液反应后进入膜池21；
6)在膜池21中部分污泥混合液被送入好氧池18，另一部分通过膜组件15截留由出水泵2抽吸获得出水；
上述各池中污泥的平均浓度为5-15g/L，水力停留时间为10.3-25.4小时。
在上述第一种工艺方法中，步骤1)由缺氧池送入厌氧池的污泥混合液的回流比范围为100％-400％；步骤2)由第二缺氧/好氧可调池送入第一缺氧/好氧可调池的污泥混合液的回流比范围为100％-400％；步骤3)由膜池送入好氧池的污泥混合液的回流比范围为200％-600％。
本发明提供的第二种技术工艺方法为：一种强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺方法，其特征在于该工艺方法包括如下步骤：
1)将待处理的污水经进水泵1送入厌氧池16，同时将缺氧池20的部分污泥混合液回流送入厌氧池，和厌氧池原有污泥混合液混合反应后部分混合液分流送入第二缺氧/好氧可调池19，其余混合液进入第一缺氧/好氧可调池17；
2)在第一缺氧/好氧可调池内通过开启曝气充氧装置，使该池成为好氧池，开启第一截止阀7并关闭第二截止阀8，使该池中的污泥混合液与从膜池21回流来的污泥混合液充分混合反应，之后进入好氧池18；
3)好氧池中的污泥混合液反应后进入第二缺氧/好氧可调池19；
4)在第二缺氧/好氧可调池中关闭曝气充氧装置并开启搅拌混合装置，第二缺氧/好氧可调池中的污泥混合液与从厌氧池分流来的部分污泥混合液充分混合反应，之后进入缺氧池20；
5)缺氧池中的部分污泥混合液被送入厌氧池，其余混合液反应后进入膜池21；
6)在膜池21中部分污泥混合液被送入第一缺氧/好氧可调池，另一部分通过膜组件15截留由出水泵2抽吸获得出水；
在第二种工艺方法中，步骤1)由缺氧池送入厌氧池的污泥混合液的回流比范围为100％-400％，由厌氧池送入第二缺氧/好氧可调池的污泥混合液的分流比范围为30％-100％；步骤4)由膜池送入第二缺氧/好氧可调池的污泥混合液的回流比范围为200％-600％。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明针对我国典型的城市生活污水实现深度脱氮除磷处理，工艺简单且控制灵活，出水可达到国家回用水标准。
附图说明
图1为本发明提供的实施例的工艺流程示意图。
图2为本发明提供的第一种工艺流程示意图。
图3为本发明提供的第二种工艺流程示意图。
图中：1-进水泵；2-出水泵；3-分流泵；4-1#回流泵；5-2#回流泵；6-3#回流泵；7-第一截止阀；8-第二截止阀；9-搅拌混合装置；10-曝气充氧装置；11-1#污泥混合液回流管；12-2#污泥混合液回流管；13-3#污泥混合液回流管；14-污泥混合液分流管；15-膜组件；16-厌氧池；17-第一缺氧/好氧可调池；18-好氧池；19-第二缺氧/好氧可调池；20-缺氧池；21-膜池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明提供的实施例的工艺流程示意图。该装置依次包括进水泵1以及与进水泵依次相连的厌氧池16、第一缺氧/好氧可调池17、好氧池18、第二缺氧/好氧可调池19、缺氧池20和膜池21；在膜池21和第一缺氧/好氧可调池17或好氧池18、缺氧池20和厌氧池16、第二缺氧/好氧可调池19和第一缺氧/好氧可调池17之间分别设有1#污泥混合液回流管11、2#污泥混合液回流管12和3#污泥混合液回流管13；在厌氧池16和第二缺氧/好氧可调池19之间设有污泥混合液分流管14；在所述的厌氧池16、第一缺氧/好氧可调池17、第二缺氧/好氧可调池18和缺氧池20内均设有搅拌混合装置9，在第一缺氧/好氧可调池17、好氧池18、第二缺氧/好氧可调池19和膜池21内均设有曝气充氧装置10；所述的厌氧池16、第一缺氧/好氧可调池17、好氧池18、第二缺氧/好氧可调池19、缺氧池20和膜池21采用至少一个。
本发明的具体运行方式可以有两种，其中第一种工艺流程如图2所示，该工艺流程的污水处理效果最佳，但由于包含三条回流线路，能耗稍高；第二种工艺流程如图3所示，该工艺流程采用两条回流线路加一条分流线路，降低了能耗，但处理效果比第一种工艺流程稍差。这两种工艺流程可以依据实际情况的需要加以选择使用。
在第一种工艺流程中，如图2所示，污水经进水泵1进入厌氧池16，进水中的有机底物被聚磷菌吸收并合成为PHAs储存于胞内，同时聚磷菌释放出溶解性正磷酸盐，表现为上清液的COD降低而磷浓度升高。在厌氧池16中，有机氮也被转化为氨氮。之后污水进入第一缺氧/好氧可调池17，该工艺流程中通过关闭曝气充氧装置开启搅拌混合装置使该池成为缺氧池，反硝化菌利用污水残余碳源将3#污泥混合液回流管13从第二缺氧/好氧可调池19输送来的硝酸盐进行反硝化脱氮，同时反硝化聚磷菌在此处可利用胞内PHAs进行反硝化除磷，去除部分硝酸盐和磷。之后污水依次进入好氧池18和第二缺氧/好氧可调池19，在该工艺流程中第二缺氧/好氧可调池通过开启曝气充氧装置使之成为好氧池。在此阶段，聚磷菌利用胞内PHAs迅速吸收去除溶解性的磷，COD由于好氧微生物的作用继续减少，同时硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。然后污水进入缺氧池20，经过前面的消耗，此处污水中的COD含量已很低。在营养极度贫乏的状态下，一些微生物开始消耗自身的细胞组成成分，同时也有一些微生物死亡和溶解，在污泥减量的同时一些有机成分被释放出来，而仍存活的反硝化菌可利用这些来自于细胞自身的碳源进行反硝化，即所谓的内源反硝化，将残余的硝酸盐去除彻底。经过以上的一系列处理之后，污水中的氮、磷及其它污染物质已基本被去除，而最后的膜池21则起到进一步保障水质的作用，通过膜截留分离去除胶体磷等悬浮态的污染物质，最终经出水泵2抽吸排水，获得满足国家回用标准的出水。
在第二种工艺流程中，如图3所示，污水经进水泵1进入厌氧池16，进水中的有机底物被聚磷菌吸收并合成为PHAs储存于胞内，同时聚磷菌释放出溶解性正磷酸盐，表现为上清液的COD降低而磷浓度升高。在厌氧池中，有机氮也被转化为氨氮。之后污水依次进入第一缺氧/好氧可调池17和好氧池18，在该工艺流程中第一缺氧/好氧可调池通过开启曝气充氧装置使该池成为好氧池，在此阶段，聚磷菌利用胞内PHAs迅速吸收去除溶解性的磷，COD由于好氧微生物的作用继续减少，同时硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。之后污水进入第二缺氧/好氧可调池19，该工艺流程中通过关闭曝气充氧装置开启搅拌混合装置使之成为缺氧池，在此处反硝化菌利用污水残余碳源以及污泥混合液分流管14从厌氧池16输送来的碳源进行反硝化脱氮，去除硝酸盐，同时反硝化聚磷菌可利用胞内PHAs进行反硝化除磷，去除部分硝酸盐和磷。然后污水进入缺氧池20，由于污水中的COD含量已很低，在营养极度贫乏的状态下，一些微生物开始消耗自身的细胞组成成分，同时也有一些微生物死亡和溶解，在污泥减量的同时一些有机成分被释放出来，而仍存活的反硝化菌可利用这些来自于细胞自身的碳源进行内源反硝化，将残余的硝酸盐去除彻底。经过以上的一系列处理之后，污水中的氮、磷及其它污染物质已基本被去除，而最后的膜池21则起到进一步保障水质的作用，通过膜截留分离去除胶体磷等悬浮态的污染物质，最终经出水泵2抽吸排水，获得满足国家回用标准的出水。
本发明的工艺中共设三条污泥混合液回流管和一条污泥混合液分流管，可依据需要进行调整。在第一种工艺流程中，1#污泥混合液回流管11通过关闭第一截止阀7，开启第二截止阀8和1#回流泵4将污泥混合液从膜池21回流输送至好氧池18，回流比为200％-600％；2#污泥混合液回流管12通过2#回流泵5将污泥混合液从缺氧池20回流输送至厌氧池16，回流比为100％-400％；3#污泥混合液回流管13通过3#回流泵6将污泥混合液从第二缺氧/好氧可调池19回流输送至第一缺氧/好氧可调池17，回流比为100％-400％；污泥混合液分流管14关闭。在第二种工艺流程中，1#污泥混合液回流管11通过关闭第二截止阀8，开启第一截止阀7和1#回流泵4将污泥混合液从膜池21回流输送至第一缺氧/好氧可调池17，回流比为200％-600％；2#污泥混合液回流管12通过2#回流泵5将污泥混合液从缺氧池20回流输送至厌氧池16，回流比为100％-400％；3#污泥混合液回流管13关闭；污泥混合液分流管14通过分流泵3将污泥混合液从厌氧池16分流输送至第二缺氧/好氧可调池19，分流比为30％-100％。在第一种工艺流程和第二种工艺流程中，1#污泥混合液回流管11和2#污泥混合液回流管12的作用是使工艺各阶段维持合适的污泥浓度分布，保证生化反应顺利进行。在第一种工艺流程中，3#污泥混合液回流管13的作用是为第一缺氧/好氧可调池17提供硝酸盐进行反硝化。在第二种工艺流程中，污泥混合液分流管14的作用是为第二缺氧/好氧可调池19提供碳源保障反硝化。
实施例1：污水水质条件为：COD含量为200至300mg/L，总氮含量为40至60mg/L，总磷含量为3至10mg/L。1#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为200％，2#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为100％，3#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为100％，污泥浓度为5g/L，水力停留时间为25.4小时。最终出水达到国家回用标准。
实施例2：污水水质条件为：COD含量为200至300mg/L，总氮含量为40至60mg/L，总磷含量为3至10mg/L。1#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为600％，2#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为400％，3#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为400％，污泥浓度为7.6g/L，水力停留时间为15小时。最终出水达到国家回用标准。
实施例3：污水水质条件为：COD含量为150至250mg/L，总氮含量为30至55mg/L，总磷含量为2至7mg/L。1#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为600％，2#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为400％，污泥混合液分流管的污泥混合液分流比为30％，污泥浓度为15g/L，水力停留时间为10.3小时。最终出水达到国家回用标准。
实施例4：污水水质条件为：COD含量为200至350mg/L，总氮含量为30至70mg/L，总磷含量为3至12mg/L。1#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为200％，2#污泥混合液回流管的污泥混合液回流比为100％，污泥混合液分流管的污泥混合液分流比为100％，污泥浓度为13.8g/L，水力停留时间为14小时。最终出水达到国家回用标准。
Claims (6)
1.一种强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷装置，其特征在于：该装置含有厌氧池(16)以及依次与厌氧池相连通的第一缺氧/好氧可调池(17)、好氧池(18)、第二缺氧/好氧可调池(19)、缺氧池(20)和膜池(21)；在膜池(21)和第一缺氧/好氧可调池(17)及好氧池(18)之间设有1#污泥混合液回流管(11)，在该1#污泥混合液回流管上装有1#回流泵(4)、第一截止阀(7)和第二截止阀(8)；在缺氧池(20)和厌氧池(16)之间设有2#污泥混合液回流管(12)，在该2#污泥混合液回流管上装有2#回流泵(5)；在第二缺氧/好氧可调池(19)和第一缺氧/好氧可调池(17)之间设有3#污泥混合液回流管(13)，在该3#污泥混合液回流管上装有第三3#回流泵(6)；在厌氧池(16)和第二缺氧/好氧可调池(19)之间设有污泥混合液分流管(14)，在该污泥混合液分流管上装有分流泵(3)；在所述的厌氧池(16)、第一缺氧/好氧可调池(17)、第二缺氧/好氧可调池(19)和缺氧池(20)内均设有搅拌混合装置(9)；在第一缺氧/好氧可调池(17)、好氧池(18)、第二缺氧/好氧可调池(19)和膜池(21)内均设有曝气充氧装置(10)。
2.按照权利要求1所述的一种强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷装置，其特征在于：所述的厌氧池、第一缺氧/好氧可调池、好氧池、第二缺氧/好氧可调池、缺氧池和膜池均由一个或多个单元池结构组成。
3.一种采用如权利要求1所述装置的强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺方法，其特征在于该工艺方法包括如下步骤：
1)将待处理的污水经进水泵(1)送入厌氧池(16)，同时使缺氧池(20)的部分污泥混合液回流送入厌氧池，与厌氧池原有污泥混合液混合反应后进入第一缺氧/好氧可调池(17)；
2)在第一缺氧/好氧可调池内通过关闭曝气充氧装置并开启搅拌混合装置，使该池成为缺氧池，该池中的污泥混合液与从第二缺氧/好氧可调池(19)回流来的污泥混合液充分混合反应，之后进入好氧池(18)；
3)关闭第一截止阀(7)并开启第二截止阀(8)，使好氧池中的污泥混合液与从膜池(21)回流来的部分污泥混合液充分混合反应，之后进入第二缺氧/好氧可调池(19)；
4)在第二缺氧/好氧可调池中开启曝气充氧装置，该池中的污泥混合液一部分被送入第一缺氧/好氧可调池(17)，其余污泥混合液反应后进入缺氧池(20)；
5)缺氧池中的部分污泥混合液一部分被送入厌氧池，其余污泥混合液反应后进入膜池(21)；
6)在膜池(21)中部分污泥混合液被送入好氧池(18)，另一部分通过膜组件(15)截留由出水泵(2)抽吸获得出水；
上述各池中污泥的平均浓度为5-15g/L，水力停留时间为10.3-25.4小时。
4.按照权利要求3所述的强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺方法，其特征在于：步骤1)由缺氧池送入厌氧池的污泥混合液的回流比范围为100％-400％；步骤2)由第二缺氧/好氧可调池送入第一缺氧/好氧可调池的污泥混合液的回流比范围为100％-400％；步骤3)由膜池送入好氧池的污泥混合液的回流比范围为200％-600％。
5.一种采用如权利要求1所述装置的强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺方法，其特征在于该工艺方法包括如下步骤：
1)将待处理的污水经进水泵(1)送入厌氧池(16)，同时将缺氧池(20)的部分污泥混合液回流送入厌氧池，和厌氧池原有污泥混合液混合反应后部分污泥混合液分流送入第二缺氧/好氧可调池(19)，其余污泥混合液进入第一缺氧/好氧可调池(17)；
2)在第一缺氧/好氧可调池内通过开启曝气充氧装置，使该池成为好氧池，开启第一截止阀(7)并关闭第二截止阀(8)，使该池中的污泥混合液与从膜池(21)回流来的污泥混合液充分混合反应，之后进入好氧池(18)；
3)好氧池中的污泥混合液反应后进入第二缺氧/好氧可调池(19)；
4)在第二缺氧/好氧可调池中关闭曝气充氧装置并开启搅拌混合装置，第二缺氧/好氧可调池中的污泥混合液与从厌氧池分流来的部分污泥混合液充分混合反应，之后进入缺氧池(20)；
5)缺氧池中的部分污泥混合液被送入厌氧池，其余污泥混合液反应后进入膜池(21)；
6)在膜池(21)中部分污泥混合液被送入第一缺氧/好氧可调池，另一部分通过膜组件(15)截留由出水泵(2)抽吸获得出水。
6.按照权利要求5所述的强化内源反硝化的膜-生物反应器脱氮除磷工艺方法，其特征在于：步骤1)由缺氧池送入厌氧池的污泥混合液的回流比范围为100％-400％，由厌氧池送入第二缺氧/好氧可调池的污泥混合液的分流比范围为30％-100％；步骤4)由膜池送入第二缺氧/好氧可调池的污泥混合液的回流比范围为200％-600％。
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