CN101857344B

CN101857344B - 应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法

Info

Publication number: CN101857344B
Application number: CN2010102025560A
Authority: CN
Inventors: 胡勇有; 魏臻; 方平
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-06-13
Filing date: 2010-06-13
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2030-06-13
Also published as: CN101857344A

Abstract

本发明公开了应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，该方法低浓度城镇的污水先通过提升泵进入水解酸化池，污水在水解酸化池水力停留时间为3～8h，溶解氧控制为0.38～0.45mg/L；然后污水进入悬浮填料移动床；污水由曝气管的曝气搅动作用下与悬浮陶粒填料混合，微生物在悬浮陶粒表面及孔道中繁殖；完成挂膜后，悬浮陶粒表面及孔隙中形成好氧、缺氧及厌氧的环境，污水中的有机物被悬浮陶粒吸附在表面，有机物被生物膜中的微生物同时硝化反硝化实现同时去碳脱氮；污水最后进入加药混凝池，在加药混凝池加入混凝剂和助凝剂，充分反应后进入斜管沉淀池沉淀；本发明具有水力停留时间短、用地省，投资省运行费用低的特点。

Description

应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法

技术领域

本发明涉及低碳高氨氮的营养失衡型污水处理，具体涉及应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法。

背景技术

随着小城镇经济的不断发展、城市化进程的不断加速，城镇污水量的增长速度和处理难度也在不断加大。我国南方城镇污水属于低碳高氨氮的营养失衡型污水，总体来说是低浓度污水，但容易造成富营养化。多年以来，在我国城镇污水处理厂，主要采用引进为主的活性污泥法及其变形工艺、SBR及其变形工艺等，具体处理方法包括如下类型：

(一)传统活性污泥法：该工艺技术成熟，处理效果较好且稳定可靠，适应性强，配套设备已系列化生产，设计及运行管理规范。但是存在能耗大，易产生污泥膨胀现象，除磷脱氮效果差，剩余污泥产量大，剩余污泥处理及处置费用高，耐冲击负荷较差，构筑物较多，自动化要求高，占地面积大。

(二)生物膜法：该方法微生物相丰富，生物量大，负荷高，污泥浓度可高达活性污泥法的5～20倍，利于世代时间长的硝化、反硝化细菌的生长繁殖，具有一定的同时硝化反硝化脱氮功能；菌体的稳定性高、抗毒性好、环境适应性强，耐冲击负荷，无污泥膨胀问题；剩余污泥产量少，能处理低浓度(BOD₅低于50mg/L)污水，不需要污泥回流，运行管理简便，运行稳定可靠且成本较低，且占地小。但是该方法挂膜时间长，启动、调试时间长；主要构筑物结构比较复杂，安装要求高，要求自动化程度高；投资费用较高。

(三)悬浮填料移动床工艺：20世纪90年代中期开发的悬浮载体生物膜法，又称悬浮填料移动床(moving bed biofilm reactor，简称MBBR)工艺；集传统流化床和生物接触氧化法两者的优点于一身，与活性污泥法和其他生物膜法相比，它克服了活性污泥法占地大、会发生污泥膨胀以及污泥流失等缺点；解决了固定床生物膜法需定期反冲洗、清洗滤料和更换曝气器等复杂操作问题；克服了流化床使载体流化的动力消耗过大的缺点。比好氧生物滤池容积利用率高；比生物转盘机械故障率低；比曝气生物滤池布气布水均匀，不需反冲洗；比流化床运行稳定。脱氮功能也十分突出。但MBBR的技术和应用还存在以下一些问题：(1)塑料填料填充率较大，成本较高，能耗较高；(2)塑料填料挂膜和脱膜都不理想，影响处理效果，且塑料填料上微生物生长单一，生物膜耐冲击负荷性不强，恢复缓慢。此外，软性、半软性填料经常缠绕纠结，流动性差；(3)除磷效果差，没有除磷配套措施。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种挂膜时间短、除磷效果好、经济实用，能有效处理南方城镇低浓度、低碳高氨氮生活污水的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，包括如下步骤：

(1)低浓度城镇的污水通过提升泵进入水解酸化池，污水在水解酸化池水力停留时间为3～8h，溶解氧控制为0.38～0.45mg/L；

(2)经过水解酸化处理后的污水进入悬浮填料移动床；污水由进水口进入，经隔板导流使水流向下，进入床体下部，通过隔板下部的滤网进入第一单元体；在第一单元体，污水由曝气管的曝气搅动作用下与悬浮陶粒填料混合，微生物在悬浮陶粒表面及孔道中繁殖；完成挂膜后，悬浮陶粒表面及孔隙中形成好氧、缺氧及厌氧的环境，污水中的有机物被悬浮陶粒吸附在表面，有机物被生物膜中的微生物同时硝化反硝化实现同时去碳脱氮；经过第一单元体处理出水过滤网进入滤网与隔板之间的缓冲区，再过隔板下部滤网进入第二单元体，污水在第二单元体的处理过程与第一单元体处理过程相同，再进入第三单元体，第三单元的处理过程与第一单元体的处理过程相同，经第三单元体最终处理后的出水经溢流堰由出水口外排；污水在悬浮填料移动床力停留时间为3～10h，曝气的气水比3∶1～7∶1；所述悬浮陶粒填料为轻质陶粒填料，外观为球形，粒径8～12mm，陶粒的堆积密度为350～400kg/m³，颗粒密度为600～700kg/m³，空隙率为40％，比表面积为3.5～4.0cm²/g；

(3)从悬浮填料移动床出水口的污水进入加药混凝池，在加药混凝池加入混凝剂和助凝剂，充分反应后进入斜管沉淀池沉淀；以混凝剂PAC和助凝剂PAMPAC在污水中浓度计，混凝剂PAC投加量为5～25mg/L，PAM投加量为1～3mg/L。

为进一步实现本发明目的，所述水解酸化池中优选设有塑料组合填料、石棉瓦板材填料，填充率都为30％，填料固定码放在池底的支撑架上。

所述曝气管优选为空腔圆柱状，分为曝气进气管和布气管，布气管水平设置，进气管竖直设置，进气管外接鼓风机，进气管下端由法兰固定在布气管中央，布气管设有曝气孔，曝气孔的中心线与水平面呈45°。

所述曝气管优选由PVC管、ABS管或铝合金管制成的穿孔曝气管。

所述滤网优选由铝合金材料制成的5mm×5mm孔径的网格。

所述低浓度城镇的污水优选来自沉砂池。

与现有的MBBR污水处理反应器相比，本实用新型具有以下优点：

本发明首先采用水解酸化，可以有效地增大废水的可生化性，提高后续的陶粒MBBR的降解效率；同时采用了好氧池回流，可有效地提高系统的脱氮效率；最后再经强化混凝沉淀除磷，提高了TP与污染物的去除效率。

(1)目前应用最多的是塑料填料的MBBR。实践表明，应用塑料填料，在MBBR的挂膜和脱膜上效果都不理想，膜内部的微生物即使失去活性仍无法脱落，影响了MBBR的处理效果。且塑料填料上微生物生长单一，使生物膜耐冲击负荷性不强，恢复缓慢。此外，软性、半软性填料经常缠绕纠结，流动性变差；而硬质球形填料填充率也不低，增加成本。目前国内塑料填料的替代品还包括菱角皮、毛竹等，这些材料的机械强度不够，而且使用受地域影响较大。本发明应用陶粒作为填料，不仅提高了挂膜速度，而且极大地降低了成本投资，便于普遍应用推广。

(2)目前单独使用MBBR处理南方城镇低浓度、低碳高氨氮生活污水，在有限建筑面积范围内，不仅去碳效率受到一定限制，而且脱氮除磷作用不能很好实现。本发明采用水解/轻质陶粒悬浮填料移动床/混凝沉淀处理南方城镇污水，水解酸化增大了水中污染物的可生化性，有利于后续好氧反应器的去碳作用；好氧硝化液的回流同样有利于整个系统的脱氮；最终的化学混凝沉淀保证了系统的除磷效果。

城镇低浓度污水经过本发明的组合工艺处理后，出水可达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

附图说明

图1是应用轻质陶粒悬浮填料移动床与混凝处理生活污水系统的结构示意图。图中示出：水解酸化池1、提升泵2、回流泵3、混凝反应与斜管沉淀池4、悬浮填料移动床5、加药混凝池6和斜管沉淀池7。

图2为悬浮填料移动床的结构示意图。图中示出：床体11、进水口12、隔板13、滤网14、填料15、出水口16、曝气管17、溢流堰18、回流口19和排泥口20。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水系统包括水解酸化池1、悬浮填料移动床5和混凝反应与斜管沉淀池4，水解酸化池1前端管道设有提升泵2，将沉砂池出水泵入水解酸化池1，水解酸化池1通过管道与悬浮填料移动床5连接，悬浮填料移动床5出水口分别与混凝反应与斜管沉淀池4和水解酸化池1前端设置的管道连接。水解酸化池1内置组合填料，组合填料包括塑料组合填料、长方形石棉瓦板材等，填料固定码放在池底的支撑架上。混凝反应与斜管沉淀池4包括加药混凝池6和斜管沉淀池7；斜管沉淀池7前端设有加药混凝池6。

如图2所示，悬浮填料移动床5包括床体11、进水口12、隔板13、滤网14、填料15、出水口16、曝气管17、溢流堰18、回流口19和排泥口20。床体11为方形空腔结构，空腔内设有多个隔板13，隔板13下端设有使污水流过的连通孔，隔板13将床体11的空腔间隔成多个相互连通的单元体，每个单元体内设有曝气管17并放置填料15，曝气管17为空腔圆柱状，分为曝气进气管和布气管，布气管水平设置，进气管竖直方设置，进气管外接鼓风机，下端由法兰固定在布气管中央，布气管设有曝气孔，曝气孔的中心线与水平面呈45°，靠近进水口12的池壁设有隔板13，使得进入的污水沿池壁与隔板13之间的空间流入床体11的底部，每个单元体右侧的隔板13前端设有滤网14，床体11上部左右两侧分别设有进水口12和出水口16，床体11位于进水口12和出水口16处设有溢流堰18，床体11的底部回流口19和排泥口20，回流口19在床体11的侧面，排泥口20在床体11的底部，依靠法兰与床体11联通，采用阀门控制开关。填料15为轻质陶粒填料，外观为球形，粒径8～12mm，陶粒的堆积密度为350～400kg/m³，颗粒密度为600～700kg/m³，空隙率约40％，陶粒填充率为5～50％，筒压强度约1.0Mpa，1h吸水率约12％，比表面积约3.5～4.0cm²/g，为微生物提供比表面积比较大的栖息场所。曝气管17由PVC管、ABS管等塑料管或铝合金管制成的穿孔曝气管，由外接曝气风机。滤网14由铝合金材料制成，其中为5mm×5mm孔径的网格。床体11采用隔板13将反应器隔为多级串联结构，各分隔出来的单元体为完全混合式，反应器整体可视为推流式。床体11与溢流堰18可为混凝土结构或由钢板制、塑料板等构成。

低浓度城镇的污水来自沉砂池，通过提升泵2首先进入水解酸化池1，污水在水解酸化池水力停留时间为3～8h，利用大阻力布水水力搅拌，溶解氧为0.38～0.45mg/L，缺氧环境有利于有机物大分子水解为小分子，提高了进水的可生化性，并且对污染物有一定的去除率。水解酸化池还接收来悬浮填料移动床5的硝化回流液，进行反硝化脱氮，提高系统的脱氮效率。回流液为泥水混合物，水解酸化池1通过控制泥龄，实现池中的污泥达到平衡。

为进一步有效去除氨氮和有机物，污水经过水解酸化处理后进入悬浮填料移动床5；污水由进水口12进入，经隔板13导流使水流向下，进入床体11下部，通过隔板13下部的连通孔进入第一单元体；在第一单元体，污水由曝气管17的曝气搅动作用下与填料15(悬浮陶粒)充分混合，微生物在悬浮陶粒表面及孔道中大量繁殖。完成挂膜启动后，悬浮陶粒表面及孔隙中形成好氧、缺氧及厌氧的环境，污水中的有机物及其他污染物被悬浮陶粒吸附在表面，有机物被生物膜中的微生物同时硝化反硝化实现同时去碳脱氮；经过第一单元体处理出水过滤网14进入滤网14与隔板13之间的缓冲区，再过隔板13下部连通孔进入第二单元体，污水在第二单元体的处理过程与第一单元体处理过程相同，再进入第三单元体，第三单元的处理过程与第一单元体的处理过程相同，经第三单元体最终处理后的出水经溢流堰18由出水口16外排。污水在悬浮填料移动床5力停留时间为3～10h，曝气的气水比3∶1～7∶1，陶粒MBBR中的生物膜会不断脱落更新，反应器也会产生活性污泥，需定时排泥。陶粒表面长有一定厚度的生物膜，由外而内产生一定溶氧及营养梯度，因而提供了较完整的污染物降解梯度条件，该微环境特别有利于脱氮。陶粒的相互摩擦，一方面有利于生物膜与水中营养物的接触，加快生物膜更新；另一方面可以切割气泡，提高氧利用率。

为进一步提高磷的去除效率，从悬浮填料移动床5出水口的污水进入混凝反应与斜管沉淀池4，在加药混凝池6加入混凝剂PAC和助凝剂PAM，充分反应后进入斜管沉淀池沉淀7；采用PAC+PAM复配强化混凝除磷，按在污水中的浓度计，PAC投加量为5～25mg/L，PAM投加量为1～3mg/L。斜管沉淀池7出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。

实施例1

在水温25～29℃条件下，将南方某地城镇污水泵入填充率为60％的水解酸化池1，水解酸化池1有效容积6.75m³，水解酸化池1内置表面粗糙的石棉瓦，填充率30％，内置塑料半软性填料，填充率30％，停留时间为6.0h；水解酸化池出水上清液进入悬浮填料移动床5，(填料15为轻质陶粒填料，外观为球形，粒径8～12mm，陶粒的堆积密度为350～400kg/m³，颗粒密度为600～700kg/m³，空隙率约40％，筒压强度约1.0Mpa，1h吸水率约12％，比表面积约3.5～4.0cm²/g，为微生物提供比表面积比较大的栖息场所)停留时间为7.0h，陶粒填充率为30％，气水比为4∶1，泥水混合液回流比为100％；移动床出水进入加药混凝池6，加药混凝池6有效容积0.125m³，按在污水中的浓度计，PAC投加量为15mg/L，调整pH＞9，150r/min搅拌1min，加入助凝剂PAM，按在污水中的浓度计，投加量为2mg/L，50r/min，搅拌10min，混合液进入斜管沉淀池7，斜管沉淀池7有效容积1.0m³，停留时间为1.2h。

经检测，进水COD平均值为130mg/L，出水平均值为20mg/L，去除率为84.6％；进水BOD₅平均值为60mg/L，出水平均值为9.5mg/L，去除率为84.2％；进水NH₄ ⁺-N平均值为18mg/L，出水平均值为4.5mg/L，去除率为75％；进水TN平均值为25mg/L，出水平均值为11.5mg/L，去除率为54％；进水TP平均值为4.5mg/L，出水平均值为0.45mg/L，去除率为90％；进水SS平均值为110mg/L，出水平均值为8mg/L，去除率为92.7％。

实施例2

在水温25～29℃条件下，将南方某地城镇污水泵入填充率为60％的水解酸化池1，水解酸化池1有效容积6.75m³，水解酸化池1内置表面粗糙的石棉瓦，填充率30％，内置塑料半软性填料，填充率30％，停留时间为5.0h；水解酸化池出水上清液进入悬浮填料移动床5，(填料15为轻质陶粒填料，外观为球形，粒径8～12mm，陶粒的堆积密度为350～400kg/m³，颗粒密度为600～700kg/m³，空隙率约40％，筒压强度约1.0Mpa，1h吸水率约12％，比表面积约3.5～4.0cm²/g，为微生物提供比表面积比较大的栖息场所)停留时间为6.0h，陶粒填充率为35％，气水比为3∶1，泥水混合液回流比为150％；移动床出水进入加药混凝池6，加药混凝池6有效容积0.125m³，按在污水中的浓度计，PAC投加量为10mg/L，调整pH＞9，150r/min搅拌1min，加入助凝剂PAM，按在污水中的浓度计，投加量为1mg/L，50r/min，搅拌10min，混合液进入斜管沉淀池7，斜管沉淀池7有效容积1.0m³，停留时间为1.0h。

经检测，进水COD平均值为121mg/L，出水平均值为20.2mg/L，去除率为83.3％；进水BOD₅平均值为53mg/L，出水平均值为9.8mg/L，去除率为81.5％；进水NH₄ ⁺-N平均值为15mg/L，出水平均值为4.2mg/L，去除率为72％；进水TN平均值为22mg/L，出水平均值为9.7mg/L，去除率为55.9％；进水TP平均值为4.1mg/L，出水平均值为0.49mg/L，去除率为88％；进水SS平均值为102mg/L，出水平均值为10mg/L，去除率为90.2％。

实施例3

在水温25～29℃条件下，将南方某地城镇污水泵入填充率为60％的水解酸化池1，水解酸化池1有效容积6.75m³，水解酸化池1内置表面粗糙的石棉瓦，填充率30％，内置塑料半软性填料，填充率30％，停留时间为4.0h；水解酸化池出水上清液进入悬浮填料移动床5，(填料15为轻质陶粒填料，外观为球形，粒径8～12mm，陶粒的堆积密度为350～400kg/m³，颗粒密度为600～700kg/m³，空隙率约40％，筒压强度约1.0Mpa，1h吸水率约12％，比表面积约3.5～4.0cm²/g，为微生物提供比表面积比较大的栖息场所)停留时间为5.0h，陶粒填充率为40％，气水比为3∶1，泥水混合液回流比为200％；移动床出水进入加药混凝池6，加药混凝池6有效容积0.125m³，按在污水中的浓度计，PAC投加量为5mg/L，调整pH＞9，150r/min搅拌1min，加入助凝剂PAM，按在污水中的浓度计，投加量为1mg/L，50r/min，搅拌10min，混合液进入斜管沉淀池7，斜管沉淀池7有效容积1.0m³，停留时间为0.8h。

经检测，进水COD平均值为113mg/L，出水平均值为19.8mg/L，去除率为82.5％；进水BOD₅平均值为47mg/L，出水平均值为9.4mg/L，去除率为80.1％；进水NH₄ ⁺-N平均值为14.2mg/L，出水平均值为4.2mg/L，去除率为70.1％；进水TN平均值为21.5mg/L，出水平均值为9.4mg/L，去除率为56.1％；进水TP平均值为4.0mg/L，出水平均值为0.50mg/L，去除率为87.5％；进水SS平均值为95.5mg/L，出水平均值为9.8mg/L，去除率为89.7％。

Claims

1.应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，其特征在于包括如下步骤：

(3)从悬浮填料移动床出水口的污水进入加药混凝池，在加药混凝池加入混凝剂和助凝剂，充分反应后进入斜管沉淀池沉淀；以混凝剂PAC和助凝剂PAM在污水中浓度计，混凝剂PAC投加量为5～25mg/L，PAM投加量为1～3mg/L。

2.根据权利要求1所述的应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，其特征在于：所述水解酸化池中设有塑料组合填料、石棉瓦板材填料，填充率都为30％，填料固定码放在池底的支撑架上。

3.根据权利要求1所述的应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，其特征在于：所述曝气管为空腔圆柱状，分为曝气进气管和布气管，布气管水平设置，进气管竖直设置，进气管外接鼓风机，进气管下端由法兰固定在布气管中央，布气管设有曝气孔，曝气孔的中心线与水平面呈45°。

4.根据权利要求3所述的应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，其特征在于：所述曝气管是由PVC管、ABS管或铝合金管制成的穿孔曝气管。

5.根据权利要求3所述的应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，其特征在于：所述滤网是由铝合金材料制成的5mm×5mm孔径的网格。

6.根据权利要求1所述的应用轻质陶粒悬浮填料移动床处理生活污水的方法，其特征在于：所述低浓度城镇的污水来自沉砂池。