申请日2015.01.19
公开(公告)日2015.05.13
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置和方法，属污水处理领域。本发明将来自市政管网中的市政污水依靠重力依次经过格栅、沉砂池和初次沉淀池预处理后，进入具有配水功能的紫外辐照池进行预氧化处理，而后进入竹丝填料生物膜氧化池，出水经过二沉池和消毒池进一步净化处理。市政污水经过紫外辐照-生物膜氧化处理后，COD，BOD，TN，NH4+-N去除率分别达到了65%-85%，72%-88%，70%-85%和80%-92%。
权利要求书
1.紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政 污水的装置，其特征在于，包括格栅(1)、沉砂池(2)、初次沉淀池(3)、紫外辐照池(4)、竹丝填料生物膜氧化池(5)、二次沉淀池(6)、消毒池(7)和气泵(8)，其中：所述格栅(1)、沉砂池(2)、初次沉淀池(3)、紫外辐照池(4)、竹丝填料生物膜氧化池(5)、二次沉淀池(6)和消毒池(7)通过管路依次相连，所述竹丝填料生物膜氧化池(5)中填充竹丝填料(10)，竹丝填料生物膜氧化池(5)的下部安装穿孔管(11)，所述气泵(8)与穿孔管(11)相连，所述紫外辐照池(4)的顶部安装紫外辐照灯(9)，底端设置放空阀(12)。
2.根据权利要求1所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其特征在于，所述紫外辐照池(4)的内部底端安装水下搅拌器(13)。
3.根据权利要求1或2所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其特征在于，所述紫外辐照池(4)的上部15-25cm处安装紫外辐照灯(9)，所述紫外辐照灯(9)波长为240-275nm，功率为40w-100w。
4.根据权利要求1或2所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其特征在于，所述竹丝填料生物膜氧化池(5)中竹丝填料(10)的填充率为50%-80%(V/V)。
5.根据权利要求1或2所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其特征在于，所述竹丝填料是经下述方法预先处理过的竹丝填料：首先将毛竹制成长方体形状的竹丝填料，将竹丝填料放入高压锅中进行高温高压蒸煮0.5h-0.8h，蒸煮温度为110~115 ℃，压力为0.70~0.85MPa，后用自来水冲洗干净，连续曝晒4d-7d，置于干燥处保存备用。
6.根据权利要求1或2所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其特征在于，所述的竹丝填料的规格为：长30-50mm、宽3-5mm、高3-5mm。
7.权利要求1所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置处理市政污水的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，市政污水经过格栅(1)、沉砂池(2)、初次沉淀池(3)后，进入紫外辐照池(4)，水力停留时间0.4-0.6h;
步骤二，竹丝填料生物膜氧化池的运行调试-接种非连续挂膜法：将制备好的竹丝填料放入竹丝填料生物膜氧化池中，填充率为50%-80%(V/V);竹丝填料生物膜氧化池接种当地污水处理厂曝气池中的活性接种污泥，接种量为竹丝填料生物膜氧化池池容的5%-10%(V/V)，并加入少量的工业葡萄糖，工业葡萄糖加入量为每立方米原水中加入0.2-0.3g，再将紫外辐照池(4)的出水流入竹丝填料生物膜氧化池(5)中，使悬浮固体污泥浓度MLSS为不低于2200mg/L，最后再进行闷曝15d-20d，每1d-2d更换修复竹丝填料生物膜氧化池(5)中的市政水体，至竹丝填料上形成较为稳定的生物膜，然后将竹丝填料生物膜氧化池(5)中未固定的活性污泥从池底放空阀(12)排出，后改为小水量连续流进水，以每3-4天增长10%-15%的水量梯度提高进水水量，直到污水水量达到设计流量，最后进入正常的水厂运行;
步骤三，修复步骤：在气泵的作用下将空气泵入竹丝填料生物膜氧化池(5)底部，紫外辐照池(4)中的污水通过重力流方式进入竹丝填料生物膜氧化池(5)中;气水比例为3：1-5：1，竹丝填料生物膜氧化池(5)中的溶解氧浓度不低于2.8mg/L，气水混合后密度低于水而上升进入竹丝填料生物膜氧化池(5)中的竹丝填料区，气水经过竹丝填料区被带有菱角的竹丝填料(10)反复的切割提高传质效果，气水上升至竹丝填料生物膜氧化池顶部后气水分离;出水依次经过二次沉淀池(6)和消毒池(7)进一步净化处理。
说明书
紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置和方法
技术领域
本发明属于处理市政污水的装置和方法，具体涉及一种紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置和方法，特别适用于碳/氮比较低的市政污水的脱氮过程。
背景技术
随着城市工业化发展和城市化进程加快，有些市政污水处理厂因为接纳有一定量的工业污水(特别是含氮浓度较高的化工污水)或者某些工业污水、生活小区污水等处理厂尾水;而且有些市政污水有机物浓度本身就偏低，综合以上两个原因。导致某些市政污水水体具备以下特点：(1)C/N比偏低;(2)有机物浓度偏低。这样的结果就是这些类型的污水处理厂因为碳源不足脱氮效果偏低，有机物去除效果也不十分明显。
随着污水处理厂脱氮要求不断严格，传统的A2/O、A2/O2工艺因为具有良好的脱氮效果和技术成熟而被国内污水处理厂广泛采用。但是A2/O、A2/O2工艺也存在一定的弊端：(1)需要外加碳源以提高脱氮效果;(2)剩余污泥产量偏高而导致二次污染较重，处理费用也偏高。清洁生产水平和循环经济理念的强化，减少污水处理厂的运行费用和减少污水处理厂的二次污染(如剩余污泥问题)问题，成为我国污水处理厂可持续发展和运行的关键和急需解决的问题。
根据相关理论可知，采用生物膜技术代替活性污泥法技术有利于减少污泥的产生量，因为相比于活性污泥法技术而言，生物膜技术具有较低的污泥产率，而被广泛应用于污泥减量化过程。但是采用生物膜技术虽然可在一定程度上减少污泥的产生，但是对于低C/N比和低有机物浓度的市政污水而言，生物膜技术的短板是：(1)挂膜(生物膜形成和成熟)较难、较长、生物量较少，生物净化效果偏低;(2)脱氮过程中的碳源缺乏问题没有得到解决，外加碳源仍然是迫在眉睫;(3)生物膜技术仍然具有一定量的剩余污泥产生，仍然需要一定的剩余污泥处理费用;(4)生物膜载体仍然需要一定的费用，具有一定的使用寿命，并在使用完了以后会形成一定的废弃物(也称载体污泥)。基于某些市政污水的特点，寻找一种新型方法要能实现以下方面：(1)挂膜速率要快、生物量充足;(2)有效补充碳源;(3)污泥产量要低;(4)生物膜载体廉价，并无载体污泥产生。对减少市政污水处理成本和提高处理效果(特别是脱氮效果)以及剩余污泥处理问题都显得非常重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足而提供一种紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置和方法，该方法可高效净化市政污水中的有机物和氮素污染物，可同步去除NH4+-N和TN，特别适用于碳/氮比较低的市政污水的脱氮过程。
本发明是通过以下技术方案实现的：
紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，包括格栅、沉砂池、初次沉淀池、紫外辐照池、竹丝填料生物膜氧化池、二次沉淀池、消毒池和气泵，其中：格栅、沉砂池、初次沉淀池、紫外辐照池、竹丝填料生物膜氧化池、二次沉淀池和消毒池通过管路依次相连，所述竹丝填料生物膜氧化池中填充竹丝填料，竹丝填料生物膜氧化池的下部安装穿孔管，所述气泵与穿孔管相连，所述紫外辐照池的顶部安装紫外辐照灯，底端设置放空阀。
所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其中，所述紫外辐照池的内部底端安装水下搅拌器。
上述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其中，所述紫外辐照池的顶部15-25cm处安装紫外辐照灯，所述紫外辐照灯波长为240-275nm，功率为40w-100w。
所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其中，所述竹丝填料生物膜氧化池中竹丝填料的填充率为50%-80%(V/V)。
所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其中，所述竹丝填料是经下述方法预先处理过的竹丝填料：首先将毛竹制成长方体形状的竹丝填料，将竹丝填料放入高压锅中进行高温高压蒸煮0.5h-0.8h，蒸煮温度为110~115℃，压力为0.70~0.85MPa，后用自来水冲洗干净，连续曝晒4d-7d，置于干燥处保存备用。
所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置，其中，所述的竹丝填料的规格为：长30-50mm、宽3-5mm、高3-5mm。
所述的紫外辐照-生物膜氧化联合处理市政污水的装置处理市政污水的方法，步骤如下：
步骤一，市政污水经过格栅、沉砂池、初次沉淀池后，进入具有配水功能的紫外辐照池，水力停留时间0.4-0.6h;
步骤二，竹丝填料生物膜氧化池的运行调试-接种非连续挂膜法：将制备好的竹丝填料放入竹丝填料生物膜氧化池中，填充率为50%-80%(V/V);竹丝填料生物膜氧化池接种当地污水处理厂曝气池中的活性接种污泥，接种量为竹丝填料生物膜氧化池池容的5%-10%(V/V)，并加入少量的工业葡萄糖，工业葡萄糖加入量为每立方米原水中加入0.2-0.3g，同时紫外辐照池的出水流入竹丝填料生物膜氧化池中，使悬浮固体污泥浓度MLSS为不低于2200mg/L，最后再进行闷曝15d-20d，每1d-2d更换修复竹丝填料生物膜氧化池中的市政水体，至竹丝填料上形成较为稳定的生物膜，然后将竹丝填料生物膜氧化池中未固定的活性污泥从池底放空阀排出，后改为小水量连续流进水，以每3-4天增长10%-15%的水量梯度提高进水水量，直到污水水量达到设计流量，最后进入正常的水厂运行;
步骤三，修复步骤：在气泵的作用下将空气泵入竹丝填料生物膜氧化池底部，紫外辐照池中的污水通过重力流方式进入竹丝填料生物膜氧化池中;气水比例为3：1-5：1，竹丝填料生物膜氧化池中的溶解氧浓度不低于2.8mg/L，气水混合后密度低于水而上升进入竹丝填料生物膜氧化池5中的竹丝填料区，气水经过竹丝填料区被带有菱角的竹丝填料反复的切割提高传质效果，气水上升至竹丝填料生物膜氧化池顶部后气水分离;出水依次经过二次沉淀池和消毒池进一步净化处理。
本发明中，在竹丝填料生物膜氧化池中竹丝填料表面的生物膜形成速率较快，生物量充足，因为其良好的生物亲和性、较为粗糙的表面结构，污水中的有机物一部分被氧化分解，另一部分被生物反硝化脱氮利用。对于生物反硝化脱氮过程如下：水体中的氨氮在氧气充足的情况下在竹丝填料外层生物膜内的硝化菌转化为硝酸盐和亚硝酸盐;硝酸盐和亚硝酸以及部分有机物传质竹丝填料表面生物膜里层进行生物反硝化脱氮，其中竹丝填料由于被厚厚的生物膜覆盖而严重厌氧，厌氧条件下滋生大量的纤维素分解菌，纤维素分解菌在厌氧条件下将竹丝纤维素分解为各种中间产物或分子量较小的物质被逐步作为里层反硝化过程中碳源，而且由于竹丝填料表面厚厚的生物膜的束缚作用产生的纤维素分解产物不容易逸漏至水体中，不会引起水体的二次污染。
与此同时，大量的研究已经证实，竹丝填料作为生物膜载体，具有非常低的污泥产率，比一般的塑料材料惰性材料产率要低得多。值得说明的是，惰性材料生物填料使用寿命达到后会形成载体污泥(也就是载体的废弃物)，而竹丝填料会随着反应的进行因为生物降解和脱氮需要逐步消失，不会形成载体污泥或很少的载体污泥。
本发明的有益效果：
第一，本发明将紫外辐照和生物膜反应池分置设计，利用了紫外辐照池的预处理使有机物预矿化，生物选择使竹丝填料生物膜氧化池高效稳定运行，也使紫外辐照不会伤害到竹丝填料系统中的微生物膜，紫外辐照池水力停留时间为0.4-0.6h;外加竹丝填料生物膜氧化池的有机物氧化和生物脱氮过程，竹丝填料生物膜氧化池水力停留时间为3-5h。市政污水经过紫外辐照/生物膜氧化联合处理后，COD，BOD，TN，NH4+-N去除率分别达到了65%-85%，72%-88%，70%-85%和80%-92%;
第二，通过合理设计和竹丝填料的选用，污水处理过程中相比于其他惰性填料而言，竹丝填料具有非常迅速的挂膜速度，惰性填料好氧挂膜时间一般需要21-30天左右，而竹丝挂膜仅需7-8天，可以很好的在二级处理工艺构筑物中实现高效的有机物去除;
第三，竹丝在使用过程中能被吸附在其表面的微生物分解释放出有机物使脱氮过程补充碳源而能实现高效TN去除，并无任何NO3?-N和NO2?-N积累问题，省去污水处理厂深度脱氮需要;竹丝填料支持下的NO3?-N去除速率达到了2.09 mg/L.h。
第四，竹丝填料表面生物膜内容易形成污泥减量化微生物(如：红斑瓢体虫、线虫、轮虫等)，也在一定程度上减少了剩余污泥产量;
第五，竹丝填料由于可生物降解性，使用一定时间会自行消失，不存在类似于惰性材料填料使用后形成的载体污泥;所以本发明非常适合目前我国污水处理厂因脱氮需要的提标改造。