申请日2013.05.22
公开(公告)日2013.09.18
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种市政污水深度脱氮除磷的装置及方法，属于污水处理技术领域。采用SBR与藻类光反应器相耦合，市政污水经过预处理后，进入SBR反应器强化脱氮除磷，随后上清液进入含有藻类的光反应器进一步脱氮除磷，其停留时间与SBR的比例为3:1，藻类反应器的出水经絮凝-超滤-消毒处理即可达到并优于地表水V类标准。该集成工艺系统出水稳定，运行成本低，同时藻类在其生长过程中能够吸收CO2减低碳排放，并且为生产生物燃料提供原材料，是一种经济环保、可持续循环发展的新型污水处理集成工艺。
权利要求书
1.一种市政污水深度脱氮除磷的装置，其特征在于，SBR与藻类反应器耦合，包括格栅、沉砂池、调节池、SBR单元、光反应器单元和膜过滤单元，沉砂池(2)依次和调节池(3)、SBR单元(4)连接，SBR单元(4)通过第一沉淀池(5a)和泵与光反应器单元(6)连接，光反应器单元(6)通过第一管道混合器(8a)与第二沉淀池(5b)连接，第二沉淀池(5b)通过泵与膜过滤单元(9)连接，第一管道混合器(8a)还与絮凝剂池(7)连接;光反应器的材料为可透光材料，内置荧光灯或发光二极管(12)作为补充光源，光照强度为4000～8000lx;光反应器采用上进水、下出水的运行方式，光反应器的底部设有曝气装置，光反应器内含有土生藻类;第二沉淀池(5b)的下端与光反应器连接。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，光反应器直径为15～20cm，高150～200cm，多个光反应器以阵列式排列，即多个光反应器采用串联、并联或混联的方式组合进行水处理。
3.按照权利要求1的装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)污水经过格栅、沉砂池、调节池的预处理后，进入SBR处理，SBR应用的是强化除磷SBR工艺，按流程分别包括进水、厌氧搅拌、好氧曝气、沉降、排水和闲置六步骤，其中厌氧搅拌80～100min、好氧曝气4～5h、沉降10～20min，经SBR排出的水经过第一沉降池沉淀，上清液进入光反应器进一步处理;
(2)第一沉降池上清液进入光反应器处理进一步处理之前，将藻类菌种投放到光反应器中，持续光照曝气15天，使藻类富集并成功在光反应器内表面挂膜;挂膜后即可进入连续处理阶段，光反应器进水后持续光照或者交替光照，同时曝气进行处理，处理水的停留时间为14～18h;处理后污水从光反应器下部出口排放，同时经过管道混合器(8a)与絮凝剂混合絮凝后进入第二沉淀池(5b)沉降，第二沉淀池(5b)上清液进入膜过滤单元(9)去除悬浮物，经第二沉淀池(5b)絮凝的藻类菌体部分返回光反应器(6)增加藻类菌体量，一部分进入过滤设备脱除水分，进行厌氧发酵生产甲烷燃气或者生产生物柴油;
(3)经膜过滤的出水经消毒后即可达标排放。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，SBR系统的水力停留时间与光反应器的水力停留时间之比为1:3。
5.按照权利要求3的方法，其特征在于，SBR中活性污泥为经过SBR系统运行1～3个月驯化成熟的活性污泥，污泥的SVI30为30～40mL/g，MLSS为4.0～4.5g/L，好氧曝气阶段控制溶氧在3～5mg/L。
6.按照权利要求3的方法，其特征在于，内置荧光灯或发光二极管作为补充光源，光照强度为4000～8000lx，波长范围为400～500nm或者600～700nm。
7.按照权利要求3的方法，其特征在于，絮凝剂指聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合磷酸铁、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合磷酸铝之一;絮凝剂添加量为10-30mg/L
8.按照权利要求3的方法，其特征在于，消毒所用消毒剂主要指次氯酸盐、次氯酸、氯、双氧水或臭氧。
9.按照权利要求3的方法，其特征在于，膜过滤单元还包括反洗系统，膜清洗剂主要指次氯酸盐;膜过滤单元中的过滤膜为中空纤维膜。
说明书
一种市政污水深度脱氮除磷的装置及方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，应用SBR(序列间歇式活性污泥法) 与藻类反应器耦合系统，深度脱除市政污水中氮磷的一种集成工艺。
背景技术
水资源短缺是我国城市发展过程中普遍遇到的瓶颈问题。城市污 水经过处理后的再生利用是解决城市水资源短缺的有效手段。目前再 生水已经成为城市的第二大水源,污水的再生利用和资源化具有可 观的社会效益、环境效益和经济效益，已经成为世界各国解决水问题 的必然选择。
根据国标GB/T18921-2002和《城市污水再生利用技术指南(试 行)-2012》中的相关规定，再生水用于景观湖泊补给水时，除了控 制水的色度、浊度和总大肠菌群数等常规指标外，还需要严格控制水 体中的氮磷含量。由于景观湖泊水体的水力停留时间长，在长时间的 光照和水分蒸发等综合条件下，容易引起水体富营养化，即水体中藻 类大量繁殖，溶解氧降低，引起鱼类等动物死亡，水质严重恶化。现 阶段城市污水制备再生水的主要工艺流程是将城市污水初沉过滤后， 应用活性污泥法去除水体中的有机污染物及氮磷等营养物，再经过二 次沉淀、介质过滤、超滤膜过滤等工艺达到再生水回用标准。污水处 理厂现阶段应用的活性污泥处理工艺主要有氧化沟、A2/O、A/O、SBR、 UCT、MUCT、JHB和Bardenpho系列等。但是应用上述工艺处理后 的污水氮磷含量往往高于地表水V类标准(氮含量≤2.0mg/L，磷含 量≤0.4mg/L)，如果应用于景观用水的补给水，还需要进一步的深度 处理。一般情况下，水中的氮磷大都以离子形态存在于废水中，目前 常用的深度处理工艺是应用反渗透膜去除水体中残余的氮磷，操作和 运行成本较高，维护费用大。而应用化学药剂除磷不但成本高，还会 造成二次污染，不宜大量使用。
而藻类在光合作用下可以吸收水中的氮磷等无机物，同时固定空 气中的CO2合成自身物质。天然水体中氮磷含量超标，引起藻类自身 大量繁殖，容易导致水体富营养化。如果把藻类控制在有限容器内生 长，经藻类生长后的水则很难再次发生水华。应用藻类处理废水是一 种经济有效的方法，具有很好的应用前景。因此有必要建立一种应用 藻类对市政污水进行深度处理的工艺，并优化操作条件和参数，使污 水达到相关排放标准。同时藻类在生长过程中吸收CO2，降低碳排放。 收集的藻类菌体还可用于提取生物燃料或者厌氧发酵生产燃气，环境 效益及经济效益明显。
发明内容
本发明是针对现有市政污水深度处理工艺投资大，运行费用高等 缺点，提供一种应用藻类对市政污水进行深度处理的集成工艺，使出 水水质达到并优于地表水V类标准。本工艺运行成本低，在处理污 水的同时能够减低碳排放并为生产生物燃料提供原材料，是一种经济 环保、可持续发展的新型集成工艺技术。
本发明方法的工艺路线是：市政污水经过格栅-沉砂池-调节池的 预处理后，进入SBR反应器经活性污泥处理，随后上清液进入培养 有藻类的光反应器，停留特定时间后，再经絮凝-超滤-消毒处理即可 达标排放。
本发明市政污水深度脱氮除磷的装置，其特征在于，SBR与藻类 反应器耦合，包括格栅、沉砂池、调节池、SBR单元、光反应器单元 和膜过滤单元，沉砂池(2)依次和调节池(3)、SBR单元(4)连接， SBR单元(4)通过第一沉淀池(5a)和泵与光反应器单元(6)连接， 光反应器单元(6)通过第一管道混合器(8a)与第二沉淀池(5b) 连接，第二沉淀池(5b)通过泵与膜过滤单元(9)连接，第一管道 混合器(8a)还与絮凝剂池(7)连接;光反应器的材料为可透光材 料，内置荧光灯或发光二极管(12)作为补充光源，光照强度为 4000～8000lx;光反应器采用上进水、下出水的运行方式，光反应器 的底部设有曝气装置，可以使用空气或者电厂废气(二氧化碳含量 1～30%)进行曝光;光反应器内含有土生藻类;第二沉淀池(5b)的 下端与光反应器连接。
光反应器直径为15～20cm，高150～200cm，多个光反应器以阵列 式排列，即多个光反应器采用串联、并联或混联的方式组合进行水处 理。
采用上述装置进行污水处理的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)污水经过格栅(图1中1)-沉砂池(图1中2)-调节池(图1 中3)的预处理后，进入SBR处理，SBR应用的是强化除磷SBR工 艺，按流程分别包括进水、厌氧搅拌(80～100min)、好氧曝气(4～5h)、 沉降(10～20min)、排水和闲置六步骤，其中厌氧搅拌80～100min、 好氧曝气4～5h、沉降10～20min，经SBR排出的水经过第一沉降池沉 淀，上清液进入光反应器进一步处理;
(2)第一沉降池上清液进入光反应器处理进一步处理之前，将藻类 菌种投放到光反应器中，持续光照曝气15天，使藻类富集并成功在 光反应器内表面挂膜;挂膜后即可进入连续处理阶段，光反应器进水 后持续光照或者交替光照，同时曝气进行处理，处理水的停留时间为 14～18h;处理后污水从光反应器下部出口排放，同时经过管道混合器 (8a)与絮凝剂混合絮凝后进入第二沉淀池(5b)沉降，第二沉淀池 (5b)上清液进入膜过滤单元(9)去除悬浮物，经第二沉淀池(5b) 絮凝的藻类菌体部分返回光反应器(6)增加藻类菌体量，一部分进 入过滤设备脱除水分，进行厌氧发酵生产甲烷燃气或者生产生物柴 油;
(3)经膜过滤的出水经消毒后即可达标排放。
应用SBR对市政污水 进行处理的工艺比较成熟，其自动化控制程 度高，本发明市政出水水质参数平均值如表1所示，处理过程能够稳 定运行。
表1SBR出水水质特征
膜过滤单元采用批式过滤工艺，用超滤膜去除水体中的悬浮物， 其处理工艺较为成熟。本发明中所用膜优选截留分子量为50,000道 尔顿，材质为PES(聚醚砜)，工作压力为0.3～0.5MPa。同时包含反 洗和除垢系统。经膜过滤的出水经消毒后即可达标排放。过滤间歇期 间对膜单元进行反洗，反洗时间为过滤时间的1/10～1/15，结合处理 量，每月对膜进行化学清洗。
沉降池的作用是沉降水体中的固体悬浮物。根据活性污泥与藻类 各自的比生长速率，确定SBR系统的水力停留时间与光反应器的水 力停留时间之比为1:3，以达到较优化的处理效果。
SBR为自动化控制，为智能SBR控制器，活性污泥为经过SBR 系统运行1～3个月驯化成熟的活性污泥，污泥的SVI30为30～40mL/g， MLSS为4.0～4.5g/L，好氧曝气阶段控制溶氧在3～5mg/L。
光反应器的材料为有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯)等 可透光材料，反应器直径为15～20cm，高150～200cm;内置荧光灯或 发光二极管作为补充光源，光照强度为4000～8000lx，波长范围为 400～500nm或者600～700nm。
光反应器中的土生藻类包括但不限于绿藻(如颤藻、小球藻等) 或者硅藻中的两种或者三种及以上的组合，也可是河道中常见的其它 藻类。
絮凝剂指聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合磷酸铁、聚合硫酸铝、 聚合氯化铝、聚合磷酸铝之一;絮凝剂添加量为10-30mg/L。优选铁 盐类的絮凝剂，可为藻类提供生长必需的铁元素。
膜过滤单元中的过滤膜为中空纤维膜，依照膜材料、截留分子量 和处理负荷可以通过国内一般膜公司加工订购。膜过滤单元还包括反 洗系统，反洗剂主要指次氯酸盐;
消毒所用消毒剂主要指次氯酸盐、次氯酸、氯、双氧水或臭氧。
通过以上方法，逐级降低水中的污染物，特别是对氮磷元素有很 好的去除。SBR单元能够去除84.21%的COD、95%的氨氮及75%的 磷元素;光反应器能够去除5.26%的COD、5%的氨氮及22%的磷元 素;膜单元能够去除10.53%的COD和1%的磷元素。系统出水COD 均值达到15mg/L以下，总磷含量低于0.1mg/L，氨氮去除率接近 100%，总磷去除率达到97%。氮磷含量远远低于地表水V类标准(氮 含量≤2.0mg/L，磷含量≤0.4mg/L)，排放后极大的减低了水体富营 养化的可能性，是一种经济环保、易于放大的水处理方法。