申请日2010.07.02
公开(公告)日2011.12.28
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14
摘要
分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器及其工艺属于污水处理领域。污水生物处理技术缺点之一是污泥产量大，低碳氮比的污水时总氮的去除效果不好。依次包括生物反应区以及二沉池;生物反应区依次包括好氧区、缺氧区、好氧区、缺氧区、好氧区、缺氧区、好氧区，每个好氧区与缺氧区体积比为1.5∶1～2∶1，生物反应区内部放置多孔载体，好氧区载体装填体积比为40%～60%;缺氧区载体装填体积比为90%～100%;每个区均设折流板。反应器分三段进水，二沉池设置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧区O-I。其TN去除率为75.3%，COD去除率94.3%，污泥产率为0.102kgMLSS/kgCOD。
翻译权利要求书
1.一种应用分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器的工艺，该 反应器依次包括生物反应区以及二沉池;生物反应区依次包括好氧区O-I、 缺氧区A-I、好氧区O-II、缺氧区A-II、好氧区O-III、缺氧区A-III、好氧区 O-IV，每个好氧区与缺氧区体积比为1.5∶1～2∶1，生物反应区内部放置多 孔载体，好氧区载体装填体积比为40%～60%;缺氧区载体装填体积比为 90%～100%;每个区均设使每区顶部进水、顶部出水的折流板;
反应器分三段进水，三个进水管分别设在好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧 区A-II，二沉池设置出水管和排泥管，二沉池底部连接至好氧区O-I;
其特征在于，包括以下步骤：
原水分三段分别进入好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧区A-II，流量分配 体积比1∶1∶1～3∶4∶3，水力停留时间HRT=11～14h，好氧区溶解氧浓度 为2.5～4mg/L;生物反应区的出水进入二沉池经过出水管排出，污泥回流体 积比R=0.5～1.5，回流污泥由泵送至好氧区O-I，剩余污泥由排泥管排出。
说明书
分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器及其工艺
技术领域
本发明涉及一种分段进水耦合生物反应器及其工艺，填加多孔载体具有 生物脱氮及污泥减量效果，属于污水处理领域。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，工业化和城市化程度的不断提高，我国 的水环境污染和水质富营养化状况越来越严重，许多湖泊水体已不能发挥其 正常功能而严重地影响了工农业和渔业生产，越来越严重地阻碍着我国国民 经济的发展。氮素是造成水体富营养化的主要污染物，对排放的污水中总氮 含量的控制尤为重要。污水生物处理技术在污水净化进程中一直发挥着巨大 的作用，但其主要的缺点之一是污泥产量大，污泥处理及最终处置，需要大 量的基建投资和高昂的运行费用。据统计，我国城市污水处理厂目前已逾千 座，全国干质污泥产量约为8000t/d，湿污泥约为40000t/d(含水率80%)，随着 污水处理率的提高和处理程度得深化污泥产量还将进一步增加。目前有90% 以上的污泥得不到及时有效的处理、处置，很多有污泥处理设施的污水厂也 已没有地方来储放污泥，从而导致污泥的二次污染。因此，无论从提高污水 处理效果、减少剩余污泥产量还是从降低造价、减少污泥处理处置的运行费 用都需要开展城市污水生物脱氮与污泥减量控制装置、工艺技术研究。
在生物脱氮工艺中，分段进水生物脱氮工艺是近年来快速开发的生物脱氮 新工艺，这种工艺的优点是所需池容较小、脱氮效率高、运行管理方便，最 主要的就是有机底物沿池长均匀分布，在处理低碳氮比污水上可以充分利用 污水碳源，利于反硝化的进行，并且负荷均衡，即一定程度上减小了供氧速 率与耗氧速率之间的差距，有利于降低能耗，又可以充分发挥污泥中微生物 的降解功能。
污泥减量化的理论基础，在一般情况下，微生物的合成代谢是通过呼吸 速率控制与底物的分解代谢进行偶联的，当呼吸速率降低时，分解代谢和合 成代谢将会发生解偶联，此时，微生物在氧化底物的同时，用于合成代谢的 能量减少，自身合成速度减慢，表观微生物的产率系数降低，污泥产量减少。 在厌氧、好氧交替改变的环境下，微生物的表观产率系数减少。这是因为好 氧微生物在好氧段所产生的ATP不能立即用于合成代谢，而是在底物缺乏的 厌氧段作为维持能被消耗掉。
在反应器中投加多孔载体后，随着原水进入反应器，流离作用促使固液 分离，使水中的悬浮物(SS)、剩余污泥进入多孔载体内部间隙内而积累。 积累起来的有机物或污泥成为载体内细菌等微生物的营养成分，经厌氧、缺 氧和好氧代谢分解而除去，从而将污泥分解、低分子化;采用复合式流离球 多孔微生物载体的好氧-厌氧耦合体系由于存在多空间上的好氧-厌氧环境 的耦合，提供了多样微生物生存的环境，载体表面生长的微生物通过生物氧 化反应可使污水中的溶解性有机物质高效分解从而使污泥产量降低，创造这 样的流离过程和多样微生物代谢过程反复多次发生，达到污泥量减少的效果。 当原水碳氮比较低时，利用分段进水可以充分利用原水中有限的碳源，提高 的反硝化效果，进面提高系统的总氮去除率。
发明内容
本发明的目的为解决污水处理厂污泥产量大和总氮的去除率低的问题， 从提高污水处理效果和减少污泥产率两个技术方面，从降低造价和节省能耗 与运行费的经济方面，研究、发明本装置和工艺，进行污泥减量的同时也可 达到较好的脱氮效果。
一种分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器，其特征在于：依次 包括生物反应区以及二沉池;生物反应区依次包括好氧区O-I、缺氧区A-I、 好氧区O-II、缺氧区A-II、好氧区O-III、缺氧区A-III、好氧区O-IV，每个 好氧区与缺氧区体积比为1.5∶1～2∶1，生物反应区内部放置多孔载体，好 氧区载体装填体积比为40%～60%;缺氧区载体装填体积比为90%～100%; 每个区均设使每区顶部进水、顶部出水的折流板;
反应器分三段进水，三个进水管分别设在好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧 区A-II，二沉池设置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧区O-I。
多孔载体，其外表面为一层硬性球壳，球面呈多孔状，内部装填大量小 块高空隙率载体，载体具有亲水性、通透性、高比表面积、良好的物化稳定 性的特点，载体空隙率大于0.9。
应用述的生物反应装置的工艺，包括以下步骤：
原水分三段分别进入到好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧区A-II，流量分配 比1∶1∶1～3∶4∶3，水力停留时间HRT=11～14h，好氧区溶解氧浓度为 2.5～4mg/L。生物反应区的出水进入二沉池经过出水管排出，污泥回流体积比 R=0.5～1.5，回流污泥由泵送至好氧区O-I，剩余污泥由排泥管排出。
本反应器的污泥产率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水处理 效能尤其是脱氮效能和更低的能耗和良好的污泥减量效果。
依据分段进水脱氮原理和流离原理构造的耦合生物反应器，通过对其进 行一年多的试验分析，分析提高污水处理效果和污泥减量效果的主要影响因 素，得出最适合的运行参数，并与反应器工艺设计相结合，全面提高反应器 的性能。该反应器除了具有分段进水脱氮工艺和生物膜反应器一些共性特点， 比如脱氮率高，微生物固着生长，不存在污泥膨胀问题，水力停留时间和SRT 相分离等一系列的优点，而且还有以下几个特点：
1)同时具有良好的污水生物脱氮与污泥减量效果。原水分三段进入到反 应器中，缺氧区进水，可以充分利用原水中的易生物降解COD，为反硝化提 供碳源，提高反硝化效率。另外，缺氧区进水，反硝化消耗大量的可利用碳 源，因此进入后续好氧区的可利用碳源较少，异养菌的生长受到限制，利于 自养硝化菌的生长。并且由于反应器中投加有多孔载体，原水进入后，由于 流离和生物粘附作用，原水中的悬浮物等进入到球形多孔载体内部，并被载 体内海绵载体捕获、累积，具有较高的微生物浓度，有利于世代时间较长的 硝化菌的培养和生长，因此反应器具有很好的脱氮效果。同时有机物在载体 内累积、发酵从而使污泥液化和低分子化而使污泥分解、减量，而分解产生 的低分子化有机物，提供了生物脱氮所需的碳源，进一部提高反应器的脱氮 效果;在反应器好氧区后，由于沿着从液体到复多孔载体内部的方向，形成 了悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型、附着厌氧型的复杂微生物系统， 具有良好的SND(同步硝化反硝化作用)，因而进一步脱氮，从而具有良好 的污水生物脱氮与污泥减量效果。
2)具有空间上环境多样性和生物多样性。沿水的流动方向依次形成好氧 区和厌氧区反复耦合的环境，分别生长各区适合的微生物，导致生物相变化， 形成高度的生物多样性和多样的微生物生态系，使得微生物的食物链较长， 导致能量的递减与剩余污泥的减少。
3)生物量高、抗冲击性强。有较高的微生物浓度，除了多孔载体表面生 长生物膜外，多孔载体空隙内积累大量微生物，还有悬浮生长的微生物;在 多孔微生物载体污水处理中，即使有有害物质混入，在前段就被阻挡下来， 而不会在全段发生;因微生物生长在载体中、浓度高，而且固体颗粒被捕获 入载体里，因此系统对污水的负荷变动有强的适应能力。
4)污泥停留时间和污水停留时间可分离。在普通活性污泥法中，污泥和 污水形成混合液流出。污泥停留时间短，污泥难以被分解，污泥产量大。而 本技术，由于多孔载体截留、捕获污泥颗粒，使污泥停留时间延长，污泥颗 粒很容易被液化、低分子化而分解。
5)易于安装施工和已有污水处理厂升级改造、费用低。流态为推流式， 球形复合式多孔载体可直接投放无需固定、支撑结构，具有基建投资省、运 行成本低和剩余污泥产量少的特点。