申请日2007.11.14
公开(公告)日2010.06.02
IPC分类号C02F3/30
摘要
利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法及反应系统，它属于污水处理领域。它解决了现有的污泥减量技术会带来污水处理能耗增加，污泥沉降性能变差，氮磷等营养物的去除效果减弱，及易造成二次污染的问题。本发明是利用污泥浓缩厌氧过程中产生的溶解性COD作为聚磷菌厌氧释磷的碳源，实现脱氮除磷。污水处理过程中增殖的污泥经过厌氧好氧耦合以及污泥回流段插入污泥厌氧池，对浓缩污泥进行厌氧处理实现污泥减量。本发明污泥产率可下降40～60%，有机物去除率稳定在90%以上，总氮和总磷的去除率分别在86%和72%以上。本发明具有投资和运行成本低，提高脱氮除磷效果，同时有效地实现污泥减量和不易引起二次污染的优点。本发明反应系统的结构简单，便于操作。
权利要求书
1.一种利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法是通过下述步骤完成的：一、中沉淀池回流的上清液、污泥厌氧池回流的污泥和进水，在好氧氧化池内，经好氧异养菌好氧氧化去除污水中的大部分有机物;二、将经步骤一处理后的污水进入好氧生物膜硝化池，在好氧生物膜硝化池中，通过好氧自养硝化菌群的硝化作用将氨氮转化成硝酸盐氮;三、将步骤二处理后的富含硝酸盐氮的污水与中沉淀池的回流污泥一起进入缺氧反硝化池，聚磷菌以硝酸盐为电子受体，消耗体内储存的聚-β-羟基酸酯进行反硝化除磷;四、将经步骤三处理后的泥水混合物进入快速曝气池中进一步好氧除磷;五、经步骤四处理后的泥水混合物进入终沉池进行沉降分离，排出上清液，排放部分剩余污泥;六、将经过步骤五沉降后的污泥回流到污泥厌氧池，污泥回流比为35～70%，在污泥厌氧池中污泥被厌氧水解和衰减释放出溶解性有机物，同时聚磷菌在此吸收挥发性有机物，合成聚-β-羟基酸酯，分解体内储存的多聚磷酸盐，以正磷酸盐的形式释放;七、将经步骤六处理后污泥的一部分回流到好氧氧化池，另一部份回流到中沉淀池，其中回流到好氧氧化池的污泥与回流到中沉淀池的污泥的回流比控制在0.4～0.7之间;在中沉淀池中进行沉降分离反应，富含氨氮和磷的上清液回流到好氧氧化池，污泥回流到缺氧反硝化池;主要技术参数：TN/COD=0.12～0.195，TP/COD=0.015～0.023，C/N比在6.8～7.4之间，pH值保持在6～8之间，反应温度为20～30℃，进水量为30～50L/d，好氧氧化池的DO浓度控制在1.8～2.2mg/L，好氧生物膜硝化池的DO浓度为2～3mg/L，快速曝气池的DO浓度为1.8～2.2mg/L，污水在好氧氧化池、好氧生物膜硝化池、缺氧反硝化池、快速曝气池和污泥厌氧池中的水力停留时间分别为4.5h，9h，4h，1.2h和8h，好氧氧化池内的污泥浓度控制在1800～2500mg/L，缺氧反硝化池内的污泥浓度控制在3000～3700mg/L，除好氧生物膜硝化池的SRT外的污泥停留时间SRT为24～27天。
2.根据权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于在步骤七中将回流到好氧氧化池的污泥与回流到中沉淀池的污泥的回流比控制在0.5～0.6之间。
3.根据权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于在步骤七中将回流到好氧氧化池的污泥与回流到中沉淀池的污泥的回流比为0.55。
4.根据权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于反应温度为22～28℃。
5.根据权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于反应温度为25℃。
6.根据权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于进水pH值保持在7～8之间。
7.根据权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法，其特征在于缺氧反硝化池内的污泥浓度为3000mg/L。
8.实现权利要求1所述的利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量方法所采用的装置，利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的反应系统是由进水管(1)、好氧氧化池(2)、好氧生物膜硝化池(3)、缺氧反硝化池(4)、快速曝气池(5)、终沉池(6)、出水管(7)、中沉淀池(8)、污泥厌氧池(9)、出泥管(10)、空压机(11)、气体流量计(12)、曝气装置(13)、第一排气装置(14)、第一搅拌装置(15)、第一蠕动泵(18)、第二蠕动泵(20)、第三蠕动泵(19)、终沉池进水管(21)、终沉池溢流堰(22)、中沉淀池进泥管(23)、中沉淀池溢流堰(24)、第一进水口(25)和第二进水口(26)组成，其特征在于进水以推流式在反应系统中运行，进水管(1)的出水口与好氧氧化池(2)下部的第一进水口(25)水力连通;好氧氧化池(2)上部的出水口与好氧生物膜硝化池(3)上部的进水口水力连通;好氧生物膜硝化池(3)上部的出水口与缺氧反硝化池(4)上部的进水口水力连通;缺氧反硝化池(4)内设置有第一搅拌装置(15)，缺氧反硝化池(4)的顶部设置有第一排气装置(14);缺氧反硝化池(4)下部的出水口与快速曝气池(5)上部的进水口水力连通;好氧氧化池(2)、好氧生物膜硝化池(3)、快速曝气池(5)内均设置有曝气装置(13);曝气装置(13)与空压机(11)通过气体流量计(12)连通;快速曝气池(5)下部的出水口与终沉池进水管(21)上部的进水口水力连通;终沉池进水管(21)上端面与终沉池(6)的顶部固定连接，终沉池进水管(21)伸入终沉池(6)内，终沉池进水管(21)的下端面位于终沉池(6)的中部;终沉池溢流堰(22)底部的出水口与出水管(7)的进水口连通;终沉池(6)底部的出泥口一端与出泥管(10)的进泥口连通，终沉池(6)底部的出泥口还与污泥厌氧池(9)上部的进泥口通过第一蠕动泵(18)连通;污泥厌氧池(9)内设置有搅拌装置，污泥厌氧池(9)的顶部设置有排气装置，污泥厌氧池(9)下部的出泥口一端与好氧氧化池(2)下部的进泥口通过第二蠕动泵(20)连通，污泥厌氧池(4)下部的出泥口还与中沉淀池进泥管(23)的进泥口连通;中沉淀池进泥管(23)上端面与中沉淀池(8)顶部固定连接，中沉淀池进泥管(23)伸入中沉淀池(8)内，中沉淀池进泥管(23)的下端面位于中沉淀池(8)的中部，中沉淀池(8)下部的出泥口与缺氧反硝化池(4)上部的进泥口通过第三蠕动泵(19)连通;中沉淀池溢流堰(24)底部的出水口与好氧氧化池(2)下部的第二进水口(26)水力连通。
说明书
利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法及反应系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的反应系统及方法。
背景技术
目前世界上80%以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。污水生物处理中产生的大量的剩余污泥通常含有相当量的有毒有害物质(如寄生虫卵、病原微生物、重金属)及未稳定化的有机物，如果不进行妥善处理与处置，将会对环境造成直接或潜在的污染。剩余污泥处理和处置的费用高达废水处理费用的60～70%，显而易见，污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题，成为了废水处理沉重的负担。
污泥减量技术，是指在保证污水处理效果的前提下，采用适当的措施使处理相同量的污水所产生的污泥量降低的各种技术，其真正从源头上解决污泥问题。目前污泥减量技术主要有能量解偶联技术、溶胞技术和微型动物捕食技术，都能在不同程度上实现剩余污泥减量。但能量解偶联技术中投加的化学解偶联剂通常是较难生物降解或对生物有较大毒性的化合物，使得生物对解偶联剂的降解不完全，易给水体带来新的污染。此外，生物对解偶联剂的适应性也会降低解偶联效果，引起污泥减量效果减弱。各种溶胞技术有较好的污泥减量效果，如投加合适的臭氧量，可实现系统不排泥。但会在不同程度上导致设备投资费用、运行费用增加，污泥沉降性能受影响，出水中氮磷等营养物浓度升高，有的甚至对环境产生二次污染，如投加氯气溶胞，会产生THMs等有毒副产物。微型动物捕食，利用生态学原理，能减少剩余污泥产量，但由于原生动物和后生动物增加，将会导致耗氧量增加，能耗上升;蠕虫繁殖高峰会释放营养物质，影响出水水质;单一的蠕虫生态系统不稳定。总的来说，现有的污泥减量技术都不同程度上会带来污水处理能耗增加，污泥沉降性能变差，氮磷等营养物的去除效果减弱等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的污泥减量技术都不同程度上会带来污水处理能耗增加，污泥沉降性能变差，氮磷等营养物的去除效果减弱，及易二次污染等问题，而提供了一种利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量的方法及反应系统。本发明利用工艺内不同处理单元厌氧-好氧耦合，充分利用各种不同微生物的代谢性能，实现了污水高效节能处理和污泥减量。本发明适用于生活污水、城市废水和经过预处理后工业废水的脱氮除磷和污泥减量。
本发明利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量方法的步骤如下：一、中沉淀池回流的上清液、污泥厌氧池回流的污泥和进水，在好氧氧化池内，经好氧异养菌好氧氧化去除污水中的大部分有机物;二、将经步骤一处理后的污水进入好氧生物膜硝化池，在好氧生物膜硝化池中，通过好氧自养硝化菌群的硝化作用将氨氮转化成硝酸盐氮;三、将步骤二处理后的富含硝酸盐氮的污水与中沉淀池的回流污泥一起进入缺氧反硝化池，聚磷菌以硝酸盐为电子受体，消耗体内储存的聚-β-羟基酸酯进行反硝化除磷;四、将经步骤三处理后的泥水混合物进入快速曝气池中进一步好氧除磷;五、经步骤四处理后的泥水混合物进入终沉池进行沉降分离，排出上清液，排放部分剩余污泥;六、将经过步骤五沉降后的污泥回流到污泥厌氧池，污泥回流比为35～70%，在污泥厌氧池中污泥被厌氧水解和衰减释放出溶解性有机物，同时聚磷菌在此吸收挥发性有机物，合成聚-β-羟基酸酯(PHB)，分解体内储存的多聚磷酸盐，以正磷酸盐的形式释放;七、将经步骤六处理后污泥的一部分回流到好氧氧化池，另一部份回流到中沉淀池，其中回流到好氧氧化池的污泥与回流到中沉淀池的污泥的回流比控制在0.4～0.7之间;在中沉淀池中进行沉降分离反应，富含氨氮和磷的上清液回流到好氧氧化池，污泥回流到缺氧反硝化池;主要技术参数：TN/COD=0.12～0.195，TP/COD=0.015～0.023，C/N比在6.8～7.4之间，pH值保持在6～8之间，反应温度为20～30℃，进水量为30～50L/d，好氧氧化池的DO浓度控制在1.8～2.2mg/L，好氧生物膜硝化池的DO浓度为2～3mg/L，快速曝气池的DO浓度为1.8～2.2mg/L。污水在好氧氧化池、好氧生物膜硝化池、缺氧反硝化池、快速曝气池和污泥厌氧池中的水力停留时间分别为4.5h，9h，4h，1.2h和8h。好氧氧化池内的污泥浓度控制在1800～2500mg/L，缺氧反硝化池内的污泥浓度控制在3000～3700mg/L，除硝化池生物膜的SRT外的污泥停留时间SRT为24～27天。
本发明利用内源反硝化生物脱氮除磷使污泥减量方法采用的反应系统是由进水管、好氧氧化池、好氧生物膜硝化池、缺氧反硝化池、快速曝气池、终沉池、出水管、中沉淀池、污泥厌氧池、出泥管、空压机、气体流量计、第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵组成。进水以推流式在反应系统中运行，进水管的出水口与好氧氧化池下部的第一进水口水力连通;好氧氧化池上部的出水口与好氧生物膜硝化池上部的进水口水力连通;好氧生物膜硝化池上部的出水口与缺氧反硝化池上部的进水口水力连通;缺氧反硝化池内设置有第一搅拌装置，缺氧反硝化池的顶部设置有第一排气装置;缺氧反硝化池下部的出水口与快速曝气池上部的进水口水力连通;好氧氧化池、好氧生物膜硝化池、快速曝气池内均设置有曝气装置;曝气装置与空压机通过气体流量计连通;快速曝气池下部的出水口与终沉池进水管上部的进水口水力连通;终沉池进水管上端面与终沉池的顶部固定连接，终沉池进水管伸入终沉池内，终沉池进水管的下端面位于终沉池的中部;终沉池溢流堰底部的出水口与出水管的进水口连通;终沉池底部的出泥口一端与出泥管的进泥口连通，终沉池底部的出泥口还与污泥厌氧池上部的进泥口通过第一蠕动泵连通;污泥厌氧池内设置有搅拌装置，污泥厌氧池的顶部设置有排气装置，污泥厌氧池下部的出泥口一端与好氧氧化池下部的进泥口通过第二蠕动泵连通，污泥厌氧池下部的出泥口还与中沉淀池进泥管的进泥口连通;中沉淀池进泥管上端面与中沉淀池顶部固定连接，中沉淀池进泥管伸入中沉淀池内，中沉淀池进泥管的下端面位于中沉淀池的中部，中沉淀池下部的出泥口与缺氧反硝化池上部的进泥口通过第三蠕动泵连通;中沉淀池溢流堰底部的出水口与好氧氧化池下部的第二进水口水力连通。
本发明中污水先经过好氧异养菌降解，降低有机物浓度后再进入硝化段，可避免好氧异养菌过度生长，抑制生长缓慢的硝化自养菌。此外，硝化菌在好氧生物膜中固着生长，给生长速率较慢的硝化菌创造了一个相对独立的生长环境，增加系统中硝化菌量，提高硝化效率。给硝化菌创造相对独立的污泥系统，避免了硝化菌和聚磷菌间不同污泥龄的矛盾。终沉池污泥回流至污泥厌氧池中，该池的污泥浓度高，有机物浓度低，且污泥在该池中的停留时间长，发生污泥水解和衰减，释放出溶解性有机物，作为聚磷菌厌氧释磷的碳源。经过厌氧释磷后的污泥经过中沉淀池分离后，含有有机物、氨氮和磷的上清液流入好氧氧化池氧化、硝化，沉淀后的含有PHB的释磷污泥进入缺氧池，利用体内的PHB和缺氧池中硝态氮作电子受体，进行反硝化吸磷。工艺实现硝化和厌氧释磷两个独立的污泥系统，避免了硝化菌和聚磷菌间不同污泥龄的矛盾。污泥厌氧池中的部分污泥作为回流污泥，补充好氧池污泥流失，维持系统内污泥平衡。污泥厌氧池中污泥水解和衰减，实现污泥减量。回流污泥经过好氧-缺氧-厌氧的反复耦合，由于能量解偶联、污泥衰减、低污泥产率的厌氧代谢等生化作用促进污泥减量。此外，污泥系统内二次基质的形成和利用及PHB的形成和利用过程，都会有能量损失，有利于污泥减量。多种因素综合作用，使系统污泥产率显著下降。
本发明不同于传统的反硝化除磷污水处理工艺，传统的反硝化除磷工艺主要都是将污水直接厌氧反应器中，利用污水中的有机物进行厌氧释磷，污泥中贮存PHB，再将含硝酸盐的污水与充分释磷的污泥混合，进行反硝化脱氮和过量吸磷。本发明是利用终沉池污泥经过厌氧水解和污泥衰减过程中释放出的SCOD，被聚磷菌用作厌氧释磷的碳源，合成PHB用于缺氧反硝化除磷。
本发明充分利用废水中的碳源和细胞衰减的内源碳，溶解氧消耗低，污泥沉降性能好，在污水高效低耗处理的同时，实现最小化污泥产率等优点，属于可持续污水处理工艺。本发明的反应系统稳定运行后，污泥产率可下降40～60%，有机物去除率稳定在90%以上，总氮和总磷的去除率分别在86%和72%有以上。整个工艺只需要在传统脱氮除磷工艺回流污泥段增加污泥厌氧池和改变污泥的回流途径，运行过程不需要投加化学药剂，具有投资和运行成本低，提高脱氮除磷效果，同时有效地实现污泥减量和不易引起二次污染的优点。本发明反应系统的结构简单，便于操作。