申请日2019.10.15
公开(公告)日2019.12.24
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，涉及污水处理技术领域，包括依次顺序相连的厌氧池、缺氧池、沉淀池、生物膜池和后处理系统，厌氧池与复合铁系促物投加系统相连，沉淀池还与磁种分离系统相连接。本发明的有益效果是，与常规脱氮除磷工艺相比，不仅能大幅提高系统活性污泥浓度，且能强化生物脱氮除磷效果;同时降低污泥膨胀的风险;具有工艺集成度高、效果好、运行可靠、管理方便、负荷高、占地省等优点。
权利要求书
1.一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，包括依次顺序相连的厌氧池、缺氧池、沉淀池、生物膜池和后处理系统，所述厌氧池与复合铁系促物投加系统相连，所述沉淀池还与磁种分离系统相连接。
2.如权利要求1所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述厌氧池上设置有进水入口、污泥回流入口、复合铁系促物投加入口、厌氧混合液出口和回收铁磁性粉末入口;污水经进水入口进入厌氧池，复合铁系促物投加入口与复合铁系促物投加系统的复合铁系促物投加出口相连，向厌氧池中投加复合铁系促物;所述厌氧池中设置有厌氧搅拌器。
3.如权利要求1所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述缺氧池上设置有厌氧混合液入口、硝化液回流入口和缺氧混合液出口，厌氧池的厌氧混合液出口与缺氧池上的厌氧混合液入口相连，所述缺氧池中设置有缺氧搅拌器。
4.如权利要求1所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述沉淀池上设置缺氧混合液入口、上清液排放出口、污泥回流出口，所述污泥回流出口与厌氧池上的污泥回流入口相连，沉淀池的缺氧混合液入口与缺氧池的缺氧混合液出口相连;所述沉淀池的底部设置刮泥机和污泥斗，其上部设置溢流堰;所述沉淀池选自平流式沉淀池、竖流式沉淀池、斜管(板)沉淀池、辐流式沉淀池中的一种。
5.如权利要求1所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述生物膜池上设置上清液排放入口、硝化液回流出口、硝化混合液出口，生物膜池上的硝化液回流出口与厌氧池上的硝化液回流入口相连，沉淀池上的上清液排放出口与生物膜池上的上清液排放入口相连，生物膜池的硝化混合液出口与缺氧池上的硝化液回流入口相连;所述生物膜池还设置有底部曝气系统或膜曝气系统，底部曝气系统采用穿孔曝气和/或微孔曝气;所述生物膜池为曝气生物滤池(BAF)、生物接触氧化池、移动床生物膜反应器(MBBR)、膜传氧生物膜反应器(MABR)中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述后处理系统用于污水处理后的后续处理，包括泥水分离沉淀装置、过滤装置、深度脱氮除磷装置和消毒装置中的至少一种;后处理系统上还设置有硝化混合液入口和出水出口，后处理系统上的硝化混合液入口与生物膜池上的硝化混合液出口相连。
7.如权利要求1所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述磁种分离系统包括高剪机和磁分离机，磁种分离系统上还设置有剩余污泥入口、回收铁磁性粉末出口和污泥排放出口，所述回收铁磁性粉末出口与厌氧池上的回收铁磁性粉末入口相连，磁种分离系统上的剩余污泥入口与沉淀池上的污泥回流出口相连。
8.如权利要求3所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述厌氧池、所述缺氧池中的活性污泥浓度为8000-20000mg/L。
9.如权利要求2所述的一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，其特征在于，所述复合铁系促物选自四氧化三铁粉末(Fe3O4)、Fe0、FeSO4、FeCl2、Fe2(SO4)3、FeCl3、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硅酸铝铁(PSAF)中的一种或多种。
说明书
一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统。
背景技术
目前，水体富营养化已成为全球性的环境问题。生活污水和工业废水的大量排放水体，导致水体大量摄入含氮磷的物质，导致水体富营养化;生物脱氮除磷工艺因具有成本较低、二次污染较少、条件温和等优点，而被广泛应用于废水脱氮除磷中。
当前，市政和工业污水厂排水标准愈来愈高，部分地方标准已高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A排放标准;且污水厂同时面临着进水量增加，导致处理能力不足或排水无法稳定达标。因此，新建或改造的污水厂均面临如何实现升级改造或节省厂区占地、排水稳定达标等问题。
尤其对于低C/N污水，采用传统脱氮除磷技术面临碳源不足、厌氧环境难控制、反硝化效率低、硝化菌与除磷菌存在泥龄矛盾、污泥膨胀多发、占地面积大等问题，难以满足高排放标准的要求。
发明内容
为解决脱氮除磷中存在的碳源不足、厌氧环境难控制、反硝化效率低、硝化菌与除磷菌存在泥龄矛盾、污泥膨胀多发、占地面积大等问题，本发明公开了一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种铁促进磁加载厌/缺氧活性污泥法与生物膜法耦合处理系统，包括依次顺序相连的厌氧池、缺氧池、沉淀池、生物膜池和后处理系统，所述厌氧池与复合铁系促物投加系统相连，所述沉淀池还与磁种分离系统相连接。
作为本发明的进一步优选，所述厌氧池上设置有进水入口、污泥回流入口、复合铁系促物投加入口、厌氧混合液出口和回收铁磁性粉末入口;污水经进水入口进入厌氧池，复合铁系促物投加入口与复合铁系促物投加系统的复合铁系促物投加出口相连;所述厌氧池中设置有厌氧搅拌器。
作为本发明的进一步优选，所述缺氧池上设置有厌氧混合液入口、硝化液回流入口和缺氧混合液出口，厌氧池的厌氧混合液出口与缺氧池上的厌氧混合液入口相连，所述缺氧池中设置有缺氧搅拌器。
作为本发明的进一步优选，所述沉淀池上设置缺氧混合液入口、上清液排放出口、污泥回流出口，所述污泥回流出口与厌氧池上的污泥回流入口相连，缺氧池上的缺氧混合液出口与沉淀池上的缺氧混合液入口相连;所述沉淀池的底部设置刮泥机和污泥斗，其上部设置溢流堰;所述沉淀池选自平流式沉淀池、竖流式沉淀池、斜管(板)沉淀池、辐流式沉淀池中的一种。
作为本发明的进一步优选，所述生物膜池上设置上清液排放入口、硝化液回流出口、硝化混合液出口，生物膜池上的硝化液回流出口与厌氧池上的硝化液回流入口相连，沉淀池上的上清液排放出口与生物膜池上的上清液排放入口相连，生物膜池的硝化混合液出口与缺氧池上的硝化液回流入口相连;所述生物膜池还设置有底部曝气系统或膜曝气系统，底部曝气系统或膜曝气系统采用穿孔曝气和/或微孔曝气;所述生物膜池为曝气生物滤池(BAF)、生物接触氧化池、移动床生物膜反应器(MBBR)、膜传氧生物膜反应器(MABR)中的至少一种。
作为本发明的进一步优选，所述后处理系统用于污水处理后的后续处理，包括泥水分离沉淀装置、过滤装置、深度脱氮除磷装置和消毒装置中的至少一种;后处理系统上还设置有硝化混合液入口和出水出口，生物膜池上的硝化混合液出口与后处理系统上的硝化混合液入口相连。
作为本发明的进一步优选，所述磁种分离系统包括高剪机和磁分离机，磁种分离系统上还设置有剩余污泥入口、回收铁磁性粉末出口和污泥排放出口，所述回收铁磁性粉末出口与厌氧池上的回收铁磁性粉末入口相连，磁种分离系统上的剩余污泥入口与沉淀池上的污泥回流出口相连。
作为本发明的进一步优选，所述厌氧池、所述缺氧池中的活性污泥浓度为8000-20000mg/L。
作为本发明的进一步优选，所述复合铁系促物选自四氧化三铁粉末(Fe3O4)、Fe0、FeSO4、FeCl2、Fe2(SO4)3、FeCl3、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硅酸铝铁(PSAF)中的一种或多种。
作为本发明的进一步优选，所述的复合铁系物包含四氧化三铁粉末，投加的四氧化三铁粉末粒径为40-200μm;根据进出水污染物控制指标的不同，Fe0、FeSO4、FeCl2、Fe2(SO4)3、FeCl3、PFS、PAFC、PSAF投加及配比随之调整，以满足各指标稳定达标排放的要求。
本发明中，各单元功能如下：
系统工艺前段以复合铁系促物强化厌/缺氧活性污泥法为核心，通过向厌氧池内投加复合铁系促物，使得污泥絮体比重及沉降性能得到大幅提升，提高了系统内活性污泥浓度;在厌氧/缺氧环境交替运行的条件下，易富集反硝化除磷菌(DPB)，实现低C/N废水的高效脱氮除磷;系统工艺后段以生物膜工艺为核心，硝化菌附着在载体上生长，并得以富集，强化了系统的硝化、同步硝化反硝化(SND)脱氮功能，且无污泥膨胀风险。
在厌氧池中，进水与混合液、回收铁磁性粉末、回流污泥、复合铁系促物混合，在厌氧菌的作用下，将大分子有机物转化为小分子挥发性有机物，同时，聚磷菌将细胞内聚磷水解为正磷酸盐。
在缺氧池中，硝化液回流至缺氧池内，为缺氧池补充硝酸盐;在碳源不足的条件下，缺氧池内的反硝化聚磷菌一方面可以过量吸磷，另一方面也可以去除硝酸盐，实现“一碳两用”，增强了系统脱氮除磷效果。
在沉淀池中，对污泥进行泥水分离，分离出的含铁磁性粉末的污泥一部分回流至厌氧池，另一部分进入磁种分离系统;而经分离的上清液则流入生物膜池内。
在磁分离系统中，含铁磁性粉末的污泥依次经高剪机将铁磁性粉末和剩余污泥剥离，然后经磁分离机将铁磁性粉末和剩余污泥分离，分离出的铁磁性粉末回流至厌氧池，分离出的剩余污泥则排出系统。
在生物膜池中，上清液中的氨氮等污染物通过附载在载体上的硝化菌的作用下，转化为硝酸盐或亚硝酸盐为缺氧反硝化提供基质。
在后处理设备中，去除好氧生物膜池出水中的悬浮物及总磷，使出水达标排放。
本发明中，硝化液回流可为缺氧池补充硝酸盐，为反硝化除磷提供基质条件，污泥回流可将铁磁性粉末的活性污泥回流至厌氧池，以维持厌氧/缺氧活性污泥系统的高污泥浓度;同时控制厌氧池内溶解氧及硝酸盐浓度，为厌氧池释磷提供良好条件。
本发明的有益效果是，与常规脱氮除磷技术相比，具有：
1、强化除磷效果
11)反硝化除磷
厌氧/缺氧环境交替运行的条件下，易富集兼有反硝化和除磷的反硝化除磷菌(DPB)，在缺氧条件下可利用NO3-作为电子受体，完成过量吸磷和反硝化过程;大幅降低对碳源的需求，实现了能源和资源的双重节约;反硝化除磷能节约COD50%左右，节约氧30%左右，剩余污泥量可减少50%左右。
12)辅助化学除磷
向厌氧池内投加复合铁系促物，如Fe0、Fe2+、Fe3+，均可直接或间接与磷酸盐发生反应。
以Fe2+为例，Fe2+与厌氧池内的磷酸盐反应生成难溶性Fe3(PO4)2，反应式(1)如下所示：
3Fe2++2PO43-→Fe3(PO4)2(s)(1)
产生的Fe3(PO4)2沉淀通过污泥的絮凝作用，而附着在污泥絮体上;通过剩余污泥的排放将Fe3(PO4)2沉淀排出系统，提高了除磷效率。
2、强化脱氮效果
21)传统脱氮除磷工艺的除磷菌与硝化菌存在泥龄矛盾;通过厌氧/缺氧环境交替运行，富集反硝化聚磷菌;其主要功能为去除COD和反硝化除磷;通过向好氧池内投加生物膜载体，为硝化菌提供良好的生存环境，实现高效脱氮;通过将硝化菌与反硝化聚磷菌和其他异养、自养反硝化菌在不同的污泥系统分别培养，形成双污泥系统;使得各功能菌处在各自适宜环境生长，利于系统稳定高效的脱氮除磷。
22)投加复合铁系促物及回收铁磁性粉末可为厌氧/缺氧微生物的生长富集提供大的附着面积，为厌/缺氧微生物提供良好的生存环境;工艺后段以生物膜工艺为核心，由于生物膜内部氧的扩散受限制，使得生物膜表面呈好氧状态、内层呈缺氧甚至厌氧状态，或者内部呈好氧状态而表面呈缺氧状态，具有良好的硝化和一定的同步硝化反硝化功能。
23)向污泥系统中长期投加复合铁系促物，如Fe0、Fe2+、Fe3+，均可作为电子供体或受体参与氮素的氧化或还原过程。
以Fe2+为例，在微生物的作用下，Fe2+可作为电子供体将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气，即产生亚铁反硝化现象，以强化系统总氮的去除，亚铁反硝化的化学反应式如(2)～(3)所示：
2NO3-+10Fe2++24H2O→10Fe(OH)3+N2+18H+(2)
2NO2-+6Fe2++14H2O→6Fe(OH)3+N2+10H+(3)
电子供体以Fe2+为例，铁型反硝化过程消耗的n(Fe2+)/n(NO3-)为5∶1或n(Fe2+)/n(NO2-)为3∶1。
3、强化除碳效果
31)向污泥系统中长期投加复合铁系促物，如Fe0、Fe2+、Fe3+，均可直接或间接促进微生物对有机物的分解和合成代谢，同时强化了污泥絮体对进水中胶体或悬浮物的絮凝效果。
以Fe2+为例，Fe2+的水解产物可通过絮凝、网捕卷扫、吸附架桥等作用，对进水中有机胶体或悬浮物具有凝聚作用，强化系统对有机物的去除。
32)投加复合铁系促物及回收铁磁性粉末，可形成较高的污泥浓度;有利于提高水解酸化菌及细胞胞外酶的浓度，促进进水中胶体及悬浮态有机物的充分转化为溶解性有机物而被高效利用;同时可将部分难以好氧生物降解的有机物转化为可生物降解有机物。
4、缩短泥水分离时间
常规脱氮除磷工艺，污泥比重较低，沉淀池表面负荷通常取值为0.6-1.0m3/(m2·h)，通过投加复合铁系促物及回收铁磁性粉末可增加活性污泥比重，使活性污泥絮体结构紧密，沉淀池表面负荷可达3.0-8.0m3/(m2·h)，大幅缩短泥水分离时间。
5、强化系统抗冲击负荷
51)厌氧/缺氧活性污泥系统投加复合铁系促物及回收铁磁性粉末，使得污泥絮体比重得到大幅提升，大幅提高污泥絮体沉降性能。常规活性污泥法的活性污泥浓度为2500-4000mg/L;投加铁磁性粉末后，活性污泥浓度可达8000-20000mg/L，处理能力提高3-5倍。
52)常规脱氮除磷工艺受冲击后硝化菌易受抑制，导致硝化菌占比逐步降低，使得出水无法稳定达标;生物膜工艺通过投加载体，使硝化菌以附着态形式固定在载体上，显著增强对短期冲击的抵抗能力。
6、污泥产量少，避免污泥膨胀
61)厌氧/缺氧活性污泥系统投加复合铁系促物及回收铁磁性粉末，使得污泥絮体比重得到大幅提升，大幅提高污泥絮体沉降性能，污泥不易发生污泥膨胀;同时系统由于铁磁性粉末的存在，可产生磁场效应，平衡活性污泥中微生物的生长和衰亡，有效抑制污泥膨胀。同时，厌氧/缺氧的设置，强化了反硝化除磷，实现“一碳两用”，减少了厌氧/缺氧活性污泥系统的污泥产量。
62)生物膜工艺中微生物以附着态形式存在于载体表面，无污泥膨胀风险;同时生物膜污泥产率较活性污泥法低，降低了好氧工艺的污泥产量。（发明人王存峰;朱清江;宋平周;苑广耀;许晨文;于振滨）