專(zhuān)利名稱(chēng)：分段進(jìn)水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分段進(jìn)水耦合生物反應(yīng)器及其工藝，填加多孔載體具有生物脫氮 及污泥減量效果，屬于污水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化程度的不斷提高，我國(guó)的水環(huán)境 污染和水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化狀況越來(lái)越嚴(yán)重，許多湖泊水體已不能發(fā)揮其正常功能而嚴(yán)重地影響 了工農(nóng)業(yè)和漁業(yè)生產(chǎn)，越來(lái)越嚴(yán)重地阻礙著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。氮素是造成水體富營(yíng)養(yǎng) 化的主要污染物，對(duì)排放的污水中總氮含量的控制尤為重要。污水生物處理技術(shù)在污水凈 化進(jìn)程中一直發(fā)揮著巨大的作用，但其主要的缺點(diǎn)之一是污泥產(chǎn)量大，污泥處理及最終處 置，需要大量的基建投資和高昂的運(yùn)行費(fèi)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市污水處理廠(chǎng)目前已逾千座， 全國(guó)干質(zhì)污泥產(chǎn)量約為8000t/d，濕污泥約為40000t/d(含水率80% )，隨著污水處理率的 提高和處理程度得深化污泥產(chǎn)量還將進(jìn)一步增加。目前有90%以上的污泥得不到及時(shí)有效 的處理、處置，很多有污泥處理設(shè)施的污水廠(chǎng)也已沒(méi)有地方來(lái)儲(chǔ)放污泥，從而導(dǎo)致污泥的二 次污染。因此，無(wú)論從提高污水處理效果、減少剩余污泥產(chǎn)量還是從降低造價(jià)、減少污泥處 理處置的運(yùn)行費(fèi)用都需要開(kāi)展城市污水生物脫氮與污泥減量控制裝置、工藝技術(shù)研究。在生物脫氮工藝中，分段進(jìn)水生物脫氮工藝是近年來(lái)快速開(kāi)發(fā)的生物脫氮新工 藝，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是所需池容較小、脫氮效率高、運(yùn)行管理方便，最主要的就是有機(jī)底物 沿池長(zhǎng)均勻分布，在處理低碳氮比污水上可以充分利用污水碳源，利于反硝化的進(jìn)行，并且 負(fù)荷均衡，即一定程度上減小了供氧速率與耗氧速率之間的差距，有利于降低能耗，又可以 充分發(fā)揮污泥中微生物的降解功能。污泥減量化的理論基礎(chǔ)，在一般情況下，微生物的合成代謝是通過(guò)呼吸速率控制 與底物的分解代謝進(jìn)行偶聯(lián)的，當(dāng)呼吸速率降低時(shí)，分解代謝和合成代謝將會(huì)發(fā)生解偶聯(lián)， 此時(shí)，微生物在氧化底物的同時(shí)，用于合成代謝的能量減少，自身合成速度減慢，表觀(guān)微生 物的產(chǎn)率系數(shù)降低，污泥產(chǎn)量減少。在厭氧、好氧交替改變的環(huán)境下，微生物的表觀(guān)產(chǎn)率系 數(shù)減少。這是因?yàn)楹醚跷⑸镌诤醚醵嗡a(chǎn)生的ATP不能立即用于合成代謝，而是在底物 缺乏的厭氧段作為維持能被消耗掉。在反應(yīng)器中投加多孔載體后，隨著原水進(jìn)入反應(yīng)器，流離作用促使固液分離，使水 中的懸浮物(SS)、剩余污泥進(jìn)入多孔載體內(nèi)部間隙內(nèi)而積累。積累起來(lái)的有機(jī)物或污泥 成為載體內(nèi)細(xì)菌等微生物的營(yíng)養(yǎng)成分，經(jīng)厭氧、缺氧和好氧代謝分解而除去，從而將污泥分 解、低分子化；采用復(fù)合式流離球多孔微生物載體的好氧-厭氧耦合體系由于存在多空間 上的好氧-厭氧環(huán)境的耦合，提供了多樣微生物生存的環(huán)境，載體表面生長(zhǎng)的微生物通過(guò) 生物氧化反應(yīng)可使污水中的溶解性有機(jī)物質(zhì)高效分解從而使污泥產(chǎn)量降低，創(chuàng)造這樣的流 離過(guò)程和多樣微生物代謝過(guò)程反復(fù)多次發(fā)生，達(dá)到污泥量減少的效果。當(dāng)原水碳氮比較低 時(shí)，利用分段進(jìn)水可以充分利用原水中有限的碳源，提高的反硝化效果，進(jìn)面提高系統(tǒng)的總 氮去除率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決污水處理廠(chǎng)污泥產(chǎn)量大和總氮的去除率低的問(wèn)題，從提高污 水處理效果和減少污泥產(chǎn)率兩個(gè)技術(shù)方面，從降低造價(jià)和節(jié)省能耗與運(yùn)行費(fèi)的經(jīng)濟(jì)方面， 研究、發(fā)明本裝置和工藝，進(jìn)行污泥減量的同時(shí)也可達(dá)到較好的脫氮效果?！N分段進(jìn)水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器，其特征在于依次包括生 物反應(yīng)區(qū)以及二沉池；生物反應(yīng)區(qū)依次包括好氧區(qū)0-1、缺氧區(qū)A-I、好氧區(qū)0-11、缺氧區(qū) A-II、好氧區(qū)0-111、缺氧區(qū)A-III、好氧區(qū)0-IV，每個(gè)好氧區(qū)與缺氧區(qū)體積比為1.5 1 2 1，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)部放置多孔載體，好氧區(qū)載體裝填體積比為40% 60% ；缺氧區(qū)載體 裝填體積比為90% 100% ；每個(gè)區(qū)均設(shè)使每區(qū)頂部進(jìn)水、頂部出水的折流板；反應(yīng)器分三段進(jìn)水，三個(gè)進(jìn)水管分別設(shè)在好氧區(qū)0-1、缺氧區(qū)A-I、缺氧區(qū)A-II，二 沉池設(shè)置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧區(qū)0-1。多孔載體，其外表面為一層硬性球殼，球面呈多孔狀，內(nèi)部裝填大量小塊高空隙率 載體，載體具有親水性、通透性、高比表面積、良好的物化穩(wěn)定性的特點(diǎn)，載體空隙率大于 0. 9。應(yīng)用述的生物反應(yīng)裝置的工藝，包括以下步驟原水分三段分別進(jìn)入到好氧區(qū)0-1、缺氧區(qū)A-I、缺氧區(qū)A-II，流量分配比 1 1 1 3 4 3，水力停留時(shí)間HRT= 11 14h，好氧區(qū)溶解氧濃度為2.5 4mg/ L。生物反應(yīng)區(qū)的出水進(jìn)入二沉池經(jīng)過(guò)出水管排出，污泥回流體積比R = 0. 5 1. 5，回流污 泥由泵送至好氧區(qū)0-1，剩余污泥由排泥管排出。本反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水處理效能尤其 是脫氮效能和更低的能耗和良好的污泥減量效果。依據(jù)分段進(jìn)水脫氮原理和流離原理構(gòu)造的耦合生物反應(yīng)器，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行一年多 的試驗(yàn)分析，分析提高污水處理效果和污泥減量效果的主要影響因素，得出最適合的運(yùn)行 參數(shù)，并與反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合，全面提高反應(yīng)器的性能。該反應(yīng)器除了具有分段進(jìn)水脫 氮工藝和生物膜反應(yīng)器一些共性特點(diǎn)，比如脫氮率高，微生物固著生長(zhǎng)，不存在污泥膨脹問(wèn) 題，水力停留時(shí)間和SRT相分離等一系列的優(yōu)點(diǎn)，而且還有以下幾個(gè)特點(diǎn)1)同時(shí)具有良好的污水生物脫氮與污泥減量效果。原水分三段進(jìn)入到反應(yīng)器中， 缺氧區(qū)進(jìn)水，可以充分利用原水中的易生物降解C0D，為反硝化提供碳源，提高反硝化效率。 另外，缺氧區(qū)進(jìn)水，反硝化消耗大量的可利用碳源，因此進(jìn)入后續(xù)好氧區(qū)的可利用碳源較 少，異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)受到限制，利于自養(yǎng)硝化菌的生長(zhǎng)。并且由于反應(yīng)器中投加有多孔載體， 原水進(jìn)入后，由于流離和生物粘附作用，原水中的懸浮物等進(jìn)入到球形多孔載體內(nèi)部，并被 載體內(nèi)海綿載體捕獲、累積，具有較高的微生物濃度，有利于世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌的培養(yǎng) 和生長(zhǎng)，因此反應(yīng)器具有很好的脫氮效果。同時(shí)有機(jī)物在載體內(nèi)累積、發(fā)酵從而使污泥液化 和低分子化而使污泥分解、減量，而分解產(chǎn)生的低分子化有機(jī)物，提供了生物脫氮所需的碳 源，進(jìn)一部提高反應(yīng)器的脫氮效果；在反應(yīng)器好氧區(qū)后，由于沿著從液體到復(fù)多孔載體內(nèi)部 的方向，形成了懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型、附著厭氧型的復(fù)雜微生物系統(tǒng)，具有 良好的SND (同步硝化反硝化作用)，因而進(jìn)一步脫氮，從而具有良好的污水生物脫氮與污 泥減量效果。
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2)具有空間上環(huán)境多樣性和生物多樣性。沿水的流動(dòng)方向依次形成好氧區(qū)和厭氧 區(qū)反復(fù)耦合的環(huán)境，分別生長(zhǎng)各區(qū)適合的微生物，導(dǎo)致生物相變化，形成高度的生物多樣性 和多樣的微生物生態(tài)系，使得微生物的食物鏈較長(zhǎng)，導(dǎo)致能量的遞減與剩余污泥的減少。3)生物量高、抗沖擊性強(qiáng)。有較高的微生物濃度，除了多孔載體表面生長(zhǎng)生物膜 外，多孔載體空隙內(nèi)積累大量微生物，還有懸浮生長(zhǎng)的微生物；在多孔微生物載體污水處理 中，即使有有害物質(zhì)混入，在前段就被阻擋下來(lái)，而不會(huì)在全段發(fā)生；因微生物生長(zhǎng)在載體 中、濃度高，而且固體顆粒被捕獲入載體里，因此系統(tǒng)對(duì)污水的負(fù)荷變動(dòng)有強(qiáng)的適應(yīng)能力。4)污泥停留時(shí)間和污水停留時(shí)間可分離。在普通活性污泥法中，污泥和污水形成 混合液流出。污泥停留時(shí)間短，污泥難以被分解，污泥產(chǎn)量大。而本技術(shù)，由于多孔載體截 留、捕獲污泥顆粒，使污泥停留時(shí)間延長(zhǎng)，污泥顆粒很容易被液化、低分子化而分解。5)易于安裝施工和已有污水處理廠(chǎng)升級(jí)改造、費(fèi)用低。流態(tài)為推流式，球形復(fù)合式 多孔載體可直接投放無(wú)需固定、支撐結(jié)構(gòu)，具有基建投資省、運(yùn)行成本低和剩余污泥產(chǎn)量少 的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明分段進(jìn)水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器及其工藝原理圖。圖中，1-原水箱，2-吸水泵，3-進(jìn)水管，4-曝氣頭，5-取樣口，6-多孔載體，7_回 流污泥，8-出水管，9-二沉池，10-空氣泵，0-1、0-11、0-111、O-IV-好氧區(qū)，A-I、A-II、 A-III-缺氧區(qū)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體操作步驟在發(fā)明內(nèi)容已經(jīng)有詳述，該處不再贅述。依次包括生物反應(yīng)區(qū)以及二沉池9 ；生物反應(yīng)區(qū)依次包括好氧區(qū)0-1、缺氧區(qū)A-I、 好氧區(qū)0-11、缺氧區(qū)A-II、好氧區(qū)O-III、缺氧區(qū)A-III，好氧區(qū)0-IV，每個(gè)好氧區(qū)與缺氧 區(qū)體積比為1.5 1 2 1，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)部放置多孔載體6;好氧區(qū)載體裝填體積比為 40% 60% ；缺氧區(qū)載體裝填體積比為90% 100% ；每個(gè)區(qū)均設(shè)折流板，從而使每區(qū)均為 頂部進(jìn)水、頂部出水。反應(yīng)器分三段進(jìn)水，三個(gè)進(jìn)水管3分別設(shè)在好氧區(qū)0-1、缺氧區(qū)A-I、缺氧區(qū)A-II， 生物反應(yīng)區(qū)的出水進(jìn)入二沉池9經(jīng)過(guò)出水管8排出，回流污泥7由泵送至好氧區(qū)0-1，剩余 污泥由排泥管排出。反應(yīng)器在每個(gè)好氧區(qū)設(shè)置兩個(gè)曝氣管。橫向在各個(gè)反應(yīng)區(qū)設(shè)置了 7個(gè)取樣口，另 出水取樣口取自曝氣池出水管。取樣口的高度距反應(yīng)器底面30cm，所有取樣口孔徑均為 Icm0實(shí)施方式1、當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)填充的載體為球形多孔載體，其球殼為PVC注塑而成，球 面呈網(wǎng)格狀，其直徑為10cm，球內(nèi)填邊長(zhǎng)為1. 5cm的立方體狀海綿載體，其空隙率大于0. 9， 在分段進(jìn)水流量分配比為1 1 1，水力停留時(shí)間HRT = llh，溶解氧DO = 2. 5 3. Omg/ L,回流體積比R = 0. 5時(shí)，進(jìn)水氨氮為85mg/L，出水氨氮為4. 8mg/L，去除率為94. 4%;出水 硝態(tài)氮達(dá)到20. 2mg/L ；進(jìn)水TN為110mg/L,出水TN為27. 2mg/L，TN去除率為75. 3%;進(jìn)水 COD為330mg/L，出水COD為19. 2mg/L, COD去除率94. 3 %。反應(yīng)器污泥產(chǎn)率為0. 102kgMLSS/
5kgCOD,比常規(guī)活性污泥法污泥產(chǎn)率0. 4kgMLSS/kgC0D減少75%，減量效果顯著。實(shí)施方式2、當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)填充的載體為球形多孔載體，其球殼為PVC注塑而成，球 面呈網(wǎng)格狀，其直徑為10cm，球內(nèi)填邊長(zhǎng)為1. 5cm的立方體狀海綿載體，其空隙率大于0. 9， 在分段進(jìn)水流量分配比為3:4: 3，水力停留時(shí)間HRT = 14h，溶解氧DO = 3. 0 4. Omg/ L,回流體積比R = 1. 5時(shí)，進(jìn)水氨氮為82mg/L，出水氨氮為2. 5mg/L，去除率為96. 7%;出水 硝態(tài)氮達(dá)到16. 7mg/L ；進(jìn)水TN為105mg/L,出水TN為22. 2mg/L，TN去除率為78. 9%;進(jìn)水 COD為303mg/L，出水COD為13. 9mg/L, COD去除率95. 4%。反應(yīng)器污泥產(chǎn)率為0. 07IkgMLSS/ kgCOD,比常規(guī)活性污泥法污泥產(chǎn)率0. 4kgMLSS/kgC0D減少82. 3%，減量效果顯著。本反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水處理效能和更 低的能耗和良好的污泥減量效果，且易于安裝施工，適合新建和已有污水處理廠(chǎng)升級(jí)改造。
權(quán)利要求
一種分段進(jìn)水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器，其特征在于依次包括生物反應(yīng)區(qū)以及二沉池；生物反應(yīng)區(qū)依次包括好氧區(qū)O I、缺氧區(qū)A I、好氧區(qū)O II、缺氧區(qū)A II、好氧區(qū)O III、缺氧區(qū)A III、好氧區(qū)O IV，每個(gè)好氧區(qū)與缺氧區(qū)體積比為1.5∶1～2∶1，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)部放置多孔載體，好氧區(qū)載體裝填體積比為40％～60％；缺氧區(qū)載體裝填體積比為90％～100％；每個(gè)區(qū)均設(shè)使每區(qū)頂部進(jìn)水、頂部出水的折流板；反應(yīng)器分三段進(jìn)水，三個(gè)進(jìn)水管分別設(shè)在好氧區(qū)O I、缺氧區(qū)A I、缺氧區(qū)A II，二沉池設(shè)置出水管和排泥管，二沉池底部連接至好氧區(qū)O I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器，其特征在于多孔載體外表面為一層硬性球殼， 球面呈多孔狀，內(nèi)部裝填大量小塊高空隙率載體，載體空隙率大于0. 9。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器的工藝，其特征在于，包括以下步驟 原水分三段分別進(jìn)入好氧區(qū)0-1、缺氧區(qū)A-I、缺氧區(qū)A-II，流量分配體積比1 1 1 3 4 3，水力停留時(shí)間HRT= 11 14h，好氧區(qū)溶解氧濃度為2.5 4mg/ L ；生物反應(yīng)區(qū)的出水進(jìn)入二沉池經(jīng)過(guò)出水管排出，污泥回流體積比R = 0. 5 1. 5，回流污 泥由泵送至好氧區(qū)0-1，剩余污泥由排泥管排出。
全文摘要
分段進(jìn)水生物脫氮與污泥產(chǎn)量耦合生物反應(yīng)器及其工藝屬于污水處理領(lǐng)域。污水生物處理技術(shù)缺點(diǎn)之一是污泥產(chǎn)量大，低碳氮比的污水時(shí)總氮的去除效果不好。依次包括生物反應(yīng)區(qū)以及二沉池；生物反應(yīng)區(qū)依次包括好氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，每個(gè)好氧區(qū)與缺氧區(qū)體積比為1.5∶1～2∶1，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)部放置多孔載體，好氧區(qū)載體裝填體積比為40％～60％；缺氧區(qū)載體裝填體積比為90％～100％；每個(gè)區(qū)均設(shè)折流板。反應(yīng)器分三段進(jìn)水，二沉池設(shè)置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧區(qū)O-I。其TN去除率為75.3％，COD去除率94.3％，污泥產(chǎn)率為0.102kgMLSS/kgCOD。
文檔編號(hào)C02F3/30GK101941776SQ201010224919
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者張雪松, 李軍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)