CN101157500A - Mbr联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备 - Google Patents

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MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备，本发明属于利用生物技术处理污泥的技术领域，特别涉及MBR与蠕虫附着型生物床组合***。它克服了现有膜生物反应污泥减量设备中污泥浓度高、膜污染发生频率高的缺陷。它由膜生物反应器、一号排泥泵30、二号排泥泵31和蠕虫附着型生物床Y组成，蠕虫附着型生物床Y的入口通过一号排泥泵30连通膜生物反应器的罐体13一侧的底部，蠕虫附着型生物床Y的出口通过二号排泥泵31连通膜生物反应器的罐体13另一侧的底部。污泥减量超过95％，出水具有良好的水质，可实现中水回用。

Description

MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备
技术领域
本发明属于利用生物技术处理污泥的技术领域，特别涉及MBR与蠕虫附着型生物床组合***。
背景技术
污水污泥作为污水处理过程中的必然产物，带来日益严重的环境污染问题。城市生活污水经普通活性污泥法和AB法处理，进水BOD的48％和58％会转化为污泥，其产量约占总处理水量的0.5至1.0％，真正意义上氧化分解的BOD只占42％和34％。因此，对大部分污水处理而言，进水污染物将以污水污泥的形式向自然界转化。
我国污水处理率已由2000年的33.15％提高到2006年底的56％，06年我国城市污水处理厂排放的污泥量(干重)大约为990万吨，还将以10％的年增长速率递增，这必将带来污水污泥总量的持续增加。污水污泥是一种潜在的危险物质，其中富含有机物、重金属、致病微生物等有害物质，处理不当就会导致严重的环境问题、甚至是灾难性的生态后果。
污水污泥处理与利用技术远远落后于污水处理技术的发展，成为制约我国生态环境发展的前沿问题。MBR(膜生物反应***)污泥代谢平衡技术和污泥生物捕食技术因具有“纯生态”的处理机理、较低的处理成本和良好的污泥减量效果，获得了广泛的关注。利用MBR实现污水与污泥的协同处理在国外已有16年的研究历史，已完成城市生活污水中试规模的实验研究，甚至建立了工业化生产规模的示范工程。如公告号为1245337《生物污泥减量设备》的专利。但MBR活性污泥浓度高，污泥龄长，形态单薄而不团聚，具有较高的粘性和SVI值，上述缺点提高了膜污染发生的频率，带来处理成本的提高，限制了MBR作为主要污泥增长控制工艺的应用与实践，亟待开发能够对MBR活性污泥进行改良、改性、减量的辅助***。
发明内容
本发明的目的是提供一种MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备，以解决现有污水处理工艺污泥难以处理的瓶颈问题，实现“纯生态”的污泥减量。它由膜生物反应器、一号排泥泵30、二号排泥泵31和蠕虫附着型生物床Y组成，蠕虫附着型生物床Y的入口通过一号排泥泵30连通膜生物反应器的罐体13一侧的底部，蠕虫附着型生物床Y的出口通过二号排泥泵31连通膜生物反应器的罐体13另一侧的底部。
本发明首次将MBR膜生物反应器与基于生物捕食技术的蠕虫附着型生物床相结合而设计出污水污泥协同处理的高效集成***。本发明设计的蠕虫附着型生物床中以蠕虫为单一附着微型动物，根据其生理特性对其定向诱导固着在填料上，从而实现微型动物稳定生长及其***物与污泥的分离；同时将其作为旁路辅助***与MBR生物膜污水处理***联用，从而达到污水及其污泥协同处理的效果，并通过细菌对微型动物反捕食特性(细菌为了对抗蠕虫的捕食而发生的聚团效应)实现污泥的改良改性及减量。该过程无需添加化学试剂，不向环境排放任何有毒有害废物，并可以实现膜生物反应器中污泥浓度降低、污泥活性增强、膜污染发生频率得以降低等效果。
单独应用的膜生物反应器(MBR)较传统污泥法污泥产率减少60％，但是污泥龄长、污泥浓度较高，造成膜污染频繁发生。MBR中的高浓度污泥排放至蠕虫附着型生物床，经蠕虫的捕食作用，73％的污泥得到彻底矿化、2％用于蠕虫自生的增值，剩余的25％成为***废物，污泥减量效果超过70％以上。经蠕虫附着型生物床处理过的剩余污泥(污水污泥+***废物+少量蠕虫)被回流至MBR反应器中，由MBR内污泥细菌进行进一步降解，可激发MBR中的污泥活性，改善污泥沉降性能，实现对污泥的改良改性作用。MBR联合蠕虫附着型生物床整体***较传统活性污泥法可实现污泥减量超过95％，膜污染频率降低30％。
本发明在污水高效处理的同时实现了高效稳定的污泥减量效果，达到“纯生态”污水污泥协同处理的效果。污泥减量超过95％，可获得良好的出水水质，实现中水回用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是蠕虫附着型生物床的结构示意图，图3是实施方式一中蠕虫附着板的结构示意图，图4是图3的A向视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4具体说明本实施方式。本实施方式由膜生物反应器、一号排泥泵30、二号排泥泵31和蠕虫附着型生物床Y组成，蠕虫附着型生物床Y的入口通过一号排泥泵30连通膜生物反应器的罐体13一侧的底部，蠕虫附着型生物床Y的出口通过二号排泥泵31连通膜生物反应器的罐体13另一侧的底部。
蠕虫附着型生物床Y由容器8、多块导流板7、曝气装置6和多块蠕虫附着板9组成，容器8的前端处开有入口8-1，容器8的后端处开有出口8-2，多块导流板7在容器8内依次从入口8-1分布到出口8-2，多块导流板7依次上下交错设置以使进入容器8内的流体上下折流流出，曝气装置6设置在容器8内的底部，立置的导流板7之间以及导流板7与容器8侧壁之间为过流通道8-3，蠕虫附着板9沿过流通道8-3的长度方向设置其中，蠕虫附着板9由金属格面网9-1和分别固定在金属格面网9-1两个表面上的填料膜9-2组成，金属格面网9-1的长度方向设置为波浪状，填料膜9-2为聚丙烯纤维束或聚乙烯纤维束交错轧制而成的面板，聚丙烯纤维束或聚乙烯纤维束之间留有直径或宽度为0.1至0.5mm的孔或缝隙9-2-1，填料膜9-2表面附着有聚丙烯纤维束或聚乙烯纤毛9-2-2。
污水进入膜生物反应器的罐体13，污水中大部分有机物经MBR内微生物自身分解代谢作用得到降解。处理后的污水在真空抽水***的作用下经过中空纤维膜组件11过滤出水。高浓度的污水污泥混合液经一号排泥泵30泵入蠕虫附着型生物床Y，在附载密度超过105个/m2的蠕虫作用下，污泥浓度下降，剩余污泥回流至MBR反应器。
在使用蠕虫附着型生物床之前，需要对蠕虫诱导培养，使其定向固着于填料膜之上。将由PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)纤维束轧制成的填料膜平铺于污泥混和液之中，使其沉降于泥水分界面，在其上均匀放置已培养成熟的夹杂带丝蚓，并保持其高度低于液面高度，培养24h。由于微生物的“趋利性”，夹杂带丝蚓为了获得食物，势必会钻过填料膜的孔隙，头部向下伸展深入污泥进行摄食；而由于污泥的覆盖，造成填料膜下部局部缺氧，夹杂带丝蚓为了呼吸，尾部向上伸至填料膜下边的水中。经过24h的培养，已有部分夹杂带丝蚓钻过填料膜的弹性孔隙附着其上，轻轻洗去未附着的带丝蚓，将填料膜重新放入新鲜的泥水混和液中，并在其上放置新的夹杂带丝蚓。重复上述操作5至6次，即可获得夹杂带丝蚓头部向下，尾部向上定向附着的高密度的填料膜，未定向附着于填料的，一部分因不适应外部条件被淘汰，另一部分在换洗污泥的时候被洗掉，所以在填料膜上附着的大部分为定向附着。将该填料膜固定于波浪形的铁丝网上，即制成蠕虫附着型生物床内的填料膜。
利用大型蠕虫——夹杂带丝蚓的特殊生活习性将其定向固着于填料之上，使蠕虫高密度地稳定生长，从而定向延长污泥生态***食物链，通过夹杂带丝蚓对污泥细菌的捕食作用实现污泥减量，并通过细菌对蠕虫的反捕食作用，激发污泥活性，改善污泥沉降性能，实现“纯生态”污泥减量排放。
由于夹杂带丝蚓是微好氧微型动物，所以在容器8底部布有曝气装置，穿过导流板与填料膜，进行微曝气，以供夹杂带丝蚓呼吸。
本发明选用夹杂带丝蚓为本装置中主要的微型动物种群。夹杂带丝蚓具有独特的生活习性，即：头部深入污泥，对污泥进行摄食；尾部垂入水中，通过摆动在水中摄入氧气，进行呼吸。因此，通过对夹杂带丝蚓的诱导培养，可将其定向附着于填料之上。且夹杂带丝蚓是公认的具有最佳的污泥减量效果微型动物之一，通过其摄食作用可以实现污泥70％以上的减量。
由于填料膜呈波浪形，所以迎向污泥混和液流向的一面所吸附的污泥固体较多，夹杂带丝蚓的定向固着可有效地确保其与污泥充分接触。在填料膜的表面上覆有长短不一的纤毛，可有效吸附污泥混和液中的污泥细菌、未降解有机物、细胞碎片等污泥成分，提供了蠕虫与污泥相接触并进行捕食作用的适宜场所。同时，有力的缓解了污泥混和液的冲击负荷对蠕虫生长的影响。导流板的主要作用在于保证污泥混和液与蠕虫的充分接触。
本装置实施微曝气，大多数好氧微生物在床内也难以生存，从而减少了床内种间竞争。另外，由于本发明独特的填料设置，使夹杂带丝蚓稳定固着于填料之上，从根本上解决了蠕虫随混和液流失的问题，故夹杂带丝蚓可以作为床内优势种群稳定生长。
本发明将MBR膜生物反应器与蠕虫附着型生物床结合，一方面通过给予蠕虫独立的生长空间及易于着生的独特填料，保证了生物床内蠕虫种群的稳定生长及其良好的减量效果，另一方面通过蠕虫对污泥的改良、改性、减量作用激发MBR内污泥活性，降低了MBR膜污染频率，提高了MBR污水处理效能，其污泥减量效果显著。
本发明的MBR+蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量技术，不仅具有MBR膜生物反应器的各项优点，而且解决了MBR膜污染严重、污泥性能差等不足，在污水处理***良好运行的前提下，实现了污泥的生态处理、污水的回用，近而实现城市污水与污水污泥的协同处理。
污泥浓度为10g/L的泥水混合液经污泥泵泵入蠕虫附着性生物床，在附载密度超过105个/m2蠕虫作用下，污泥浓度降为2.67至3.83g/L，污泥减量比例为70％，剩余污泥回流至MBR反应器。
具体实施方式二：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式中膜生物反应器包括膜组件11、罐体13、曝气装置10、真空抽水***18，膜组件11设置在罐体13内的中部，曝气装置10设置在膜组件11下方，真空抽水***18穿入罐体13的顶部连接在膜组件11的出口上以把膜组件11处理后的水排出。
罐体13内水温15至25度，膜组件11采用天津膜天技术公司生产的聚偏氟乙烯中空纤维微滤帘式膜组件，膜孔径为0.22μm，中空纤维膜的内外径分别为0.5mm和0.8mm。每只膜组件的膜面积为12.5m2，外形尺寸为s＝1.07m×0.7m＝0.749m2。MBR反应器容积为：长(L)×宽(W)×高(H)＝1.6×1.0×2.0＝3.2m3。
蠕虫附着型生物床内水力停留时间为12小时左右，混合液中溶解氧不低于0.5mg/L，水温15至25度，pH 6至9，容器8的容积为：长(L)×宽(W)×高(H)＝1.6×1.0×2.0＝3.2m3。
下面检验本发明对生活污水的处理效果：
单独应用的膜生物反应器(MBR)，进水COD平均值为450mg/L，氨氮平均值为37mg/L，处理后出水COD稳定小于30mg/L，氨氮稳定低于1mg/L，污泥产率较传统污泥产率降低60％。MBR污泥浓度高达15g/L至25g/L以上，膜污染频繁。MBR中的高浓度污泥排放至蠕虫附着型生物床内，蠕虫附着型生物床内生物种群后生动物多样性指数d＜0.6，生物床内蠕虫附载密度超过105个/m2，经蠕虫的捕食作用污泥浓度可降至2.67g/L至3.83g/L，实现污泥减量70％以上。经蠕虫捕食后的低浓度剩余污泥回流至MBR反应器中，保持MBR反应器内污泥浓度为10g/L，从而实现MBR联合蠕虫附着型生物床整体***污泥减量95％以上。
(1)对污水COD去除效果：120天内观测MBR+蠕虫附着型生物床组合工艺对污水COD去除效果，MBR出水稳定在30mg/L左右，而污水经蠕虫附着型生物床，出水COD浓度并未出现大幅度波动，***运行稳定。整个***的COD去除率稳定在95％以上，而这些去除率是在总停留时间为2.75小时下的结果，这意味着该反应器效率较高、较稳定。
(2)对污水NH4 +-H去除效果：MBR反应器对NH4 +-H去除率达99％以上，这与硝化细菌在反应器内的富集密切相关。在运行的40天内，整个***进水NH4+ -H约37mg/L，出水氨氮浓度稳定低于1mg/L以下，***的稳定性很好。
(3)对污水SS去除效果：生活污水中含有大量的SS(固体悬浮物浓度，Suspended solid)，其中SS含量占总COD的20至50％，MBR反应器对SS具有完全的去除作用，去除率达100％，蠕虫附着型生物床对SS没有任何影响，整个***出水SS为0mg/L。这体现了MBR反应器的优点，SS在反应***中被拦截和降解，没有出现因悬浮物的积累而导致的污泥活性降低的现象。
(4)对污水浊度去除效果：回用水要求浊度低于10NTU，生活污水进水浊度约为200至300 NTU，MBR反应器对浊度具有几乎完全的去除能力，出水浊度接近0 NTU。这是由于微孔滤膜对悬浮区具有完全截留能力，MBR反应器中的高浓度活性污泥对污水中的有机物具有较彻底的降解作用。120天的运行结果表明组合工艺***对生活污水作度具有彻底的去除作用，出水浊度远低于回用水标准。
(5)对污水色度去除效果：生活污水具有较高的色度，该组合***具有良好的生活污水色度的去除情况，可以降低到20倍以下，MBR的去除率可达80至90％，120天运行时间内，尽管进水色度波动范围在90至130倍，出水色度一直稳定在20倍以下，显示了该***的抗冲击度和能力和稳定性。
(6)污泥减量的效果：蠕虫附着型生物床回流的混合液中污泥浓度为2.67g/L至3.83g/L，通过蠕虫的高效捕食作用，控制MBR污泥浓度为10g/L作用，MBR联合蠕虫附着型生物床整体***较传统活性污泥法污泥减量效果超过95％。
(7)污泥沉降性能的改善：MBR反应器中流出的生活污水污泥混合液几乎不沉降，SVI值高达180-200mL/g，SV30在85-97％，经过蠕虫附着型生物床处理后，回流混合液的SVI值降至100mL/g以下，SV30也下降到40-50％，沉降性能较好，从而降低了MBR膜污染频率。
(8)污泥活性的增强：经140d运行天数，MBR反应器中流出的生活污水污泥混合液耗氧速率(OUR)最低至0.14mgO2/gMLSS·min，表明该污泥活性降低，生活污水中的底物降解效率下降；该混合液经蠕虫附着型生物床处理后，回流混合液耗氧速率升高，OUR值平均升至0.25mgO2/gMLSS·min，表明污泥活性得到增强，进而提高了污水处理效果。
具体实施方式三：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它还包括调节池4和两个闸阀2，膜生物反应器的的罐体13出口经过闸阀2与一号污泥泵30相连，一号污泥泵30的出口连通调节池4的入口，调节池4的出口通过闸阀2连蠕虫附着型生物床Y的入口8-1。

Claims (5)

1.一种MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备，其特征在于它由膜生物反应器、一号排泥泵(30)、二号排泥泵(31)和蠕虫附着型生物床(Y)组成，蠕虫附着型生物床(Y)的入口通过一号排泥泵(30)连通膜生物反应器的罐体(13)一侧的底部，蠕虫附着型生物床(Y)的出口通过二号排泥泵(31)连通膜生物反应器的罐体(13)另一侧的底部。
2.根据权利要求1所述的MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备，其特征在于蠕虫附着型生物床(Y)由容器(8)、多块导流板(7)、曝气装置(6)和多块蠕虫附着板(9)组成，容器(8)的前端处开有入口(8-1)，容器(8)的后端处开有出口(8-2)，多块导流板(7)在容器(8)内从入口(8-1)均匀分布到出口(8-2)，多块导流板(7)依次上下交错设置以使进入容器(8)内的流体上下折流流出，曝气装置(6)设置在容器(8)内的底部，立置的导流板(7)之间以及导流板(7)与容器(8)侧壁之间为过流通道(8-3)，多块蠕虫附着填料板(9)沿过流通道(8-3)的长度方向设置其中，蠕虫附着板填料(9)由金属格面网(9-1)和分别固定在金属格面网(9-1)两个表面上的填料膜(9-2)组成，金属格面网(9-1)的长度方向设置为波浪状，填料膜(9-2)为聚丙烯纤维束或聚乙烯纤维束交错轧制而成的面板，聚丙烯纤维束或聚乙烯纤维束之间留有直径或宽度为0.1至0.5mm的孔或缝隙(9-2-1)，填料膜(9-2)表面附着有聚丙烯纤维束或聚乙烯纤毛(9-2-2)，填料膜是微型动物附着及捕食污泥的主要场所。
3.根据权利要求2所述的城市污水污泥减量处理的蠕虫附着型生物床，其特征在于填料膜(9-2)上附着的主要微型动物种群是夹杂带丝蚓。
4.根据权利要求1所述的MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备，其特征在于它还包括调节池(4)和两个闸阀(2)，膜生物反应器的的罐体(13)出口经过闸阀(2)与一号污泥泵(30)相连，一号污泥泵(30)的出口连通调节池(4)的入口，调节池(4)的出口通过闸阀(2)连蠕虫附着型生物床(Y)的入口(8-1)。
5.根据权利要求1所述的MBR联合蠕虫附着型生物床对城市污水污泥减量的设备，其特征在于膜生物反应器包括膜组件(11)、罐体(13)、曝气装置(10)、真空抽水***(18)，膜组件(11)设置在罐体(13)内的中部，曝气装置(10)设置在膜组件(11)下方，真空抽水***(18)穿入罐体(13)的顶部连接在膜组件(11)的出口上以把膜组件(11)处理后的水排出。
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