CN102336498B - 一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保污水处理领域，具体地说是一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法；其特征在于包括以下步骤：高浓度氮磷污水除去杂质和泥沙后进入序批式反应器中用活性污泥处理污水，序批式反应器中滗出的清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并经膜生物反应器中的超滤膜过滤后去除微细悬浮物和细菌，产生的超滤清液进入光生物反应器中，经臭氧消毒后加入藻种和少量必要的营养盐，并通入二氧化碳废气进行微藻养殖，经过一个微藻生长周期后排出藻液进入絮凝沉淀池中沉淀，上部清液达标排放或回用，底部浓缩藻液用板框压滤机压缩成微藻饼；本发明具有处理氮磷污水水质变化范围广、尽可能利用污水中氮磷养分生产经济微藻的优点。
Description
[技术领域]
本发明涉及环保污水处理领域，具体地说是一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法。
[背景技术]
水体富营养化是指氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。水体富营养化制约了湖泊流域地区经济和社会可持续发展，已成为全球性严重的生态环境问题之一。高浓度氮磷污水如畜禽养殖粪便与冲洗污水、人类粪便污水、氮肥厂污水、味精厂污水、豆制品加工厂污水、污水厂污泥上清液及滤液等的排放是造成水体富营养化的主要原因之一。然而，高浓度氮磷污水既是污染源，也是一种可以开发利用的资源。
由于常规处理高浓度氮磷污水的硝化/反硝化方法通常需要外加甲醇、葡萄糖等高成本的碳源，在碳源不足的情况下，往往是化学需氧量(COD)能达标，而氮磷则难以达标，出水中仍含有较多的氮、磷等营养物质，容易引起水体富营养化。另外，常用的SBR、厌氧氨氧化技术是通过硝化菌的作用，将氨氮经硝化转化为亚硝态氮、硝态氮，然后再利用反硝化菌将硝态氮转化为氮气，来达到从废水中脱氮的目的，然而这种方式直接导致了氮肥的流失；而除磷的手段更是非常有限，除磷效果不太理想。
鉴于经济微藻的高营养价值、对氮磷的吸收作用，在光生物反应器中利用氮磷污水中的氮、磷营养成分养殖经济微藻，采收后制造营养价值极高的微藻浆或微藻粉及其深加工产品，既治理了氮磷污水的富营养化污染问题，又生产出动物、人类需要的经济微藻产品。然而，养殖经济微藻的条件比较苛刻，而氮磷污水的状况却是***，未经处理并不适合养殖微藻，需对拟利用的氮磷污水进行针对性的预处理，使污水的理化指标符合微藻养殖的基本要求后才能用于养殖微藻。
对氮磷污水进行预处理宜采用序批式反应器，其原理是污水分批次进入反应器，然后按顺序进行反应、沉淀、排出上部清液和闲置过程，完成一个运行操作周期。该反应器集调解池、曝气池和二沉池功能于一身，既能进行水质水量调节、微生物降解和固液分离，又能对废水进行间歇或连续的好氧和厌氧处理，具有反应器结构简单、工艺处理***布置紧凑、节省占地、基建与运行费用低、生化反应推动力大、耐冲击负荷能力强、有效防止污泥膨胀、污泥沉降性能好、运行操作灵活方便等优点。另外，序批式反应器可以分别采用限制曝气、半限制曝气、充分曝气的不同组合运行方式，在时间序列上实现厌氧/好氧或厌氧/缺氧/好氧的组合并控制每一部分合适的时间比例，能够得到人为控制的脱氮除磷效果。
[发明内容]
本发明的目的是设计一种可以针对不同水质的氮磷污水、不同的环境条件，用序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法。
为了实现上述目的，本发明设计一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于包括以下步骤：
a、高浓度氮磷污水经格栅除去较大漂浮物和机械杂质后进入沉砂池，去除泥沙后进入序批式反应器中用活性污泥处理污水；
b、经序批式反应器中的滗水器滗出的清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并经膜生物反应器中的超滤膜过滤后去除各种微细悬浮物和细菌，为养藻脱氮除磷创造了基础条件，序批式反应器与膜生物反应器产生的污泥排放到污泥贮池；
c、膜生物反应器产生的超滤清液加入到光生物反应器中，通入臭氧进行消毒，然后在光生物反应器中加入藻种和少量必要的营养盐，并通入二氧化碳废气，进行封闭式光自养高密度养殖微藻，同时用微藻吸收培养液中的氮磷；
d、经过一个微藻生长周期后从光生物反应器中排出藻液进入到絮凝沉淀池中，在絮凝沉淀池中加入絮凝剂絮凝微藻并沉降后，上部清液达标排放或作为中水回用；
e、从絮凝沉淀池底部流出的浓缩藻液用板框压滤机压缩成微藻饼，可以立即用做畜禽日粮的饲料添加剂，或经喷雾干燥塔干燥成可长期保存的微藻粉。
所述氮磷污水的总氮在50～280mg/L时的处理方法为：控制序批式反应器的进水同时曝气的时间为1小时，停止进水后继续曝气的时间为1～3小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为4～6小时。
所述氮磷污水的总氮高于280mg/L时的处理方法采用序批式反应器分段进水、分段曝气实现部分脱氮的操作方式，具体操作方式是：控制序批式反应器的进水时间为1小时，停止进水后曝气时间为1小时，停止曝气后再次进水时间为1小时，停止进水后反应时间为1～2小时，再次曝气时间为1小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为7～8小时。
所述氮磷污水在对微藻有毒时的处理方法采用序批式反应器先去除氮磷有机污水中的毒性，具体操作方式是：控制序批式反应器的进水时间为1小时，停止进水后厌氧静置时间为2小时，然后进行曝气的时间为5～7小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为10～12小时。
所述氮磷污水在环境条件不利于微藻生长时的处理方法须用序批式反应器先进行部分脱氮，序批式反应器应采用分段进水、分段曝气的操作方式，具体操作方式是：进水时间为1小时，停止进水后曝气时间为1～3小时，停止曝气后再次进水时间为1小时，停止进水后再次曝气时间为1～3小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为6～10小时。
所述的高浓度氮磷污水采用畜禽养殖粪便与冲洗污水、人类粪便污水、氮肥厂污水、味精厂污水、豆制品加工厂污水、污水厂污泥上清液及滤液。
所述序批式反应器为传统的SBR反应器、ICEAS反应器、CASS反应器、CAST反应器、两段SBR反应器、DAT-IAT反应器、UNITANK反应器、MSBR反应器、SBBR反应器、ASBR反应器、UniFed反应器、IDEA反应器、LUCUS反应器、AICS反应器、CWSBR反应器。
所述膜生物反应器为高分子膜生物反应器或陶瓷膜生物反应器。
所述光生物反应器为管道式光生物反应器或平板式光生物反应器或柱状气升式光生物反应器或立式吊袋或封闭式环形浅池。
所述的微藻采用小球藻或斜生栅藻或螺旋藻。
本发明与现有技术相比，其优点在于：充分发挥序批式反应器与光生物反应器这两个反应器的优点，弥补各自的缺陷，能够达到处理氮磷污水水质变化范围广、尽可能利用污水中氮磷养分生产经济微藻产品的双重目的。
[附图说明]
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的氮肥厂3月～11月的污水净化过程的水质变化表；
图3为本发明的氮肥厂12月～次年2月的污水净化过程的水质变化表。
[具体实施方式]
以下结合附图，对本发明做进一步说明，本发明的生产技术对本专业的人来说是容易实施的。
我国合成氨化肥工业近二十年得到迅速发展，年产量列世界第一位。氮肥企业在生产满足工农业所需产品的同时，也排放了大量含氨氮污水，成为污水排放大户。为了治理并利用氮肥厂工艺中无法循环利用的浓度低于500mg/L的氨氮污水，在一家氮肥厂附近建污水处理装置、微藻养殖及加工设备，采用序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，把氮肥厂产生的污水净化成中水并回用为生产用水，同时生产出优质的小球藻粉，参见图1。
该氮肥厂每天产生约1000m3的高浓度氮磷污水，这些污水经格栅机除去较大漂浮物等机械杂质后进入100m3的沉砂池，去除泥沙后进入600m3的SBR反应器中用活性污泥处理污水，经SBR反应器中的滗水器滗出的清液进入日处理水量为1000m3的平板膜生物反应器做进一步好氧处理，污水透过孔径为0.1μm的平板膜时，细菌及绝大部分微细悬浮物都被截留下来，为下一步的养藻脱氮除磷创造了基础条件。SBR反应器与平板膜生物反应器产生的污泥排放到600m3的六格污泥贮池中，污泥经重力沉降及自然干化后外运到垃圾填埋场填埋。对平板膜生物反应器产生的超滤清液按6天一个周期循环用光生物反应器处理，即采用60个100m3的光生物反应器，依次每天把超滤清液加入到其中的10个，通入臭氧进行消毒，杀死其中的敌害生物。该光生物反应器为本发明人已申请发明专利的曝气式光生物反应器(曝气式光生物反应器及其应用方法.中国发明专利，申请号：200910047898.7)。然后，在曝气式光生物反应器中接入小球藻藻种，按3.3g/m3的浓度添加柠檬酸铁，按0.15g/m3的浓度添加维生素B1，并通入氮肥厂变换工段产生的二氧化碳废气，进行封闭式光自养高密度养殖小球藻，同时用小球藻吸收培养液中的氮磷。养藻6天后从光生物反应器中排出藻液进入到250m3的絮凝沉淀池中，在池中加入壳聚糖絮凝小球藻并沉降后，上部清液收集到600m3的中水池中，作为生产回用水循环使用。从絮凝沉淀池底部流出的浓缩藻液用泵加压后，进入喷雾干燥塔干燥成小球藻藻粉。
按季节不同，每年处理氮肥厂污水分为两个阶段，对附图1所描述的流程中的序批式反应器和光生物反应器，分别采用如下的耦合方法处理氮磷污水，污水净化过程的水质变化参见图2和图3。
(1)3月～11月
氮肥厂在3月～11月期间，污水净化过程的水质变化见图2，共生产出250吨小球藻藻粉。在此期间气温较高，适合在光生物反应器中养殖小球藻，SBR反应器的功能为降低污水中的COD，以及把氨氮硝化成硝基氮。具体操作上是控制SBR反应器的进水同时曝气的时间为1小时，停止进水后继续曝气的时间为2小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期为5小时。
(2)12月～次年2月
氮肥厂在12月～次年2月期间，污水净化过程的水质变化见图3，共生产出50吨小球藻藻粉。在此期间气温较低，在光生物反应器中养殖小球藻脱氮除磷的能力受到限制，必须发挥SBR反应器的脱氮除磷功能，先脱除污水中的一部分氮磷。此时SBR反应器应采用分段进水、分段曝气的操作方式，具体操作方式是：进水时间为1小时，停止进水后曝气时间为2小时，停止曝气后再次进水时间为1小时，停止进水后再次曝气时间为2小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期为8小时。
Claims (9)
1.一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于包括以下步骤：
a.高浓度氮磷污水经格栅除去较大漂浮物和机械杂质后进入沉砂池，去除泥沙后进入序批式反应器中用活性污泥处理污水；
b.经序批式反应器中的滗水器滗出的清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并经膜生物反应器中的超滤膜过滤后去除各种微细悬浮物和细菌，为养藻脱氮除磷创造了基础条件，序批式反应器与膜生物反应器产生的污泥排放到污泥贮池；
c.膜生物反应器产生的超滤清液加入到光生物反应器中，通入臭氧进行消毒，然后在光生物反应器中加入藻种和少量必要的营养盐，并通入二氧化碳废气，进行封闭式光自养高密度养殖微藻，同时用微藻吸收培养液中的氮磷；
d.经过一个微藻生长周期后从光生物反应器中排出藻液进入到絮凝沉淀池中，在絮凝沉淀池中加入絮凝剂絮凝微藻并沉降后，上部清液达标排放或作为中水回用；
e.从絮凝沉淀池底部流出的浓缩藻液用板框压滤机压缩成微藻饼，可以立即用做畜禽日粮的饲料添加剂，或经喷雾干燥塔干燥成可长期保存的微藻粉，
所述氮磷污水的总氮在50～280 mg/L时的处理方法为：控制序批式反应器的进水同时曝气的时间为1小时，停止进水后继续曝气的时间为1～3小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为4～6小时。
2.一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于包括以下步骤：
a.高浓度氮磷污水经格栅除去较大漂浮物和机械杂质后进入沉砂池，去除泥沙后进入序批式反应器中用活性污泥处理污水；
b.经序批式反应器中的滗水器滗出的清液进入膜生物反应器做进一步好氧处理，并经膜生物反应器中的超滤膜过滤后去除各种微细悬浮物和细菌，为养藻脱氮除磷创造了基础条件，序批式反应器与膜生物反应器产生的污泥排放到污泥贮池；
c.膜生物反应器产生的超滤清液加入到光生物反应器中，通入臭氧进行消毒，然后在光生物反应器中加入藻种和少量必要的营养盐，并通入二氧化碳废气，进行封闭式光自养高密度养殖微藻，同时用微藻吸收培养液中的氮磷；
d.经过一个微藻生长周期后从光生物反应器中排出藻液进入到絮凝沉淀池中，在絮凝沉淀池中加入絮凝剂絮凝微藻并沉降后，上部清液达标排放或作为中水回用；
e.从絮凝沉淀池底部流出的浓缩藻液用板框压滤机压缩成微藻饼，可以立即用做畜禽日粮的饲料添加剂，或经喷雾干燥塔干燥成可长期保存的微藻粉，
所述氮磷污水的总氮高于280 mg/L时的处理方法采用序批式反应器分段进水、分段曝气实现部分脱氮的操作方式，具体操作方式是：控制序批式反应器的进水时间为1小时，停止进水后曝气时间为1小时，停止曝气后再次进水时间为1小时，停止进水后反应时间为1～2小时，再次曝气时间为1小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为7～8小时。
3.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的 方法，其特征在于所述氮磷污水在对微藻有毒时的处理方法采用序批式反应器先去除氮磷有机污水中的毒性，具体操作方式是：控制序批式反应器的进水时间为1小时，停止进水后厌氧静置时间为2小时，然后进行曝气的时间为5～7小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为10～12小时。
4.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于所述氮磷污水在环境条件不利于微藻生长时的处理方法须用序批式反应器先进行部分脱氮，序批式反应器应采用分段进水、分段曝气的操作方式，具体操作方式是：进水时间为1小时，停止进水后曝气时间为1～3小时，停止曝气后再次进水时间为1小时，停止进水后再次曝气时间为1～3小时，沉淀时间为1小时，排水时间为1小时，一个序批操作周期或反应器水力停留时间为6～10小时。
5.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于所述的高浓度氮磷污水采用畜禽养殖粪便与冲洗污水、人类粪便污水、氮肥厂污水、味精厂污水、豆制品加工厂污水、污水厂污泥上清液及滤液。
6.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于所述序批式反应器为传统的SBR反应器、ICEAS反应器、CASS反应器、CAST反应器、两段SBR反应器、DAT-IAT反应器、UNITANK反应器、MSBR反应器、SBBR反应器、ASBR反应器、UniFed反应器、IDEA反应器、LUCUS反应器、AICS反应器、CWSBR反应器。
7.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于所述膜生物反应器为高分子膜生物反应器或陶瓷膜生物反应器。
8.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于所述光生物反应器为管道式光生物反应器或平板式光生物反应器或柱状气升式光生物反应器或立式吊袋或封闭式环形浅池。
9.如权利要求1或2所述的一种序批式反应器耦合光生物反应器处理氮磷污水的方法，其特征在于所述的微藻采用小球藻或斜生栅藻或螺旋藻。
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