CN104071949B - 一体化复合式生物膜-活性污泥反应***及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
一体化复合式生物膜-活性污泥反应***及其应用方法，本发明属于城市污水处理与再生领域，它为了解决现有污水处理设施占地面积大、运行费用高以及出水水质差的问题。该反应***包括进水池、复合式反应器和二沉池，在复合式反应器内设置有圆筒状不锈钢金属板，在此不锈钢金属板的上沿连接有圆筒状的不锈钢格网，圆筒状不锈钢金属板围出好氧区，圆筒状不锈钢金属板的外壁与复合式反应器的内壁围成缺氧区，而在复合式反应器的底部为厌氧区。本发明的复合式反应器将厌氧区、缺氧区、好氧区设计在一个反应器内，结构紧凑，占地面积小，并省去了硝化液回流的动力费用。将该反应***应用于城市污水的处理，实现了污水中COD和氮磷的高效去除。
Description
技术领域
本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及基于常温H-IFAS工艺的反应***以及应用其对城市污水强化脱氮除磷的方法。
背景技术
由于受外界因素(如城市人口变化、城市工业发展、以及季节性的气温变化)的干扰，城市污水水质水量变化大，再加之日益突出的水环境压力，对城市污水处理技术的高效稳定运行提出了新的挑战。污水厂氮磷排放标准更加严格，很多污水厂面临污水量大，水量水质不稳定，氮磷排放不达标等问题。
现有的污水处理设施大都采用活性污泥生物处理技术，***微生物量少，抗负荷冲击能力弱，如果人为提高***微生物量，就会为后续的二沉池增加污泥负荷，使得出水ss不达标。并且现有的污水处理设施一般将厌氧、好氧和缺氧各分成独立的反应器，需要硝化液回流，为了保证污水排放的氮含量达标，必须加大硝化液回流量，使得***的动力费用加大。
发明内容
本发明目的是为了解决现有污水处理设施占地面积大、运行费用高以及出水水质差的问题，而提供一体化复合式生物膜-活性污泥反应***及其应用方法。
本发明一体化复合式生物膜-活性污泥反应***包括进水池、复合式反应器和二沉池，进水池的出水口通过进水管与位于复合式反应器底部的厌氧区相通，在进水管中安装有进水泵，位于复合式反应器上部的出水口通过出水管与二沉池的入水口相连，二沉池上部的净水出口与净水管相通，二沉池底部的污泥口通过污泥回流管与进水管相通，在污泥回流管中安装有污泥回流泵，其中复合式反应器为圆柱形，在复合式反应器内设置有圆筒状不锈钢金属板，在圆筒状不锈钢金属板的上沿连接有圆筒状的不锈钢格网，圆筒状不锈钢金属板围出好氧区，圆筒状不锈钢金属板的外壁与复合式反应器的内壁围成缺氧区；
在复合式反应器的底部为厌氧区，厌氧区与好氧区通过不锈钢金属网隔开，而厌氧区与缺氧区之间则设置有带有过水狭缝的不锈钢金属板，在好氧区的底部设置有曝气头，曝气头通过进气管与鼓风机相连，同时在好氧区和缺氧区中填充有填料。
本发明应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法按以下步骤实现：
一、污水由进水池流进进水管，进水管中的污水与污泥回流管中的回流污泥一同从复合式反应器的底部流入厌氧区，在厌氧区进行水解酸化和厌氧释磷，厌氧区中的一部分污水经过带有过水狭缝的不锈钢金属板进入缺氧区，厌氧区中的另一部分污水进入好氧区中进行硝化和有机物去除，通过设置在好氧区底部的曝气头向好氧区内充入空气，好氧区的出水随后经不锈钢格网进入缺氧区进行反硝化脱氮，最后复合式反应器的出水通过出水管流出；
二、复合式反应器的出水通过出水管进入二沉池进行沉淀分离，得到上清液和回流污泥，其中回流污泥通过污泥回流管回流至复合式反应器内，上清液作为净化水流入净水管，完成城市污水的强化脱氮除磷。
在本发明的一体化复合式生物膜-活性污泥(H-IFAS)反应器内投加填料为微生物特别是硝化细菌的固着提供载体，能够使污泥龄长的硝化菌成为优势菌。能够增大***内的生物量，发挥菌群的累积效应，提高***抵抗外界干扰的能力，强化***的处理能力，更好地保证出水水质。
本发明将厌氧区、缺氧区、好氧区设计在一个反应器内，结构紧凑，占地面积小，易于操作管理，并省去了硝化液回流的动力费用。而采用圆柱型的池体设计，水力条件好，避免反应器内死角的存在。反应器***中采用螺旋升流式可以减轻低温对生物处理的负影响。
将厌氧区的含有易降解有机物的污水一部分直接导入缺氧区，为缺氧区后续进行的反硝化脱氮提供碳源，不需要外加碳源，节约运行成本。
本发明将H-IFAS工艺应用于城市污水的处理，实现了污水中COD和氮磷的高效去除，稳定后COD去除率能够达到90％以上，总氮和氨氮去除率能够分别达到78％和97％，总磷去除率达96％。
附图说明
图1为本发明一体化复合式生物膜-活性污泥反应***的运行原理图；
图2是实施例一应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***处理城市污水的COD去除率效果图，其中◆表示进水，★表示出水，○表示去除率；
图3是实施例一应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***处理城市污水的总氮去除率效果图，其中◆表示进水，★表示出水，○表示去除率；
图4是实施例一应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***处理城市污水的氨氮去除率效果图，其中◆表示进水，★表示出水，○表示去除率；
图5是实施例一应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***处理城市污水的总磷去除率效果图，其中◆表示进水，★表示出水，○表示去除率。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一体化复合式生物膜-活性污泥反应***包括进水池1、复合式反应器2和二沉池3，进水池1的出水口通过进水管4与位于复合式反应器底部的厌氧区c相通，在进水管4中安装有进水泵4-1，位于复合式反应器2上部的出水口通过出水管5与二沉池3的入水口相连，二沉池3上部的净水出口与净水管6相通，二沉池3底部的污泥口通过污泥回流管7与进水管4相通，在污泥回流管7中安装有污泥回流泵7-1，其中复合式反应器2为圆柱形，在复合式反应器2内设置有圆筒状不锈钢金属板2-1，在圆筒状不锈钢金属板2-1的上沿连接有圆筒状的不锈钢格网2-2，圆筒状不锈钢金属板2-1围出好氧区a，圆筒状不锈钢金属板2-1的外壁与复合式反应器2的内壁围成缺氧区b；
在复合式反应器2的底部为厌氧区c，厌氧区c与好氧区a通过不锈钢金属网2-3隔开，而厌氧区c与缺氧区b之间则设置有带有过水狭缝的不锈钢金属板2-4，在好氧区a的底部设置有曝气头8，曝气头8通过进气管9与鼓风机10相连，同时在好氧区a和缺氧区b中填充有填料。
本实施方式由于厌氧区的吸磷污泥需经历厌氧好氧交替的环境，通过剩余污泥的排放而达到去除磷的目的，而填料是截留在反应区内部的，不能随水流经历厌氧好氧交替的环境，也不能进入二沉池作为剩余污泥排出***，故在厌氧区不投加填料。
经一级处理去除大部分无机悬浮物的污水，从复合式反应器的底部以升流式的方式进入反应器底部的厌氧区。在厌氧区完成水解酸化，将大分子难降解有机物分解成小分子有机物，并进行厌氧释磷，还可能存在部分的厌氧氨氧化。
厌氧区与好氧区用不锈钢金属网隔开，用于截留好氧区的载体填料。曝气头置于好氧区底部，与水流同向上升，增加气水接触时间。在好氧区内进行有机物的降解及硝化。
厌氧区与缺氧区之间的不锈钢金属板上开设有小的过水狭缝，使厌氧区的污水一部分直接进入缺氧区，为后续在缺氧区进行的反硝化脱氮提供碳源。不需要外加碳源，节约运行费用。
在缺氧区和好氧区的顶部用不锈钢格网隔开，用于将好氧区的硝化液导入缺氧区进行反硝化脱氮，省去硝化液回流的动力费用。之后污水由缺氧区进入二沉池进行泥水分离。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在缺氧区b中设置有搅拌器11。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是在好氧区a和缺氧区b中填充的填料为聚苯乙烯，填料在好氧区a和缺氧区b中的填充比均为50％。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是厌氧区c，好氧区a与缺氧区b的体积比为1:3:3。
具体实施方式五：本实施方式应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法按以下步骤实现：
一、污水由进水池1流进进水管4，进水管4中的污水与污泥回流管7中的回流污泥一同从复合式反应器2的底部流入厌氧区c，在厌氧区c进行水解酸化和厌氧释磷，厌氧区c中的一部分污水经过带有过水狭缝的不锈钢金属板2-4进入缺氧区b，厌氧区c中的另一部分污水经过不锈钢金属网2-3进入好氧区a中进行硝化和有机物去除，通过设置在好氧区a底部的曝气头8向好氧区a内充入空气，好氧区a的出水随后经不锈钢格网2-2进入缺氧区b进行反硝化脱氮，最后复合式反应器2的出水通过出水管5流出；
二、复合式反应器2的出水通过出水管5进入二沉池3中进行沉淀分离，得到上清液和回流污泥，其中回流污泥通过污泥回流管7回流至复合式反应器2内，上清液作为净化水流入净水管6，完成城市污水的强化脱氮除磷。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是控制厌氧区c内污水的水力停留时间为1.5～2h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是控制缺氧区b内污水的水力停留时间为4～6h。其它步骤及参数与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是控制好氧区a内污水的水力停留时间为4～6h。其它步骤及参数与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是通过设置在好氧区a底部的曝气头8向好氧区a充入空气，控制好氧区a内污水的溶解氧浓度为4～5mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式五至八之一相同。
实施例一：本实施例应用具体实施方式一所述的一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法按以下步骤实施：
一、污水由进水池1流进进水管4，进水管4中的污水与污泥回流管7中的回流污泥一同从复合式反应器2的底部流入厌氧区c，在厌氧区c进行水解酸化和厌氧释磷，厌氧区c中的一部分污水经过带有过水狭缝的不锈钢金属板2-4进入缺氧区b，厌氧区c中的另一部分污水经过不锈钢金属网2-3进入好氧区a中进行硝化和有机物去除，通过设置在好氧区a底部的曝气头8向好氧区a内充入空气，好氧区a的出水随后经不锈钢格网2-2进入缺氧区b进行反硝化脱氮，最后复合式反应器2的出水通过出水管5流出；
二、复合式反应器2的出水通过出水管5进入二沉池3中进行沉淀分离，得到上清液和回流污泥，其中回流污泥通过污泥回流管7回流至复合式反应器2中，上清液作为净化水流入净水管6，完成城市污水的强化脱氮除磷。
本实施例在好氧区a和缺氧区b中的填料为耐冲击聚苯乙烯，填料密度为140kg/m3，每立方米区域中含有361000个填料，孔隙率达87％。在好氧区a和缺氧区b中的填充比均为50％。厌氧区c，好氧区a与缺氧区b的体积比为1:3:3。
以实际城市污水作为一体化复合式生物膜-活性污泥反应***的进水，当温度为20～25℃，控制厌氧区c内污水的水力停留时间为1.5h，缺氧区b内污水的水力停留时间为4.5h，好氧区a内污水的水力停留时间为4.5h。
在进水COD浓度在120～500mg/L，TN和NH4 +-N浓度在39～61mg/L、34～54mg/L，TP浓度在4～11mg/L时，进水PH值为7.5～8.0，MLSS在2700～3000mg/L，污泥龄在6～8天，DO浓度控制在4～5mg/L，稳定后应用该一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对COD、TN、NH4 +-N、TP的去除率分别为90％、78％、97％、96％。出水COD、TN、NH4 +-N、TP浓度范围分别为17.1～31.2mg/L、9.7～13mg/L、0.42～2.59mg/L、0.18～0.44mg/L。出水COD、TN、NH4 +-N、TP浓度分别低于50mg/L、15mg/L、5mg/L、0.5mg/L，满足国家一级A标准。可认为成功实现城市污水中有机物氮磷的强化同步去除。
Claims (9)
1.一体化复合式生物膜-活性污泥反应***，其特征在于该一体化复合式生物膜-活性污泥反应***包括进水池(1)、复合式反应器(2)和二沉池(3)，进水池(1)的出水口通过进水管(4)与位于复合式反应器底部的厌氧区(c)相通，在进水管(4)中安装有进水泵(4-1)，位于复合式反应器(2)上部的出水口通过出水管(5)与二沉池(3)的入水口相连，二沉池(3)上部的净水出口与净水管(6)相通，二沉池(3)底部的污泥口通过污泥回流管(7)与进水管(4)相通，在污泥回流管(7)中安装有污泥回流泵(7-1)，其中复合式反应器(2)为圆柱形，在复合式反应器(2)内设置有圆筒状不锈钢金属板(2-1)，在圆筒状不锈钢金属板(2-1)的上沿连接有圆筒状的不锈钢格网(2-2)，圆筒状不锈钢金属板(2-1)围出好氧区(a)，圆筒状不锈钢金属板(2-1)的外壁与复合式反应器(2)的内壁围成缺氧区(b)；
在复合式反应器(2)的底部为厌氧区(c)，厌氧区(c)与好氧区(a)通过不锈钢金属网(2-3)隔开，而厌氧区(c)与缺氧区(b)之间则设置有带有过水狭缝的不锈钢金属板(2-4)，在好氧区(a)的底部设置有曝气头(8)，曝气头(8)通过进气管(9)与鼓风机(10)相连，同时在好氧区(a)和缺氧区(b)中填充有填料。
2.根据权利要求1所述的一体化复合式生物膜-活性污泥反应***，其特征在于在缺氧区(b)中设置有搅拌器(11)。
3.根据权利要求1所述的一体化复合式生物膜-活性污泥反应***，其特征在于在好氧区(a)和缺氧区(b)中填充的填料为聚苯乙烯，填料在好氧区(a)和缺氧区(b)中的填充比均为50％。
4.根据权利要求1所述的一体化复合式生物膜-活性污泥反应***，其特征在于厌氧区(c)，好氧区(a)与缺氧区(b)的体积比为1:3:3。
5.应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法，该一体化复合式生物膜-活性污泥反应***包括进水池(1)、复合式反应器(2)和二沉池(3)，进水池(1)的出水口通过进水管(4)与位于复合式反应器底部的厌氧区(c)相通，在进水管(4)中安装有进水泵(4-1)，位于复合式反应器(2)上部的出水口通过出水管(5)与二沉池(3)的入水口相连，二沉池(3)上部的净水出口与净水管(6)相通，二沉池(3)底部的污泥口通过污泥回流管(7)与进水管(4)相通，在污泥回流管(7)中安装有污泥回流泵(7-1)，其中复合式反应器(2)为圆柱形，在复合式反应器(2)内设置有圆筒状不锈钢金属板(2-1)，在圆筒状不锈钢金属板(2-1)的上沿连接有圆筒状的不锈钢格网(2-2)，圆筒状不锈钢金属板(2-1)围出好氧区(a)，圆筒状不锈钢金属板(2-1)的外壁与复合式反应器(2)的内壁围成缺氧区(b)；
在复合式反应器(2)的底部为厌氧区(c)，厌氧区(c)与好氧区(a)通过不锈钢金属网(2-3)隔开，而厌氧区(c)与缺氧区(b)之间则设置有带有过水狭缝的不锈钢金属板(2-4)，在好氧区(a)的底部设置有曝气头(8)，曝气头(8)通过进气管(9)与鼓风机(10)相连，同时在好氧区(a)和缺氧区(b)中填充有填料，其特征在于应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法是按以下步骤实现：
一、污水由进水池(1)流进进水管(4)，进水管(4)中的污水与污泥回流管(7)中的回流污泥一同从复合式反应器(2)的底部流入厌氧区(c)，在厌氧区(c)进行水解酸化和厌氧释磷，厌氧区(c)中的一部分污水经过带有过水狭缝的不锈钢金属板(2-4)进入缺氧区(b)，厌氧区(c)中的另一部分污水经过不锈钢金属网(2-3)进入好氧区(a)中进行硝化和有机物去除，通过设置在好氧区(a)底部的曝气头(8)向好氧区(a)内充入空气，好氧区(a)的出水随后经不锈钢格网(2-2)进入缺氧区(b)进行反硝化脱氮，最后复合式反应器(2)的出水通过出水管(5)流出；
二、复合式反应器(2)的出水通过出水管(5)进入二沉池(3)中进行沉淀分离，得到上清液和回流污泥，其中回流污泥通过污泥回流管(7)回流至复合式反应器(2)内，上清液作为净化水流入净水管(6)，完成城市污水的强化脱氮除磷。
6.根据权利要求5所述的应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法，其特征在于控制厌氧区(c)内污水的水力停留时间为1.5～2h。
7.根据权利要求5所述的应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法，其特征在于控制缺氧区(b)内污水的水力停留时间为4～6h。
8.根据权利要求5所述的应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法，其特征在于控制好氧区(a)内污水的水力停留时间为4～6h。
9.根据权利要求5所述的应用一体化复合式生物膜-活性污泥反应***对城市污水强化脱氮除磷的方法，其特征在于通过设置在好氧区(a)底部的曝气头(8)向好氧区(a)充入空气，控制好氧区(a)内污水的溶解氧浓度为4～5mg/L。
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