CN101259983A - 固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法及装置，污水首先经厌氧消化和好氧曝气处理COD及氮磷，然后污水进入膜分离装置，截留污泥和浓缩水回流至厌氧好氧槽，最后通过膜组件的水进入固定化藻细胞处理装置进一步去除氮磷后排出，它包括一个装置，装置由厌氧槽、好氧槽、膜分离槽、固定化藻细胞流化床构成。本发明方法简单，装置运行稳定，运行成本低廉，COD及氮磷去除效率高，可广泛应用于城市生活污水及工业污水的处理，具有明显的经济、环境和社会效益。

Description

固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法及装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体涉及一种固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法，同时还涉及脱氮除磷的装置，主要用于城市生活污水和工业污水的COD及氮磷去除。

背景技术

环境污染和水体富营养化问题的尖锐化迫使越来越多的国家和地区制定严格的氮磷排放标准，这也使污水脱氮除磷技术一度成为污水处理领域的热点和难点。中国现有的污水处理工艺长期以来主要针对碳源污染物的削减，忽视了导致水体富营养化的主要营养物氮磷的去除。传统的活性污泥生物处理法的COD去除率虽然能达90％以上，但脱氮率一般约为20-50％，除磷率为20-30％，致使出水总氮总磷的含量大大超过了富营养化的临界浓度，必须进行脱氮除磷处理。近年来国内外针对氮磷的去除陆续开发了一些新型工艺，如较早期的A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟工艺，以及后来的倒置A2/O工艺、好氧同步脱氮除磷工艺、ANAMMOX-SHARON组合工艺等，在提高氮磷去除率、降低运行成本方面取得了一定的成效。上述这些工艺都是建立在利用活性污泥处理污水的基础上，脱氮和除磷完全由厌氧和好氧污泥承担，但由于脱氮与除磷在菌种、生长环境和操作条件等方面存在明显差异，如厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争、好氧环境下自养型硝化菌与聚磷菌对泥龄的长短要求的不同等，这些内在的差异一定程度上制约了活性污泥法在同步脱氮除磷方面的应用。

鉴于氮磷都是藻细胞生长必需的营养素，有研究者直接利用藻类来去除污水中的氮磷，一些研究也取得了较好的去除效果。但单纯利用藻来处理污水存在一个问题，即虽然藻细胞能高效利用污水中的氮磷以供自身生长，但藻类对水体中碳源污染物的去除能力普遍较低，这样就容易导致出水的COD超标。

考虑到利用活性污泥和藻类处理污水都存在各自的优缺点，因此不少研究者将两者结合起来用于污水的治理。目前国内外已有较多利用藻菌共生系统处理城市生活污水的报道，一些研究结果表明COD和氮磷的去除率甚至能达到90％以上。但由于这些研究者大多都是将活性污泥和藻细胞置于同一装置进行培养，藻细胞在生长条件、培养环境和营养需求等方面与细菌的显著差异使得整个处理工艺的操作难度增大，难以实现工业化，而且藻菌共培养也不利于剩余污泥的排出，对除磷不利。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法，方法简单，操作方便，高效地去除了污水中的碳源有机污染和氮磷。

本发明的另一个目的是在于提供了一种固定化的藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷的装置，结构简单，使用方便，成本低廉，具有较高的污染负荷及水力负荷能力，并易于调节与控制。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

污水首先经厌氧消化和好氧曝气处理去除其中大部分COD及部分氮磷，然后污水通过膜分离装置截留污泥和浓缩水回流至厌氧好氧槽，通过膜组件(膜组件是为成套产品，市场均能购置)的水进入固定化藻处理装置以进一步去除氮磷后排出。

其步骤是：

A、生物污水经厌氧消化和好氧曝气处理COD及氮磷，在厌氧槽中提供搅拌，搅拌转速达15-45r/min，好氧槽底部曝气，曝气量通过好氧槽中污水的溶氧高低进行调节，维持溶氧水平在2-4mg/L的水平，好氧槽中设置软性填料，供污泥附着生长。软性填料为聚丙烯纤维纶丝材料，均匀悬挂在好氧槽中。

B、经A步骤处理后的生活污水进入膜分离装置，经厌氧、好氧生物处理的污水经膜分离装置过滤，截留的污泥和浓缩水回流至厌氧、好氧槽，透过水进入固定化藻细胞流化床。膜分离过程采取间歇抽吸式操作，以保证膜的通透性。

C、通过B步骤处理的生活污水再通过膜组件的生活污水进入固定化藻细胞流化床，利用流化床中的固定化藻球进一步去除污水中的氮磷后排出，最后出水达到排放要求或回用。

所述软性填料要能够悬挂在好氧槽污水中供活性污泥附着生长，并形成局部好氧-厌氧耦合的微环境以促进氮磷的去除。软性填料采取均匀布设的方法。

所述藻细胞为经筛选对氮磷具有很强吸收能力的一类绿藻，如衣藻、小球藻、硅藻中的一种或2-3种组合等，藻细胞固定化材料可以是天然材料或合成材料，如卡拉胶、海藻酸钙、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺等材料(本领域的普通技术人员均能制备)。流化床中固定化藻球采用海藻酸钙法自行制备(通过等体积6％的海藻酸钠溶液和藻细胞培养液混合后滴入1％的氯化钙溶液中制成)，体积填充率为15％-30％(v/v)左右，根据污水的水质情况而定。

一种实现固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氧除磷方法的装置，它包括：

第一部分为活性污泥处理装置，由厌氧槽和好氧槽组成，两槽之间采用溢流隔板连接组合；厌氧槽中设有搅拌装置，通过慢速搅拌使污泥充分混合；好氧槽底部设置曝气装置，槽中悬挂软性填料供污泥附着生长以增加污泥浓度，同时也提供局部好氧-厌氧微环境促进氮的去除。第二部分为固定化藻细胞流化床处理装置，装置底部设有曝气头，四周安装照明灯管。两部分之间用膜分离组件连接以分隔活性污泥和藻细胞。膜组件为一组外压式聚丙烯帘式中空纤维膜，采用抽吸式间歇操作；膜槽内设置有液位控制器，以保证膜组件运作时淹没在水面以下。膜分离区设置潜污泵将截留污泥和浓缩水回流至第一部分。

本发明的有益效果，与前面提到的工艺相比，本发明具有如下优点：

1.通过膜组件将活性污泥和藻细胞分开，使两种不同的生物材料能在各自的最优条件下发挥最大作用，从而同步高效去除污水中的碳源有机污染和氮磷；

2.活性污泥和藻细胞的分开作用简化了工艺的操作，如使剩余污泥的排放、藻细胞浓度和污泥浓度的控制更为简捷，从而增加系统的稳定性和抗冲击能力。

3.膜的截留作用延长了污泥停留时间，便于营造对增殖缓慢的微生物如硝化细菌生长有利的环境，从而提高系统的硝化能力，同时也有利于提高对难降解大分子有机物的处理效率。

4.污泥和浓缩水的回流加强了污水和污泥的均匀混合，使活性污泥具有更好的分散性，从而提高活性污泥的比表面积，并最终提高水处理的效果。这是普通生化水处理技术易形成较大菌胶团所难以相比的。

5.本发明所采用的藻种为经多次实验筛选得到的具有很强吸收氮磷能力的高性能藻，这也为处理工艺的高效脱氮除磷提供了保证。

6.目前污水处理实验正在进行，初步的实验结果表明本工艺可以将进水的氨氮和磷分别从大约5mg/L和1mg/L降至0.1mg/L和0.3mg/L以下。

7.该装置运行稳定，成本低廉，COD及氮磷去除效率高，可广泛应用于城市生活污水及工业污水的处理，具有明显的社会、环境和经济效益。

附图说明

图1为一种固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氧除磷的装置结构示意图。

其中：1-厌氧槽，2-好氧槽，3-膜分离槽，4a、4b-固定化藻细胞流化床，5a、5b-提升泵，6-电机(NCV22)，7-空压机(HQ306757)，8-储气罐，9-潜污泵，10a、10b-日光灯，11a、11b-抽提泵，12-过滤器(DN215)

具体实施方式

实施例1：

一种固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氧磷的方法，步骤如下：

A、生活污水经厌氧消化和好氧曝气处理去除大部分COD及部分氮磷，其中厌氧槽中提供慢速搅拌，搅拌转速15-45r/min，视具体情况而定；好氧槽底部曝气，曝气量通过好氧槽中污水的溶氧高低进行调节，维持溶氧水平在2-4mg/L的水平。好氧槽中设置软性填料，供污泥附着生长。软性填料为聚丙烯纤维纶丝材料，该材料均匀悬挂在好氧槽中。

B、经A步骤中的好氧厌氧处理后的生活污水进入膜分离装置，经厌氧、好氧处理的污水经膜分离装置过滤，截留的污泥和浓缩水通过潜污泵回流至厌氧好氧槽进行进一步厌氧好氧处理，透过水进入固定化藻细胞流化床进行处理，膜分离过程采取间歇抽吸式操作，以保证膜的通透性。

C、通过B步骤处理的生活污水再通过膜组件生活污水进入固定化藻处理装置进一步去除氮磷后排出。

所述软性填料要能够悬挂在好氧槽污水中供活性污泥附着生长，并形成局部好氧-厌氧耦合的微环境以促进氮磷的去除。软性填料采取均匀布设的方法。

所述藻细胞为经筛选对氮磷具有很强吸收能力的一类绿藻，如衣藻、小球藻、硅藻中的一种或2-3种组合等，藻细胞固定化材料可以是天然材料或合成材料，如卡拉胶、海藻酸钙、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺等加工成的材料(本领域的普通技术人员均能制备)。流化床中固定化藻球采用海藻酸钙法制备(通过等体积6％的海藻酸钠溶液和藻细胞培养液混合后滴入1％的氯化钙溶液中制成)，体积填充率为15％-30％(v/v)左右，根据污水的水质情况而定。

实施例2：

根据图1可知，该装置包括厌氧槽1、好氧槽2、膜分离槽3、固定化藻细胞流化床4a、4b，其特征是：厌氧槽1分别通过管道与提升泵5a、5b、好氧槽2相连，在厌氧槽1外装有电机6，原水经污水提升泵5a、5b泵入厌氧槽1内进行氧消化，搅拌电机6为厌氧槽1提供慢速搅拌，使污泥均匀混合；潜污泵9通过管道分别与厌氧槽1和膜分离槽3相连以回流污泥和浓缩水，储气罐8通过管道分别与空压机7和好氧槽2相连，膜分离槽3通过管道分别与好氧槽2和抽提泵11a、11b相连，消化后污水经溢流隔板溢流至好氧槽2进行好氧处理，好氧槽2中设置软性调料供污泥附着生长并增加好氧槽2中污泥浓度，底部曝气由空压机7经储气罐8调压后提供。好氧曝气处理后的污水由好氧槽2与膜分离槽3之间设置的底部通道进入膜分离槽3进行膜分离操作，膜分离槽3底部同样设置曝气头曝气以冲洗附着在膜表面的污泥。截留的污泥和浓缩水经潜污泵9回流至厌氧槽1和好氧槽2，剩余污泥外排。第一固定化藻细胞流化床4a通过管道分别与第二固定化藻细胞流化床4b、抽提泵11a、11b相连，在第一固定化藻细胞流化床4a、第二固定化藻细胞流化床4b之间通过管道与过滤器12相连，在第一固定化藻细胞流化床4a和第二固定化藻细胞流化床4b四周设有日光灯10a、10b，透过水由清水抽提泵11抽吸至固定化藻细胞流化床4a、4b。流化床装置共有两台，使用一台，另一台备用。流化床底部曝气供藻细胞生长，四周设日光灯管10a、10b提供光照。流化床内固定化藻细胞小球直径1-3mm左右，藻球总体积占床层总体积的15％左右。处理完毕的水由流化床上部的溢流管经过滤器12截留水体中少量藻细胞后排出。

装置中厌氧槽1、好氧槽2、膜分离槽3和固定化藻细胞流化床4a、4b自制，其中厌氧槽1、好氧槽2和膜分离槽3采用A3钢板焊接而成，固定化藻细胞流化床4采用有机玻璃材料制作(非常简便，本领域的普通技术人员或一般技术工人不付出任何创造性劳动均能制备)。其它的泵、搅拌电机、空压机、储气罐、日光灯管和过滤器等都为市售产品。

Claims (2)

1.一种固定化藻菌耦合膜分离过程的脱氮除磷方法，其步骤是：

A、生物污水经厌氧消化和好氧曝气处理COD及氮磷，在厌氧槽中提供搅拌，搅拌转速达15-45r/min，好氧槽底部曝气，曝气量通过好氧槽中污水的溶氧高低进行调节，维持溶氧水平在2-4mg/L，好氧槽中设置软性填料，供污泥附着生长；

B、经A步骤处理后的生活污水进入膜分离装置，经厌氧、好氧生物处理的污水经膜分离装置过滤，截留的污泥和浓缩水回流至厌氧、好氧槽，透过水进入固定化藻细胞流化床；

C、通过B步骤处理的生活污水再通过膜组件的生活污水进入固定藻处理装置进一步去除氮磷后排出；

所述的软性填料为：聚丙烯纤维纶丝；

所述的藻细胞为绿藻，绿藻为衣藻、小球藻或硅藻中的一种或2-3种组合；

所述的藻细胞固定化材料为卡拉胶、海藻酸钙、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一种或任意组合；

所述的流化床中固定化藻球填充率为15-30v/v。

2、一种实现权利要求1所述的固定化藻中菌耦合膜分离过程的脱氮除磷的装置，该装置包括厌氧槽(1)、好氧槽(2)、膜分离槽(3)、固定化藻细胞流化床(4)，其特征是：厌氧槽(1)分别通过管道与提升泵(5a、5b)、好氧槽(2)相连，在厌氧槽(1)外装有电机(6)，潜污泵(9)通过管道分别与厌氧槽(1)和膜分离槽(3)相连，储气罐(8)通过管道分别与空压机(7)和好氧槽(2)相连，膜分离槽(3)通过管道分别与好氧槽(2)和抽提泵(11a、11b)相连，第一固定化藻细胞流化床(4a)通过管道分别与第二固定化藻细胞流化床(4b)、抽提泵(11a、11b)相连，在第一固定化藻细胞流化床(4a)、第二固定化藻细胞流化床(4b)之间通过管道与过滤器(12)相连，在第一固定化藻细胞流化床(4a)和第二固定化藻细胞流化床(4b)四周设有日光灯(10a、10b)。

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