CN101348304A - 一种活性污泥和生物膜复合型a2/o改良工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺，由厌氧、缺氧、好氧三段工艺组成，其特征是在好氧反应器中投加纤毛状生物填料，用超声波处置装置对二沉池中的剩余污泥进行空化分解成液态溶解性的有机物，并将这部分污泥回流至缺氧反应器的前端。本发明利用纤毛状生物填料固定了大量世代繁殖时间长的硝化菌，提高了硝化反应速度，减少了泥龄变化对硝化菌群的影响；利用超声波处置装置处理剩余污泥，使剩余污泥所包含的高效有用物质得到利用，同时解决了A2/O工艺过程中碳源不足的问题，使A2/O工艺系统同时保持较高的脱氮除磷效果。
Description
技术领域
本发明属于城市污水处理技术领域，涉及一种改良型A2/O工艺，具体涉及一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺。
背景技术
长期以来，城市污水的处理均以去除BOD和SS为目标，并不考虑对无机营养物质氮和磷的去除。随着水体富营养化和再生水回供的要求，有效地降低污水中氮、磷的含量，成为污水处理厂工艺选择时的一个重要因素。2002年颁布实施的国家《污水综合排放标准》中明确规定了氮磷的排放标准，要达到这些排放标准，许多污水处理设施需要考虑脱氮除磷问题，因此选择适宜的脱氮除磷技术在污水处理中变得日益重要。某些化学法和物理法可以有效地从污水中脱氮除磷，如化学药剂除磷、吹脱法去氮、离子交换法去除氨氮和磷酸盐。化学法或物理化学法运行费用较高，只能作城市污水处理的一个补充手段。因此，生物脱氮除磷工艺显得尤为重要。为了有效地降低污水中氮、磷含量，利用生物脱氮除磷技术原理，发展了多种具有生物脱氮和除磷功能的污水处理工艺，其中包括A2/O厌氧-好氧生物除磷工艺。A2/O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。A2/O工艺作为除磷脱氮的主要工艺之一，具有处理效果好，处理过程稳定可靠、处理成本低、操作管理方便等优点。但A2/O工艺的内在固有的缺陷就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除，阻碍着生物除鳞脱氮技术的应用，其中最主要的问题是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争。为解决A2/O工艺碳源不足及其引起的硝酸盐进入厌氧区干扰释磷的问题，研究者进行了大量工艺改进，主要有三个方面：一是解决硝酸盐干扰释磷问题而提出的工艺，如：UCT、MUCT等工艺；二是直接针对碳源不足而采取解决措施，如补充碳源、改变进水方式、为反硝化和除磷重新分配碳源，进而形成的一些工艺，如：JHB工艺、倒置A2/O工艺；三是随着反硝化除磷细菌DPB的发现形成的以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺，如Dephanox工艺和双污泥系统的除磷脱氮工艺。虽然A2/O工艺和它的一些改进工艺经过多年运行，已积累了很多成功实践经验，但对其固有缺陷还没有较好弥补，整体营养盐去除效果没有显著提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有A2/O工艺存在的固有缺陷，提供一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺，解决传统脱氮除磷工艺存在的矛盾。
本发明的技术解决方案是：一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺，由厌氧、缺氧、好氧三段工艺组成，在好氧反应器中投加纤毛状生物填料，用超声波处置装置对二沉池中的剩余污泥进行空化分解成液态溶解性的有机物，并将这部分污泥回流至缺氧反应器的前端。
在好氧反应器中投加的纤毛状生物填料结构为挂毯式结构，毯面为多空性胶原物质组成，毯面上附着直毛状粗糙纤维。纤毛状生物填料比表面积达1000～1500m2/m3；纤毛状生物膜填料呈直毛状形态，固定了大量世代繁殖时间长的硝化菌，提高硝化反应速度有较长的污泥龄，适合硝化菌的生长和繁殖，污泥的硝化活性与常规的处理工艺中的活性污泥相比很高，而且，这种活性并不随着处理时间的延长而有明显的下降，为反应器的高容积负荷运行提供了条件。另外，纤毛状生物膜填料在任何情况下都可以防止硝化菌流失，因此，当反应器受到冲击负荷等影响时，系统的硝化能力可以在较短的时间内得到恢复。纤毛状生物膜填料表层附着微生物的吸附和脱落始终达到动态平衡，不发生堵塞现象，因此不需要反冲洗，并且其使用效果也不会随着时间的推移而明显的改变或下降。
超声波在低频范围内(20kHz-100kHz)适合处理污泥。超声波作用下的污泥不断被压缩和膨胀，使内部可产生气穴泡，且不断成长并最终共振“内爆”，内爆产生超高温(5000℃)、高压(500bar)，同时产生的强力水喷射流形成巨大的水力剪切力，对污泥絮体结构与污泥中微生物细胞壁的巨大破坏，使细胞质和酶从细胞中溶出，使污泥的物理、化学和生物性质发生不同程度的改变，使细胞内有机物质释放出来。本发明利用超声波处理污泥的特性，用超声波处置装置对二沉池中的剩余污泥进行空化分解，并将经超声波处置的剩余污泥的30～50％回流至缺氧反应器，作为催化剂和补充营养回流到生化系统，解决了碳源短缺的问题。超声波处置装置由超声波发生器和振子组成，振子由钛合金材料制成，在振子前设置转换器。
本发明的有益效果在于：利用纤毛状生物填料固定了大量世代繁殖时间长的硝化菌，提高了硝化反应速度，减少了泥龄变化对硝化菌群的影响；利用超声波处置装置处理剩余污泥，使剩余污泥所包含的高效有用物质得到利用，同时解决了A2/O工艺过程中碳源不足的问题，使A2/O工艺系统同时保持较高的脱氮除磷效果。本发明的有益效果具体表现为：
1、由于在好氧池中添加了生物填料，这样硝化菌可栖息于生物填料表面而不参加污泥回流，从而使得通过排除剩余污泥引起的泥龄变化对硝化菌群的影响降到最低。纤毛状生物填料的投加为微生物提供了更加有利的生存环境，附着和悬浮生长的微生物协作完成对污染物的降解过程，其中附着生长微生物占多数，两相之间的可转化性增强了系统的调节机制，使系统具有更强的适应性和稳定性。采用改良A2/O工艺改造现有超负荷或不具有硝化能力的污水厂时，由于附着相微生物被截留在反应池中，不参与污泥分离和回流过程，现有的二沉池和污泥回流系统可以不做任何改动，仅在反应池增加填料及固定装置即可，技术改造的费用较小。这种改造方式一般不涉及现有污水管线的改动，对现有工艺的运行影响较小。
2、这使得生化系统的降解效率和降解深度大大提高，有更多的污染物被转化成二氧化碳和水，宏观表现为污泥量的减少。同时作为碳源也有效的解决了污水厂脱氮除磷时碳源不足的问题，从而改善出水水质，有益于污水厂运行及污泥处置。
附图说明
图1本发明工艺流程图
图2纤毛状生物填料在好氧反应器中的安装图
图3纤毛状生物填料主视图
图4纤毛状生物填料侧视图
图5微生物附着后纤毛状生物填料效果图
图6超声波处置装置结构图
图中：1.纤毛状生物填料；2.支架；3.毯面；4.纤维；5.厌氧性及兼氧性菌；6.好氧性及兼氧性菌；7.发生器；8.转换器；9.转子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的工艺流程图，由厌氧、缺氧、好氧三段工艺组成，此为普通的A2/O工艺，本改良A2/O工艺是在好氧反应器中投加纤毛状生物填料1，用超声波处置装置对二沉池中的剩余污泥进行空化分解成液态溶解性的有机物，并将这部分污泥回流至缺氧反应器的前端。投加纤毛状生物填料1，需在好氧反应器内设置支架1，纤毛状生物填料1悬挂在支架2上，纤毛状生物填料1为挂毯式结构，毯面3为多空性胶原物质组成，毯面3上附着直毛状粗糙纤维4。
与普通的A2/O工艺一样，改良A2/O工艺处理效果受诸多因素的影响，包括DO浓度、水力停留时间、回流比、泥龄、pH值和厌氧区硝态氮浓度，C/N比等。
在改良A2/O工艺中，由于纤毛状生物填料的投加DO浓度对好氧池内生物硝化和吸磷的影响比一般的活性污泥法更明显；内外回流比相对传统的A2/O来说更对生物脱氮除磷的影响更灵敏；利用附着在纤毛状生物膜填料上的固定相微生物和浮游流动相微生物，在较短的停留时间(HRT＝5～7hr)内去除有机物、氮和磷。
溶解氧(DO)作为污水好氧生物处理系统的一个重要控制参数，涉及到系统的处理效果和运行费用两个方面。经实验研究，本工艺好氧段的DO最优为2mg/L左右。
纤毛状生物膜填料呈直毛状形态，固定了大量世代繁殖时间长的硝化菌，提高硝化反应速度有较长的污泥龄，适合硝化菌的生长和繁殖，图5显示了微生物附着后纤毛状生物填料的效果，纤毛前端为好氧性及兼氧性菌6，后端为厌氧性及兼氧性菌5。
剩余污泥中有50～60％左右的有机物，这些有机物以固态的形式存在，包含这些有机物质的剩余污泥排放出污水厂后如不合理处置，将会对环境造成二次污染。同时由于工业废水的大量接入，导致进水的C/N比较低影响反硝化效果，使得出水的TN偏高。超声波处置装置将这些剩余污泥通过其超声空化效应分解成液态溶解性的有机物，并将这部分剩余污泥的30％～50％回流至缺氧反应器的前端，一方面减少了剩余污泥的排放量缓解了运行费用压力，另一方面作为补充碳源也改善了出水水质，具有良好的经济和社会效益。
超声波处置装置由超声波发生器7和振子9组成，振子9由钛合金材料制成，在振子9前设置转换器8。
通过对超声波处理污泥前后的泥样的化验，结果显示污泥的SCOD大大增加，碳源增加明显，击破效果理想，并最终确定超声波处理污泥的停留时间为90s。
Claims (4)
1、一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺，由厌氧、缺氧、好氧三段工艺组成，其特征是在好氧反应器中投加纤毛状生物填料，用超声波处置装置对二沉池中的剩余污泥进行空化分解成液态溶解性的有机物，并将这部分污泥回流至缺氧反应器的前端。
2、如权利要求1所述的一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺，其特征是纤毛状生物填料为挂毯式结构，毯面为多空性胶原物质组成，毯面上附着直毛状粗糙纤维。
3、如权利要求1所述的一种活性污泥和生物膜复合型A2/O改良工艺，其特征是超声波处置装置由超声波发生器和振子组成，振子由钛合金材料制成，在振子前设置转换器。
4、如权利要求1所述的工艺，其特征是经超声波处置的剩余污泥回流量为30～50％。
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