CN101734790B - 臭氧耦合asbr/sbr控氮磷污泥减量化水处理的方法和反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种处理生活污水能同时实现污泥减量和脱氮除磷的水处理新方法，即臭氧耦合ASBR/SBR(Anaerobic Sequencing Batch Reactor，厌氧序批间歇式反应器/SequencingBatch Reactor，序批间歇式反应器)控氮磷污泥减量化的水处理新方法，将臭氧物化溶胞与ASBR/SBR生物厌氧/缺氧/好氧生物过程结合。本发明还提供了一种能够污泥减量和出水氮磷达标的反应器，即臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量化的水处理反应器，它包括ASBR、SBR生物装置和臭氧溶胞装置，三者集成在一起。用本发明的方法和反应器处理生活污水，在总HRT为12h左右，臭氧投加量为0.02-0.06mg/mg.SS(污泥)左右时，保证COD、氮、磷达标排放时，污泥减量65％。

Description

臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量化水处理的方法和反应器

所属技术领域

本发明涉及一种处理生活污水时能够同时实现污泥减量和出水氮磷达标排放的方法和反应器，即臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量化水处理的方法和反应器，具体是一种将臭氧物化溶胞与ASBR/SBR厌氧/好氧/缺氧生物过程结合在实现污泥减量的过程中同时实现氮磷达标排放的方法，达到控氮磷污泥减量的目的。

背景技术

污泥中含有大量的有机物、重金属、致病菌、病原菌和二恶英等难以降解的有毒有害及致癌物质等，若不进行处理任意排放，极易对地下水、土壤等环境造成严重的二次污染。污泥处理处置费用约占污水处理厂基建和运行费用的30～60％。因此污水处理过程中减少污泥的产生(即污泥减量化技术)是目前国内外水处理科学与技术研究的热点。污泥微生物细胞干重约50％由蛋白质构成，碳、氢、氧、氮、磷分别占细胞干重的50％、8％、20％、14％和3％；尽管污泥中的碳氧化成了CO₂，但氮和磷却在系统中积累，同时由于生物量的减少降低了脱氮效果，而且胞内物质的进一步代谢也会释放氨，从而影响出水水质，因此目前多数污泥减量化工艺出水中氮磷物质难以达到排放标准，导致受纳水体的富营养化等问题，国内目前虽然部分污水处理厂采取了能够控制氮磷的污水处理工艺，但污泥减量化还没有实施，而且整个工艺的HRT也较长。因此，开发控氮磷的污泥减量化水处理新工艺十分必要和迫切。交替好氧厌氧解耦联是好氧—沉淀—厌氧活性污泥系统(OSA)工艺剩余污泥最小化的理论基础，在成本方面具有极大的优势，但OSA工艺在处理生活污水时的污泥产率和常规活性污泥法相差不大，并且出水氮磷指标常常超标。臭氧(O³)氧化是溶胞技术中一种能有效溶解和减少剩余污泥的方法，通过投加O³甚至能建立污泥零排放系统，但O³生产投资相对较大。SBR法和ASBR具有操作灵活、易于自动控制、处理效能高和占地少的优点，二者间便于改造互换，在中小型生活污水处理方面具有广阔的应用前景。国内外已有同时采用ASBR、SBR、O³技术中的两种方法(ASBR-SBR、SBR-O³、ASBR-O³)的报道，文献报道的SBR-O³、ASBR-O³联用技术中，O³主要是用于预处理难降解物质；虽然有SBR-O³污泥减量化工艺，但没有考虑出水的氮磷排放问题；在ASBR-O³联用技术中，没有臭氧用于污泥减量的研究报道；ASBR-SBR联用多将其应用于畜禽养殖废水和淀粉工业废水等高浓度有机废水的处理，对碳氮的去除效果较好，但氮磷还不能达标排放，磷的去除效果较差，并且也没有考虑污泥的减量问题；也有将ASBR-SBR应用于生活污水的处理，能够实现COD、氮磷的同时去除，但没有考虑污泥的减量。查出的国内外文献及专利中，均没有同时联用三种方法(ASBR-SBR-O³)实现控氮磷并污泥减量化的污水处理技术的报道。

发明内容

本发明的目的是：克服现有污泥减量化工艺出水氮磷超标的缺点，综合利用ASBR/SBR厌氧/好氧/缺氧生物解耦联和臭氧物化溶胞的优点，建立一种能高效实现污泥减量和出水氮磷达标排放的污泥减量化水处理新方法和反应器。

本发明的方法是：将ASBR、SBR厌氧/好氧生物解耦联和臭氧物化溶胞两种过程耦合，并使ASBR、SBR和臭氧物化溶胞以集成方式工作，臭氧物化溶胞在ASBR、SBR反应器内或SBR至ASBR的回流污泥中间歇施加0.02-0.06mg/mg.SS(污泥)的臭氧，在总HRT为12h左右时，COD、氮、磷达标排放，污泥减量50％—65％。

附图说明

本发明反应器的基本构造如附图所示。图1为ASBR装置2在前、SBR装置3在后、臭氧溶胞污泥回流装置4在中间的臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1；图2为ASBR装置2在前、SBR装置3在后、臭氧溶胞在ASBR装置2和SBR装置3内交替施加的臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1。

臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1由ASBR装置2、SBR装置3、臭氧溶胞污泥回流装置4三部分组成或由ASBR装置2、SBR装置3两部分组成，ASBR装置2与SBR装置3部分的体积比为1:1-2:1。ASBR装置2在前、SBR装置3在后、臭氧溶胞污泥回流装置4在中间的臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1的ASBR装置2为厌氧消化污泥或其他厌氧处理系统污泥接种，以搅拌装置5进行搅拌；其SBR装置3为好氧污泥系统污泥接种，以搅拌装置6进行搅拌，以曝气泵7和微孔曝气器8进行氧的供给；其臭氧溶胞污泥回流装置4由臭氧发生器9和微孔曝气器10供给臭氧。ASBR装置2在前、SBR装置3在后、臭氧溶胞在ASBR装置2和SBR装置3内交替施加的臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1的ASBR装置2为厌氧消化污泥或其他厌氧处理系统污泥接种，以搅拌装置5进行搅拌，以臭氧发生器9经微孔曝气器8和微孔曝气器11供给臭氧；其SBR装置3为好氧污泥系统污泥接种，以搅拌装置6进行搅拌，以曝气泵7和微孔曝气器8进行氧的供给。

在25～30℃条件下，待处理的生活污水12由PLC控制器15控制恒流泵13通过进水口14进入ASBR装置2，用搅拌装置5进行泥水搅拌，在反应器内由PLC控制器15控制按时间顺序依次完成进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期(或称调整期)5个基本阶段，排水由PLC控制器15控制恒流泵16进入SBR装置3，在反应器内由PLC控制器15控制按时间顺序依次完成进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期(或称调整期)5个基本阶段，最终经过由PLC控制器15控制电磁阀17排放。其中ASBR装置2产生的气体经排气孔22、气体缓冲瓶23和水封瓶24排放至大气中；SBR装置3反应期的曝气由SBR装置3底部布设曝气装置8用曝气泵7进行DO供应，DO通过PLC控制器15控制在2.0-4.0mg/L；同时SBR反应器装置内的污泥定期通过PLC控制器15控制的电磁阀18和污泥回流泵19通过电磁阀20直接或经过臭氧溶胞污泥回流装置4回流至ASBR反应器，通过PLC控制器15控制的臭氧发生器9、电磁阀20或电磁阀21经微孔曝气器8和微孔曝气器11供给ASBR装置2、SBR装置3间歇性的0.02-0.06mg/mg.SS(污泥)的臭氧或经微孔曝气器10供给臭氧溶胞污泥回流装置4内回流污泥以0.02-0.06mg/mg.SS(污泥)的臭氧，实现污泥的溶胞和减量。

具体实施方式

本发明的反应器系统操作过程如下：首先进行细菌的接种和培养。ASBR装置2、SBR装置3两个装置分别进行驯化培养。ASBR装置2内保持厌氧环境，以厌氧消化污泥或其他厌氧处理系统污泥接种，污泥接种浓度为3000mg/L，以自来水作配水，添加适量的葡萄糖、NH₄ ⁺和磷酸盐作为进水，逐渐增加进水COD的浓度，进水COD浓度维持在450-800mg/L，NH₄ ⁺浓度为45mg/L左右，PO₄ ^3-浓度为11mg/L左右，约2个月ASBR装置2启动成功，COD去除率稳定达到50％；SBR装置3以好氧污泥系统污泥接种，以自来水作配水，添加适量的葡萄糖、NH₄ ⁺和磷酸盐作为进水，逐渐增加进水COD的浓度，进水COD浓度维持在225—400mg/L，约14天后SBR装置3出水水质稳定，COD去除率达到90％以上，缩短水力停留时间HRT，逐步增加SBR装置3的有机负荷，到约2个月时，当ASBR装置2启动成功后将ASBR装置2与SBR装置3进行串联或ASBR装置2、SBR装置3与臭氧溶胞污泥回流装置4串联，随后按附图1或图2所示的方式进水：首先开启恒流泵13，被处理水12由进水口14进入ASBR装置2，通过PLC控制器15和恒流泵16实现ASBR装置2排水与SBR装置的进水的同时实施，再进入SBR装置3继续反应，最终出水由PLC控制器控制的电磁阀17排出。当臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1采用ASBR装置2、SBR装置3、臭氧溶胞污泥回流装置4三部分组成的形式时，按附图1臭氧溶胞通过臭氧溶胞污泥回流装置4通过PLC控制器15间歇控制臭氧发生器9进行实施，溶胞后的污泥由恒流泵19和电磁阀20回流到ASBR反应器，以达到经济性的污泥溶胞效果。当臭氧耦合ASBR/SBR控氮磷污泥减量反应器1采用ASBR装置2、SBR装置3两部分组成的形式时，按附图2方式臭氧溶胞通过PLC控制器15间歇控制臭氧发生器9在ASBR装置2和SBR装置3内进行实施，溶胞后的污泥由恒流泵19、电磁阀18和电磁阀20回流到ASBR反应器，以达到经济性的污泥溶胞效果。

本发明的特点是：

1.将ASBR/SBR的厌氧/好氧/缺氧交替和臭氧溶胞耦合，实现控氮磷污泥减量；

2.可根据被处理水的情况调节生物ASBR、SBR的体积比及运行条件、臭氧溶胞的施加方式和剂量，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918—2002》标准要求并实现污泥减量；

3.采用低臭氧剂量(0.02-0.06mg/mg.SS(污泥))方式，成本较低；

4.能实现出水氮磷达标排放同时污泥减量40-65％；

实施例：

5.实例1ASBR装置和SBR装置采用圆柱形有机玻璃柱作为反应器体积均为20L，有效体积18L，反应器内径16.5cm，高100cm；ASBR装置和SBR装置体积比为1：1；臭氧溶胞污泥回流装置4体积为6L，有效体积为4L，与SBR装置的体积比为9：2。进水由自来水配制添加适量的葡萄糖、NH₄ ⁺和磷酸盐作为进水，进水COD浓度维持在160-450mg/L，NH₄ ⁺浓度为15-45mg/L左右，PO₄ ^3-浓度为4.0-6.0mg/L左右。在下述条件下进行控氮磷污泥减量：

ASBR装置：

序批操作条件：进水10min，每20min搅拌10min，搅拌2次，静置沉淀40min，                       排水10min，每次排水量9.0L，HRT＝4h

MLSS：1000～2000mg/L

SBR装置：

序批操作条件：进水10min，先厌氧搅拌，每20min搅拌10min，搅拌2次，小                       计60min，再好氧曝气150min，静置沉淀40min，排水10min，                       每次排水量9.0L，HRT＝6h

MLSS：1000～2000mg/L

DO：2-4mg/L

温度：30℃

臭氧溶胞污泥回流装置：

臭氧施加量：0.02-0.03mg/mg.SS(污泥)

总 HRT 10h

污泥回流比：30％

处理后水质如表1所示。

表1 实施例1处理后的水质

6、实例2ASBR装置和SBR装置采用圆柱形有机玻璃柱作为反应器体积均为20L，有效体积18L，反应器内径16.5cm，高100cm；ASBR装置和SBR装置体积比为1：1；，ASBR装置和SBR装置间用污泥回流泵进行污泥回流。进水由自来水配制添加适量的葡萄糖、NH₄ ⁺和磷酸盐作为进水，进水COD浓度维持在350-500mg/L，NH₄ ⁺浓度为20-50mg/L左右，PO₄ ^3-浓度为7.0-15.0mg/L左右。在下述条件下进行控氮磷污泥减量：

ASBR装置：

序批操作条件：进水10min，每20min搅拌10min，搅拌4次，静置沉淀40min，                       排水10min，每次排水量9.0L，HRT＝6h

MLSS：1000～2000mg/L

SBR装置：

序批操作条件：进水10min，先厌氧搅拌120min，再好氧曝气150min，静置沉                       淀40min，排水10min，每次排水量9.0L，HRT＝6h

MLSS：1000～2000mg/L

DO：2-4mg/L

温度：30℃

臭氧施加量：0.03-0.04mg/mg.SS(污泥)

总HRT 12h

污泥回流比：30％

处理后水质如表2所示。

表2 实施例2处理后的水质

Claims (3)

1.一种实现污泥减量和脱氮除磷的水处理方法，其特征在于臭氧物化溶胞与ASBR/SBR生物厌氧/缺氧/好氧过程耦合，实现污泥减量和脱氮除磷的目的，其中，臭氧物化溶胞在ASBR、SBR反应器内或SBR至ASBR的回流污泥中间歇施加0.02-0.06mg/mg ·SS污泥的臭氧，以实现部分污泥的臭氧物化溶胞；ASBR/SBR通过交替厌氧/缺氧/好氧环境实现生物解耦联；在总HRT为12h条件下，实现污泥减量率为65％，脱氮除磷后出水满足排放《城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》标准。

2.一种实现权利要求1中污泥减量和脱氮除磷的水处理方法的水处理反应器，其特征在于，由ASBR、SBR生物装置和臭氧溶胞污泥回流装置集成；ASBR反应器在前，SBR反应器在后，两反应器之间有臭氧溶胞污泥回流装置或无臭氧溶胞污泥回流装置；在臭氧溶胞污泥回流装置或ASBR、SBR反应器内间歇施加臭氧。

3.按照权利要求2所述的反应器，其特征在于，ASBR反应器、SBR反应器和臭氧的污泥回流装置是间歇运行的，ASBR反应器排水时间即是SBR反应器进水时间；同时施加臭氧的量为0.02-0.06mg/mg ·SS污泥；间歇运行方式是通过PLC自动控制系统实现的。 

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