CN102153232B

CN102153232B - 侧流循环baf强化除磷系统及其处理城市污水的方法

Info

Publication number: CN102153232B
Application number: CN2011100487095A
Authority: CN
Inventors: 李欣; 董文艺; 马营营
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: CN102153232A

Abstract

侧流循环BAF强化除磷系统及其处理城市污水的方法，它属于水处理领域。要解决目前BAF工艺处理城市污水存在除磷效果差、前置除磷碳源损失，后置除磷药剂投量大、工程投资大，同步除磷微生物活性抑制，反冲洗频率过高的技术问题。BAF强化除磷系统内设置了反应池和沉淀池。本发明侧流循环化学生物组合深度除磷系统处理城市污水。COD去除率可以达到92％～95％，总氮去除率达到80％以上，TP去除率95％以上。与单独的两级BAF相比，TP去除率提高55％～60％，与后置化学强化相比可节省基建投资，节省药剂费用10％左右。与同步化学强化相比反冲洗周期可增长6～8天，从而降低了能耗。

Description

侧流循环BAF强化除磷系统及其处理城市污水的方法

技术领域

本发明属于水处理领域；具体涉及侧流循环BAF强化除磷系统及其处理城市污水的方法。

背景技术

生物膜法是利用附着生长在载体表面的微生物去除水中污染物的水处理技术，生物膜法具有活性污泥法不具备的优点，如占地面积小，耐冲击负荷强，无污泥膨胀问题等。因此，自上世纪70年代以来，生物膜法污水处理技术逐渐成为广泛研究和关注的热点之一。

曝气生物滤池(BAF)是近年来发展较快的生物膜污水处理技术，以其高效、节能、占地面积小、无污泥膨胀、运行管理方便等优点而成为近年污水生物处理技术研究和应用的热点。

近年来水体富营养化现象越来越严重，而引起富营养化的原因主要是水体中氮、磷过量，使得藻类大量繁殖，尤其是磷的过量，因此含磷的污水处理技术越来越被广泛重视。

通过长期研究发现曝气生物滤池工艺也存在下列缺点和不足：

由于传统的单体曝气生物滤池缺乏生物除磷必需的厌氧好氧交替环境，除磷问题一直是限制其工程应用的障碍，一般曝气生物滤池除磷率低，仅为30％～40％，出水达不到排放标准，因此需要采用化学除磷进行强化。

现有化学辅助强化曝气生物滤池除磷技术(前置、同步、后置)均采用直流加药方式，容易造成沉淀池容积过大、前置除磷碳源损失，后置除磷药剂投量大、工程投资大，同步除磷微生物活性抑制，同步除磷反冲洗频率过高等影响。

发明内容

本发明要解决目前BAF工艺存在除磷效果差、前置除磷碳源损失，后置除磷药剂投量大、工程投资大，同步除磷微生物活性抑制，同步除磷反冲洗频率过高的技术问题，而提供了侧流循环BAF强化除磷系统及其处理城市污水的方法。

本发明中侧流循环BAF强化除磷系统包括缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池、反应池、沉淀池、硝化液回流池、加药泵、进水管、出水管、曝气装置、剩余污泥排放管和回流管；所述进水管的出水口和回流管的出水口共同与缺氧生物滤池下端的进水口连通，缺氧生物滤池上部设置两个出水口，缺氧生物滤池的一个出水口与好氧曝气生物滤池下部的进水口连通，缺氧生物滤池的另外一个出水口和反应池下部的进水口连通，反应池上部出水口与沉淀池上部的进水口连通，沉淀池上部的出水口也与好氧曝气生物滤池下部的进水口连通，好氧曝气生物滤池上部的出水口与硝化液回流池上部的进水口连通，硝化液回流池上部的出水口与出水管的进水口连通，硝化液回流池底部的出水口与回流管的进水口连通，好氧曝气生物滤池底部设置有曝气装置且内部装有滤料，反应池内设置搅拌器，反应池顶部安装有加药泵，沉淀池底部设有剩余污泥排放管，缺氧生物滤池内装有滤料。

在缺氧生物滤池和好氧曝气生物滤池的上部分别设有反冲洗排水管并且在底部分别设有放空管，兼做反冲洗进水管用。

本发明中侧流循环BAF强化除磷系统处理城市污水的方法是按下述步骤进行的：一、向缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池接种活性污泥，好氧曝气生物滤池闷曝48h后排出上清液然后加入COD/TN大于3待处理的城市污水，连续进水进行挂膜，接种的污泥在缺氧反应器中停留5天后，然后连续进水进行挂膜(大约经过15天的挂膜)，COD和NH₄ ⁺-N的去除率稳定在80％以上(滤料表面出现褐色的膜状物质)，标志着启动阶段的完成；二、将COD/TN大于3的待处理的城市污水与硝化液回流池回流的水混合后通入缺氧生物滤池，以污水中的有机物为电子供体在反硝化菌作用下进行脱氮，脱氮的反应温度15～30℃、水力停留时间0.6h；三、将缺氧生物滤池出水的50％体积通入反应池并将剩余的缺氧生物滤池出水通入好氧曝气生物滤池，同时按Al³⁺含量为9mg/L向反应池内投加氯化铝进行混凝除磷，先以300r/min速度搅拌1min，然后以100r/min速度搅拌20min，然后将反应池的出水通入沉淀池后进行30min的泥水分离，沉淀池内剩余污泥通过沉淀池底部排放管排除，将经沉淀池处理后的上清液及缺氧池的另外50％出水混合通入好氧曝气生物滤池，在好氧曝气生物滤池内在15～30℃条件下进行硝化反应和生物除磷，按气水比3～5∶1(体积)进行连续曝气，好氧池水力停留时间1.8h，好氧曝气生物滤池的出水通入硝化液回流池，硝化液回流池出水按回流比200％(体积)回流缺氧生物滤池，处理后的污水由硝化液回流池通过出水管排放自然环境中。

本发明方法的最佳运行周期为4.0h。本发明的构筑物结构紧凑，采用部分侧流循环方式，减小了中间反应沉淀池的容积，降低了工程投资。化学除磷通过沉淀池以剩余污泥排出，减小了对后续微生物的抑制。本发明方法的除磷效率高，总磷去除率达到95％，同时减少了反冲洗频率。侧流循环化学生物组合深度除磷系统，COD去除率可以达到92～95％，总氮去除率达到80％以上，TP去除率95％以上。与单独的两级BAF相比，TP去除率提高55％-60％，与后置化学强化相比可节省基建投资，节省药剂费用10％左右。与同步化学强化相比反冲洗周期可增长6～8天，从而降低了能耗。

附图说明

图1是侧流循环BAF强化除磷系统结构图；图2是不同加药量下系统总磷的去除效果图，图2中-◆-表示具体实施方式八总磷的去除曲线，-■-表示对比试验总磷的去除曲线；图3是不同加药量下系统氨氮的去除效果图，图3中-+-表示具体实施方式八氨氮的去除曲线，-△-表示对比试验磷氨氮的去除曲线；图4是不同加药量下系统总氮的去除效果图，-◆-表示具体实施方式八总氮的去除曲线，-■-表示对比试验总氮的去除曲线；图5是不同加药量下系统COD的去除效果图，-◆-表示具体实施方式八COD的去除曲线，-■-表示对比试验COD的去除曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1，本实施方式本发明中侧流循环BAF强化除磷系统包括缺氧生物滤池1、好氧曝气生物滤池2、反应池3、沉淀池4、硝化液回流池5、加药泵7、进水管8、出水管9、曝气装置10、剩余污泥排放管13和回流管14；所述进水管8的出水口和回流管14的出水口共同与缺氧生物滤池1下端的进水口连通，缺氧生物滤池1上部设置两个出水口，缺氧生物滤池1的一个出水口与好氧曝气生物滤池2下部的进水口连通，缺氧生物滤池1的另外一个出水口和反应池3下部的进水口连通，反应池3上部出水口与沉淀池4上部的进水口连通，沉淀池4上部的出水口也与好氧曝气生物滤池2下部的进水口连通，好氧曝气生物滤池2上部的出水口与硝化液回流池5上部的进水口连通，硝化液回流池5上部的出水口与出水管连通，硝化液回流池5下部的出水口与回流管14的进水口连通，好氧曝气生物滤池2底部设置有曝气装置10且内部装有滤料，反应池3内设置搅拌器6，反应池3顶部安装有加药泵7，沉淀池4底部设有剩余污泥排放管13，缺氧生物滤池1内装有滤料。

本发明滤料可采用单层或多层设置。

本实施方式所述装置的构筑物结构紧凑，采用部分侧流循环方式，减小了中间反应沉淀池的容积，降低了工程投资。

在缺氧生物滤池1和好氧曝气生物滤池2的上部分别设有反冲洗排水管11并且在底部分别设有放空管12，兼做反冲洗进水管用。

缺氧生物滤池1和好氧曝气生物滤池2每隔20天左右进行反冲洗，比单独的两级BAF(即缺氧生物滤池和好氧曝气生物滤池联用)增长了6～8天，采用气水反冲洗，反冲洗排水通过池顶部的反冲洗排水管排出。

在好氧曝气生物滤池2中设置DO在线检测仪，在缺氧生物滤池1设ORP在线检测仪，可根据好氧过程的DO检测与缺氧过程的ORP检测结果来调整曝气量(使好氧池气水比保持在3-5，缺氧池ORP在-190左右)以及反应池3中搅拌机的转速的调整，实现脱氮除磷的过程。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述曝气装置10为微孔曝气头或者穿孔管。其它与具体实施方式一相同。

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：好氧曝气生物滤池2内滤料的材料为活性炭或火山岩生物滤料。其它与具体实施方式一或二相同。

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：缺氧生物滤池1滤料的材料为活性炭或火山岩生物。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式利用具体实施方式一所述的侧流循环BAF强化除磷系统处理城市污水的方法是按下述步骤进行的：

一、向缺氧生物滤池1、好氧曝气生物滤池2接种活性污泥，好氧曝气生物滤池2闷曝48h后排出上清液然后加入COD/TN大于3待处理的城市污水，连续进水进行挂膜，接种的污泥在缺氧反应器中停留5天后，然后连续进水进行挂膜，大约经过15天的挂膜，COD和NH₄ ⁺-N的去除率稳定在80％以上，滤料表面出现褐色的膜状物质，标志着启动阶段的完成；

二、将COD/TN大于3的待处理的城市污污水与硝化液回流池5回流的水混合后通入缺氧生物滤池1，以污水中的有机物为电子供体在反硝化菌作用下进行脱氮，试验中脱氮的反应温度15～30℃、水力停留时间0.6h；

三、将缺氧生物滤池1出水的50％体积通入反应池3并将剩余的缺氧生物滤池1出水通入好氧曝气生物滤池2，同时按Al³⁺含量为9mg/L向反应池3内投加氯化铝进行混凝除磷，先以300r/min速度搅拌1min，然后以100r/min速度搅拌20min，然后将反应池3的出水通入沉淀池4进行30min的泥水分离，沉淀池4内剩余污泥通过4池底部排放管排除，将经沉淀池4处理后的上清液及缺氧池的另外50％出水混合通入好氧曝气生物滤池2，在好氧曝气生物滤池2内在15～30℃条件下进行硝化反应和生物除磷，按气水比3～5∶1(体积)进行连续曝气，好氧池水力停留时间1.8h，好氧曝气生物滤池2的出水通入硝化液回流池5，硝化液回流池5出水按回流比200％(体积)回流缺氧生物滤池1，处理后的污水由硝化液回流池5通过出水管9排放自然环境中。

本实施方式所述方法的除磷效率高，总磷去除率达到95％，同时减少了反冲洗频率。缺氧生物滤池1和好氧曝气生物滤池2每隔20天左右进行反冲洗。与同步化学强化相比反冲洗周期可增长6-8天，从而降低了能耗。本实施方式所述方法COD去除率可以达到92～95％，总氮去除率达到80％以上，TP去除率95％以上。与单独的两级BAF相比，TP去除率提高55％-60％，与后置化学强化相比可节省基建投资，节省药剂费用10％左右。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤三所述的气水比3.5～4.5∶1。其它步骤和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不同的是：步骤三所述的气水比4∶1。其它步骤和参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式采用具体实施方式所述侧流循环BAF强化除磷系统处理城市污水，缺氧生物滤池1装3L火山岩生物滤料，好氧曝气生物滤池2装9L火山岩生物滤料，具体是按下述步骤进行的：

二、将COD/TN大于3的待处理的城市污水与回流硝化池5回流的水混合后通入缺氧生物滤池1，以污水中的有机物为电子供体在反硝化菌作用下进行脱氮，试验中脱氮的反应温度15～30℃、水力停留时间0.6h；

三、将缺氧生物滤池1出水的50％体积通入反应池3并将剩余的缺氧生物滤池1出水通入好氧曝气生物滤池2，同时分别按Al³⁺含量为5、6、7、8、9mg/L向反应池3内投加氯化铝进行混凝除磷，先以300r/min速度搅拌1min，然后以100r/min速度搅拌20min，然后将反应池3的出水通入沉淀池4进行30min的泥水分离，沉淀池4内剩余污泥通过4池底部排放管排除，将经沉淀池4处理后的上清液及缺氧池的另外50％出水混合通入好氧曝气生物滤池2，在好氧曝气生物滤池2内在25℃条件下进行硝化反应和生物除磷，按气水比3.5∶1(体积)进行连续曝气，好氧池水力停留时间1.8h，好氧曝气生物滤池2的出水通入硝化液回流池5，硝化液回流池5出水部分按回流比200％(体积比)回流到缺氧生物滤池1，处理后的污水由硝化液回流池5通过出水管9排放自然环境中。

本实施方式中大约经过15天滤料表面出现褐色的膜状物质，表面挂膜成功。

为考察侧流循环BAF强化除磷系统与对比试验装置运行效果的差异，我们采用上述二套装置对生活污水的除磷效果进行试验，试验结果见图2～图5。

对比试验采用单独的两级BAF(缺氧生物滤池和好氧曝气生物滤池组合)装置，相同条件进行测试。

从图2看出，随着加药量的增多，具体实施方式一所述装置的总磷去除率不断升高。加药在9mg/L时，去除率达到95％以上，而对比试验装置去除率仅有40％，具体实施方式一所述装置除磷率较原有的曝气生物滤池工艺提高了55％左右，原因在于侧流混凝对总磷有较高的去除率。对于总磷10mg/L以下的原水，出水总磷都能达到国家一级A排放标准。

由图3中可看出，加药前后曝气生物滤池对氨氮的去除无影响，还略有提高，原因是侧流使得混凝去除了一部分氨氮，降低了好氧曝气生物滤池的进水氨氮负荷，使其处理效果相对变好。同时也说明侧流加药对后续微生物无不利影响，加药后系统终出水氨氮去除率在98％以上，对于进水氨氮50mg/L左右，出水氨氮远远低于国家一级A排放标准。

从图4看出，侧流加药后曝气生物滤池出水总氮去除率有所提高，是因为侧流经过混凝去除了一部分总氮。说明侧流加药对曝气生物滤池内的反硝化菌及其反硝化作用几乎无影响，也说明侧流加药有利于缓解碳源损失，加药后曝气生物滤池对总氮的去除率在80％以上，对于进水总氮60mg/L左右，出水总氮能够达到国家一级A标准。

从图5看出，侧流加药后曝气生物滤池出水COD去除率有很大提高，在92-95％，原因在于侧流混凝对COD有较好的去除，从而提高了整体的COD去除率，也证明侧流加药对后续异养菌的影响很小，对于进水COD在300mg/L左右的原水，出水COD能够达到国家一级A标准。

试验结果表明侧流循环BAF强化除磷系统相对于原系统可以大幅度提高除磷效果，同时对总氮、氨氮、COD等其他污染物指标的去除也有提升作用。

Claims

1.侧流循环BAF强化除磷系统，它包括缺氧生物滤池(1)、好氧曝气生物滤池(2)、反应池(3)、沉淀池(4)、回流硝化池(5)、加药泵(7)、进水管(8)、出水管(9)、曝气装置(10)、反冲洗排水管(11)、放空管(12)、剩余污泥排放管(13)和回流管(14)；其特征在于侧流循环BAF强化除磷系统的进水管(8)的出水口和回流管(14)的出水口共同与缺氧生物滤池(1)下端的进水口连通，缺氧生物滤池(1)上部设置两个出水口，缺氧生物滤池(1)的一个出水口与好氧曝气生物滤池(2)下部的进水口连通，缺氧生物滤池(1)的另外一个出水口和反应池(3)下部的进水口连通，反应池(3)上部出水口与沉淀池(4)上部的进水口连通，沉淀池(4)上部的出水口也与好氧曝气生物滤池(2)下部的进水口连通，好氧曝气生物滤池(2)上部的出水口与回流硝化池(5)下部的进水口连通，回流硝化池(5)上部的出水口与出水管(9)的进水口连通，回流硝化池(5)底部的出水口与回流管(14)的进水口连通，好氧曝气生物滤池(2)底部设置有曝气装置(10)，反应池(3)内设置搅拌器(6)，反应池(3)顶部安装有加药泵(7)，沉淀池(4)底部设有剩余污泥排放管(13)，缺氧生物滤池(1)和好氧曝气生物滤池(2)内均装有滤料(15)，在缺氧生物滤池(1)和好氧曝气生物滤池(2)的上部分别设有反冲洗排水管(11)且在底部分别设有放空管(12)。

2.根据权利要求1所述的侧流循环BAF强化除磷系统，其特征在于所述曝气装置(10)为微孔曝气头或者穿孔管。

3.根据权利要求1或2所述的侧流循环BAF强化除磷系统，其特征在于好氧曝气生物滤池(2)内滤料(15)的材料为活性炭或火山岩生物。

4.根据权利要求3所述的侧流循环BAF强化除磷系统，其特征在于缺氧生物滤池(1)内滤料(15)的材料为活性炭或火山岩生物。

5.利用如权利要求1所述侧流循环BAF强化除磷系统处理城市污水的方法，其特征在于侧流循环BAF强化除磷系统处理水的方法是按下述步骤进行的：

一、向缺氧生物滤池(1)和好氧曝气生物滤池(2)同时接种活性污泥，然后通入COD/TN大于3待处理的城市污水，好氧曝气生物滤池(2)闷曝48h后排出上清液，然后连续进水进行挂膜，接种的污泥在缺氧生物滤池(1)中停留5天后连续进水进行挂膜，COD和NH₄ ⁺-N的去除率稳定在80％以上，完成启动；

二、将COD/TN大于3的待处理的城市污水与回流硝化池(5)回流的水混合后通入缺氧生物滤池(1)，以污水中的有机物为电子供体在反硝化菌作用下进行脱氮，脱氮的反应温度15-30℃、水力停留时间0.6h；

三、以体积计将缺氧生物滤池(1)出水的50％通入反应池(3)并将剩余的缺氧生物滤池(1)出水通入好氧曝气生物滤池(2)，同时按Al³⁺含量为9mg/L向反应池(3)内投加氯化铝进行混凝除磷，反应池(3)内先以300r/min速度搅拌1min后以100r/min速度搅拌20min，然后将反应池(3)的出水通入沉淀池(4)后进行30min的泥水分离，沉淀池(4)内剩余污泥通过池底部的剩余污泥排放管(13)排除，将经沉淀池(4)处理后的上清液与上述缺氧生物滤池(1)的部分出水同时通入好氧曝气生物滤池(2)，在好氧曝气生物滤池(2)内在15-30℃条件下进行硝化反应和生物除磷，按气水体积比3-5∶1进行连续曝气，好氧池水力停留时间1.8h，好氧曝气生物滤池(2)的出水通入回流硝化池(5)，回流硝化池(5)出水按回流比200％(体积)回流缺氧生物滤池(1)，处理后的污水由回流硝化池(5)通过出水管(9)排放自然环境中。

6.根据权利要求5所述的侧流循环BAF强化除磷系统处理城市污水的方法，其特征在于步骤三所述的气水体积比3.5-4.5∶1。

7.根据权利要求5所述的侧流循环BAF强化除磷系统处理城市污水的方法，其特征在于步骤三所述的气水体积比4∶1。