CN102211813A

CN102211813A - 一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法

Info

Publication number: CN102211813A
Application number: CN2010101449397A
Authority: CN
Inventors: 陈秀荣; 吴敏霖; 艾奇峰; 南丽娜; 陈志铮
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: CN102211813B

Abstract

本发明涉及一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，将好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器串联，将污水分成两股，一股水流经好氧生物膜反应器过滤处理后进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，另一股水流直接进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，处理后的两股水流从低氧生物膜反应器中排出即可。与现有技术相比，本发明通过分流好氧、低氧两段进水比、调整水力停留时间、进水碳氮比等操作实现好氧段强化硝化、低氧段强化反硝化，同时好氧段弥补分硝化、低氧段弥补硝化过程，达到低碳氮比污水深度脱氮效果，利用页岩陶粒吸附除磷，通过反冲洗摩擦再生磷吸附点，恢复物化除磷效能，并更新生物膜，恢复生物膜活性，具有高效、低耗的优点。

Description

一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理方法，尤其是涉及一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法。

背景技术

目前针对有机碳源含量低的污水的脱氮除磷处理，仍以悬浮式活性污泥法为主要工艺，由于有机物负荷低，污泥活性较低且易解体。实践中常结合物化絮凝的措施强化活性污泥絮体的稳定性，但往往会增加污泥中重金属和高分子有机物等的含量，加大剩余污泥处置难度。

为了避免悬浮式活性污泥法工艺的不足，生物膜处理技术的应用越来越广泛。目前直接用于污水生物处理过程的生物膜反应池中，多采用聚乙烯材料填料为生物膜载体，如(半)软性填料、组合式填料、弹性填料、球形或斜管形填料等。这些填料的优点是比表面积大、稳定性好、不易堵塞；缺点是溶解氧传质阻力大、内层生物膜老化后形成大量死泥，造成污泥产量大，生物膜活性低。粒状滤料作为生物膜载体主要用于污水深度处理过程中，主要有各种陶粒、无烟煤等，其优点是稳定性好、比表面积较大、表面生物膜随水流或气流剪切力作用而更新快，生物膜活性高，溶解氧传质好等；缺点是颗粒间空隙小，容易堵塞。本研究针对低浓度、低碳氮比污水的水质特点，提出以当量粒径为5mm左右的粒状页岩陶粒作为生物膜载体用于此类污水生物处理，是在充分发挥粒状填料的优势的基础上，利用了原水有机底物浓度低的特点，运行中通过水流和气流的剪切作用，削弱了粒状滤料层易堵塞的不足。同时，发挥页岩陶粒内含有种Fe、Al等矿物质，利于生物膜生长且可吸附除磷的优势，保证其对原水中总磷的吸附去除。

传统的好氧硝化、缺氧反硝化生物脱氮过程中，有研究表面，当原水COD/TKN＞8.0时，反硝化所需有机碳源才较充足。对于低碳氮比污水尤其是COD/TKN＜5.0的我国南方大部分城市污水而言，传统生物脱氮效能常因有机碳源不足而受到限制。本发明的立足点是通过好氧-低氧生物膜过程，充分发挥生物膜内好氧微区和缺氧微区共存的特性，分别调节好氧和低氧生物膜段DO环境，实现好氧生物膜段强化硝化、弥补反硝化和低氧生物膜段强化反硝化、弥补硝化的氮转化效能，进而优化原水中有限的有机碳源的利用，实现低碳氮比污水的深度生物脱氮效能。

对于低碳氮比污水而言，原水中有机碳源满足反硝化脱氮尚且不足，若要求生物除磷，则因有机碳源受限不仅不能实现理想的生物除磷效果，还会影响生物脱氮效能。本发明选择页岩陶粒作为滤料，发挥其富含多种Fe、Al等矿物质可吸附除磷的优势，通过物化吸附除磷，不仅解决了生物脱氮除磷的矛盾，还优化了有机碳源用于生物脱氮的应用过程，进而在保证除磷的前提下，提高了生物脱氮效能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效、低耗的经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器串联，将污水按水流体积1∶1分成两股，一股水流经好氧生物膜反应器过滤处理后进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，另一股水流直接进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，处理后的两股水流从低氧生物膜反应器中排出即可。

所述的污水为低碳高氮污水，污水中的碳为有机碳，氮的存在形态以氨氮和有机氮为主。

所述的好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器结构相同，由集泥斗、进水管、进气管、配水配气室、承托层、滤层及出水区构成，所述的集泥斗设在反应器底部，所述的进水管及进气管设在集泥斗两侧，污水及空气经该进水管及进气管进入反应器，所述的配水配气室设在集泥斗上部，所述的滤层经承托层支撑在配水配气室的上部，所述的出水区设在滤层的上部。

所述的滤层中采用的滤料为页岩陶粒，该滤料粒径为3-5mm，其化学成分包括SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃。

所述的污水在好氧生物膜反应器中的停留时间为10h，污水在低氧生物膜反应器中的停留时间为5h。

所述的好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器在过滤处理时采用气、水同向的升流式进入滤层进行处理，对滤层中的滤料进行冲洗时采用连续水冲、间歇气冲的方式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过分流好氧、低氧两段进水比、调整水力停留时间、进水碳氮比等操作实现好氧强化硝化、低氧强化反硝化，达到深度脱氮效果；

(2)利用生物膜内好氧、缺氧分区结构，达到好氧弥补反硝化和低氧池弥补硝化效能，以保证出水水质，利用页岩陶粒吸附除磷；

(3)通过反冲洗摩擦再生磷吸附点，恢复物化除磷效能，并更新生物膜，恢复生物膜活性，具有高效、低耗的优点。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为好氧生物膜反应器的结构示意图。

图中1为集泥斗、2为配水配气室、3为承托层、4为滤层、5为出水区、6为出水槽、7为放空管、8为滤头、9为过滤进水管、10为反冲水管、11为总进水管、12为过滤进气管、13为反冲气管、14为总进气管、15为出水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其流程如图1所示，该方法包括以下步骤：将好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器串联，将污水按水流体积1∶1分成两股，一股分流的水流经好氧生物膜反应器过滤处理后进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，另一股分流的水流直接进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，处理后的两股水流从低氧生物膜反应器中排出即可。

好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器结构相同，好氧生物膜反应器结构如图2所示，从下到上依次为放空管7、集泥斗1、配水配气室2、圆柱形滤层4、出水区5；配水配气室中下部设总进水管11和总进气管14，其中总进水管连接过滤进水管9和反冲进水管10，总进气管连接过滤曝气管12和反冲气管13；承托层3上布设滤头8；出水区上部设周边出水槽6，连接出水管15。好氧或低氧生物膜反应器的结构参数为：集泥斗1高0.5m、进水区高0.5m、配水配气室2高0.5m、滤层4高1.0m、出水区5高1.0m，保护高0.3m，总高3.8m，滤层4的内径为0.8m。

为了增强除磷效果，滤层4内采用页岩陶粒滤料，该页岩陶粒具有足够的机械强度，耐磨损，化学性能稳定，表面粗糙具有棱角、空隙率大、比表面积高、吸附性能好、密度适宜且含有多种Fe、Al、Mg等矿物质，可降低过滤或反冲时阻力、利于生物膜生长且可吸附除磷，其物理性能参数为：粒径3-5mm、堆积密度≤1.0g/cm³、筒压强度≥6.5Mpa、空隙率≥45％，化学成分为：SiO₂含量不低于60％、Al₂O₃含量不低于20％、Fe₂O₃含量不低于约10％，对磷的静态吸附容量不低于600mg PO₄ ^3--P/kg页岩。

本发明适于低碳氮比污水的深度生物脱氮、辅助物化除磷处理，进水水质特点是有机碳源含量低、氮的存在形态主要为氨氮或有机氮。其特征在于正常过滤时，污水和压缩空气首先进入配水配气室2，在滤头8的作用下，污水和气泡均匀进入滤层4，污水和气泡在滤料孔隙穿过，污染物和DO在孔隙水流和滤料表面生物膜间进行传质，并被生物膜内复合菌群生化转化，出水由出水槽6进入出水管15。

在滤层内气、水同向流的运行过程中，滤料孔隙中DO在滤层高度上因消耗而逐步降低，可达到滤层内进水区好氧、出水区缺氧/厌氧的微生态结构；而且，滤料表面微孔结构致DO传质不均，且随生物膜的增厚削弱DO传质，滤料表面生物膜中存在好氧、缺氧共存的微区。可实现单级生物膜反应器中好氧硝化和缺氧反硝化的同时发生。本发明通过调整两级生物膜反应器分别为好氧和低氧环境，进而分别强化好氧段硝化和低氧段反硝化效能，实现深度脱氮。通过调整好氧生物膜反应器和低氧生物膜反应器的进水分流比，合理分配原水中有机碳源，避免在好氧段强化硝化的过程中有机碳源大量被消耗，而低氧段反硝化有机碳源不足的情况。虽然分流进水补充了低氧池反硝化所需的有机碳源，但分流原水也引入了有机氮和氨氮，此时通过限氧控制低氧池，实现低氧池强化反硝化的同时，限氧条件下发生弥补硝化过程，进而降低分流原水中的有机氮和氨氮指标，保证出水水质。

选择页岩陶粒作为滤料，发挥其富含多种Fe、Al等矿物质可吸附除磷的优势，通过物化吸附除磷，不仅解决了生物脱氮除磷的矛盾，还优化了有机碳源用于生物脱氮的应用过程，进而在保证除磷的前提下，提高了生物脱氮效能。运行中，通过反冲洗过程，实现页岩陶粒表面生物膜和除磷吸附点的更新，以再生吸附除磷效能。对单级生物膜反应器滤层反冲洗方式选择连续水冲、间歇气冲的气、水脉冲式反冲洗。主要操作模式为：首先固定反冲水流量，然后逐步开启反冲气阀，反冲气流量逐步增大并与连续水流共同使滤层处于变速膨胀状态；在滤层膨胀到平衡状态时，关掉反冲气阀；向上膨胀的滤层由悬浮平衡状态开始沉降回落，在滤层尚未达密实状态时再次开气，于是滤层又进入另一周期剧烈的状态变化。根据进水水质、运行周期的长短确定单次气冲强度、时间，连续水冲强度以及总的反冲时间。

本发明的操作控制参数为：

(1)好氧-低氧生物膜处理过程在处理低浓度城市污水时，进水COD＝200-250mg/L、NH₄ ⁺-N＝30-40mg/L、TN＝40-50mg/L、COD/TN≈5∶1、TP＝1-4mg/L时，实现深度脱氮的工况参数为：好氧池DO为3.5-4.5mg/L，HRT为10h；低氧池DO为0.9-1.1mg/L，HRT为5h；好氧池与低氧池进水分流比为1∶1；处理出水COD为30-50mg/L、NH₄ ⁺-N为5-10mg/L、TN为10-20mg/L、TP为0.5-1.5mg/L。

(2)采用间歇气冲、连续水冲的气水联合反冲洗方式，单次气冲时间5-8s、间歇气冲强度10-12L/(s·m²)、连续水冲强度6-8L/(s·m²)、反冲时间为10min。

通过分流进水好氧-低氧生物膜处理流程能有效去除低碳氮比污水中的COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP。经本发明方法处理后，出水COD≤60mg/L、NH₄ ⁺-N≤10mg/L(水温＞12℃时，NH₄ ⁺-N≤8mg/L)、TN≤20mg/L、TP≤1.5mg/L，以上各指示均可达到或优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级标准(B标准)要求。

Claims

1.一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器串联，将污水按水流体积1∶1分成两股，一股水流经好氧生物膜反应器过滤处理后进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，另一股水流直接进入低氧生物膜反应器进行过滤处理，处理后的两股水流从低氧生物膜反应器中排出即可。

2.根据权利要求1所述的一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，所述的污水为低碳高氮污水，污水中的碳为有机碳，氮的存在形态以氨氮和有机氮为主。

3.根据权利要求1所述的一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，所述的好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器结构相同，由集泥斗、进水管、进气管、配水配气室、承托层、滤层及出水区构成，所述的集泥斗设在反应器底部，所述的进水管及进气管设在集泥斗两侧，污水及空气经该进水管及进气管进入反应器，所述的配水配气室设在集泥斗上部，所述的滤层经承托层支撑在配水配气室的上部，所述的出水区设在滤层的上部。

4.根据权利要求3所述的一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，所述的滤层中采用的滤料为页岩陶粒，该滤料粒径为3-5mm，其化学成分包括SiO₂、Al₂O₃及Fe₂O₃。

5.根据权利要求1所述的一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，所述的污水在好氧生物膜反应器中的停留时间为10h，污水在低氧生物膜反应器中的停留时间为5h。

6.根据权利要求1所述的一种经生物膜深度脱氮除磷的污水处理方法，其特征在于，所述的好氧生物膜反应器及低氧生物膜反应器在过滤处理时采用气、水同向的升流式进入滤层进行处理，对滤层中的滤料进行冲洗时采用连续水冲、间歇气冲的方式。