CN103086573A

CN103086573A - 一种用分置式fbr生物反应器处理城镇污水的方法

Info

Publication number: CN103086573A
Application number: CN2013100311078A
Authority: CN
Inventors: 应清界; 覃晓农; 王智宏; 潘涛; 汪苹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明公布了一种用分置式FBR生物反应器处理城镇污水的方法，该方法在工艺上采用推流式曝气，解决短流和低碳情况下的脱氮效率问题；将浸没式微孔过滤池改为分离式微孔过滤池，单独设置沉淀单元和微孔过滤单元，解决了污泥膨胀时，污泥直接进入堵塞微孔过滤池的问题；并增设了砂水分离器，解决了填料流失后堵塞管道，损坏传动设备的问题；该方法采用好氧反硝化进行脱氮处理，能有效去除污水中的NH₃－N、TN；NH₃－N去除率可以达到95%，TN去除率可以达到85%，满足日益提高的污水排放标准要求。该发明可以应用于污水处理厂的建设和现有污水处理厂提质改造。

Description

一种用分置式FBR生物反应器处理城镇污水的方法

技术领域

本发明涉及一种城镇污水处理方法，尤其涉及一种用分置式FBR生物反应器处理城镇污水的方法。

背景技术

随着目前我国水环境形势日益严峻，城镇污水处理面临标准逐步提高的局面。全国城镇污水处理厂已全面开始执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》中规定的一级A标准。越来越严格的COD_Cr、氨氮、总氮、总磷排放标准，但现实中缺少处理效果好的环保实用技术；2012年7月1日起执行的北京市市政污水排放标准对新建污水处理厂的总氮排放要求控制在10 mg/l以下，出水水质要求更加严格；然而面对现实中突出的矛盾，目前国内外能采用的传统技术只有延时曝气的氧化沟、SBR、A²/O、曝气生物滤池等工艺，其出水指标很难达到这么严格的标准要求。MBR（膜生物反应器）虽然能达到要求，但其成本高，代价大，并不适合大规模应用。

　　要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》中规定的一级A标准，甚至更加严格的标准，其难点是总氮的脱除。传统的生物脱氮工艺经改进和优化后在目前脱氮工艺中占有较大比重，包括A/O工艺(厌氧—好氧法)、A²/O工艺(厌氧－缺氧－好氧法)、SBR工艺(序批式反应器)、曝气生物滤池、MBR（膜生物反应器）等工艺，其脱氮理论基础都是好氧段进行硝化反应，厌氧段进行反硝化反应，脱氮基于厌氧反硝化的基理；总体工艺上都包含厌氧－缺氧－好氧方式进行设计，因此，普遍存在如下问题：

1）在好氧条件下，自养硝化菌增殖速度缓慢，对溶解氧和有机物的竞争能力远不如脱碳好氧异养菌强，导致异养菌大量消耗碳源，使后续的反硝化缺少碳源，影响脱氮效果；

2）在厌氧条件下，反硝化需要有机物作为电子供体，而反硝化菌的生长能力和对有机物的竞争能力不如脱碳异养菌强，异养菌大量消耗碳源，使反硝化缺少碳源，影响脱氮效果，特别是在冬季，反硝化段一般均需要外加资源，增加了成本；

3）硝化过程一般要求DO：2－4mg/l，而反硝化过程要求在厌氧情况下反应，一般要求DO＜0.5mg/l。好氧硝化与厌氧反硝化对DO的质量浓度要求不同，使DO过程控制成为重要因素，在工程上控制难度较大，因此传统生物脱氮工艺中硝化和反硝化两个过程为各自独立的单元，在时间上和空间上难以统一，增加了流程和控制难度；

4）为维持较高生物浓度及获得较好的脱氮效果，必须同时进行大量的污泥回流和硝化混合液回流，增加了动力消耗和运行费用；而且从污泥回流和硝化混合液回流中将溶解氧带到缺氧池中，导致难以维持缺氧池中低DO来满足反硝化的需要。

5）实际污水水质很大一部分是低C/N，污水本身碳源就不足，因此脱氮效率受到影响。

基于以上原因，传统生物脱氮效率受到限制，不能达到很好的脱氮效果。

近年来发展迅速的膜生物反应器（MBR）是一种将膜技术与传统活性污泥技术有机结合形成的污水处理系统。具有脱氮功能的MBR由一组好氧硝化池和一组前置缺氧反硝化池组成，一体式膜组件直接浸没在好氧池内，通过抽吸泵抽吸得到出水滤液。前置生物反应池作为缺氧池, 达到反硝化的目的。

一般来说改进后的MBR总体工艺上增加了一个厌氧池，目的是为了达到更好的反硝化，具体为：经过预处理的污水先进入厌氧池，并从缺氧池中将低溶氧的硝化混合液回流至厌氧池，进行反硝化，部分缺氧池中的污水进入膜池中进行好氧硝化，通过好氧硝化将氨氮转化为硝态氮，再将膜池里的污泥和硝化混合液回流到缺氧池中进行溶解氧的控制，在缺氧状态下再回流至厌氧池以原水中有机物为电子供体，将回流的硝态氮进行反硝化，转化成N₂溢出水体，实现污水脱氮的目的。

膜生物反应器（MBR）在脱氮原理上与传统生物脱氮机理相同，所不同的是生物反应器中的生物浓度比A²/O等传统工艺更高，达到6－12 g/l，其技术难点也是存在DO的控制和碳源的利用问题上；在工艺上存在膜容易堵、容易断、膜通量小、投资高、能耗高、运行成本高的缺点。

本发明重点在于解决DO控制难和碳源利用问题，在原理上采用在好氧情况下进行反硝化，在工艺上避免了传统生物脱氮中好氧、厌氧交替进行才能实际反硝化，实现硝化与反硝化均在好氧情况下发生，顺利的解决了DO控制问题。同时同步发生硝化反硝化，碳源的利用也更加合理，反硝化的碳源需求量也更低，在同等碳源的情况下，脱氮效果更好。本发明人此前申请的发明专利：《一种用FBR微孔过滤生物反应器处理城市污水的方法》，专利号为：ZL 2010 1 0560194.2。该方法公开的是一种全混流式浸没式微孔过滤生物反应器，工程化应用中，存在以下问题：1）全混流式反应污水容易出现短流，影响脱氮效率；2）在生化段采用完全混流的形式，在高COD的情况下对脱氮效率影响不大，但在低COD的情况下严重影响脱氮效率；3）当系统负荷过高或过低，都可能会发生污泥膨胀，污泥沉降性能变差，导致污泥直接进入微孔过滤池中，堵塞微孔过滤池，影响出水效率，严重时使系统瘫痪；4）在工程应用上还存在填料流失，产生填料堵塞管道，损坏传动设备等后果。因此，针对《一种用FBR微孔过滤生物反应器处理城市污水的方法》发明中在规模工程化中出现的问题，本发明提出一种分置式FBR工艺进行处理城镇污水的方法，解决短流、低COD情况下脱氮效率不高、污泥膨胀时直接堵塞微孔过滤池及填料流失产生的系统问题，在工艺上进行改进。

发明内容

本发明目的是针对现有的城镇污水处理技术存在的脱氮效率低，膜生物反应器运行成本高等问题而提出的一种分置式FBR工艺进行处理城镇污水的方法，实现同步好氧硝化反硝化，解决传统生物脱氮工艺中硝化反硝化争夺碳源问题，使硝化与反硝化在同一个反应器中完成，也解决了DO控制难的缺点，在相同水质的情况下可以提高生物脱氮效率，总氮脱除效率可以达到85%以上。同时也针对本发明人申请的专利《一种用FBR微孔过滤生物反应器处理城市污水的方法》在工程化中出现的问题进行了工艺改进，解决了短流、低COD情况下脱氮效率不高、污泥膨胀时直接堵塞微孔过滤池及填料流失产生的系统问题；在工艺中采用推流式代替原发明中的全混流式，解决短流、低COD情况下脱氮效率不高的问题；采用沉淀过程与过滤过程分离，生化后的水经沉淀池处理后才进入微孔过滤池，解决了污泥膨胀时污泥直接进入微孔过滤池导致堵塞的问题；针对微孔过滤池在反冲时存在填料流失的问题，本发明增加了砂水分离器，分离后的填料用泥砂泵打回微孔过滤池，解决了填料流失问题又回收了填料，也解决了填料堵塞管道，损坏传动设备等系统问题。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：将城镇污水经过粗格栅、细格栅处理后进入曝气池进行生化处理，生化曝气池采用全推流式布置，生化曝气池内设置导流墙及推流器，底部安装微孔曝气充氧设备，均匀充氧；单独设置沉淀单元和微孔过滤单元，经生化处理后的污水自流到沉淀池，沉淀后的水依靠位差溢流至微孔过滤池，并利用重力流进行过滤，然后通过清水池出水；还包括如下具体工艺步骤：

1）污水中的大部分絮体在沉淀池中沉淀，并聚集到沉淀池池底的污泥斗中，形成积存污泥；沉淀池中设置刮泥机，每天运行4-6次；污泥斗底部连接污泥回流泵；

2）积存污泥通过污泥回流泵回流到推流式曝气池中进行循环生化处理，其回流比R＝2.0－4.0；污泥在沉淀池中的沉淀时间控制在1.5－2小时；

3）部分剩余污泥排到污泥处理系统进行浓缩后脱水处理，处理后的污泥做生物堆肥或填埋处理；剩余污泥量依据污泥龄而定，污泥龄取15－20天；

4）悬浮在污水中的细小絮体微粒和胶体微粒依靠重力流入分离式微孔过滤池中，通过分离式微孔过滤池吸附截留，进一步去除污水中细小絮体微粒和胶体微粒，使出水中的COD　和SS达标；

5）分离式微孔过滤池运行到出水量降低30%后，进入反冲洗阶段，此时采用气水联合反冲洗方式对分离式微孔过滤池中截留污物进行清洗；

6）从分离式微孔过滤池上部冲出带有少量填料的反冲洗水收集后进入砂水分离器进行分离；

7）从砂水分离器分离后的填料用泥砂泵输送回微孔过滤池，分离后的反冲洗水用泵输送回到沉淀池；

8）运行控制进水浓度：COD_Cr=200～800mg/l，NH₃-N=20～100mg/l ,TN=20～100mg/l，C/N：2～10, 含复合菌群污泥浓度6～10g/l，曝气池pH值6.5－9，曝气池的水力停留时间HRT=6～14小时，DO控制在2－8 mg/l；出水指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》中规定的一级A标准；其中，出水指标：COD_Cr≤30mg/l，NH₃-N≤1.5mg/l，TN≤10mg/l。

其进一步特征在于：曝气池采用全推流式布置，曝气池内设置导流墙及推流器，底部安装微孔曝气充氧设备，均匀充氧。

其进一步特征还在于：所述沉淀池和微孔过滤池分开单独设置沉淀后的水依靠位差溢流至微孔过滤池，并利用重力流进行过滤。

本发明的有益效果：本发明在工艺上把混流式曝气池改为推流式曝气池，解决污水短流、低COD情况下脱氮效率低的问题；将浸没式微孔过滤池改为分离式微孔过滤池，单独设置沉淀单元和微孔过滤单元，解决了污泥膨胀时污泥直接进入微孔过滤池导致堵塞，影响出水效率，严重时使系统瘫痪的问题；针对微孔过滤池在反冲时存在填料流失的问题，本发明增加了砂水分离器，分离后的填料用泥砂泵打回微孔过滤池，解决了填料流失问题又回收了填料，也解决了填料堵塞管道，损坏传动设备等系统问题；本发明实现了低COD情况下同步硝化反硝化，解决了硝化反硝化争夺碳源问题，有效地提高脱氮效果；同时也解决了工程化过程存在的影响运行稳定，损坏传动设备等工程化问题。

附图说明

图1 传统生物脱氮A²O处理工艺流程图；

图2 专利ZL 2010 1 0560194.2中的工艺流程图；

图 3 本发明工艺流程示意图；

图4本发明推流式曝气池示意图。

具体实施方式

以下通过具体的实施范例对本发明的上述内容做进一步的详细说明：

图3至图4中，城镇污水先经过粗格栅、细格栅处理后进入推流式曝气池进行生化处理，生化池停留时间4－8小时，溶解氧控制在2－8 mg/l；复合菌群污泥浓度6～10g/l生化处理后的出水自流到沉淀池，大部分絮体在沉淀池中沉淀，聚集到池底的污泥斗中，形成积存污泥，污泥斗底部连接污泥回流泵，通过污泥回流泵把积存污泥回流到曝气生化池中，回流比R＝2.0－4.0；沉淀池中设置刮泥机，每天运行4－6次。部分剩余污泥排到污泥处理系统进行浓缩后脱水处理，处理后做生物堆肥或填埋处理；沉淀时间控制在1.5－2小时。

在沉淀池中不易沉淀的小部分细小絮体微粒和胶体微粒悬浮在水中，依靠重力流入微孔过滤池，通过微孔过滤池吸附截留，进一步去除水中细小絮体悬浮和胶体，使出水中的COD和SS达标。

微孔过滤池运行到出水量降低30%后，进入反冲洗阶段，采用气水联合反冲洗方式对其进行清洗；微孔过滤池中截留的污物伴有少量填料从微孔过滤池上部冲出，反冲洗水经收集后进入砂水分离器，经分离后填料回到微孔过滤池中，反冲洗水回到沉淀池，实现反冲洗排水“零排放”。

从沉淀池底部通过污泥泵将污泥回流至生化曝气池，曝气池中污泥浓度显著提高，MLSS可达6－10g/L，可防止活性微生物流失，提高硝化反硝化效果。同时降低污泥有机负荷，防止污泥膨胀，使污泥进入内源消化状态，减少污泥产生量。

分置式FBR生物反应器工艺图参见图3

分离式FBR生物反应器工艺特点：

1）采用完全推流式，使碳源利用更加合理，实现同步硝化与反硝化，在碳源一定的前提下，提高了脱氮效率。

2）增加了砂水分离器，解决了填料流失、堵塞管道，损坏传动设备的问题；整个工艺中没有缺氧、厌氧处理单元，简化了处理工艺流程，减少了投资。

3）低能耗。由于采用好氧硝化工艺，取消混合液回流泵，微孔过滤池重力出水，大幅度降低了能耗，吨水能耗与传统活性污泥法近似，为0.3～0.4Kwh/m³，远低于MBR0.6～2 Kwh/m³的吨水能耗。

4）混流式曝气池改为推流式曝气池，能更好控制运行负荷，出水水质运行更加稳定。

5）F/M污泥负荷低，污泥产量少，排泥量少，污泥处理费用低。

6）满足大规模污水处理厂的建设和改造。

7）操作自动化程度高，工艺环节少，处理过程简单，易于管理。

运行控制进水浓度：COD_Cr =200～800mg/l，NH₃-N=20～100mg/l ,TN=20～100mg/l，C/N：2～10,含复合菌群污泥浓度6～10g/l，溶解氧控制在2－8 mg/l，曝气池pH值6.5－9，曝气池的水力停留时间HRT=6～14小时。

出水指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》中规定的一级A标准。

实例1～5：

处理原水为实际污水处理厂进水，其中工业污水占50%，生活污水占50%，不需要添加其他营养盐。

实际水质基本情况：COD_Cr=152～359mg/l，NH₃-N=36.4～61.8mg/l ,TN=36.54～61.98mg/l，C/N：3～10,含复合菌群污泥浓度,6～10g/l，曝气池pH值6.5－9，曝气池的水力停留时间HRT=6～14小时。

运行上述污水进水浓度后的出水指标中：CODCr=3～22 mg/l，NH3-N=0.16～1.01mg/l，TN=5.11～9.56mg/l 。详见表1。

实际控制指标：生化池DO：2～4 mg/l。沉淀池沉淀时间控制在1.5小时，曝气池的水力停留时间HRT=8.0小时，实际结果见表1，工程装置与图 3 本发明工艺流程完全一致，生化曝气池有效容积12m³，有效水深为1.5 m，生化曝气池用空压机充氧，生化池底部安装微孔曝气管，生化曝气池内设置导流墙及推流器；微孔过滤池用压缩空气和处理后的出水反冲洗，用污水潜水泵做沉淀池的污泥回流和进水水量控制；进水流量为1.5t/h，回流比R＝3.0；进水取水口为实际污水处理厂经过粗格栅、细格栅处理后的污水。

表1不同进水水质情况下的处理结果（实施实例1－5）

　从以上数据分析，出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》中规定的一级A标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施范例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用分置式FBR生物反应器处理城镇污水的方法，该方法包括将城镇污水经过粗格栅、细格栅处理后进入曝气池进行生化处理，经生化处理后的污水自流到沉淀池后经微孔过滤池过滤，然后通过清水池出水；其特征在于，还包括如下具体工艺步骤：

8）运行控制进水浓度：COD_Cr=200～800mg/l，NH₃-N=20～100mg/l ,TN=20～100mg/l，C/N：2～10, 含复合菌群污泥浓度6～10g/l，曝气池pH值6.5－9，曝气池的水力停留时间HRT=6～14小时，DO控制在2－8 mg/l。

2.根据权利要求1所述的一种用分置式FBR生物反应器处理城镇污水的方法，其特征在于：曝气池采用全推流式布置，曝气池内设置导流墙及推流器，底部安装微孔曝气充氧设备，均匀充氧。

3.根据权利要求1所述的一种用分置式FBR生物反应器处理城镇污水的方法，其特征在于：所述沉淀池和微孔过滤池分开单独设置，沉淀后的水依靠位差溢流至微孔过滤池，并利用重力流进行过滤。