CN103304093B - 一种市政污水深度脱氮除磷的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种市政污水深度脱氮除磷的装置及方法,属于污水处理技术领域。采用SBR与藻类光反应器相耦合,市政污水经过预处理后,进入SBR反应器强化脱氮除磷,随后上清液进入含有藻类的光反应器进一步脱氮除磷,其停留时间与SBR的比例为3:1,藻类反应器的出水经絮凝-超滤-消毒处理即可达到并优于地表水V类标准。该集成工艺系统出水稳定,运行成本低,同时藻类在其生长过程中能够吸收CO2减低碳排放,并且为生产生物燃料提供原材料,是一种经济环保、可持续循环发展的新型污水处理集成工艺。

Description

一种市政污水深度脱氮除磷的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及污水处理领域,应用SBR (序列间歇式活性污泥法)与藻类反应器耦合 系统,深度脱除市政污水中氮磷的一种集成工艺。
背景技术
[0002] 水资源短缺是我国城市发展过程中普遍遇到的瓶颈问题。城市污水经过处理后的 再生利用是解决城市水资源短缺的有效手段。目前再生水已经成为城市的第二大水源,污 水的再生利用和资源化具有可观的社会效益、环境效益和经济效益,已经成为世界各国解 决水问题的必然选择。
[0003] 根据国标GB/T18921-2002和《城市污水再生利用技术指南(试行)-2012》中的相 关规定,再生水用于景观湖泊补给水时,除了控制水的色度、浊度和总大肠菌群数等常规指 标外,还需要严格控制水体中的氮磷含量。由于景观湖泊水体的水力停留时间长,在长时间 的光照和水分蒸发等综合条件下,容易引起水体富营养化,即水体中藻类大量繁殖,溶解氧 降低,引起鱼类等动物死亡,水质严重恶化。现阶段城市污水制备再生水的主要工艺流程是 将城市污水初沉过滤后,应用活性污泥法去除水体中的有机污染物及氮磷等营养物,再经 过二次沉淀、介质过滤、超滤膜过滤等工艺达到再生水回用标准。污水处理厂现阶段应用的 活性污泥处理工艺主要有氧化沟、A 2/0、A/0、SBR、UCT、MUCT、JHB和Bardenpho系列等。但 是应用上述工艺处理后的污水氮磷含量往往高于地表水V类标准(氮含量< 2. Omg/L,磷含 量< 0. 4mg/L),如果应用于景观用水的补给水,还需要进一步的深度处理。一般情况下,水 中的氮磷大都以离子形态存在于废水中,目前常用的深度处理工艺是应用反渗透膜去除水 体中残余的氮磷,操作和运行成本较高,维护费用大。而应用化学药剂除磷不但成本高,还 会造成二次污染,不宜大量使用。
[0004] 而藻类在光合作用下可以吸收水中的氮磷等无机物,同时固定空气中的CO2合成 自身物质。天然水体中氮磷含量超标,引起藻类自身大量繁殖,容易导致水体富营养化。如 果把藻类控制在有限容器内生长,经藻类生长后的水则很难再次发生水华。应用藻类处理 废水是一种经济有效的方法,具有很好的应用前景。因此有必要建立一种应用藻类对市政 污水进行深度处理的工艺,并优化操作条件和参数,使污水达到相关排放标准。同时藻类在 生长过程中吸收CO 2,降低碳排放。收集的藻类菌体还可用于提取生物燃料或者厌氧发酵生 产燃气,环境效益及经济效益明显。
发明内容
[0005] 本发明是针对现有市政污水深度处理工艺投资大,运行费用高等缺点,提供一种 应用藻类对市政污水进行深度处理的集成工艺,使出水水质达到并优于地表水V类标准。 本工艺运行成本低,在处理污水的同时能够减低碳排放并为生产生物燃料提供原材料,是 一种经济环保、可持续发展的新型集成工艺技术。
[0006] 本发明方法的工艺路线是:市政污水经过格栅-沉砂池-调节池的预处理后,进入 SBR反应器经活性污泥处理,随后上清液进入培养有藻类的光反应器,停留特定时间后,再 经絮凝-超滤-消毒处理即可达标排放。
[0007] 本发明市政污水深度脱氮除磷的装置,其特征在于,SBR与藻类反应器耦合,包 括格栅、沉砂池、调节池、SBR单元、光反应器单元和膜过滤单元,沉砂池(2)依次和调节池 (3)、SBR单元(4)连接,SBR单元(4)通过第一沉淀池(5a)和泵与光反应器单元(6)连接, 光反应器单元(6)通过第一管道混合器(8a)与第二沉淀池(5b)连接,第二沉淀池(5b)通过 泵与膜过滤单元(9)连接,第一管道混合器(8a)还与絮凝剂池(7)连接;光反应器的材料为 可透光材料,内置突光灯或发光二极管(12)作为补充光源,光照强度为4000〜80001x ;光 反应器采用上进水、下出水的运行方式,光反应器的底部设有曝气装置,可以使用空气或者 电厂废气(二氧化碳含量1〜30%)进行曝光;光反应器内含有土生藻类;第二沉淀池(5b) 的下端与光反应器连接。
[0008] 光反应器直径为15〜20cm,高150〜200cm,多个光反应器以阵列式排列,即多个 光反应器采用串联、并联或混联的方式组合进行水处理。
[0009] 采用上述装置进行污水处理的方法,其特征在于包括以下步骤:
[0010] (1)污水经过格栅(图1中1)-沉砂池(图1中2)-调节池(图1中3)的预处理 后,进入SBR处理,SBR应用的是强化除磷SBR工艺,按流程分别包括进水、厌氧搅拌(80〜 lOOmin)、好氧曝气(4〜5h)、沉降(10〜20min)、排水和闲置六步骤,其中厌氧搅拌80〜 lOOmin、好氧曝气4〜5h、沉降10〜20min,经SBR排出的水经过第一沉降池沉淀,上清液 进入光反应器进一步处理;
[0011] (2)第一沉降池上清液进入光反应器处理进一步处理之前,将藻类菌种投放到光 反应器中,持续光照曝气15天,使藻类富集并成功在光反应器内表面挂膜;挂膜后即可进 入连续处理阶段,光反应器进水后持续光照或者交替光照,同时曝气进行处理,处理水的停 留时间为14〜18h ;处理后污水从光反应器下部出口排放,同时经过管道混合器(8a)与絮 凝剂混合絮凝后进入第二沉淀池(5b)沉降,第二沉淀池(5b)上清液进入膜过滤单元(9)去 除悬浮物,经第二沉淀池(5b)絮凝的藻类菌体部分返回光反应器(6)增加藻类菌体量,一 部分进入过滤设备脱除水分,进行厌氧发酵生产甲烷燃气或者生产生物柴油;
[0012] (3)经膜过滤的出水经消毒后即可达标排放。
[0013] 应用SBR对市政污水进行处理的工艺比较成熟,其自动化控制程度高,本发明市 政出水水质参数平均值如表1所示,处理过程能够稳定运行。
[0014] 表ISBR出水水质特征
Figure CN103304093BD00041
[0016] 膜过滤单元采用批式过滤工艺,用超滤膜去除水体中的悬浮物,其处理工艺较为 成熟。本发明中所用膜优选截留分子量为50, 000道尔顿,材质为PES (聚醚砜),工作压力 为0.3〜0.5MPa。同时包含反洗和除垢系统。经膜过滤的出水经消毒后即可达标排放。过 滤间歇期间对膜单元进行反洗,反洗时间为过滤时间的1/10〜1/15,结合处理量,每月对 膜进行化学清洗。
[0017] 沉降池的作用是沉降水体中的固体悬浮物。根据活性污泥与藻类各自的比生长速 率,确定SBR系统的水力停留时间与光反应器的水力停留时间之比为1:3,以达到较优化的 处理效果。
[0018] SBR为自动化控制,为智能SBR控制器,活性污泥为经过SBR系统运行1〜3个月 驯化成熟的活性污泥,污泥的SVI3tl为30〜40mL/g,MLSS为4. 0〜4. 5g/L,好氧曝气阶段 控制溶氧在3〜5mg/L。
[0019] 光反应器的材料为有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯)等可透光材料,反应 器直径为15〜20cm,高150〜200cm ;内置荧光灯或发光二极管作为补充光源,光照强度为 4000〜80001x,波长范围为400〜500nm或者600〜700nm。
[0020] 光反应器中的土生藻类包括但不限于绿藻(如颤藻、小球藻等)或者硅藻中的两种 或者三种及以上的组合,也可是河道中常见的其它藻类。
[0021] 絮凝剂指聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合磷酸铁、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合磷 酸铝之一;絮凝剂添加量为10-30mg/L。优选铁盐类的絮凝剂,可为藻类提供生长必需的铁 元素。
[0022] 膜过滤单元中的过滤膜为中空纤维膜,依照膜材料、截留分子量和处理负荷可以 通过国内一般膜公司加工订购。膜过滤单元还包括反洗系统,反洗剂主要指次氯酸盐;
[0023] 消毒所用消毒剂主要指次氯酸盐、次氯酸、氯、双氧水或臭氧。
[0024] 通过以上方法,逐级降低水中的污染物,特别是对氮磷元素有很好的去除。SBR单 元能够去除84. 21%的C0D、95%的氨氮及75%的磷元素;光反应器能够去除5. 26%的C0D、 5%的氨氮及22%的磷元素;膜单元能够去除10. 53%的COD和1%的磷元素。系统出水COD 均值达到15mg/L以下,总磷含量低于0. lmg/L,氨氮去除率接近100%,总磷去除率达到97%。 氮磷含量远远低于地表水V类标准(氮含量< 2. Omg/L,磷含量< 0. 4mg/L),排放后极大的 减低了水体富营养化的可能性,是一种经济环保、易于放大的水处理方法。
附图说明
[0025] 图1为SBR与藻类耦合处理市政污水工艺流程图。其中1格栅,2沉砂池,3中和 池,4SBR,5a-b沉淀池,6光反应器,7絮凝剂池,8a-b-c管道混合器,9超滤膜,10产水池, lla-b搅拌器,12辅助日光灯系统:突光灯或发光二极管。
具体实施方式
[0026] 下面结合实例进一步说明本发明的具体实施方式,但本发明保护不限于下述实施 方式及其组合。
[0027] 深度脱氮除磷的装置,包括格栅1、沉砂池2、调节池3、SBR单元4、光反应器单元6 和膜过滤单元9,沉砂池依次和调节池、SBR单元连接,SBR单元通过第一沉淀池5a和泵与 光反应器单元连接,光反应器单元通过第一管道混合器8a与第二沉淀池5b连接,第二沉淀 池5b通过泵与膜过滤单元连接,第一管道混合器8a还与絮凝剂池7连接;光反应器的材料 为可透光材料,反应器直径为15〜20cm,高150〜200cm,内置荧光灯或发光二极管12作 为补充光源,光照强度为4000〜80001x ;光反应器采用上进水、下出水的运行方式,光反应 器的底部设有曝气装置,可以使用空气或者电厂废气(二氧化碳含量1〜30%)进行曝光;光 反应器内含有土生藻类。在SBR单元4和絮凝剂池7中还设有搅拌器I Ia和I Ib,膜过滤单 元的出水进入产水池10,在产水池和第二沉淀池水出口之间还有第二管道混合器8b,在产 水池与第三管道混合器8c连接,第二管道混合器8b与第三管道混合器8c均可以投加消毒 齐U,膜过滤单元的部分水返回到第二沉淀池。实施实例1
[0028] (1)以每日100吨的生活污水处理量计算处理工艺,按本SBR的流程时间,则SBR 的有效容积为25m3,与之相匹配的微藻光反应器总有效容积为75m3。按每支反应器直径 20cm,高200cm计算,需要光反应器1200支,其总空气流量为200m 3/h。
[0029] (2)市政污水经过格栅-沉砂池-调节池的预处理后,进入SBR反应器,每流程周 期包括进水、厌氧搅拌(90min)、好氧曝气(240min)、沉降(lOmin)、排水和闲置(共6h)。控 制反应器中的水体PH为6. 0〜7. 5,温度为15〜25°C,好氧阶段的溶氧为3mg/L,污泥的 SVI3tl为38mL/g,MLSS为4. 2g/L。经SBR排出的二级出水经过沉淀,上清液进入光反应器进 一步处理。
[0030] (3)光反应器以阵列式排列,将本地水体中的土生藻类,主要包含颤藻、小球藻等 绿藻或者硅藻中的两种或者三种及其组合,投放到反应器中,持续光照曝气15天,使藻类 富集并成功在反应器表面挂膜。挂膜后采用24h连续照明的方式进行SBR出水的处理。采 用空气曝气,反应停留的时间为18h。排出后与聚合氯化铁溶液混合絮凝(添加量为5mg/ L),在沉淀池5b中沉淀,沉淀的藻体回流至光反应器(回流比为1:2),一部分排出经板框过 滤机脱除水分。上清液进入膜过滤系统。
[0031] (4)膜过滤单元
[0032] 膜过滤单元采用批式过滤工艺,用超滤膜来去除水体中的悬浮物。本案例中所用 膜的截留分子量为50, 000道尔顿,材质为PES (聚醚砜),工作压力为0.5MPa,其需要的膜 面积为1200m2 (IOOm2/支X 12支)。每天为一工作周期,工作时间为8小时,包括反洗的时 间。经膜过滤的出水经次氯酸钠消毒后即可达标排放。
[0033] 以上各单元分别在水体流入系统,流出SBR,流出光反应器,流出膜系统时取水样 进行测试。通过以上方法,逐级降低水中的污染物,特别是对氮磷元素有很好的去除。系统 进水COD为580mg/L,出水COD均值达到15mg/L,总磷进水为6. 8mg/L,出水含量为0· 06mg/ L,氨氮去除率为99%,总磷去除率达到99%。氮磷含量远远低于地表水V类标准(氮含量 彡2. Omg/L,磷含量彡0. 4mg/L)。SBR单元能够去除81. 61%的C0D、95%的氨氮及75%的磷 元素;光反应器能够去除5. 26%的C0D、4%的氨氮及23%的磷元素;膜单元能够去除10. 53% 的COD和1%的磷元素。
[0034] 实施实例2
[0035] (1)以每日500吨的生活污水处理量计算处理工艺,按本SBR的流程时间,则需要 SBR的有效容积为125m3,与之相匹配的光反应器的有效容积为375m3。按每支反应器直径 20cm,高200cm计算,需要光反应器6000支,其总空气流量为IOOOmVh。
[0036] (2)市政污水经过格栅-沉砂池-调节池的预处理后,进入SBR反应器,每流程周 期包括进水、厌氧搅拌(90min)、好氧曝气(240min)、沉降(lOmin)、排水和闲置(共6h)。控 制反应器中的水体PH为6. 0〜7. 5,温度为15〜25°C,好氧阶段的溶氧为5mg/L,污泥的 SVI3tl为45mL/g,MLSS为4. 8g/L。经SBR排出的二级出水经过沉淀,上清液进入光反应器进 一步处理。
[0037] (3)光反应器以阵列式排列,将本地水体中的土生藻类,主要包含颤藻、小球藻等 绿藻或者硅藻中的两种或者三种及其组合,投放到反应器中,持续光照曝气15天,使藻类 富集并成功在反应器表面挂膜。挂膜后采用12:12h光照/黑暗的方式进行SBR出水的处 理。采用含有5%0) 2的烟气废气曝气,反应停留的时间为16h。排出后与聚合氯化铁溶液混 合絮凝(添加量为8mg/L),在沉淀池5b中沉淀,沉淀的藻体回流至反应器(回流比为1:4), 一部分排出经板框过滤机脱除水分。上清液进入膜过滤系统。
[0038] (4)膜过滤单元
[0039] 膜过滤单元采用批式过滤工艺,用超滤膜来去除水体中的悬浮物。本案例中所用 膜的截留分子量为50, 000道尔顿,材质为PES (聚醚砜),工作压力为0.6MPa,其需要的膜 面积为6000m2 (IOOm2/支X 60支)。每天为一工作周期,工作时间为8小时,包括反洗的时 间。经膜过滤的出水经次氯酸钠消毒后即可达标排放。
[0040] 以上各单元分别在水体流入系统,流出SBR,流出光反应器,流出膜系统时取水样 进行测试。通过以上方法,逐级降低水中的污染物,特别是对氮磷元素有很好的去除,且交 替的黑暗对光反应器没有负面影响。系统进水COD为500mg/L,出水COD均值达到35mg/L, 总磷进水为6. 2mg/L,出水含量为0. 08mg/L,氨氮去除率为98%,总磷去除率达到98. 7%。氮 磷含量远远低于地表水V类标准(氮含量彡2. Omg/L,磷含量彡0. 4mg/L)。SBR单元能够去 除80%的C0D、95%的氨氮及73%的磷元素;光反应器能够去除3%的C0D、3%的氨氮及24. 7% 的磷元素;膜单元能够去除10%的COD和1%的磷元素。

Claims (9)

1. 一种市政污水深度脱氮除磷的装置,其特征在于,SBR与藻类反应器耦合,包括格 栅、沉砂池、调节池、SBR单元、光反应器单元和膜过滤单元,沉砂池(2)依次和调节池(3)、 SBR单元(4)连接,SBR单元(4)通过第一沉淀池(5a)和泵与光反应器单元(6)连接,光反 应器单元(6)通过第一管道混合器(8a)与第二沉淀池(5b)连接,第二沉淀池(5b)通过泵 与膜过滤单元(9)连接,第一管道混合器(8a)还与絮凝剂池(7)连接;光反应器的材料为 可透光材料,内置突光灯或发光二极管(12)作为补充光源,光照强度为4000〜80001x ;光 反应器采用上进水、下出水的运行方式,光反应器的底部设有曝气装置,光反应器内含有土 生藻类;第二沉淀池(5b)的下端与光反应器连接。
2. 按照权利要求1的装置,其特征在于,光反应器直径为15〜20cm,高150〜200cm, 多个光反应器采用串联、并联或混联的方式组合进行水处理。
3. 按照权利要求1的装置进行污水处理的方法,其特征在于,包括以下步骤: (1) 污水经过格栅、沉砂池、调节池的预处理后,进入SBR处理,SBR应用的是强化除磷 SBR工艺,按流程分别包括进水、厌氧搅拌、好氧曝气、沉降、排水和闲置六步骤,其中厌氧搅 拌80〜lOOmin、好氧曝气4〜5h、沉降10〜20min,经SBR排出的水经过第一沉降池沉淀, 上清液进入光反应器进一步处理; (2) 第一沉降池上清液进入光反应器处理进一步处理之前,将藻类菌种投放到光反应 器中,持续光照曝气15天,使藻类富集并成功在光反应器内表面挂膜;挂膜后即可进入连 续处理阶段,光反应器进水后持续光照或者交替光照,同时曝气进行处理,处理水的停留时 间为14〜18h ;处理后污水从光反应器下部出口排放,同时经过管道混合器(8a)与絮凝剂 混合絮凝后进入第二沉淀池(5b)沉降,第二沉淀池(5b)上清液进入膜过滤单元(9)去除 悬浮物,经第二沉淀池(5b)絮凝的藻类菌体部分返回光反应器(6)增加藻类菌体量,一部 分进入过滤设备脱除水分,进行厌氧发酵生产甲烷燃气或者生产生物柴油; (3) 经膜过滤的出水经消毒后即可达标排放。
4. 按照权利要求3的方法,其特征在于,SBR系统的水力停留时间与光反应器的水力停 留时间之比为1:3。
5. 按照权利要求3的方法,其特征在于,SBR中活性污泥为经过SBR系统运行1〜3个 月驯化成熟的活性污泥,污泥的SVI3Q为30〜40mL/g,MLSS为4. 0〜4. 5g/L,好氧曝气阶 段控制溶氧在3〜5mg/L。
6. 按照权利要求3的方法,其特征在于,内置突光灯或发光二极管作为补充光源,光照 强度为4000〜80001x,波长范围为400〜500nm或者600〜700nm。
7. 按照权利要求3的方法,其特征在于,絮凝剂指聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合磷酸 铁、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合磷酸铝之一;絮凝剂添加量为10-30mg/L。
8. 按照权利要求3的方法,其特征在于,消毒所用消毒剂指次氯酸盐、次氯酸、氯、双氧 水或臭氧。
9. 按照权利要求3的方法,其特征在于,膜过滤单元还包括反洗系统,膜清洗剂主要指 次氯酸盐;膜过滤单元中的过滤膜为中空纤维膜。
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