CN104671586A

CN104671586A - 一种污水处理系统及方法

Info

Publication number: CN104671586A
Application number: CN201410303724.3A
Authority: CN
Inventors: 张东曙
Original assignee: SHANGHAI SHIYUAN ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SHIYUAN ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: CN104671586B

Abstract

本发明公开了一种利用生物固氮的污水处理系统及方法，该系统主要包括用于对废水进行绝菌纯化、用于处理预处理后的废水的光能固氮反应器，用于向所述光能固氮反应器内投加营养物质的药剂投加装置，用于处理经所述光能固氮反应器处理后的废水的超滤装置，以及污泥储存装置，所述光能固氮反应器内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥，并且，所述光能固氮反应器内置有光源、加热装置及温度控制装置，所述光能固氮反应器顶部设置尾气收集装置。本发明的污水处理系统及方法大幅度缩短工艺流程、节省基建及维护费用、达到了更好的脱氮除磷效果、保证了磷的合理利用、同时避免了二次污染、能耗大幅降低。

Description

一种污水处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种利用生物固氮的污水处理系统及方法。

背景技术

20世纪70年代以来，世界各国意识到控制水体中的氮磷含量是抑制水体富营养化的重要因素，进而推进了对污水处理中脱氮除磷要求的不断提高，造成污水处理工艺及其运行日益复杂化以及污水处理的投资及其运行费用也随之越来越高的问题。因此如何在满足处理要求的前提下，简化工艺流程，减少工程投资和运行费用，是世界各国所面临的一个共同课题。现阶段各种除磷脱氮工艺一般都是除碳、除氮、除磷三种流程的有机组合，其中广泛运用的为厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺（A2O）。

在现有的脱氮除磷处理技术领域，最为常规的厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺（A2O）的技术流程依次包含：

a．预处理阶段：废水进水通过格栅、自然沉淀或加药沉淀等物理化学手段分离污水中的漂浮物和悬浮颗粒；

b．厌氧阶段：用于处理流出预处理装置的废水及同步进入的自二沉池回流的含磷污泥，处理后污水中的磷浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使水中的BOD5浓度下降；同时，NH₃-N因细胞的合成而被去除一部分从而降低其浓度，但NO₃-N的含量不发生变化；

c．缺氧阶段：反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入的大量NO₃-N及NO₂-N还原为N₂，从而使得BOD5及NO₃-N浓度下降，但磷浓度的变化较小；

d．好氧阶段：有机物被微生物生化降解使有机物浓度下降；同时有机氮被氨化继而被硝化，使NH₃-N浓度下降；随着硝化过程中NO₃-N的浓度增加，磷浓度也随着聚磷菌的过量摄取快速下降；

e．污泥处理：处理过程中产生的污泥通过浓缩、脱水的方式减小污泥体积，降低含水率，便于后续污泥处置。

其中，上述常规A2O工艺流程在实际运用中存在以下问题：

1. 反应池容积较A/O工艺（厌氧好氧工艺）大且污泥回流量大、能耗高：工艺过程中的回流污泥全部进入厌氧段，而为了维持较低的污泥负荷以保证系统的硝化性能，回流比一般需保持在40%-100%之间，使反应池容积大大增加，使基建费用升高，同时也增加了其运行及维护等费用；

2. 脱氮除磷效果的相互抑制：当系统回流污泥量较大时，回流污泥内大量的硝酸盐也将被夹带至厌氧池，而聚磷菌释放磷的条件为厌氧状态并同时有溶解性BOD的存在。当大量硝酸盐存在时，反硝化菌会以有机物作为碳源进行反硝化，等脱氮完全后方可开始磷的厌氧释放，这使得厌氧阶段内进行磷的厌氧释放的有效容积大为减少，降低除磷的效果，相比而言脱氮效果较好；反之，若好氧段内的硝化作用较差，则随回流污泥进入厌氧段内的硝酸盐量便减少，使磷得以充分的厌氧释放，增加其除磷效果，但由于硝化的不完全，导致脱氮效果不佳；

3. 常规的A2O工艺处理含磷废水时水处理系统会产生大量含磷污泥，此类污泥及其浓缩液如处置不当，会再次进入自然水体形成二次污染。而在另一方面，作为生命活动中非常重要的一类物质、同时也是工业生产中广泛运用的原料，磷元素在自然界中的转移是单向的，因此大量的开采与使用将造成磷元素逐渐变成一种稀缺性资源。因此传统的工艺对含磷污泥的处置存在着造成二次污染与资源浪费的双重矛盾；

4. 常规A2O工艺是通过硝化-反硝化过程来实现脱氮除磷以及去除COD的效果的，故整个工艺流内需要大比例的污泥回流以及大风量曝气以保证污泥浓度及供氧量，这使得工艺中的能量消耗增加；

5. 常规A2O工艺技术脱氮除磷工艺流程长控制条件复杂。

发明内容

本发明提供一种利用生物固氮的污水处理系统及方法，以解决现有技术中的工艺流程长、控制条件复杂、硝化-反硝化过程的高能耗、氧浓度分别制约脱氮和除磷效果以及常规工艺产生污泥因难以处置而形成二次污染的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种污水处理系统，包括：

预处理子系统，用于对废水进行绝菌纯化，使废水内不含其他菌种；

光能固氮反应器，用于处理预处理后的废水；所述光能固氮反应器内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥，并且，所述光能固氮反应器内置有光源，此外，所述光能固氮反应器内还设有控制所述光能固氮反应器内温度的加热装置及温度控制装置，所述光能固氮反应器顶部设置尾气收集装置；

药剂投加装置，用于向所述光能固氮反应器内投加营养物质；

超滤装置，用于处理经所述光能固氮反应器处理后的废水，截留废水中大部分有机污染物；

污泥储存装置，用于存储经超滤装置处理后的部分剩余污泥。

在本发明的一优选实施例中，所述固氮细菌为厌氧产氢细菌。

在本发明的一优选实施例中，所述预处理子系统为消毒子系统或超滤子系统。

在本发明的一优选实施例中，所述光能固氮反应器包括一厌氧生物固氮反应池，所述厌氧生物固氮反应池内有大量表面附着生长固氮细菌（如厌氧产氢细菌）的厌氧污泥。

在本发明的一优选实施例中，所述光能固氮反应器内设置的温度控制装置为具有报警功能的温度报警控制装置。此外，温度控制装置还可附具其他任何合适的功能构件。

在本发明的一优选实施例中，所述光能固氮反应器内设置的加热装置为蒸汽加热装置。此外还可以选用其它任何合适的加热装置。

在本发明的一优选实施例中，所述超滤装置为外置式超滤膜。

在本发明的一优选实施例中，所述污泥储存装置为污泥储池。

本发明同时提供一种污水处理方法，包括以下步骤：

（1）预处理，对废水进行绝菌纯化，使废水内不含其他菌种；

（2）经预处理后的废水进入一光能固氮反应器，所述光能固氮反应器内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥，所述厌氧污泥在光源照射下，利用废水中已有的含有C、N、P的有机物作为基质进行生长繁殖和新陈代谢，部分物质用于合成新的细胞，剩余物质经代谢后转化为无机物，完成同步脱氮除磷、降低COD以及细菌增殖的过程，并保证处理过程的温度维持在最适宜所述固氮细菌生长的范围，同时收集所述固氮细菌在新陈代谢过程中产生的氢气；此外，在处理过程中根据需要添加营养物质，确保废水中的营养物质比例维持在最适宜所述固氮细菌生长的数值；

（3）经步骤（2）的厌氧处理后的废水通过超滤膜进行超滤处理，使废水中剩余的大部分有机污染物截留于所述超滤膜一侧得到浓液，所述超滤膜的另一侧产出达到出水标准的清液；经过超滤后含有厌氧污泥的浓液的一部分回流至所述光能固氮反应器内确保污泥浓度，另一部分收集回流至一污泥储存装置内。

在本发明的一优选实施例中，所述预处理步骤通过消毒或者超滤的方式纯化废水。

在本发明的一优选实施例中，所述步骤（2）中，在所述厌氧污泥处理过程的温度不在设定范围内时进行报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一．本发明的污水处理系统及方法只需设置厌氧池，大幅度缩短工艺流程，同时整个脱氮除磷的过程只在一个反应器内完成，并且无需回流系统便可同时达到脱氮除磷的效果，从而避免了现有工艺反应池容积大，使基建费用升高，同时也增加了其运行及维护等费用的缺点；

第二．本发明由于采用了固氮细菌（如厌氧产氢细菌群）作为厌氧处理段污泥，使氮磷在厌氧池内进行同步消除，避免了两种效果相互制约的情况；

第三．本发明选用污泥固氮菌种（如厌氧产氢细菌群）以氮、磷作为其有机体组成所需物，利用吸收的氮、磷进行繁殖生长，故污泥可完全使用于养殖、施肥等农业工艺中，使磷进入生态循环系统内，不但保证了磷的合理利用，同时也避免了二次污染问题，产生了极高的经济效益；

第四．本发明由于选用的是固氮细菌（如厌氧产氢细菌群）作用反应，避免了硝化-反硝化所需的污泥回流，同时固氮细菌（如厌氧产氢细菌群）所需的能量采用光源供给，能耗可大幅度降低。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例的污泥处理系统及流程示意图。

具体实施方式

本发明用于解决高氮磷、高COD废水处理工艺的问题。经大量研究表明，污水中的氮和磷是导致受纳水体富营养化的主要原因之一，故脱氮除磷技术已成为当今水污染控制领域研究的热点和难点之一。本发明针对此问题建立了一套完整的废水处理系统，通过选取固氮细菌菌群（厌氧产氢细菌）代替常规污泥，使工艺达到同步脱氮除磷以及资源回收利用的效果，同时系统对处理过程中产生的所有形式的废弃物（固体、液体、废气）都妥善处置，避免了因处理不当造成的二次污染问题。

本发明的一种污水处理系统，包括：

上述装置中的具体实施设备可由本领域技术人员根据需要和现有技术确定，此处不做详细描述和限定。

本发明的一种污水处理方法，包括以下步骤：

上述方法中的具体实现装置可由本领域技术人员确定，此处不做详细描述和限定。

下方结合具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

请参见图1，本实施例提供的一种污水处理系统及方法包括：

预处理系统：污水处理系统前段设置预处理系统，通过消毒或者超滤的方式纯化废水，使进入反应器内的废水内不含其他菌种，避免形成竞争，对后续系统中生化污泥处理效果产生干扰；本发明方案的是采用超滤系统或消毒系统作为预处理单元，目的是为了绝菌纯化，择一使用。具体地例如，同时设置有消毒系统01和进水超滤系统02，其中消毒系统01设有消毒物质发生器例如臭氧发生系统03，消毒系统01和进水超滤系统02择一使用。

光能固氮反应器7：经消毒或超滤后的废水通过04所示的管路进入光能固氮反应器7，该光能固氮反应器7为厌氧生物固氮反应器，其具有一厌氧生物固氮反应池，该厌氧生物固氮反应池内有大量表面附着生长有固氮细菌（如厌氧产氢细菌）的厌氧污泥，固氮细菌群在光能固氮反应器内置的光源照射下，利用废水中已有的污染物质，即含有C、N、P的有机物作为基质进行生长繁殖和新陈代谢，部分物质用于合成新的细胞，剩余物质经代谢后转化为无机物，废水在这一过程中完成了同步脱氮除磷、降低COD以及细菌增殖的过程；同时光能固氮反应器7内还设有蒸汽加热系统及温度报警控制系统，以保证该反应器7内温度可以维持在最适宜上述固氮细菌生长的范围，并提高了系统安全稳定性；此外，由于上述固氮细菌在新陈代谢过程中产生少量氢气，因此在反应器7顶部设置集气罩12，该集气罩12连通尾气收集装置13，经收集后的气体可作为热源维持反应器7内温度或直接燃烧。经光能固氮反应器7处理后的废水经水泵沿标号06所示通道输送至外置式超滤膜14。其中，具体在本实施例中，光能固氮反应器7内置有光源08，该光源08外部设有起保护作用的高强度玻璃隔层09，并且，光能固氮反应器7上部设有三相分离器11，用于对处理后的废水、氢气和污泥进行三相分离。

药剂投加装置10：药剂投加装置10可以为药剂配置和投加装置，用于向反应器7内投加营养物质，确保反应器7内废水中的营养物质比例维持在最适宜上述固氮细菌生长的数值。此外，药剂也可事先配置好，而不需在药剂投加装置10中进行。

超滤装置14：超滤装置14可以为外置式超滤膜系统，经光能固氮反应器7厌氧处理后的废水进入该外置式超滤膜系统，通过循环泵提供的动力使废水在高压下透过超滤膜，使废水中剩余的大部分有机污染物截留于超滤膜一侧形成浓液，超滤膜另一侧产出清夜，达到出水标准。经过超滤后含有厌氧污泥的浓液的一部分通过标号为05所示的管路回流至光能固氮反应器7的厌氧生物固氮反应池内确保污泥浓度。

污泥储池15：经超滤后的部分剩余污泥通过管道收集回流至污泥储池15内，存储的污泥可通过标号为05所示的管路回流至光能固氮反应器7的厌氧生物固氮反应池内用于已有系统中厌氧污泥的补充，或用于其它新建光能固氮反应器污泥接种。

本实施例与现有的A2O工艺相比具有以下优点：

a. 现有的A2O工艺的反应池容积较A/O工艺大且污泥回流量大、能耗高：工艺过程中的回流污泥全部进入厌氧段，而为了维持较低的污泥负荷以保证系统的硝化性能，回流比一般需保持在40%-100%之间，使反应池容积大大增加，使基建费用升高，同时也增加了其运行及维护等费用；

本发明的污水处理系统只需设置厌氧池，大幅度缩短工艺流程，同时整个脱氮除磷的过程只在一个反应器内完成，并且无需回流系统便可同时达到脱氮除磷的效果，从而避免了上述缺点。

b. 现有的A2O工艺脱氮除磷效果相互抑制：当系统回流污泥量较大时，回流污泥内大量的硝酸盐也将被夹带至厌氧池，而聚磷菌释放磷的条件为厌氧状态并同时由溶解性BOD的存在。当大量硝酸盐存在时，反硝化菌会以有机物作为碳源进行反硝化，等脱氮完全后方可开始磷的厌氧释放，这使得厌氧阶段内进行磷的厌氧释放的有效容积大为减少，降低除磷的效果，相比而言脱氮效果较好；反之，若好氧段内的硝化作用较差，则随回流污泥进入厌氧段内的硝酸盐量便减少，使磷得以充分的厌氧释放，增加其除磷效果，但由于硝化的不完全，导致脱氮效果不佳；

而本发明由于采用了固氮细菌群作为厌氧处理段污泥，使氮磷在厌氧池内进行同步消除，避免了两种效果相互制约的情况。

c. 常规的A2O工艺处理含磷废水时水处理系统会产生大量含磷污泥，此类污泥及其浓缩液如处置不当，会再次进入自然水体形成二次污染。而在另一方面，作为生命活动中非常重要的一类物质、同时也是工业生产中广泛运用的原料，磷元素在自然界中的转移是单向的，因此大量的开采与使用将造成磷元素逐渐变成一种稀缺性资源。因此传统的工艺对含磷污泥的处置存在着造成二次污染与资源浪费的双重矛盾。

本发明所选用的污泥菌种为固氮细菌群，其以氮、磷作为其有机体组成所需物，利用吸收的氮、磷进行繁殖生长，故污泥可完全使用于养殖、施肥等农业工艺中，使磷进入生态循环系统内，不但保证了磷的合理利用，同时也避免了二次污染问题，产生了极高的经济效益。

d. 常规A2O工艺是通过硝化-反硝化过程来实现脱氮除磷以及去除COD的效果的，故整个工艺流内需要大比例的污泥回流以及大风量曝气以保证污泥浓度及供氧量，这使得工艺中的能量消耗增加。

本发明由于选用的是固氮细菌作用反应，不需要避免了硝化-反硝化所需的污泥回流，同时固氮细菌所需的能量采用光源供给，能耗可大幅度降低。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种污水处理系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述固氮细菌为厌氧产氢细菌。

3.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述预处理子系统为消毒子系统或超滤子系统。

4.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述光能固氮反应器包括一厌氧生物固氮反应池，所述厌氧生物固氮反应池内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥。

5.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述光能固氮反应器内设置的温度控制装置为具有报警功能的温度报警控制装置。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的污水处理系统，其特征在于，所述光能固氮反应器内设置的加热装置为蒸汽加热装置。

7.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述超滤装置为外置式超滤膜。

8.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述污泥储存装置为污泥储池。

9.一种污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

预处理，对废水进行绝菌纯化，使废水内不含其他菌种；

经预处理后的废水进入一光能固氮反应器，所述光能固氮反应器内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥，所述厌氧污泥在光源照射下，利用废水中已有的含有C、N、P的有机物作为基质进行生长繁殖和新陈代谢，部分物质用于合成新的细胞，剩余物质经代谢后转化为无机物，完成同步脱氮除磷、降低COD以及细菌增殖的过程，并保证处理过程的温度维持在最适宜所述固氮细菌生长的范围，同时收集所述固氮细菌在新陈代谢过程中产生的氢气；此外，在处理过程中根据需要添加营养物质，确保废水中的营养物质比例维持在最适宜所述固氮细菌生长的数值；

经步骤（2）的厌氧处理后的废水通过超滤膜进行超滤处理，使废水中剩余的大部分有机污染物截留于所述超滤膜一侧得到浓液，所述超滤膜的另一侧产出达到出水标准的清液；经过超滤后含有厌氧污泥的浓液的一部分回流至所述光能固氮反应器内确保污泥浓度，另一部分收集回流至一污泥储存装置内。

10.如权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述固氮细菌为厌氧产氢细菌。

11.如权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述预处理步骤通过消毒或者超滤的方式纯化废水。

12.如权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在所述厌氧污泥处理过程的温度不在设定范围内时进行报警。

13.如权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述污泥储存装置为污泥储池。