CN106145510A - 一种采用给水厂脱水污泥强化膜生物反应器除磷效果的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用给水厂脱水污泥强化膜生物反应器出水除磷效果的方法，涉及污水处理除磷技术，适用于对膜生物反应器工艺的出水中剩余磷的去除。本发明方法将给水厂颗粒化净水污泥除磷装置结合膜生物反应器、平板膜浓缩消化池进行污水处理，强化对膜生物反应器出水的除磷，使出水达到排水标准后排放。充分利用了膜生物反应器出水水质稳定、给水厂颗粒化净水污泥的除磷效果好、吸附容量大、饱和污泥处理处置方便、平板膜浓缩消化池高效处理生物污泥的优点，既实现了高效的资源整合利用、膜生物反应器处理优化，又节约了大量人力、物力和运行管理成本，提高了运行管理效率，具有良好的经济效益和社会效益，尤其在分散式污水处理领域，具有广阔的应用前景。

Description

一种采用给水厂脱水污泥强化膜生物反应器除磷效果的方法

技术领域

一种采用给水厂脱水污泥强化膜生物反应器出水除磷效果的方法，涉及污水处理除磷技术，适用于对膜生物反应器工艺的出水中剩余磷的去除。

背景技术

膜生物反应器（Membrane Bioreactor，以下简称MBR）是一种新型高效的污水处理技术，由于膜的高效分离性能，使其与传统活性污泥污水处理系统相比，具有占地面积小、容积负荷高、膜生物反应器处理效率高、出水水质好且稳定。随着膜组件价格的降低，MBR技术日趋成熟，逐渐成为分散式污水处理的优选工艺。然而，MBR工艺在实际工程中，由于其高泥龄的特点，往往除磷效果不好，只能通过投加化学除磷药剂进行同步化学除磷。而在MBR装置中投加化学药剂除磷，会对装置中活性污泥的活性，尤其是硝化细菌和亚硝化细菌的活性产生严重影响。投加化学药剂后的化学污泥，又存在后续难以稳定化处理的问题。除此之外，投加化学药剂除磷需持续加药，因此需要管理人员频繁监控加药情况并维护设备，对人力要求、设备要求和运行管理要求很高，为此相应的人力、设备成本较高，且又不适用于污水的分散式处理。

现有污泥消化处理工艺均针对生物污泥处理，若其中掺杂化学污泥，会对其污泥浓缩消化、深度减量产生严重影响。平板膜—污泥浓缩同步消化工艺（MSTD）作为一种高效的污泥浓缩消化处理工艺，具有污泥浓缩消化效果好、污泥处理成本低、出水水质好等优点，但是所处理污泥中含有化学药剂，平板膜—污泥浓缩同步消化工艺的处理效果会受到很大的影响。

此外，在我国许多给水处理厂都采用铁盐和铝盐复合絮凝剂进行水处理，产生大量的复合铁铝泥，如果处理不当，会对环境造成不良影响，而且，给水厂污泥性质往往会因原水水质不同而存在差异，尤其是原水中泥沙的含量，会对脱水污泥的性质产生重要影响。与此同时，给水厂污泥作为给水厂净水工艺的副产物，富含铁或铝的氧化物或氢氧化物，由于富含铁或铝的氧化物或氢氧化物对磷具有较强的吸附作用，虽然已引起广泛关注，但如何利用给水厂污泥进行污水处理除磷，尚未见报道。

发明内容

针对现有MBR污水处理技术、平板膜—污泥浓缩同步消化工艺（MSTD）污水处理技术的不足，及给水处理厂水处理产生的污泥的特点，本发明人进行长期研究，提出了采用给水厂脱水污泥，结合膜生物反应器、平板膜污泥浓缩消化池成为一个污泥处理系统，实现污泥的减量化、稳定化、减少后续处理处置费用的一种采用给水厂脱水污泥强化膜生物反应器除磷效果的方法。

给水厂污泥作为给水厂净水工艺的副产物，富含铁或铝的氧化物或氢氧化物，其吸附除磷的机制主要是固体表面的物理吸附和离子交换形式的化学吸附以及固体表面的沉积过程。尽管吸附时间、pH、粒径和磷的形态对废弃污泥的磷吸附有影响，但大部分给水厂污泥对磷的饱和吸附量在2.02~50.49 g·kg^{－ 1}之间，可以将其作为水处理的资源利用，具有良好的工程应用前景。

本发明方法采用的给水厂污泥是泥沙含量较大且水质满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中规定的三类水及以上或三类以下但净水工艺的脱水污泥仍满足GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》中重金属含量要求的水源为进水的给水厂脱水污泥，如：以长江或黄浦江作为水源。为了将其作为水处理的资源利用，脱水污泥使用前可添加诸如含铝或含铁的絮凝药剂等不影响后期砂滤孔径的试剂进行改性，而后进行颗粒化和自然干化处理，污泥颗粒化处理可采用包括污泥颗粒机在内的多种技术，颗粒化后污泥粒径为1 mm~30 mm，最优粒径范围为2mm~5mm，成为给水厂颗粒化净水污泥，由于污泥内部存在空隙，既能促进其对污水中磷的吸附，又便于脱水处理。

给水厂颗粒化净水污泥除磷装置由吸附区、沉淀池、石英砂过滤池构成，给水厂颗粒化净水污泥为吸附区的除磷吸附剂，对膜生物反应器出水进行除磷处理，颗粒化净水污泥也可与其他吸附剂混合使用，除磷装置以吸附柱、过滤柱等形式吸附除磷。为防止给水厂颗粒化净水污泥除磷装置出水夹带细小颗粒物影响出水浊度，在给水厂颗粒化净水污泥除磷装置后端设置石英砂等材料作为过滤层的石英砂过滤区。

本发明方法将给水厂颗粒化净水污泥除磷装置结合膜生物反应器、平板膜浓缩消化池对污水进行处理，强化膜生物反应器的除磷效果。进水经调节池后进入膜生物反应器进行处理，膜生物反应器内不投加化学药剂除磷，经膜生物反应器高效降解污水中的有机物和脱氮后，出水进入给水厂颗粒化净水污泥除磷装置进行除磷，使出水达到排放标准。给水厂颗粒化净水污泥吸附磷饱和后，根据设计和管理的需求定期进行更换，可将其农用或直接填埋处置。膜生物反应器中生物污泥排入平板膜浓缩消化池进行污泥浓缩消化处理，实现生物污泥的稳定化，减量化。平板膜浓缩消化池的出水根据实际情况流入调节池或与膜生物反应器出水混合排放，消化后的污泥流回至膜生物反应器反应器。

本发明方法可同时采用多个给水厂颗粒化净化污泥除磷装置，并联交替运行。当一个给水厂颗粒化净化污泥除磷装置工作周期结束时，可切换另一并联的给水厂颗粒化净化污泥除磷装置，保证污水处理的连续运行，同时将停止工作的给水厂颗粒化净化污泥除磷装置静置使颗粒化净化污泥干化，降低含水率。

本发明方法与投加化学药剂除磷的MBR工艺相比，排放的含磷污泥大量减少，且含水率大幅降低，利于后续稳定化处理，避免二次污染。以处理水量20 m³/d，排泥周期100天为例，投加化学药剂除磷的MBR工艺，产生含水率99%的化学污泥8.5 m³；经本发明除磷方法中给水厂颗粒化净水污泥除磷装置处理，仅为3.3 m³且含水率为60%~70%。

本发明方法的特点在于：

1. 将给水厂颗粒化净水污泥除磷装置与膜生物反应器和平板膜浓缩消化池组合成为一个污水处理系统进行污水处理，膜生物反应器高效降解污水中的有机物和脱氮，给水厂颗粒化净水污泥除磷装置去除膜生物反应器出水中的磷，使出水达到排放标准，，既避免了膜生物反应器化学除磷排泥中存在化学药剂难以稳定化的问题，又充分利用了给水厂污泥中剩余的化学药剂作为水处理的资源。膜生物反应器排放的污泥再平板膜浓缩消化池进行浓缩消化处理，有效实现生物污泥的稳定化，减量化。

2. 采用给水厂颗粒化净水污泥除磷，相对于传统活性污泥处理工艺，MBR出水中悬浮物、氨氮等耗氧类物质含量很低，且使用颗粒化净水污泥，在运行过程中过滤阻力低，从而不会因污泥颗粒表面被水中悬浮物附着而产生厌氧释放磷，因此污泥除磷效果良好且稳定。

3. 膜生物反应器不投加化学除磷药剂，使其排放污泥可使用平板膜浓缩消化池进行处理，大大降低污泥处理难度，节省运行成本。

4. 本发明除磷方法可并联设置多个给水厂颗粒化净水污泥除磷装置，交替运行，将磷吸附与污泥自然干化有机结合，可延长排泥时间，简化管理。吸附磷饱和的给水厂污泥通过自然风干脱水处理后含水率可达65%左右，按需求农用或直接填埋处置。

5.本发明除磷方法实现MBR工艺与后续除磷、污泥浓缩消化工艺的结合，有利于分散式污水处理的推广和使用，具有良好的实用价值和经济效益，是一种具有前途的“环境友好技术”。

附图说明

图1为本发明除磷方法工艺流程示意图；

图2为本发明方法中给水厂颗粒化净水污泥除磷装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明除磷方法作进一步说明。

将给水厂颗粒化净水污泥除磷装置与膜生物反应器和平板膜浓缩消化池组合成为一个污水处理系统进行污水处理。给水厂脱水污泥使用前采用颗粒化和自然干化的方法进行改性。膜生物反应器采用板膜组件、中空纤维膜组件膜生物反应器或其他膜组件的反应器。给水厂颗粒化净水污泥除磷装置由吸附区、沉淀池1、沉淀池2和石英砂过滤区构成。进水经调节池后进入膜生物反应器进行处理，膜生物反应器内不投加化学药剂除磷，经膜生物反应器高效降解污水中的有机物和脱氮后，膜生物反应器出水进入给水厂颗粒化净水污泥除磷装置，给水厂颗粒化净水污泥除磷装置采用上流式进水方式，吸附区采用底端进水，通过控制吸附区上升流速，充分利用给水厂颗粒化净水污泥的沉降性能初步分离细小颗粒并保证充足的水力停留时间，膜生物反应器出水通过给水厂颗粒化净水污泥除磷装置的吸附区底端进水管上升流与含有铝铁的颗粒化净水污泥接触发生水解反应，使得污泥颗粒表面包含大量的-OH、-Cl、-SO₄等活性官能团( 以-OH为主) ，通过配体离子交换反应将磷吸附到颗粒化净水污泥表面。给水厂颗粒化净水污泥除磷装置进水从吸附区顶经溢流板流入沉淀区1，从沉淀区1和沉淀区2的底部穿孔板进入沉淀区2，向上流至溢流堰出水，经溢流堰后的石英砂过滤区，进一步控制出水浊度。平板膜浓缩消化池进泥为不含化学药剂的膜生物反应器的排泥，经对污泥浓缩消化后，出水可根据实际需要回流至调节池或与膜生物反应器出水混合排放，消化污泥回流至膜生物反应器。

[实施例1]本发明除磷方法处理处理农村生活污水，膜生物反应器进水COD浓度307.6±15.7mg/L，总磷浓度4.9±0.7mg/L；膜生物反应器出水（给水厂颗粒化净水污泥除磷装置进水）COD浓度13.5±14.7mg/L，总磷浓度2.5±0.7mg/L；给水厂颗粒化净水污泥除磷装置出水COD浓度11.3±9.7mg/L，总磷浓度0.15±0.12mg/L，达到一级A排放标准；水力停留时间1.7h，总磷去除率在90%以上，出水浊度小于0.4NTU，吸附饱和污泥填料经自然干化含水率可达到65%以下，可按需求农用或直接填埋处置。

[实施例2]本发明除磷方法处理典型城市生活污水，膜生物反应器进水COD浓度303.8±25.5mg/L，总磷浓度5.0±0.9mg/L；膜生物反应器出水（给水厂颗粒化净水污泥除磷装置进水）COD浓度14.6±16.8mg/L，总磷浓度2.6±0.9mg/L；给水厂颗粒化净水污泥除磷装置出水COD浓度11.3±9.7mg/L，总磷浓度0.14±0.13mg/L达到一级A排放标准；水力停留时间1.7h，总磷去除率在90%以上，出水浊度小于0.4NTU，吸附饱和污泥填料经自然干化含水率可达到65%以下，可按需求农用或直接填埋处置。

Claims (2)

1.一种采用给水厂脱水污泥强化膜生物反应器除磷效果的方法，其特征在于：进水经调节池后进入膜生物反应器进行处理，膜生物反应器内不投加化学药剂除磷，经膜生物反应器高效降解污水中的有机物和脱氮后，出水进入给水厂颗粒化净水污泥除磷装置进行除磷，达到排放标准后出水；给水厂颗粒化净水污泥吸附磷饱和后，根据设计和管理的需求定期进行更换；膜生物反应器中生物污泥排入平板膜浓缩消化池进行污泥浓缩消化处理，平板膜浓缩消化池的出水根据实际情况流入调节池或与膜生物反应器出水混合排放，消化后的污泥流回至膜生物反应器反应器；其中，给水厂颗粒化净水污泥除磷装置由吸附区、沉淀池1、沉淀池2、石英砂过滤区构成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：给水厂颗粒化净水污泥除磷装置中吸附区的填料采用以泥沙含量较大且水质满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中规定的三类及以上水质要求或三类以下但净水工艺的脱水污泥仍满足GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》中重金属含量要求的水源供水的给水厂脱水污泥，经添加含铝或含铁的絮凝药剂试剂进行改性或不进行改性处理，然后可进行颗粒化和干化处理形成颗粒化净水污泥，颗粒化净水污泥的粒径可低为1 mm~30 mm，最优粒径为2mm~5mm。