CN108609807A - 一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺 - Google Patents

一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，工艺步骤为：S1采用生物化学絮凝工艺单元对污水进行前处理，去除污水中有机污染物、悬浮颗粒物和磷，实现污水和污泥的分离；S2对前处理排出的污水和沉淀污泥分别通过厌氧MBR工艺单元和污泥厌氧消化单元去除有机物；S3经过厌氧MBR工艺单元处理后的废水最后进入厌氧氨氧化单元进行脱氮，使出水达到一级A标准。本污水处理工艺将厌氧MBR技术、厌氧氨氧化技术和污泥厌氧消化技术等厌氧技术进行有机耦合，实现了对有机物、悬浮物、氮和磷的高效去除，处理城市污水，出水满足一级A标准(GB18918‑2002)。

Description

一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，涉及城市污水处理技术，尤其涉及一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺。
背景技术
以好氧活性污泥法为主的城市污水处理技术，污染物去除效率高，但是以大量能源消耗和经济投入为代价，投资及运行费用高，并且会产生大量的活性污泥，释放出大量的CO2。因此，开发应用低能耗、低碳排放的可持续的污水处理工艺已成为未来的重要趋势。
在此背景下，近20年来，厌氧技术逐渐成为国内外众多学者所探索研究并投之于实践应用的主流工艺。其中，厌氧MBR技术具有占地面积小、能耗低、污泥产量少、能够回收能源等特点，受到国内外学者的广泛关注。该技术将厌氧生物反应器与膜组件相结合，使厌氧消化与膜分离作用同时进行，解决了厌氧污泥易流失的问题，又可以保证系统的能源回收率。
目前大量研究证实了厌氧MBR工艺应用于城市污水在技术和经济上的可行性，特别在处理中、高浓度的城市污水时具有较大优势。然而，对污水中的氮、磷等无机营养物质的去除能力有限，是制约厌氧MBR工艺应用于城市污水处理的一个重要障碍。因此，将其与脱氮除磷工艺进行组合集成，充分发挥其可持续性的优点，可以为城市污水处理提供新的途径。
在众多脱氮工艺中，厌氧氨氧化具有较为明显的优势，厌氧氨氧化工艺是在厌氧条件下，微生物直接以NH4 +做为电子供体，以NO2 -为电子受体，将NH4 +和NO2 -转变成N2的生物氧化过程，该工艺无需将有机物作为碳源，因此与厌氧MBR耦合最具有可行性。目前厌氧氨氧化技术已成功应用于城市污水处理领域，与传统的脱氮过程相比，除了无需外加碳源，其能耗和污泥产量均较小。
另一方面，厌氧MBR在实际应用中面临的最大问题是膜污染，需要采用合适的前处理工艺，减缓膜污染，并结合反应器构型优化、水力条件改善等手段控制膜污染。在前处理方面，国外通常在厌氧MBR前增加UASB或者AFBR工艺，形成两级厌氧消化工艺，但是国内污水中悬浮物含量较高，一级处理直接进行消化，对有机物的去除率和能源回收率不高，若采用以絮凝为主的一级处理工艺，对絮凝沉淀的污泥进行厌氧消化，则可以克服上述的弊端。有研究表明，投加絮凝剂可以明显改善MBR中的污泥性状，减缓膜污染。而且絮凝凝处理还可以有效去除污水中的磷，与厌氧MBR工艺形成互补。在反应器构型和水力条件控制方面，目前的研究和应用均较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种运行能耗低、能源回收率高、且出水满足一级A标准的以厌氧为核心的城市污水处理工艺。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于，采用如下处理步骤：
S1采用生物化学絮凝工艺单元对污水进行前处理，去除污水中60％～80％的COD、80％～90％的SS、75％～90％的TP和10％～25％的TN，实现污水和污泥的分离；
S2对前处理排出的污水和沉淀污泥分别通过厌氧MBR工艺单元和污泥厌氧消化单元进行处理；厌氧MBR工艺单元对COD的去除率为75％～90％，甲烷产率为0.05～0.3LCH4/gCOD，出水SS低于10mg/L；
S3经厌氧MBR工艺单元处理后排出的污水通入厌氧氨氧化单元进行末端处理，厌氧氨氧化单元对TN的去除率为60％～80％，出水满足一级A标准。
而且的，生物化学絮凝工艺单元采用微曝气的工艺形式，设计或运行控制参数为：絮凝池污泥负荷为8～15kg COD/(kg MLSS·d)，HRT为0.5～1h，SRT为0.3～1d，DO浓度为0.3～0.5mg/L，沉淀池HRT为1.5～2.0h，污泥回流比为20～50％。
而且的，絮凝池中投加PAM，投加浓度为0.1～0.5mg/L。
而且的，厌氧MBR工艺采用氧化沟池型，反应器密闭，顶部装有甲烷收集装置，池体内安装平板膜组件，并投加对膜具有冲刷作用的悬浮填料；设计或运行控制参数为：HRT为8～16h，进水容积负荷为0.5～2.0kgCOD/(m3·d)，悬浮填料填充比为20％～40％，池体内氧化沟水流平均速度为0.3～0.5m/s；反应器为间歇出水方式，出水抽吸时间和停止时间分别为5min和2min。
而且的，所述厌氧氨氧化单元采用一体式反应器，投加悬浮填料富集功能微生物，设计或运行控制参数为：HRT为10～12h，DO为0.5～1.0mg/L，悬浮填料填充比为20％～40％。
而且的，所述厌氧氨氧化单元采用两段式反应器，反应器亚硝化区和厌氧氨氧化区均投加悬浮填料富集功能微生物，设计或运行控制参数为：亚硝化区HRT为3～4h，DO浓度为1.0～2.0mg/L，悬浮填料填充比为20％～40％；厌氧氨氧化区HRT为6～8h，DO浓度为0.2mg/L以下，悬浮填料填充比为20％～40％。
而且的，污泥厌氧消化单元采用单级中温厌氧消化工艺单元，设计或运行控制参数为：消化池SRT为10～30d，维持系统温度35±2℃，污泥投配率为3％～10％；厌氧消化工艺单位VSS产气量达210～255L/KgVSS，产生的沼气用于厌氧消化池的加热保温。
本发明的优点和积极效果是：
1.本污水处理工艺将厌氧MBR技术、厌氧氨氧化技术和污泥厌氧消化技术等厌氧技术进行有机耦合，减少了污泥产生量，有效降低了污水系统的直接能耗和运行成本，有利于实现污水处理厂节能减排。
2.本污水处理工艺通过厌氧MBR技术和污泥厌氧消化技术分别从污水和污泥中回收甲烷，使系统中的有机物得到了最大程度的回收，提高了污水厂的能量自给率，有利于实现城市污水处理的可持续发展。
3.厌氧MBR采用氧化沟的池型，沟道内投加轻质的悬浮填料，填料在水流的推动下对平板膜形成冲刷作用，结合生物化学絮凝前处理工艺，降低了进水悬浮物浓度，有效控制了膜污染。
4.采用生物化学絮凝、厌氧MBR和厌氧氨氧化工艺组合实现了对有机物、悬浮物、氮和磷的高效去除，处理城市污水，出水满足一级A标准(GB18918-2002)。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明厌氧MBR池的结构示意图；
图3是图2的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，请参见图1-3，工艺特点为：先采用生物化学絮凝工艺单元对污水进行前处理，去除污水中有机污染物、悬浮颗粒物和磷，实现污水和污泥的分离；然后对前处理排出的污水和沉淀污泥分别通过厌氧MBR工艺单元和污泥厌氧消化单元去除有机物，经过厌氧MBR工艺单元处理后的废水最后进入厌氧氨氧化单元进行脱氮，使出水达到一级A标准。
具体为：经预处理后的城市污水先进入生物化学絮凝工艺单元的絮凝池，在絮凝池体内投加絮凝剂对进水有机物、悬浮颗粒物进行化学絮凝，并进行化学除磷，同时来自于沉淀池的回流污泥对进水有机物和悬浮颗粒物进行生物絮凝，完成絮凝的泥水混合液进入沉淀池进行泥水分离，经沉淀池处理后的城市污水进入厌氧MBR池对有机物进行厌氧消化，并进一步截留悬浮颗粒物，经厌氧MBR池处理后的污水进入厌氧氨氧化池生物脱氮，最后排出工艺系统，经生物化学絮凝工艺沉淀分离的污泥进入厌氧消化池进行厌氧消化。
所述的生物化学絮凝工艺由絮凝池和沉淀池构成，可以去除60％～80％的COD、80％～90％的SS、75％～90％的TP和10％～25％的TN，减轻了后续厌氧MBR工艺的负荷，减缓了膜污染。该工艺段采用微曝气的工艺形式，节省了运行电耗。设计或运行控制参数为：絮凝池污泥负荷为8～15kg COD/(kg MLSS·d)，HRT为0.5～1h，SRT为0.3～1d，DO浓度为0.3～0.5mg/L，沉淀池HRT为1.5～2.0h，污泥回流比为20～50％。
所述厌氧MBR工艺采用氧化沟池型，反应器密闭，顶部装有甲烷收集装置，对COD的去除率为75％～90％，甲烷产率为0.05～0.3LCH4/gCOD，出水SS低于10mg/L。池体1内安装平板膜组件2，并投加对膜具有冲刷作用的悬浮填料3。设计或运行控制参数为：HRT为8～16h，进水容积负荷为0.5～2.0kgCOD/(m3·d)，悬浮填料填充比为20％～40％，池体内氧化沟水流平均速度为0.3～0.5m/s。反应器为间歇出水方式，出水抽吸时间和停止时间分别为5min和2min。
所述的厌氧氨氧化工艺可以去除污水中60％～80％的TN，采用一体式反应器或者两段式反应器，一体式反应器和两段式反应器均以颗粒污泥或者通过悬浮填料载体富集功能微生物。一体式反应器的颗粒污泥或悬浮填料内部生长厌氧氨氧化菌，外部为亚硝化菌，设计或运行控制参数为：HRT为10～12h，DO为0.5～1.0mg/L，悬浮填料填充比为20％～40％。两段式反应器亚硝化区的颗粒污泥或悬浮填料主要富集亚硝化菌，HRT为3～4h，DO为1.0～2.0mg/L，悬浮填料填充比为20％～40％，两段式厌氧氨氧化区的颗粒污泥或悬浮填料主要富集厌氧氨氧化菌，HRT为6～8h，DO为0.2mg/L以下，悬浮填料填充比为20％～40％。
所述的污泥厌氧消化单元是对生物化学絮凝工艺沉淀的污泥进行厌氧消化，采用单级中温厌氧消化工艺。设计或运行控制参数为：消化池SRT为10～30d，维持系统温度35±2℃，污泥投配率为3％～10％。进入消化池的污泥有机质含量最高可达60％～80％，VSS产气量达210～255L/KgVSS。产生的沼气可用于厌氧消化池的加热保温。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于，采用如下处理步骤：
S1 采用生物化学絮凝工艺单元对污水进行前处理，去除污水中60％～80％的COD、80％～90％的SS、75％～90％的TP和10％～25％的TN，实现污水和污泥的分离；
S2 对前处理排出的污水和沉淀污泥分别通过厌氧MBR工艺单元和污泥厌氧消化单元进行处理；厌氧MBR工艺单元对COD的去除率为75％～90％，甲烷产率为0.05～0.3LCH4/gCOD，出水SS低于10mg/L；
S3 经厌氧MBR工艺单元处理后排出的污水通入厌氧氨氧化单元进行末端处理，厌氧氨氧化单元对TN的去除率为60％～80％，出水满足一级A标准。
2.根据权利要求1所述的以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于：生物化学絮凝工艺单元采用微曝气的工艺形式，设计或运行控制参数为：絮凝池污泥负荷为8～15kg COD/(kg MLSS·d)，HRT为0.5～1h，SRT为0.3～1d，DO浓度为0.3～0.5mg/L，沉淀池HRT为1.5～2.0h，污泥回流比为20～50％。
3.根据权利要求2所述的以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于：絮凝池中投加PAM，投加浓度为0.1～0.5mg/L。
4.根据权利要求1所述的以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于：厌氧MBR工艺采用氧化沟池型，反应器密闭，顶部装有甲烷收集装置，池体内安装平板膜组件，并投加对膜具有冲刷作用的悬浮填料；设计或运行控制参数为：HRT为8～16h，进水容积负荷为0.5～2.0kgCOD/(m3·d)，悬浮填料填充比为20％～40％，池体内氧化沟水流平均速度为0.3～0.5m/s；反应器为间歇出水方式，出水抽吸时间和停止时间分别为5min和2min。
5.根据权利要求1所述的以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于：所述厌氧氨氧化单元采用一体式反应器，投加悬浮填料富集功能微生物，设计或运行控制参数为：HRT为10～12h，DO为0.5～1.0mg/L，悬浮填料填充比为20％～40％。
6.根据权利要求1所述的以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于：所述厌氧氨氧化单元采用两段式反应器，反应器亚硝化区和厌氧氨氧化区均投加悬浮填料富集功能微生物，设计或运行控制参数为：亚硝化区HRT为3～4h，DO浓度为1.0～2.0mg/L，悬浮填料填充比为20％～40％；厌氧氨氧化区HRT为6～8h，DO浓度为0.2mg/L以下，悬浮填料填充比为20％～40％。
7.根据权利要求1所述的以厌氧技术为核心的城市污水处理工艺，其特征在于：污泥厌氧消化单元采用单级中温厌氧消化工艺单元，设计或运行控制参数为：消化池SRT为10～30d，维持系统温度35±2℃，污泥投配率为3％～10％；厌氧消化工艺单位VSS产气量达210～255L/KgVSS，产生的沼气用于厌氧消化池的加热保温。
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