CN108706829B - 一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，包括反应主体，所述反应主体的左端面设有进水管，所述反应主体的右端面设有出水管，所述反应主体的底面设有排泥管；所述反应主体内部从左往右依次为厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池。本发明一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理工艺，可有效减少膜投资、降低工艺投资，厌氧氨氧化脱氮耦联好氧除磷同时实现脱氮‑除磷，通过厌氧氨化池、厌氧氨氧化池和好氧除磷池内部的自生动态膜装置强化脱氮除磷、提高出水水质；采用厌氧氨氧化脱氮，节省了传统生物脱氮工艺需要外加碳源的投资，而且可以节省部分曝气所需要的能源。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置及工艺。
背景技术
随着中国经济发展，生活水平提高，农村人均日用水量和生活污水排放量也急剧增加。由于农村人口分散，缺少生活污水的收集和处理设施，部分地区生活污水未经处理排入江河，此类生活污水不含有重金属或者有毒物质，但是富含氮和磷等元素，会对农村水环境产生污染。在水源地区更为严重。生物降解法是最经济和最高效的技术之一，分为厌氧和好氧两种。厌氧生物处理法相对于好氧生物处理具有巨大的优势：(1)无需曝气，降低能耗(2)无臭味释放，病原菌灭活和(3)剩余污泥量少等。
膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)技术是好氧/厌氧生物处理技术和膜分离技术的集成。膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反应器内，实现了反应器固体停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)完全分离，保持了较高的混合液悬浮固体浓度(MLSS)。厌氧膜生物反应器除了厌氧生物处理法本身优势之外，更具有污染物去除效率高，出水水质稳定，易于自动一体化控制的优点，近年来受到越来越多的关注。但工艺自身仍然存在缺点，限制了其在农村生活污水中的推广应用和发展。其主要缺点是膜价格昂贵和膜易污染等问题，导致实际工程中能耗高，运行管理不便。
自生动态膜生物反应器(self-forming dynamic membrane bioreactor,SFDMBR)能够解决上述问题，具有巨大的优势：(1)基建费用低。相对于普通膜生物反应器所使用的微滤膜或超滤膜，支撑层多采用粗孔材料，价格较低，且膜通量大，总膜面积小；(2)运行费用低。粗孔材料阻力较小，降低了能耗，甚至不需水泵，仅靠反应器水位差就可以出水，从而使运行费用大大减少。(3)动态膜污染容易去除并且可以再生。当动态膜生长过厚时，可通过反冲洗等简单手段加以去除，减少膜堵塞。但是，厌氧自生动态膜生物工艺对污水中氮、磷的去除效果较差。
因此，如何在处理污水的同时实现高效脱氮-除磷，并且降低反应器运行的能耗，成为本领域亟待解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，该装置将厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池以及沉淀池共同组合在污水处理装置内，结合自生动态膜处理技术，实现污水的高效脱氮和除磷。
本发明的另一目的是提供一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理工艺，该工艺能够在处理污水的同时实现高效脱氮-除磷，并且降低反应器运行的能耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，包括反应主体，所述反应主体的左端面设有进水管，所述反应主体的右端面设有出水管，所述反应主体的底面设有排泥管；
所述反应主体内部从左往右依次为厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池，所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池之间通过固定设置在反应主体内部的边界膜组件分隔开；所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池内部均设有自生动态膜装置，所述自生动态膜装置采用折流式设计；所述厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池内均设有将上一个反应池处理的污水抽吸到本反应池的抽吸泵，所述抽吸泵的入口端穿过边界膜组件且与边界膜组件连接；
所述好氧除磷池上部设有风机，所述好氧除磷池内部设有曝气管，所述风机与曝气管相连；
所述好氧除磷池的上部设有回流管，所述回流管连接至厌氧氨氧化池和厌氧氨化池上部；
所述进水管的右端设有过滤网。
优选的，所述自生动态膜装置包括若干与反应主体顶部、底部进行交替连接的自生动态膜组件，所述自生动态膜组件通过动态膜载体与反应主体进行连接。
优选的，所述动态膜载体为海绵构筑物或者3D打印多孔材料或者任何有利于污水处理生物附着的构筑物。
优选的，所述好氧除磷池中的溶解氧浓度为0.3～1.0mg/L。
优选的，所述好氧除磷池通过回流管向厌氧氨化池回流的污泥回流比为1:20～1:5；所述好氧除磷池通过回流管向厌氧氨氧化池回流的污泥回流比为1:1～1:1.3。
优选的，所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池和好氧除磷池的体积比为1.5:1:1～2:1:1；所述沉淀池与好氧除磷好氧池的体积比为0.001～1。
优选的，所述好氧除磷池内设有填料，所述填料为软性填料或者流化床填料或者组合填料或者任何可以促进混合和接触的填料。
优选的，所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池内部设有压力传感器。
本发明提供的一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其处理工艺如下：
步骤一：在厌氧氨化池内注入厌氧菌和聚磷菌，在厌氧氨氧化池内注入厌氧氨氧化菌，在好氧除磷池内注入亚硝化菌和聚磷菌；启动风机，使好氧除磷池内溶解氧浓度保持在0.3～1.0mg/L；
步骤二：不需进行初沉淀和pH调节的污水经进水管流经过滤网过滤后进入厌氧氨化池，由好氧除磷池回流的污水也进入厌氧氨化池，在厌氧氨化池内厌氧菌的降解作用下去除化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)，并将氮元素转化为氨氮，同时在聚磷菌的作用下释放磷；
步骤三：厌氧氨化池内的压力传感器检测厌氧氨化池内的压力，当压力大于等于0.2bar时，厌氧氨氧化池内抽吸泵启动将厌氧氨化池处理过的污水抽吸到厌氧氨氧化池内部，在厌氧氨氧化池内部厌氧氨氧化菌的作用下，厌氧氨化池流入的含氨氮的污水与由好氧除磷池回流的亚硝氮废水反应将氨氮和亚硝氮转化为氮气；
步骤四：厌氧氨氧化池内的压力传感器检测厌氧氨氧化池内的压力，当压力大于等于0.2bar时，好氧除磷池内抽吸泵启动将厌氧氨氧化池处理过的污水抽吸到好氧除磷池内部，在好氧除磷池内部亚硝化菌和聚磷菌的作用下，产生亚硝态氨，同时实现生物除磷；
步骤五：好氧除磷池内的压力传感器检测好氧除磷池内的压力，当压力大于等于0.2bar时，沉淀池内抽吸泵启动将好氧除磷池处理过的污水抽吸到沉淀池内部，沉淀澄清后污水消毒杀菌后经出水管排放至周围水环境或者回收使用，污泥经排泥管排出。
优选的，所述步骤五中的消毒杀菌方式为加药剂或者紫外杀菌或者其它任何能使排水粪大肠菌群数达标的方式。
本发明的有益效果是：
本发明一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置可有效减少膜投资、延长膜的使用寿命，强化厌氧氨化池、厌氧氨氧化池对污染物的处理能力，耦联好氧除磷池同时实现脱氮-除磷，具体：
1)通过厌氧氨化池、厌氧氨氧化池和好氧除磷池内部的自生动态膜装置强化化学需氧量去除和脱氮除磷。
2)主要反应发生在厌氧阶段，污泥产生量少。
3)采用厌氧氨氧化脱氮，在厌氧条件下，厌氧氨化池处理过的将氮元素转化为氨氮的污水与好氧除磷池处理过的含有亚硝氮的污水混合，在厌氧氨氧化池内反应将氨氮和亚硝氮转化为亚氨，一方面厌氧氨氧化期间基本不需要有机碳源，节省了传统生物脱氮工艺需要外加碳源的投资，另一方面需要的溶解氧浓度低，节省部分曝气所需要的能源，剩余污泥量也大大减少；同时聚磷菌在好氧条件下会大量吸磷，通过污泥排放可以达到除磷的目的。
4)设备结构紧凑、占地少，全部设置于地下，表面可以进行绿化。
5)系统操作简单，维护频率3-6月/次；处理系统能自动运行，经常性运行费用低，投资省。
附图说明
图1是本发明实施例1中一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置的结构示意图；
图2是本发明实施例2中一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置的结构示意图；
其中：1-进水管，2-过滤网，3-边界膜组件，4-回流管，5-曝气管，6-自生动态膜组件，7-排泥管，8-风机，9-厌氧氨化池，10-厌氧氨氧化池，11-好氧除磷池，12-沉淀池，13-出水管，14-抽吸泵，15-反应主体，16-填料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，包括反应主体15，所述反应主体15的左端面设有进水管1，所述反应主体15的右端面设有出水管13，所述反应主体15的底面设有排泥管7；
所述反应主体15内部从左往右依次为厌氧氨化池9、厌氧氨氧化池10、好氧除磷池11、沉淀池12，其中厌氧氨化池9主要用于化学需氧量去除、氮氨化和磷释放，厌氧氨氧化池10主要用于厌氧氨氧化脱氮，好氧除磷池11主要用于污水进一步处理和除磷，并为厌氧氨氧化池10中的厌氧氨氧化脱氮提供需要的亚硝氮；
所述厌氧氨化池9、厌氧氨氧化池10、好氧除磷池11、沉淀池12之间通过固定设置在反应主体15内部的边界膜组件3分隔开；
所述厌氧氨化池9、厌氧氨氧化池10、好氧除磷池11内部均设有自生动态膜装置，所述自生动态膜装置采用折流式设计，用来改变污水的流向，增大流动面积；
所述厌氧氨氧化池10、好氧除磷池11、沉淀池12内均设有将上一个反应池处理的污水抽吸到本反应池的抽吸泵14，所述抽吸泵14的入口端穿过边界膜组件3且与边界膜组件3连接；即厌氧氨化池9处理过的污水经抽吸泵14的抽吸作用进入厌氧氨氧化池10，厌氧氨氧化池10处理过的污水经抽吸泵14的抽吸作用进入好氧除磷池11，好氧除磷池11处理过的污水经抽吸泵14的抽吸作用进入沉淀池12；
所述好氧除磷池11上部设有风机8，所述好氧除磷池11内部设有曝气管5，所述风机8与曝气管5相连；
所述好氧除磷池11的上部设有回流管4，所述回流管4连接至厌氧氨氧化池10和厌氧氧化池9上部；
所述进水管1的右端设有过滤网2。
优选的，所述自生动态膜装置包括若干与反应主体15顶部、底部进行交替连接的自生动态膜组件6，所述自生动态膜组件6通过动态膜载体与反应主体15进行连接。
优选的，所述动态膜载体为海绵构筑物或者3D打印多孔材料或者任何有利于污水处理生物附着的的构筑物。
优选的，所述好氧除磷池11中的溶解氧浓度为0.3～1.0mg/L。
优选的，所述好氧除磷池11通过回流管4向厌氧氨化池9回流的污泥回流比为1:20～1:5；所述好氧除磷池11通过回流管4向厌氧氨氧化池10回流的污泥回流比为1:1～1:1.3。
优选的，所述厌氧氨化池9、厌氧氨氧化池10和好氧除磷池11的体积比为1.5:1:1～2:1:1；所述沉淀池12与好氧除磷池11的体积比为0.001～1。
优选的，所述厌氧氨化池9、厌氧氨氧化池10、好氧除磷池11内部设有压力传感器。
污水的处理工艺如下：
步骤一：在厌氧氨化池9内注入厌氧菌和聚磷菌，在厌氧氨氧化池10内注入厌氧氨氧化菌，在好氧除磷池11内注入亚硝化菌和聚磷菌；启动风机8，使好氧除磷池11内溶解氧浓度保持在0.3～1.0mg/L，即风机采用间歇运行的方式，只要保证好氧除磷池11内溶解氧浓度保持在0.3～1.0mg/L就可；
步骤二：不需进行初沉淀和pH调节的污水经进水管1流经过滤网2过滤后进入厌氧氨化池9，由好氧除磷池13回流的污水也进入厌氧氨化池，在厌氧氨化池9内厌氧菌的降解作用下去除化学需氧量，并将氮元素转化为氨氮，同时在聚磷菌的作用下释放磷；
步骤三：厌氧氨化池9内的压力传感器检测厌氧氨化池9内的压力，当压力大于等于0.2bar时，厌氧氨氧化池10内抽吸泵14启动将厌氧氨化池9处理过的污水抽吸到厌氧氨氧化池10内部，即厌氧氨氧化池10内抽吸泵14为间歇运行；在厌氧氨氧化池10内部厌氧氨氧化菌的作用下，厌氧氨化池9流入的含氨氮的污水与由好氧除磷池11回流的亚硝氮废水反应将氨氮和亚硝氮转化为氮气；
步骤四：厌氧氨氧化池10内的压力传感器检测厌氧氨氧化池10内的压力，当压力大于等于0.2bar时，好氧除磷池11内抽吸泵14启动将厌氧氨氧化池10处理过的污水抽吸到好氧除磷池11内部，即好氧除磷池11内抽吸泵14为间歇启动，在好氧除磷池11内部亚硝化菌和聚磷菌的作用下，产生亚硝态氨，同时实现生物除磷；
步骤五：好氧除磷池11内的压力传感器检测好氧除磷池11内的压力，当压力大于等于0.2bar时，沉淀池12内抽吸泵14启动将好氧除磷池11处理过的污水抽吸到沉淀池12内部，即沉淀池12内抽吸泵14为间歇运行，沉淀澄清后污水消毒杀菌后经出水管13排放至周围水环境或者回收使用，污泥经排泥管7排出。
其中，所述步骤五中的消毒杀菌方式为加药剂或者紫外杀菌或者其它任何能使排水粪大肠菌群数达标的方式。
实施例2：
一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，用来处理农村生活污水，其结构如图2所示，其中好氧除磷池中的自生动态膜组件变为填料16，所述填料16为软性填料或者流化床填料或者组合填料或者任何可以促进混合和接触的填料；厌氧氨化池9和厌氧氨氧化池10中的自生动态膜组件为钢丝网和海绵，孔径为0.03-0.10μm；其余结构均与实施例1中的一样。
农村生活污水处理工艺：
向厌氧氨化池9中接种厌氧污泥，并进行厌氧菌富集和驯化，驯化周期为2-3个月；当出水化学需氧量去除率达到85-95％时，驯化结束，待用；
向厌氧氨氧化池10中接种厌氧污泥，并进行厌氧氨氧化菌富集和驯化，厌氧氨氧化菌驯化约需要3-6个月；
生活污水通过进水管1泵入，输送至厌氧氨化池9处理，然后和产生的氨态氮一起进入厌氧氨氧化池10，在厌氧氨氧化菌的作用下厌氧氨化池9流入的含氨氮的污水与由好氧除磷池11回流的亚硝氮废水反应将氨氮和亚硝氮转化为氮气，实现脱氮；处理过的污水再进入下一级好氧除磷池11，好氧除磷池11中的聚磷菌大量吸磷，通过污泥排出实现除鳞，填料16用于生物和污水接触，提高处理效率；最后，污水进入沉淀池12，澄清排出；
整个运行过程中，保持整个装置内部的水温为35±1℃，厌氧氨化池9内污泥浓度为8.0-15.0g/L；厌氧氨氧化池10和好氧除磷池11之间通过回流管4交换部分污泥。
经测试，进入装置的生活污水的化学需氧量浓度为800±200mg/L，总氮浓度为35mg/L,总磷浓度为6mg/L；经过装置的处理以后，出水管13的出水化学需氧量平均浓度为8±2mg/L，则化学需氧量去除率为99.0±0.3％，有机物去除效果显著；氮和磷也可以满足一级A排放标准。
本发明一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置可有效减少膜投资、延长膜的使用寿命，强化厌氧氨化池、厌氧氨氧化池对污染物的处理能力，耦联好氧除磷池同时实现脱氮-除磷，具体：
1)通过厌氧氨化池9、厌氧氨氧化池10和好氧除磷池11内部的自生动态膜装置强化化学需氧量去除和脱氮除磷。
2)主要反应发生在厌氧阶段，污泥产生量少。
3)采用厌氧氨氧化脱氮，在厌氧条件下，厌氧氨化池9处理过的将氮元素转化为氨氮的污水与好氧除磷池11处理过的含有亚硝氮的污水混合，在厌氧氨氧化池10内反应将氨氮和亚硝氮转化为亚氨，一方面厌氧氨氧化期间基本不需要有机碳源，节省了传统生物脱氮工艺需要外加碳源的投资，另一方面需要的溶解氧浓度低，节省部分曝气所需要的能源，剩余污泥量也大大减少；同时聚磷菌在好氧条件下会大量吸磷，通过污泥排放可以达到除磷的目的。
4)设备结构紧凑、占地少，全部设置于地下，表面可以进行绿化。
5)系统操作简单，维护频率3-6月/次；处理系统能自动运行，经常性运行费用低，投资省。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，包括反应主体，所述反应主体的左端面设有进水管，所述反应主体的右端面设有出水管，所述反应主体的底面设有排泥管；
所述反应主体内部从左往右依次为厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池，所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池之间通过固定设置在反应主体内部的边界膜组件分隔开；所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池内部均设有自生动态膜装置，所述自生动态膜装置采用折流式设计；所述厌氧氨氧化池、好氧除磷池、沉淀池内均设有将上一个反应池处理的污水抽吸到本反应池的抽吸泵，所述抽吸泵的入口端穿过边界膜组件且与边界膜组件连接；
所述好氧除磷池上部设有风机，所述好氧除磷池内部设有曝气管，所述风机与曝气管相连；
所述好氧除磷池的上部设有回流管，所述回流管连接至厌氧氨氧化池和厌氧氨化池上部；
所述进水管的右端设有过滤网。
2.如权利要求1所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述自生动态膜装置包括若干与反应主体顶部、底部进行交替连接的自生动态膜组件，所述自生动态膜组件通过动态膜载体与反应主体进行连接。
3.如权利要求2所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述动态膜载体为海绵构筑物或者3D打印多孔材料或者其他任何有利于污水处理生物附着的构筑物。
4.如权利要求1所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述好氧除磷池中的溶解氧浓度为0.3～1.0mg/L。
5.如权利要求1所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述好氧除磷池通过回流管向厌氧氨化池回流的污泥回流比为1:20～1:5；所述好氧除磷池通过回流管向厌氧氨氧化池回流的污泥回流比为1:1～1:1.3。
6.如权利要求1所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池和好氧除磷池的体积比为1.5:1:1～2:1:1；所述沉淀池与好氧除磷池的体积比为0.001～1。
7.如权利要求1所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述好氧除磷池内设有填料，所述填料为软性填料或者流化床填料或者组合填料或者其他任何可以促进混合和接触的填料。
8.如权利要求1所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理装置，其特征是，所述厌氧氨化池、厌氧氨氧化池、好氧除磷池内部设有压力传感器。
9.如权利要求1至8任一所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理工艺，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：在厌氧氨化池内注入厌氧菌和聚磷菌，在厌氧氨氧化池内注入厌氧氨氧化菌，在好氧除磷池内注入亚硝化菌和聚磷菌；启动风机，使好氧除磷池内溶解氧浓度保持在0.3～1.0mg/L；
步骤二：不需进行初沉淀和pH调节的污水经进水管流经过滤网过滤后进入厌氧氨化池，由好氧除磷池回流的污水也进入厌氧氨化池，在厌氧氨化池内厌氧菌的降解作用下去除化学需氧量，并将氮元素转化为氨氮，同时在聚磷菌的作用下释放磷；
步骤三：厌氧氨化池内的压力传感器检测厌氧氨化池内的压力，当压力大于等于0.2bar时，厌氧氨氧化池内抽吸泵启动将厌氧氨化池处理过的污水抽吸到厌氧氨氧化池内部，在厌氧氨氧化池内部厌氧氨氧化菌的作用下，厌氧氨化池流入的含氨氮的污水与由好氧除磷池回流的亚硝氮废水反应将氨氮和亚硝氮转化为氮气；
步骤四：厌氧氨氧化池内的压力传感器检测厌氧氨氧化池内的压力，当压力大于等于0.2bar时，好氧除磷池内抽吸泵启动将厌氧氨氧化池处理过的污水抽吸到好氧除磷池内部，在好氧除磷池内部亚硝化菌和聚磷菌的作用下，产生亚硝态氨，同时实现生物除磷；
步骤五：好氧除磷池内的压力传感器检测好氧除磷池内的压力，当压力大于等于0.2bar时，沉淀池内抽吸泵启动将好氧除磷池处理过的污水抽吸到沉淀池内部，沉淀澄清后污水消毒杀菌后经出水管排放至周围水环境或者回用，污泥经排泥管排出。
10.如权利要求9所述的一种一体化脱氮除磷的自生动态膜污水处理工艺，其特征是，所述步骤五中的消毒杀菌方式为加药剂或者紫外杀菌或者其它任何能使排水粪大肠菌群数达标的方式。
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