CN111302491B

CN111302491B - 一种基于sharon - sbbr - 改良型生态浮床组合工艺的沼液深度净化系统

Info

Publication number: CN111302491B
Application number: CN202010122002.3A
Authority: CN
Inventors: 邓觅; 吴永明; 吴施婧; 朱林; 涂文清; 刘煜
Original assignee: Jiangxi Academy Of Sciences
Current assignee: Jiangxi Academy Of Sciences
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: CN111302491A

Abstract

本发明为环保领域中的水处理技术，具体为一种基于SHARON‑SBBR‑改良型生态浮床组合工艺的沼液深度净化系统。本发明采用含有多级厌氧、缺氧和好氧的新型SHARON反应器、设置有填料的SBBR反应池以及具有多种挺水植物及生态浮床的改良型生态浮床反应池的组合工艺对沼液废水进行深度净化。该系统可有效解决当前猪场粪污治理存在资源化利用率较低、达标处理稳定性差、深度处理效率低、建设运行成本高等问题，有效提高资源化利用程度，提高污染净化效率，降低处理成本，具有高效、经济、剩余污泥产量少等优势。其最终出水可以达到《鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准》（DB36/852‑2015）中表1的“高效集约发展区”标准。

Description

一种基于SHARON - SBBR - 改良型生态浮床组合工艺的沼液深度净化系统

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及水处理领域中的一种基于SHARON-SBBR-改良型生态浮床组合工艺的沼液深度净化系统。

背景技术

我国生猪饲养量和猪肉消费量均占世界总量的1/2左右。2018年，全国生猪出栏69382 万头，生猪养殖产值占畜牧业总产值的3/4，占农业总产值的18％，与汽车工业基本相当。大规模生猪养殖引起巨大污染，威胁食品安全与生态环境健康。

江西省以“三山六水一分田”著称，鄱阳湖作为“长江之肾”，是中国最大淡水湖，上承赣、抚、信、饶、修五河之水，下接中国最大河流长江。近年来，鄱阳湖水质出现下降情况。2017 年1月至5月的平均达标率为41.2％，17个点位仅有7个点位达标，其中，养殖等农业面源污染是其水质下降重要成因之一；同年对鄱阳湖湖滨区TP的污染负荷分析发现，畜禽养殖业是第三大污染源，贡献率达16.40％。江西是生猪养殖和调出大省，生猪养殖带来的污染(氮、磷)占五河入鄱阳湖60％以上，对鄱阳湖水质健康有着极大影响。针对畜禽养殖废水排放，江西省在2015年颁发了比《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)更为严格的《鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准》(DB36/852-2015)，但近些年少有能稳定达地方标准的报道。在养猪粪污处理与利用方面，达标处理是一条主要途径，但达标处理方面主要以“厌氧- 好氧组合处理”为主，存在启动慢、脱氮除磷效果差、运行不稳、建设运行费用高等问题，处理出水持续稳定达到现有GB18596-2001仍有一定难度，与《鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准》(DB36/852-2015)要求的规模化畜禽养殖场主要污染物排放浓度限值差距较大。当前猪场粪污治理存在资源化利用率较低、达标处理稳定性差、深度处理效率低、建设运行成本高等问题。

与传统的硝化反硝化技术相比，短程硝化反硝化(shortcut nitrificantion-denitrification， SHARON)因为实现了对氮素转化途径的简短化，使之具有如下优点：好氧阶段可节省约1/4 的氧消耗量；缺氧段(反硝化)节省40％的外碳源消耗量(解决传统硝化反硝化过程运行费用高、剩余污泥量大的问题)；亚硝态氮的反硝化速率通常比硝态氮的高，反应历程较快(亚硝酸盐反硝化反应是硝酸盐反硝化反应速率的1.5～2倍)；降低剩余污泥产量和硝化过程的投碱量；缩短反应时间，相应减少30～40％的反应容器体积，节省占地面积。

但目前的短程硝化反硝化反应系统在硝化液回流时，将好氧污泥带入缺氧反应区对缺氧反应区造成较大的扰动，影响处理效率；且整个短程硝化反硝化过程为了保证反应器内的污泥浓度，需要对整体污泥进行回流，回流带来的扰动较大；这些扰动对于需要连续处理保证出水要求的反应系统而言是极为不稳定的影响因素，进而影响到整体出水水质。

发明内容

为解决上述问题，本发明通过采用SHARON-SBBR-改良型生态浮床组合工艺形成的生物强化能有效提高资源化利用程度，提高污染净化效率，降低处理成本，具有高效、经济、剩余污泥产量少等优势。具体技术方案如下：

该净化系统包括依次连接的新型SHARON反应器、调节池、SBBR反应池和改良型生态浮床反应池；

所述新型SHARON反应器包括依次折流连通的厌氧区、缺氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ、好氧区Ⅰ、好氧区Ⅱ、好氧区Ⅲ；在所述缺氧区Ⅰ和所述缺氧区Ⅱ垂直叠放设置，出水位置均设置有挡泥板，所述缺氧区Ⅱ底部设置导流板使经缺氧区Ⅱ挡泥板的出水连通至所述好氧区Ⅰ底部，在所述好氧区Ⅲ内设置有填料；

所述好氧区Ⅲ出水一部分经回流泵进入缺氧区Ⅰ，剩余出水自流至调节池；所述调节池中处理水经进水泵进入SBBR反应池，SBBR反应池内设置有软性填料，填充率为35～40％；

所述SBBR反应池出水流入改良型生态浮床反应池，其内设置有挺水植物区和生态浮床，两者由设置在反应池底部的挡板划分区域。

进一步的，所述新型SHARON反应器内厌氧区：缺氧区Ⅰ：缺氧区Ⅱ：好氧区Ⅰ：好氧区Ⅱ：好氧区Ⅲ的体积比为1:1:1:1:1:2。

进一步的，所述新型SHARON反应器配套设置有曝气头、气体调节阀和风机为好氧区提供曝气，三个好氧区内控制DO依次为0.5～1.0mg/L，1.5～2.5mg/L，0.8～1.2mg/L；所述SBBR 反应池配套微孔曝气盘、风机和气体流量计实现对反应器的供氧。

进一步的，新型SHARON反应器的硝化液回流比控制在100％。

进一步的，所述厌氧区和缺氧区内均设置有悬浮辫帘式填料，其中厌氧区内填充率为 20～25％，缺氧区内填充率为25～35％。

进一步的，所述好氧区Ⅲ内设置直径3～4cm的多孔隙生物球填料，填充率为50～60％。

进一步的，所述生态浮床上种植有净水植物，在生态浮床水面以下45～55cm处悬挂饼状的碳素填料，所述碳素填料内附着有EM功能菌。

进一步的，所述挡板高度为池体有效高度的1/4～1/3。

进一步的，挺水植物选用株高、茎粗的水生美人蕉和香蒲，净水植物选用根系发达、不定根众多的水芹和水葫芦。

进一步的，所选的EM功能菌包括硝化菌、反硝化菌、亚硝化菌、氨化细菌和聚磷菌。

本发明的新型SHARON反应器，是在A²/O模式基础上对装置进行改进，形成“厌氧区→缺氧区Ⅰ→缺氧区Ⅱ→好氧区Ⅰ→好氧区Ⅱ→好氧区Ⅲ”功能区分布的短程硝化反硝化反应装置。猪场沼液首先进入反应器的厌氧区，该区设置有悬浮辫帘式填料，填充密度为 20～25％，用于提供微生物附着的载体，一方面可减少污泥的流失，维持反应区活性污泥有效浓度；另一方面更高效的促进生物膜上氨化菌等将化合态氮转化成NH₄ ⁺-N以及其它微生物对有机物的降解。

接着沼液从厌氧区顶部流入缺氧区Ⅰ，该区设置有悬浮辫帘式填料，填充密度为25～35％，用于提供微生物附着的载体，以更高效的促进附着于生物膜上反硝化菌的短程反硝化过程，将从好氧区Ⅲ回流至缺氧区Ⅰ的硝化液中的NO₃ ^--N还原为NO₂ ^--N，以实现降低好氧区硝化液中NO₃ ^--N含量的作用；接着缺氧区Ⅱ生物膜上的厌氧氨氧化菌将还原得到的NO₂ ^--N和沼液中的NH₄ ⁺-N进一步转化为N₂；同时聚磷菌(PAOs)在缺氧区还可以利用NO₃ ^--N作为最终电子受体发生吸磷现象，以实现反硝化除磷，进而使沼液中TP的含量减少；缺氧区Ⅰ和缺氧区Ⅱ内设置出水挡泥板，将填料及污泥阻挡在反应区域内，不进入好氧区，降低扰动，两个缺氧区垂直叠放设置确保缺氧环境。接着污水从缺氧区Ⅱ进入好氧区Ⅰ，按照水流方向上下交错设置过水孔连接3个好氧区，这些好氧区的氧气由风机供应，通过气体调节阀和曝气头实现不同功能区不同水体DO浓度的控制，并依次表现为0.5～1.0mg/L，1.5～2.5mg/L， 0.8～1.2mg/L；利用3个好氧区DO的差别，分区段培养优势菌群，一方面促使污泥中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)更高效的将污水中剩余NH₄ ⁺-N氧化为NO₂ ^--N和NO₃ ^--N，实现短程硝化减少NH₄ ⁺-N含量的功能；另一方面可以通过增加聚磷菌(PAOs)的含量和活性对水体磷的高效吸收，从而实现连续污水的脱氮和除磷。好氧区Ⅲ内设置直径3～4cm的多孔隙生物球填料，填充率为50～60％，所选的生物球填料，质量轻，是一种塑料材料制成的多片状结构中空球体，球内部中空部分是一块高密度孔隙且滤水性强的生化棉，使得该生物球一方面可为硝化菌等微生物的生长繁殖提供附着载体，另一方面可起延长水流线、均匀分布水流、减缓水流、提升水中溶解氧利用率的作用，进而能提高生化过滤效果及水质净化功能。

所述好氧区Ⅲ出水一部分经回流泵进入缺氧区Ⅰ，由回流泵控制回流比例，剩余出水自流至调节池，调节池调节水质水量、储存处理水；所述调节池中处理水经进水泵进入SBBR 反应池，SBBR反应池内设置有软性填料，其中有软性填料为硝化菌、反硝化菌等微生物提供附着生长载体环境，填充率为35～40％；并且通过风机、气体流量计和微孔曝气盘实现对反应器的供氧；SBBR是在SBR的基础上发展起来的，同时兼具SBR优点和生物膜法的优点，生物量可高达活性污泥法的5～20倍，具有良好的抗冲击负荷变化能力；可以使生物膜在时间上交替处于厌氧/好氧状态，通过生物膜的脱落，排出剩余污泥，实现生物除磷的目的；同时由于生物膜上微生物的固着生长特性，在生物膜上能够生长繁殖增殖速度缓慢的硝化细菌，以及生物膜在增长过程形成的外层以好氧微生物为主体的好氧区，内层以兼性及厌氧微生物为主体的厌氧区的这种特殊结构，实现反应器同步硝化反硝化生物脱氮的效能，可获得较高的脱氮能力；同时，25～30d后，通过放空阀对污泥的排放实现系统除磷的功效。

SBBR反应池出水流入改良型生态浮床，其中包括挺水植物区，挡板，生态浮床，净水植物，EM功能菌；挺水植物的布置选用株高、茎粗的水生美人蕉和香蒲，一方面可以对来水进行阻挡以减缓流速，实现均匀布水；另一方面可以利用植物对N、P等营养元素的吸收，降低污水中污染物的含量；挡板高度为池体有效高度的1/4～1/3，主要作用是滞留被挺水植物阻挡的大颗粒污泥，减少对后续生态浮床区的冲击，提高生态浮床区的有效池容；生态浮床设置有净水植物、EM功能菌和提供悬浮生长载体；所选的净水植物为水芹和水葫芦，均为根系发达、不定根众多的耐高氮、高磷及其他有害物质的湿生或耐水植物，利用植物天然根系构建具有庞大比表面积的载体，以容纳大量生物膜，形成高度集约、多样化的生态系统，从而对污水起到更加强有力的净化作用；在浮床水面以下45～55cm处悬挂饼状的碳素填料 (直径10cm，厚度2cm)，利用载体填料容易负载挂膜，为EM功能菌提供一个良好的稳定生长环境，抵挡激烈的水利条件对微生物产生的冲击影响，所选的EM功能菌包括硝化菌、反硝化菌、亚硝化菌、氨化细菌、聚磷菌等稳定的菌群，以实现对污水中COD、N和P等进一步净化。在连续运行条件下，系统会产生种类繁多的微生物种群和诸如缘毛类纤毛虫、轮虫等原、后生动物，从而构成较一条“细菌-原生动物-后生动物”食物链，并通过原、后生动物对悬浮性固体的摄食能力和某些昆虫的幼虫及一些软体动物对较大絮状活性污泥或生物膜的直接吞食作用，实现减少污泥产量的目的。

本发明中的新型SHARON反应器的巧妙设计，减少了污泥回流环节，降低了回流污泥对缺氧区的扰动风险，且在好氧区内设置填料，使得回流的硝化液内含泥量低，降低了好氧污泥对缺氧区的扰动风险；在处理系统的整体结构上，无需设置沉淀池，减少了反应器的建设及运行成本。

本发明系统适用于猪场废水处理，可以有效解决当前猪场粪污治理存在资源化利用率较低、达标处理稳定性差、深度处理效率低和建设运行成本高等问题，有效提高资源化利用程度、提高污染净化效率，降低处理成本，具有高效、经济、剩余污泥产量少等优势。其最终处理出水可以达到《鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准》(DB36/852-2015)中表1的“高效集约发展区”标准。

附图说明

图1本发明系统的流程示意图；

附图标记

1-新型SHARON反应器；2-SBBR反应池；3-调节池；4-改良型生态浮床反应池；1.1-厌氧区；1.2-缺氧区Ⅰ；1.3-缺氧区Ⅱ；1.4-好氧区Ⅰ；1.5-好氧区Ⅱ；1.6-好氧区Ⅲ；1.7-回流泵； 1.8-曝气头；1.9-气体调节阀；1.10-风机；1.11-挡泥板；1.12-挡泥板；1.13-导流板；1.14-生物球填料；3.1-进水泵；3.2-软性填料；3.3-微孔曝气盘；3.4-风机；3.5-气体流量计；3.6-放空阀； 4.1-挺水植物区；4.2-挡板；4.3-生态浮床；4.4-净水植物；4.5-碳素填料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见说明书附图1所示的一种基于SHARON-SBBR-改良型生态浮床组合工艺的沼液深度净化系统，净化系统包括依次连接的新型SHARON反应器1、调节池2、SBBR反应池3和改良型生态浮床反应池4；

所述新型SHARON反应器1包括依次折流连通的厌氧区1.1、缺氧区Ⅰ1.2、缺氧区Ⅱ1.3、好氧区Ⅰ1.4、好氧区Ⅱ1.5、好氧区Ⅲ1.6；在所述缺氧区Ⅰ1.2和所述缺氧区Ⅱ1.3垂直叠放设置，出水位置均设置有挡泥板1.11和1.12，所述缺氧区Ⅱ1.3底部设置导流板1.13使经缺氧区Ⅱ1.3挡泥板的出水连通至所述好氧区Ⅰ1.4底部，在所述好氧区Ⅲ1.6内设置有填料1.14；

所述好氧区Ⅲ1.6出水一部分经回流泵1.7进入缺氧区Ⅰ1.2，剩余出水自流至调节池2；所述调节池2中处理水经进水泵3.1进入SBBR反应池3，SBBR反应池3内设置有软性填料3.2，填充率为35～40％；

所述SBBR反应池3出水流入改良型生态浮床反应池4，其内设置有挺水植物区4.1和生态浮床4.3，两者由设置在反应池底部的挡板4.2划分区域。

所述新型SHARON反应器1内厌氧区1.1：缺氧区Ⅰ1.2：缺氧区Ⅱ1.3：好氧区Ⅰ1.4：好氧区Ⅱ1.5：好氧区Ⅲ1.6的体积比为1:1:1:1:1:2。

所述新型SHARON反应器1配套设置有曝气头1.8、气体调节阀1.9和风机1.10为好氧区提供曝气，三个好氧区内控制DO依次为0.5～1.0mg/L，1.5～2.5mg/L，0.8～1.2mg/L；所述SBBR 反应池配套微孔曝气盘3.3、风机3.4和气体流量计3.5实现对反应器的供氧。

所述厌氧区和缺氧区内均设置有悬浮辫帘式填料，其中厌氧区内填充率为20～25％，缺氧区内填充率为25～35％。

所述好氧区Ⅲ1.6内设置直径3～4cm的多孔隙生物球填料1.14，填充率为50～60％。

所述生态浮床4.3上种植有净水植物4.4，在生态浮床4.3水面以下45～55cm处悬挂饼状的碳素填料4.5，所述碳素填料4.5内附着有EM功能菌。

所述挡板4.2高度为池体有效高度的1/4～1/3。

挺水植物选用株高、茎粗的水生美人蕉和香蒲，净水植物选用根系发达、不定根众多的水芹和水葫芦。

所选的EM功能菌包括硝化菌、反硝化菌、亚硝化菌、氨化细菌和聚磷菌。

实施例1

某中型养猪场，日产废水量约50m³/d，采用干清粪方式，以减少流入厌氧化粪池的悬浮颗粒物含量，接着将产生的沼液通过泵流入SHARON-SBBR-改良型生态浮床组合工艺构成的系统进行深度净化。对应设备按照前文相关参数运行，其中新型SHARON反应器的硝化液回流比控制在100％，并通过PLC自动控制SBBR运行周期为12h/周，具体为：进水期0.5h(曝气)，反应期8.5h(曝气，包括前段0.5h进水期)，滗水期2.0h(不曝气，前1.5h静置，后0.5h排水)，静置期1.5h(不曝气)。通过长达半年多的运行监测发现，沼液经该套系统处理后，出水水质长期较稳定，其中COD、NH₄ ⁺-N、TN、TP和SS等目标污染物浓度分别处于102～115mg/L、30～36mg/L、61～68mg/L、3.7～4.2mg/L和115～127mg/L，出水水质均优于《鄱阳湖生态经济区水污染物排放标准》(DB36/852-2015)中表1的“高效集约发展区”标准限值，可见该系统对环境变化的适应性和抗冲击负荷能力强。

主要处理单元的出水情况见下表：

此外，通过阶段性监测分析显示，在连续半年多稳定运行期间，本系统污泥产率处于 7％～10％之间(平均污泥产率为8.2％)，相对于普通活性污泥法和普通生物膜法的污泥产量分别为系统去除COD总量的60％和30％左右而言，该系统的污泥产率分别约占普通活性污泥法和普通生物膜法的14％和27％，可见该工艺能减少剩余污泥的产生量。

对于系统中的改良型生态浮床，使用自然(选种植物)根须和人工(碳素饼状)填料作为生物膜载体，其表面积与体积比可达11000～12000m²/m³，能够在单位体积反应器内培养和维持较普通活性污泥法多3～4倍的有效生物浓度。通过换算显示，该系统的等效生物浓度可达14000～17000mg/L，明显高于一般活性污泥法的混合液悬浮物浓度3000～5000mg/L。因此，与普通活性污泥法相比，去除相同量的污染物所需的反应器体积将可节省1/4～1/3，具有节约用地的效果。

该系统对于解决当前猪场粪污治理存在资源化利用率较低、达标处理稳定性差、深度处理效率低、建设运行成本高等问题具有重要意义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种基于SHARON - SBBR - 改良型生态浮床组合工艺的沼液深度净化系统，其特征在于：净化系统由依次连接的新型SHARON反应器（1）、调节池（2）、SBBR反应池（3）和改良型生态浮床反应池（4）组成；

所述新型SHARON反应器（1）包括依次折流连通的厌氧区（1.1）、缺氧区Ⅰ（1.2）、缺氧区Ⅱ（1.3）、好氧区Ⅰ（1.4）、好氧区Ⅱ（1.5）、好氧区Ⅲ（1.6）；所述缺氧区Ⅰ（1.2）和所述缺氧区Ⅱ（1.3）垂直叠放设置，出水位置均设置有挡泥板（1.11、1.12），所述缺氧区Ⅱ（1.3）底部设置导流板（1.13）使经缺氧区Ⅱ（1.3）挡泥板的出水连通至所述好氧区Ⅰ（1.4）底部，在所述好氧区Ⅲ（1.6）内设置有填料；

所述好氧区Ⅲ（1.6）出水一部分经回流泵（1.7）进入缺氧区Ⅰ（1.2），剩余出水自流至调节池（2）；所述调节池（2）中处理水经进水泵（3.1）进入SBBR反应池（3），SBBR反应池（3）内设置有软性填料（3.2），填充率为35~40%；

所述SBBR反应池（3）出水流入改良型生态浮床反应池（4），其内设置有挺水植物区（4.1）和生态浮床（4.3），两者由设置在反应池底部的挡板（4.2）划分区域。

2.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所述新型SHARON反应器（1）内厌氧区（1.1）：缺氧区Ⅰ（1.2）：缺氧区Ⅱ（1.3）：好氧区Ⅰ（1.4）：好氧区Ⅱ（1.5）：好氧区Ⅲ（1.6）的体积比为1:1:1:1:1:2。

3.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所述新型SHARON反应器（1）配套设置有曝气头（1.8）、气体调节阀（1.9）和风机Ⅰ（1.10）为好氧区提供曝气，三个好氧区内控制DO依次为0.5~1.0 mg/L，1.5~2.5 mg/L，0.8~1.2 mg/L；所述SBBR反应池配套微孔曝气盘（3.3）、风机Ⅱ（3.4）和气体流量计（3.5）实现对SBBR反应池的供氧。

4.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：新型SHARON反应器（1）的硝化液回流比控制在100%。

5.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所述厌氧区、缺氧区内均设置有悬浮辫帘式填料，其中厌氧区内填充率为20~25%，缺氧区内填充率为25~35%。

6.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所述好氧区Ⅲ（1.6）内设置直径3~4 cm的多孔隙生物球填料（1.14），填充率为50~60%。

7.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所述生态浮床（4.3）上种植有净水植物（4.4），在生态浮床（4.3）水面以下45~55 cm处悬挂饼状的碳素填料（4.5），所述碳素填料（4.5）内附着有EM功能菌。

8.根据权利要求1所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所述挡板（4.2）高度为池体有效高度的1/4~1/3。

9.根据权利要求7所述的沼液深度净化系统，其特征在于：挺水植物选用株高、茎粗的水生美人蕉和香蒲，净水植物选用根系发达、不定根众多的水芹和水葫芦。

10.根据权利要求7所述的沼液深度净化系统，其特征在于：所选的EM功能菌包括硝化菌、反硝化菌、亚硝化菌、氨化细菌和聚磷菌。