CN111362408A - 一种基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，属于污水处理技术领域。在污水的硝化处理过程中，在保持体系内一定含量的溶解氧条件下，针对弹性填料进行不同程度形变的挤压处理，所述挤压处理包括深层挤压与浅层挤压相耦合的方式，所述深层挤压在系统负荷下降、出水水质临近指标值或系统阻力超出设计进水配水压力时进行，所述浅层挤压在系统负荷稳定时进行。本发明通过深层挤压和浅层挤压结合，一方面能够实现生物膜填料的脱膜与重新分布，提高传质效率，另一方面能够促进生物膜填料内外的溶解氧分布更加均匀，通过二者的协同作用强化硝化反应提高污水处理效率，恢复出水水质。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺。
背景技术
随着我国社会经济的不断发展，污水排放标准的日益严格，水体氮素污染化问题日益严重，已经成为影响水环境、制约经济与社会可持续发展的重要因素。因此，如何高效低耗地去除污水中的氨氮成为水处理领域中亟待解决的焦点。
污水生物处理技术，按微生物在处理构筑物内的生长方式，可分为微生物悬浮生长方式的活性污泥法和微生物固着生长的生物膜法两大类。其中，活性污泥法具有对有机物处理能力强、传质效率高等优点，其缺点是运行不稳定、污泥产量大、泥龄短、硝化效率低等。
生物膜法的主要优点体现在对氨氮和难降解污染物去除能力强、生物膜中微生物多样性丰富、容积负荷更大、能耗低、占地面积较小。目前在生物膜法进行污水硝化处理领域，通常的处理方式如下：通过向处理池体中投加填料并在填料表面形成生物膜，对废水中的悬浮物进行吸附拦截，形成固定床或流动床式生物反应池，利用生物菌对氨氮、化学需氧量、总磷等进行硝化反应，从而有效的降解和去除，实现污水的达标外排。然而其缺点是传质效率低，生物膜易拥堵结团，其次，水处理溶解氧的分布均匀性也是影响硝化的关键条件之一，若溶解氧分布不均匀，将造成短程硝化效果的不稳定。
针对上述技术问题的解决方式，现有技术公开了相关的申请案，如中国专利申请号为2018111401174，公开日期为2018年12月18日的申请案公开了一种硝化水处理装置，包括反应器、进气管线以及设置于反应器内的曝气系统，曝气系统包括曝气器和曝气筒，曝气筒具有上部通孔和下部通孔，曝气器设置在曝气筒中，曝气器通过进气管线与外部气源相连通，曝气器设置有排气孔且排气孔位于上部通孔和下部通孔之间。通过将曝气器设置在曝气筒内，曝气筒内压力提高，使曝气筒内的气体与水和污泥的混合更加充分，同时形成环流曝气，使曝气更加充分，保证了装置内泥水混合物以及溶解氧浓度的均匀性，提高了硝化水处理效果的稳定性，有利于控制水处理装置达到短程硝化的状态。然而该装置存在以下缺陷：该装置箱体中涉及多个曝气筒，曝气筒内的污泥随着硝化处理过程的进行不断积累，一旦发生堵塞不易清理，需要暂停曝气系统，停止系统反应进行。
再如中国专利申请号为2017113403216，公开日期为2018年5月8日的申请案公开了一种短程硝化工艺启动及运行性能强化方法，将城市污水处理厂二沉池活性污泥分阶段接种于上流式污泥反应器中，反应器悬挂或堆积载体填料；控制反应器内温度恒温范围为26-34℃，DO浓度水平为0.2-1.0mg/L，进水氨氮浓度为50-70mg/L，在运行10-30天后向短程硝化反应器进水中添加Fe(II)离子2.3-10.0mg/L。其主要通过在运行10-30天后向短程硝化反应器进水中添加Fe(II)离子有助于提高NO2-N的积累，且降低NO2-N对功能菌群的抑制作用，提高系统功能菌群生物量，强化功能菌群的富集，加快短程硝化工艺启动，提高系统运行性能。然而，该方法对反应条件及进水水质有一定要求，亚硝酸积累的影响因素也较多，通过投加额外试剂，需对试剂用量进行考量，较为繁琐且增加成本。
因此，基于现有技术的缺陷，亟需发明一种硝化效率高、适用范围广的强化硝化处理工艺。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中的生物膜法进行硝化生物反应时存在的传质效率低，生物膜易拥堵结团，以及当填料堵塞时，引起系统中溶解氧利用率降低，从而导致硝化负荷下降的问题，本发明提供了一种基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，通过浅层挤压和深层挤压结合，不仅能够实现生物膜填料的脱膜与重新分布，提高传质效率，有效延长系统高负荷运行的周期；还能够促进生物膜填料内外的溶解氧分布更加稳定和均匀，多种因素协同作用强化硝化反应效率，保持水质稳定；
进一步地，针对两次深层挤压中间水质质量逐渐下降的技术问题，采用在首次深层挤压前和/或两次深层挤压之间进行浅层挤压的步骤，使水质在浅层挤压匀质过程中得到提高，进一步提高出水的稳定和强化硝化反应处理效率。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，在污水的硝化处理过程中，保持系统内一定含量的溶解氧条件下，针对弹性填料进行不同程度形变的挤压处理，所述挤压处理包括浅层挤压与深层挤压相耦合的方式，所述深层挤压在系统负荷下降、出水水质临近指标值或系统阻力超出设计进水配水压力时进行，所述浅层挤压在系统负荷稳定时进行。
正常工作情况下，填料中对悬浮物的拦截、堆积或生物膜的生长、老化都会导致系统阻力增大、出水水质变差，当填料堵塞时，将会引起系统中溶解氧利用率降低，生物菌无法进行充分的硝化反应导致硝化负荷低于前期高负荷运行水平，因此需要进行脱膜强化硝化处理。
优选的，所述污水的硝化处理过程中控制溶解氧浓度一般在2-3mg/L左右。
所述浅层挤压步骤包括使部分所述弹性填料发生形变促进堆积的生物膜重新排布的步骤。
优选地，所述的浅层挤压设置在首次深层挤压前和/或两次深层挤压之间。
优选地，所述系统负荷下降指系统负荷低于设计负荷的80％～90％；所述系统负荷稳定指系统负荷不低于设计负荷的80％～90％。
优选地，所述深层挤压和/或浅层挤压包括挤压阶段和恢复阶段。
优选地，在正常进水的条件下，所述浅层挤压中的挤压阶段为：使所述弹性填料的体积形变为原始叠放体积的70～90％，所述浅层挤压中的恢复阶段为：使所述弹性填料体积完全恢复。浅层挤压的目的一是实现填料内生物膜或污泥的重整，使填料空隙内污泥、污水、悬浮物等重新均匀分布，恢复处理效率；二是排出一部分老化的污泥，增加填料中的有效反应容积；三是能够使系统中溶解氧利用率维持在相对平稳的水平，使生物菌进行充分的硝化反应。
基于上述的几个方面作用，浅层挤压步骤能够使填料中生物膜的处理效率保持较高水平，且出水稳定、由于生物膜老化导致的水质情况波动小，提高系统负荷，且能耗较低。一般地，浅层挤压对填料内生物膜或污泥重整均匀分布，增加填料中的有效反应容积，系统处理能力一般能够恢复到初始处理能力的80％～90％以上，此处的初始处理能力是指系统启动挂膜后的填料的处理能力，需要注意的是，进行多次浅层挤压时，浅层挤压能够恢复的处理能力呈现逐渐降低的趋势，但在整体上，浅层挤压能够使水质波动式下降的趋势更为平缓，能够延长系统保持高负荷运行状态的周期。
优选地，相邻两次所述浅层挤压步骤或相邻浅层挤压与深层挤压的间隔时间不少于1天。理论上，浅层挤压的次数越多越好，但由于浅层挤压会引起生物膜的重新排布，持续的扰动状态不利于生物膜重新排布后的挂膜，因此浅层挤压的间隔时间不宜过短，否则难以达到预期的提升的处理效果。
优选地，所述深层挤压和/或浅层挤压包括从所述弹性填料下方向上挤压，和/或从所述弹性填料上方向下挤压，和/或从所述弹性填料的侧方向对侧挤压，和/或从所述弹性填料内部向外部挤压的步骤。
优选地，所述浅层挤压优选为从最先与污水接触的填料一侧向其对向的挤压。这是由于最先与污水接触的填料中老化生物膜较多。
优选地，所述弹性填料包括内部为多孔结构的立方体，其中，聚氨酯海绵填料比表面积大，孔隙分布均匀，可以快速实现生物挂膜，该填料为立方体，比表面积大于15000m2/m3，密度为20kg/m3，体积膨胀率约为1:1.5，孔隙率大于95％，网泡内孔结构形式为多边形，大孔、小孔、微孔互穿共布。此类弹性填料具有孔隙率高、密度低、吸水性强、易挂膜、价格低廉等优点而被广泛使用。
优选地，所述深层挤压包括依次进行的第一挤压阶段、第一恢复阶段、第二挤压阶段和第二恢复阶段，所述第一恢复阶段的第一恢复体积小于所述第二恢复阶段的恢复体积。
优选地，所述深层挤压包括以下步骤：
1)系统分别停止曝气和进水，进行第一挤压和第一恢复阶段；
2)向系统中进入反洗水后，进行第二挤压和第二恢复阶段；
3)系统分别恢复曝气和进水，进入至正常工作阶段。
优选地，所述深层挤压具体包括：
S1-1系统停止进水，进行第一挤压阶段，使所述弹性填料的体积形变为原始弹性填料叠放体积的30％～40％，排出脱落的老化生物膜；
S1-2进行第一恢复阶段，使所述弹性填料的体积恢复为所述浅层挤压步骤中挤压阶段形变后的弹性填料的体积(即原始叠放体积的70～90％)；此时，系统中的弹性填料保持一定压力，避免短时间内弹性填料孔隙形变过大进而导致填料塌陷，有效容积下降；减小深度挤压对于填料弹性及有效容积的影响；
S1-3向系统中进入反洗水后，进行第二挤压阶段，所述弹性填料的体积形变为原始弹性填料叠放体积的30％～40％，排出脱落的老化生物膜；
S1-4进行第二恢复阶段使所述弹性填料的体积恢复为原始弹性填料叠放体积，排泥后回到工作阶段。
优选地，当系统阻力超出设计进水配水压力或系统负荷下降时，进行深层挤压步骤。
深层挤压实现弹性填料内生物膜废料或污泥的彻底挤压脱膜和排出，填料中的有效通量及有效反应容积也恢复到初始满负荷状态，恢复出水水质和系统阻力。一般地，经过深层挤压，填料中的有效通量及有效反应容积恢复到初始状态，在填料保持良好状态条件下，系统处理能力一般可恢复到初始处理能力的90％～100％，此处的初始处理能力是指系统启动挂膜后的填料的处理能力。但当填料经多次深层挤压后，由于反复挤压使填料出现部分形变，坍塌以及堵塞，影响生物膜挂膜从而降低硝化负荷，影响硝化反应高效进行。
优选地，当进水配水压力超过设计值的10％～20％，启动浅层挤压；当进水配水压力超过设计值的30％～40％，进行深层挤压。
优选地，所述设计进水配水压力为40cm～150cm水头。
优选地，所述设计进水配水压力为50cm～100cm水头。
优选地，所述设计进水配水压力为70cm～80cm水头。
优选地，所述的步骤S1-1和步骤S1-2重复1～3次后再进入步骤S1-3。
深层挤压与浅层挤压相互配合工作，保持反应体系中污染物去除率稳定在设计范围内，控制污泥堆积和填料堵塞的不利影响，保持生化反应高负荷进行，稳定出水水质，达到出水设计指标要求。
优选地，所述深层挤压步骤一般间隔15～90天进行。
优选地，当应用于轻微污染水处理或污水处理厂尾水处理时，深层挤压一般间隔60～90天。
优选地，当应用于重度污染水处理或生活污水处理原水处理，或出水水质要求较高时，深层挤压一般间隔15～30天。
优选地，所述浅层挤压步骤可定期进行，一般间隔5～7天进行。
优选地，所述浅层挤压，操作频率优选为1～3天一次。
优选地，所述处理工艺包括以下步骤：
a)挂膜阶段：向系统内投加弹性填料并开启进水进气系统，促进生物膜形成，控制进水在设计进水量的50％-80％，曝气系统的供气量控制在设计供气量的60％-80％。
挂膜初期降低进水量以及进气量可为生物挂膜预留一定的时间，使微生物均匀有效的富集在弹性填料的孔隙中，促进生物膜的形成。
b)硝化处理阶段：采用浅层挤压与深层挤压相耦合的方式对弹性填料进行挤压处理。
优选地，所述曝气结构为均匀分布、小孔径曝气头的结构。目的在于提高曝气的均匀性和充分性，更加有利于体系中溶解氧的调控；配合浅层挤压的操作处理有利于体系中溶解氧的调控，与现有硝化水处理技术相比，具有反应效率高、能耗低、投资费用省、单位面积产水通量大、占地面积小、出水水质稳定达标等优势。
优选地，浅层挤压和深层挤压的挤压和恢复的速率为30cm/min。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，采用浅层挤压与深层挤压相耦合方式能够有效强化硝化处理效率；当系统负荷下降、出水水质临近指标值或系统阻力超出设计进水配水压力时，采用深层挤压使生物膜中的老化层脱落，实现老化生物膜的彻底排出，在系统负荷稳定的阶段，采用浅层挤压使填料内生物膜或污泥重新均匀分布，提高填料的分布均匀度和有机物处理过程中的传质效率，还能够促进生物膜填料内外的溶解氧分布更加稳定和均匀，有助于保持稳定硝化处理效果，与现有技术中通过曝气的方式提升传质效率相比，能够有效防止生物膜的堵塞；深层挤压和浅层挤压方式相耦合不仅能够显著提升硝化反应效率，保持硝化处理出水水质的稳定性，同时能够有效延长系统高负荷运行的周期，避免了深层挤压导致的停止工作状态及过多深层挤压对填料使用寿命的影响。
(2)本发明的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，在系统运行稳定时使所述弹性填料的体积形变并恢复的方式进行浅层挤压，同时控制系统内一定的溶解氧浓度(可以通过曝气实现)，有助于三维结构的弹性生物填料在被挤压发生形变时水体中的氧气从填料外部渗透进入内部，使分布于填料内外的硝化菌能够保持溶解氧平衡，与现有技术中单纯的通过增加曝气强度提高溶解氧的方式相比，避免了因过大的曝气强度导致的容器内的溶解氧浓度过于剧烈的变化和波动的现象，进而导致一部分区域的溶解氧已经超过2mg/L-3mg/L的适宜范围，另一部分区域的溶解氧还未达到该适宜范围的问题，本发明的操作方式能够有效保持填料内外部以及填料之间溶氧的平衡性和稳定性，有助于提升整体的硝化处理效率。
(3)本发明的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，利用硝化细菌生长繁殖需要氧气充足的条件特性，通过浅层挤压方式促进生物填料的内外部溶解氧平衡和稳定，有助于促进分布于生物填料整体的硝化细菌的增殖，强化功能细菌的富集，一方面提高硝化处理效率，另一方面，大量存在的有效发挥作用的功能菌也能够有效延长生物膜的寿命。
(4)本发明的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，在污水处理过程中，由于浅层挤压能够显著提高生物膜的处理效果，使水质在特定时间段内得到提升，在深层挤压前进行若干次浅层挤压，能够使生物膜的处理效果反复经历下降-上升-下降-上升的波动式下降的状态，而并非仅有深层挤压的持续下降的状态，处理效果能够在较长时间内保持稳定，因此能够极大程度地延迟深层挤压的周期。
(5)本发明的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，通过浅层挤压、深层挤压相耦合的方式，使生化反应高负荷进行，稳定出水水质，达到出水设计指标要求，出水波动小、净化效率高，另一方面降低污泥堆积和填料堵塞的不利影响，降低停水处理频率和时间，提高了设备连续运转时间、设备利用率高、能耗低。与现有硝化水处理技术相比，具有反应效率高、能耗低、投资费用省、单位面积产水通量大、占地面积小、出水水质稳定达标等优势。
附图说明
图1为实施例1中应用于污水硝化处理的工艺流程；
图2为实施例1浅层挤压方法工序流程；
图3为实施例1深层挤压方法工序流程；
图4A为实施例1的浅层挤压与深层挤压配合工艺连续处理90天氨氮出水变化；
图4B为实施例1的浅层挤压与深层挤压配合工艺连续处理90天填料硝化负荷变化；
图5A为对比例1的单独深层挤压工艺连续处理90天氨氮出水变化；
图5B为对比例1的单独深层挤压工艺连续处理90天填料硝化负荷变化；
具体实施方式
需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。
如本文所使用，术语“......中的至少一个”旨在与“......中的一个或多个”同义。例如，“A、B和C中的至少一个”明确包括仅A、仅B、仅C以及它们各自的组合。
浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。
任何方法或过程权利要求中所述的任何步骤可以以任何顺序执行，并且不限于权利要求中提出的顺序。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
图1为应用于污水硝化处理的工艺流程；在正常工作阶段中，填料中对悬浮物的拦截、堆积或生物膜的生长、老化会导致出水水质逐步降低、系统阻力逐渐增大，当水质低于设计出水要求或进水水头超出设定阻力后，停止进水后进行深层挤压。本发明的耦合式脱膜强化硝化处理工艺，在深层挤压之前，进行若干次浅层挤压。
本实施例中待处理污水类型为河道污水，进水水质参数主要有COD、氨氮、总磷等，该河道污水进水量为1000m3/d，进水氨氮<10mg/L，COD<50mg/L，总磷<5mg/L。
设计出水水质标准为氨氮<1mg/L，COD<20mg/L，总磷<0.2mg/L，整体达到地表Ⅲ类水标准。采用如图1的工艺流程对原水进行硝化处理，采用带有挤压装置的硝化反应系统，通过投加弹性填料实现生物挂膜，总填料体积均为40m3，该填料为立方体，比表面积大于15000m2/m3，密度为20kg/m3，体积膨胀率约为1:1.5，孔隙率大于95％，网泡内孔结构形式为多边形，大孔、小孔、微孔互穿共布。
风机为箱体内反应系统提供氧气，微生物在有氧条件下进行硝化反应实现氨氮的去除以及对COD和总磷的去除。
一、挂膜阶段
设备安装完毕后，向箱体内投加填料，待填料投加完毕后开启进水进气系统。进水量控制在设计进水量的50％-80％，曝气系统的供气量控制在设计供气量的60％-80％。挂膜初期降低进水量以及进气量可为生物挂膜预留一定的时间，使微生物均匀有效的富集在弹性填料的孔隙中，促进生物膜的形成，挂膜初始阶段控制系统曝气量维持在1.0～1.5m3/min。曝气结构为均匀分布、小孔径曝气头的结构，目的在于提高曝气的均匀性和充分性，更加有利于体系中溶解氧的调控。
二、处理阶段
1)浅层挤压(如图2所示)
污水进入挤压装置中的停留时间由进水量由反应池中的有效容积决定；在处理过程中每间隔5-7天时间进行一次浅层挤压，从填料上方向下进行挤压，挤压至约为原填料高度的70-90％，挤压和恢复的速率为30cm/min；浅层挤压阶段控制系统曝气量维持在1.6～2.0m3/min。
本实施例中采用4次浅层挤压后进行一次深层挤压，浅层挤压时间间隔的选择主要是在确保生物挂膜良好的情况下，出水水质稳定达标，此时系统负荷不低于设计负荷的80％～90％。
2)深层挤压(如图3所示)
至系统负荷低于设计负荷的80％～90％，以挤压和恢复的速率为30cm/min(匀速挤压的方式有利于生物膜均匀脱落)的方式进行以下的步骤：
S1-1、系统停止进水，进行第一挤压阶段，使弹性填料的体积形变为原始弹性填料叠放体积的30～40％，排出脱落的老化生物膜；
S1-2、进行第一恢复阶段，使所述弹性填料的体积恢复约为所述浅层挤压步骤中形变后的弹性填料的体积，即70％～90％(第一恢复体积)；
S1-3、向系统中进入反洗水后，进行第二挤压阶段，弹性填料的体积形变约为原始弹性填料叠放体积的30％～40％，排出脱落的老化生物膜；
S1-4、进行第二恢复阶段，使所述弹性填料的体积恢复约为原始弹性填料叠放体积，排泥后回到工作阶段；排泥后填料的有效反应容积得到恢复，重新进水后，污水中的微生物可快速附着在填料中，无须重新启动生物挂膜，恢复曝气处理，控制系统曝气量维持在1.0～2.0m3/min。
继续进水进行处理阶段，重复上述的浅层挤压过程，直至出水水质直至系统负荷再次下降而进行深层挤压步骤，本实施例中连续检测90天，其中，在10-11天挂膜完成，在处理过程中，分别于第20天、第28天、第36天、第44天进行四次浅层挤压，在第65天进行深层挤压，每天的出水水质检测结果如图4A所示，填料的硝化负荷如图4B所示。
对比例1
本对比例1中污水处理装置与条件与实施例1中相同，区别在于：该对比例不进行浅层挤压步骤，挂膜阶段结束后的污水处理阶段，至系统负荷下降系统负荷低于设计负荷的80％～90％后，采用与实施例1中相同的方法进行深层挤压。挤压时间主要是由现场水质变化及系统硝化负荷而决定，此外，填料的堵塞情况有时也作为启动深层挤压的因素，本实施例中连续检测90天，由于进水水质为轻污染水，于第63天进行一次深层挤压，每天的出水水质检测结果如图5A所示，填料的硝化负荷如图5B所示。
由实施例1和对比例1的实验数据对比可知：在系统运行初期，主要为生物膜挂膜阶段。在10天左右，可以完成生物膜的建立。初步建立的生物膜，在供氧充足的条件下，表面附着丰富的好氧菌能够较好地完成硝化反应，氨氮去除率在85％以上，氨氮浓度均在1mg/L以下基本满足出水水质要求。随着系统的不断运行，填料对于污水中悬浮物的截流以及生物菌的老化，使得系统硝化负荷下降，氨氮浓度升高。此时，根据出水水质以及进水配水压力进行生物膜原位活化，恢复系统的处理能力。
实施例1中，初步挂膜完成至第四次浅层挤压期间，出水氨氮浓度随进水氨氮浓度的变化呈波动式变化，但出水水质较好，在长达50天的时间里出水氨氮浓度基本保持在一个较低水平(≤1mg/L)，硝化负荷也基本在0.15-0.16kgNH4-N/m3/d之间上下轻微浮动。多次的浅层挤压匀质过程使得生物膜在较长运行时间内保持较高的有效容积从而使参与反应的生物菌及时更新，同时，由于多次针对弹性生物填料进行浅层挤压，其在发生形变时有助于水体中的氧气从填料外部渗透进入内部，使分布于填料内外的硝化菌能够保持溶解氧平衡和稳定，因此系统中整体的溶解氧利用率也处于平衡稳定的水平，有利于生物菌充分进行硝化反应；硝化负荷随之在高负荷范围内保持稳定，保持在挂膜完成初期的处理水平。在系统运行后期，进水配水压力高于设计进水配水压力的30％-40％，说明老化的生物菌及截流的悬浮物造成了填料的堵塞。此时系统中溶解氧利用率降低，生物菌无法进行充分的硝化反应导致硝化负荷低于前期高负荷运行水平。启动深层挤压，最大程度恢复填料中的有效容积，重新进水并在短期内恢复较高的处理效果，最终达到出水水质要求。然而对比例1中系统完成生物挂膜后，25天内可将原水氨氮降低到1mg/L以下，满足出水指标要求。随后氨氮浓度增加趋势逐渐明显，至第一次深层挤压阶段，氨氮浓度多次接近指标值，且硝化负荷低于实施例1，为0.14kgNH4-N/m3/d上下变化范围内。同时，整体出水氨氮浓度呈上升趋势。深层挤压后硝化负荷有所恢复，但依旧低于实施例1水平。由于对比例1中仅进行深层挤压，系统中截流的悬浮物以及老化的菌种造成填料堵塞且不能及时排出，同时，系统中溶解氧利用率逐渐降低，生物菌无法进行充分的硝化反应导致短时间内硝化负荷不断降低，最终影响整体的处理效果。
对比例2
本对比例中，通过调节风机频率，加大曝气强度，提高系统中的溶解氧浓度提高硝化反应速率。此外，利用池底曝气产生的足够强制气水扰动力使老化生物膜从固定填料上被强制冲洗、脱落，同时使沉积的污泥再次悬浮，生物膜借此得以活化。
对比例2的结果表明：单方面的加大曝气强度虽然可在一定程度上促进填料中生物膜的重新排布以及气水的充分混合，但由于底部曝气影响范围有限，仍存在曝气无法作用到的区域。因此无法实现填料之间溶解氧分布的均匀化、填料内外层溶解氧分布的平衡化，且此操作易导致一定时间内容器内的溶解氧浓度产生过于剧烈的变化和波动，从而导致一部分区域的溶解氧已经超过2mg/L-3mg/L的适宜范围，另一部分区域的溶解氧还未达到该适宜范围，而溶氧过高时，加剧了活性污泥的内源呼吸，造成活性污泥的大量消耗，导致硝化菌的减少，不利于硝化反应进行。而本发明的实施例1中，在一定条件范围内，使用耦合式脱膜方式，在系统负荷下降时侧重于使填料中老化生物膜及污泥及时排出，在系统负荷稳定时侧重于利用浅层挤压使填料内生物膜或污泥重新均匀分布，调整其内部的传质效率，不仅能有效保持三维填料之间和填料内外层的溶解氧分布平衡，使其稳定在适宜的溶解氧范围内，提高生物菌的氧气利用率，有助于硝化菌的增长，更有利于氨氮的快速转化，使硝化反应效率保持稳定。
对比例3
本对比例3中在其它条件与实施例1中基本相同，区别在于：每15-30天进行一次浅层挤压，并且随着系统的运行，越到后期需要的深层挤压的时间间隔越短，增添了深层挤压的次数。运行60-90天后，整体硝化负荷呈下降趋势，且观察填料中污泥分布情况，出现污泥分布不均匀的现象。
实施例1中每隔5-7天进行浅层挤压，不仅将填料中拦截的悬浮物和堵塞的污泥及时排出，还可在一定程度上促进填料的重新排列，促进溶解氧的均匀分布，保持系统中的好氧环境。在一定的曝气量下，填料堵塞情况良好，生物菌可保持对于氧气的利用率，使溶解氧维持在适宜范围内，将稳定进行高负荷的硝化反应。经过重新排列的填料避免了多次定点受力而造成的局部变形，由此延长填料使用寿命。而在对比例3中，浅层挤压间隔时间过长，导致深层挤压间隔过短。填料在经受长时间污泥及悬浮物的积累，易形成不稳定的厌氧区域，导致在浅层挤压期间硝化负荷无法在高负荷范围内稳定。此外，间隔时间过短的深层挤压，对于原水这一类轻污染污水，一方面会不利于恢复阶段的生物挂膜，另一方面会影响填料中的有效容积，降低生物菌的氧气利用率，减缓硝化反应进行。
以上内容是对本发明及其实施方式进行了示意性的描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：在污水的硝化处理过程中，保持系统内一定含量的溶解氧条件下，针对弹性填料进行不同程度形变的挤压处理，所述挤压处理包括浅层挤压与深层挤压相耦合的方式，所述深层挤压在系统负荷下降、出水水质临近指标值或系统阻力超出设计进水配水压力时进行，所述浅层挤压在系统负荷稳定时进行。
2.根据权利要求1所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述的浅层挤压设置在首次深层挤压前和/或两次深层挤压之间。
3.根据权利要求2所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述深层挤压和浅层挤压包括挤压阶段和恢复阶段，所述浅层挤压中的挤压阶段为：在正常进水的条件下，使所述弹性填料的体积形变为原始叠放体积的70％-90％；所述浅层挤压中的恢复阶段为：使所述弹性填料体积完全恢复。
4.根据权利要求3所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述系统负荷下降指系统负荷低于设计负荷的80％～90％；所述系统负荷稳定指系统负荷不低于设计负荷的80％～90％；和/或当进水配水压力超过设计值的10％～20％，启动浅层挤压；当进水配水压力超过设计值的30％～40％，进行深层挤压。
5.根据权利要求1所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述深层挤压包括以下步骤：
1)系统分别停止曝气和进水，进行第一挤压和第一恢复阶段；
2)向系统中进入反洗水后，进行第二挤压和第二恢复阶段；
3)系统分别恢复曝气和进水，进入至正常工作阶段。
6.根据权利要求5所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述深层挤压过程中，所述第一挤压和第二挤压阶段时，使所述弹性填料的体积形变为原始弹性填料叠放体积的30％-40％，和/或所述第一恢复阶段的第一恢复体积小于所述第二恢复阶段的恢复体积。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述处理工艺包括以下步骤：
a)挂膜阶段：向系统内投加弹性填料，开启进水进气系统，促进生物膜形成；
b)硝化处理阶段：采用浅层挤压与深层挤压相耦合的方式对弹性填料进行挤压处理。
8.根据权利要求7所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述步骤a)中，控制进水在设计进水量的50％-80％，控制曝气系统的供气量在设计供气量的60％-80％。
9.根据权利要求8所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述弹性填料包括内部为多孔结构的立方体，和/或弹性填料材料包括聚氨酯海绵填料。
10.根据权利要求8或9所述的基于耦合式脱膜强化硝化处理工艺，其特征在于：所述深层挤压和/或浅层挤压包括从所述弹性填料下方向上挤压，和/或从所述弹性填料上方向下挤压，和/或从所述弹性填料的侧方向对侧挤压，和/或从所述弹性填料内部向外部挤压，和/或从最先与污水接触的填料一侧向其对向的挤压的步骤。
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Legal Events
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Application publication date: 20200703 Assignee: Anhui Xingtai Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: ANHUI PUSHI ECOLOGICAL ENVIRONMENT ENGINEERING Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980005644 Denomination of invention: An enhanced nitrification process based on coupled membrane removal Granted publication date: 20220104 License type: Exclusive License Record date: 20220517 |
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Denomination of invention: An enhanced nitrification process based on coupled membrane removal Effective date of registration: 20220519 Granted publication date: 20220104 Pledgee: Anhui Xingtai Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: ANHUI PUSHI ECOLOGICAL ENVIRONMENT ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2022980005867 |
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Address after: J2C-1701, Phase II, Innovation Industrial Park, High-tech Zone, Hefei City, Anhui Province, 230088 Patentee after: Anhui Platts Ecological Environment Co.,Ltd. Address before: 230088 room 1107-1108, building C3, phase I, innovation industrial park, high tech Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: ANHUI PUSHI ECOLOGICAL ENVIRONMENT ENGINEERING Co.,Ltd. |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230801 Granted publication date: 20220104 Pledgee: Anhui Xingtai Financial Leasing Co.,Ltd. Pledgor: ANHUI PUSHI ECOLOGICAL ENVIRONMENT ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2022980005867 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Anhui Xingtai Financial Leasing Co.,Ltd. Assignor: ANHUI PUSHI ECOLOGICAL ENVIRONMENT ENGINEERING Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980005644 Date of cancellation: 20230810 |