CN111792783A

CN111792783A - 加载混凝耦合生物膜强化ao工艺的分散式污水处理方法

Info

Publication number: CN111792783A
Application number: CN202010681000.8A
Authority: CN
Inventors: 冯玉杰; 李东一; 何伟华; 吕淼
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2020-10-20

Abstract

本发明涉及一种加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，属于生活污水处理领域。主要处理单元包括进水系统、加药系统、混合池、絮凝池、熟化池和斜管沉淀池；生物膜强化A/O系统作为二级处理，主要处理单元包括导流槽、缺氧池、好氧池Ⅰ、好氧池Ⅱ和二沉池，采用组合填料对缺氧池和好氧池进行填充，系统微生物主要以生物膜形式附着在载体表面，大大丰富了功能微生物种类和减少了污泥产生量，填料生物膜形成好氧‑缺氧‑厌氧的微环境，全程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨氧化等多种脱氮机制并存，强化了系统污染物的去除能力。

Description

加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法

背景技术

随着经济的快速发展和物质需求的不断提高，我国生活污水排放总量持增长的趋势,村庄由于水处理设备和专业化人才缺乏，处理率则更低。虽然我国城市污水处理系统已趋向成熟和饱和，但仍有大量市政管网未覆盖的城郊地区、乡镇和农村地区的污水未进行处理，这些分散式的生活污水未经处理排入环境水体中，对生态造成严重的胁迫和风险。

目前分散式污水处理技术主要有生态处理和污水处理集成装置，生态处理技术包括人工湿地、稳定塘、土地渗滤，主流装置化工艺有接触氧化、A/O、AA/O、SBR、MBR，另外混凝工艺也常被用于污水处理。其中，生态处理技术具有低廉的成本与运行维护费用，但存在表面负荷低、处理周期长、占地面积大，处理效果不稳定等问题；A/O工艺具有较高的容积负荷，结构简单，易于维护，但污泥产量较高，不具备同时脱氮除磷的能力；AA/O工艺具有较好的有机物和氮磷去除能力，但主体占地大、基建成本高；SBR工艺易于实现自动控制，但设备成本和维护费用高；MBR工艺是膜分离技术与活性污泥法相结合的工艺，有效减少水力的停留时间和污泥产生量，但存在能耗高、膜污染、运行维护成本高等问题；混凝工艺可去除污水中的各种颗粒物和有机物等污染，工艺简单，但常规混凝絮体松散，不易于固液分离。

针对分散式生活污水在处理效果、经济投入、运行维护的要求，结合上述分散处理工艺的特点，加载混凝耦合生物膜强化A/O工艺是一种可行的处理技术，该组合系统工艺简单，投资少、运营成本低，且满足脱氮除磷需求。

针对分散式生活污水不含或极少含有毒有害物质、主要污染物是SS、COD、N、P的水质特性，考虑这部分生活污水的分散排放特点，本发明开发了一种加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理系统与装置，基于加载材料异相成核的加载混凝技术可解决传统混凝絮体松散、混凝沉淀时间长的问题，以更小的反应池体积在前端处理中将污水大部分的磷、SS和部分COD分离去除，但出水未能达到严格的排放标准，仍需进一步生化处理。加载混凝出水中主要污染物是NH₄ ⁺-N、TN、剩余部分的COD、以及为生化营养预留所需的TP，后续生化处理主要去除的目标污染物是氮素和剩余的有机物，因而A/O工艺是最为合适的后续处理工艺。本发明以生物膜强化的A/O工艺耦合，通过生物膜载体所形成的好氧-缺氧微环境，提供微生物附着生长和繁殖，使系统富集更多的菌落和功能菌，从而使全程硝化反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化等多种脱氮途径并存，强化脱氮进程和水质净化。总的来说，本发明通过加载混凝进行一级处理，有效地降低后续生化系统的处理负荷和简化了其处理指标，而后置耦合生物膜强化A/O工艺进行二级处理，生物膜载体的引入强化了A/O系统有机物去除和脱氮的效能，整个加载混凝-A/O系统工艺简单、易于运行维护，以更小的体积、更高的效能来完成污水净化，这样的系统和装备尤为适合处理分散式生活污水，是污水处理系统的有效补充。

发明内容

本发明提供一种加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，用于处理市政管网未能覆盖收集的城郊、乡镇和农村生活污水以及其他分散式生活污水，系统由一级处理加载混凝与二级处理生物膜强化A/O工艺集成，所基于的装置包括1污水泵、2流量计、3配药系统、3-1加药泵、4搅拌器、5混合池、6絮凝池、7熟化池、8-1导流槽Ⅰ、8-2导流槽Ⅱ、8-3导流槽Ⅲ、8-4导流槽Ⅳ、9斜管沉淀池、10-1污泥回流泵、10-2排泥泵、10-3水力旋流器、11缺氧池、12好氧池Ⅰ、13好氧池Ⅱ、14曝气装置、15pH/DO仪、16组合填料、17硝化液回流泵、18二沉池，如图1所示。

1)加载混凝处理系统

加载混凝处理系统主要包括进水单元、加药单元、混凝单元以及沉淀单元，能去除污水中SS、TP、不溶性有机物、疏水性有机物等。生活污水原水经1污水泵输送进混合池，混凝剂在3配药装置中配成溶液由3-1加药泵投加到5混合池，加载材料由10-3水力旋流器从絮体污泥中分离出来注入5混合池循环使用，损失的部分通过与混凝剂混凝剂复配成溶液补充，污水、混凝剂、加载材料在5混合池中发生异相成核混凝反应生成比重大的小絮体，小絮体随污水以折流的方式方式先后经过6絮凝池和7熟化池，并完成絮体的长大，经9斜管沉淀池进行固液分离，混凝处理水在汇流至出水渠由污水泵输送至A/O系统，部分絮体污泥经10-1污泥回流泵回流至絮凝池参与和促进絮凝反应，剩余絮体污泥经10-2污泥泵排至10-3水力旋流器，回收加载材料循环利用。

本发明所述加载材料包括微砂、粉煤灰、凹凸棒土、沸石粉、黏土，投加剂量为20-300mg/L，混凝剂投加量为20-200mg/L，污水在5混合池中的水力停留时间为1-2min，搅拌速度为150-250r/min；在6絮凝池的水力停留时间为3-5min，搅拌速度为80-120r/min；在7熟化池的水力停留时间为3-5min，搅拌速度为60-100r/min，斜管沉淀池的水力停留时间为5-10min。

2)生物膜强化A/O系统

生物膜强化A/O系统采用组合生物载体填料强化净水过程，处理单元包括11缺氧池、12好氧池Ⅰ、13好氧池Ⅱ和18二沉池。混凝出水中主要污染物是NH₄ ⁺-N、TN以及剩余部分的COD和TP，经污水泵从下端进水管输送至8-2导流槽Ⅱ，与回流的的硝化液沿上向流至11缺氧池，11缺氧池DO浓度保持在0.2-0.5mg/L，组合填料上的反硝化菌利用污水中的有机物作为电子供体将NO₃ ^--N还原成N₂而除去，同时载体生物膜中存在部分厌氧氨氧化功能菌利用NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N作为底物而强化脱氮。11缺氧池出水从底部经8-3导流槽Ⅲ上向流至12好氧池Ⅰ，12好氧池Ⅰ通过曝气装置控制DO浓度在2.0-4.0mg/L，组合填料上的异养菌将有机物矿化，氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)将NH₄ ⁺-N转化为NO₃ ^--N，同时组合填料上的好氧-缺氧-厌氧微环境，使得好氧池Ⅰ中存在同步硝化反硝化、厌氧氨氧化作用。污水从12好氧池Ⅰ下部流入13好氧池Ⅱ，进一步去除有机物和将NH₄ ⁺-N氧化，同时通过曝气装置控制DO浓度在1.0-2.0mg/L，较低的溶解氧的环境有效促进脱氮和控制水中存有一定量NO₂ ^--N，营造厌氧氨氧化菌的驯养环境。硝化液从13好氧池Ⅱ上部经17硝化液回流泵回流至8-2导流槽Ⅱ，13好氧池Ⅱ出水经8-4导流槽Ⅳ流入18二沉池进行固废分离，出水排入受纳水体。

本发明缺氧池与好氧池容积比为1:(1-3)，硝化液回流比为100％-300％，污水在11缺氧池的水力停留时间为2-6h，12好氧池Ⅰ水力停留时间为2-4h，13好氧池Ⅱ水力停留时间为2-4h，18二沉池水力停留时间为1-2h。

所述组合填料为悬浮空心球填料与立体填料(如海绵、聚氨酯等)或纤维填料的组合，11缺氧池组合填料的填充方式为悬挂式固定填充，填充率为50-90％；12好氧池Ⅰ和13好氧池Ⅱ组合填料的填充方式可为悬挂式填充或悬浮式填充，悬挂式填充率为50％-80％，悬浮式填充率为20％-50％。

特别地，本发明导流槽的设计可有效减弱水力冲击，增强系统的稳定性，混凝处理水和硝化液回流液在8-2导流槽Ⅱ的中下部沿上向流至11缺氧池，起到水质自混合均匀作用和降低水流紊动对11缺氧池的冲击；8-3导流槽Ⅲ可阻隔12好氧池Ⅰ曝气导致溶解氧向11缺氧池的扩散，有效保证11缺氧池的缺氧环境；8-4导流槽Ⅳ避免了水力冲击导致沉淀污泥的再混情况。

有益效果

(1)本发明将加载混凝用作一级处理，解决了传统混凝沉淀时间长的问题，絮体比重大、药剂利用充分，反应器体积小。同时混凝加载去除了大部分SS、TP和部分有机物，极大程度地为系统后续工艺减负，减小后续工艺的体积、处理周期以及污泥产生量，从而减小投资和运行成本。

(2)加载混凝采用的加载材料是无害的天然材料，同时混凝过程中富集了较多的有机物和磷等营养物，有利于污泥的资源化利用。

(3)生物膜强化A/O采用组合填料填充，增加了微生物附着生长的场所，极大丰富了功能微生物群落和数量，实现了较长的污泥龄和降低了污泥产生量，载体填料使得本系统无需污泥回流，节省了该部分能耗和处置费用；同时组合填料上形成好氧-缺氧-厌氧的微环境，使全程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨氧化等多种脱氮途径并存，强化了系统脱氮能力，也减小了反应池的体积以及其所需的占地和投资。

(4)好氧池实行分级供氧，减弱硝化液回流对缺氧池缺氧环境的冲击，同时有助于营造多种功能微生物的生长环境，强化系统的污染物去除能力和降低系统能耗。

(5)导流槽的结构减弱了水力冲击、DO扩散带来的影响，增强了系统稳定性；本发明导流槽的设计可有效减弱水力冲击，增强系统的稳定性，混凝处理水和硝化液回流液在导流槽Ⅱ的中下部沿上向流至缺氧池，起到水质自混合均匀作用和降低水流紊动对缺氧池的冲击；导流槽Ⅲ可阻隔好氧池Ⅰ曝气导致溶解氧向缺氧池的扩散，有效保证缺氧池的缺氧环境；导流槽Ⅳ避免了水力冲击导致沉淀污泥的再混情况。

(6)全流程装置结构紧凑、工艺简单、易于实现自动控制。

附图说明：

图1加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理系统与装置。

附图标记：1污水泵，2流量计，3配药装置，3-1加药泵，4搅拌器，5混合池，6絮凝池，7熟化池，8-1导流槽Ⅰ，8-2导流槽Ⅱ，8-3导流槽Ⅲ，8-4导流槽Ⅳ，9斜管沉淀池，10-1污泥回流泵，10-2排泥泵，10-3水力旋流器，11缺氧池，12好氧池Ⅰ，13好氧池Ⅱ，14曝气装置，15pH/DO仪，16组合填料，17硝化液回流泵，18二沉池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

实施方式一:以分散式生活污水为处理对象，污水、混凝剂、加载材料分别通过进水系统、加药系统、加载材料循环系统输送进5混合池，在5混合池中发生异相成核混凝反应生成比重大的小絮体，小絮体随污水以折流的方式方式先后经过6絮凝池和7熟化池，并完成絮体的长大，经9斜管沉淀池进行固液分离，部分絮体污泥经10-1污泥回流泵回流至6絮凝池参与和促进絮凝反应，剩余絮体污泥经10-2污泥泵排至10-3水力旋流器，回收加载材料循环利用。混凝处理水由污水泵输送至生物膜强化A/O系统，在11缺氧池中反硝化菌利用污水中的有机物作为电子供体将NO₃ ^--N还原成N2而除去，在12好氧池Ⅰ和13好氧池Ⅱ中异养菌将有机物矿化，AOB和NOB将NH₄ ⁺-N转化为NO₃ ^--N，同时组合填料上好氧-缺氧-厌氧微环境的存在促进脱氮效果。

在加载混凝系统中，加载材料投加剂量为20-300mg/L，混凝剂投加量为20-200mg/L，污水在5混合池中的水力停留时间为1-2min，搅拌速度为150-250r/min；在6絮凝池的水力停留时间为3-5min，搅拌速度为80-120r/min；在7熟化池的水力停留时间为3-5min，搅拌速度为60-100r/min，9斜管沉淀池的水力停留时间为5-10min。

生物膜强化A/O系统中，缺氧池与好氧池容积比为1:(1-3)，硝化液回流比为100％-300％，污水在11缺氧池的水力停留时间为2-6h，溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L；12好氧池Ⅰ水力停留时间为2-4h，溶解氧浓度为2.0-4.0mg/L；13好氧池Ⅱ水力停留时间为2-4h，溶解氧浓度为1.0-2.0mg/L二沉池水力停留时间为1-2h。所述组合填料为悬浮空心球填料与立体填料(如海绵、聚氨酯等)或纤维填料的组合，11缺氧池组合填料的填充方式为悬挂式固定填充，填充率为50-90％；12好氧池Ⅰ和13好氧池Ⅱ组合填料的填充方式为悬挂式填充，填充率为50％-80％。

实施方式二：与实施方式一不同的是，12好氧池Ⅰ和13好氧池Ⅱ组合填料的填充方式为悬浮式填充，充率为20％-50％，其他与具体实施方式一相同。

实施例：

为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。

本实施例的加载混凝耦合生物膜强化AO装置由有机玻璃制成，见图1，其中加载混凝系统处理单元包括：5混合池(110×130×170mm，2.43L)、6絮凝池(200×130×170mm，4.42L)、7熟化池(240×130×170mm，5.30L)、9斜管沉淀池(240×160×320mm)；生物膜强化A/O系统处理单元包括：11缺氧池(140×150×350mm，7.35L)，12好氧池Ⅰ(130×150×350mm，6.83L)，13好氧池Ⅱ(130×150×350mm，6.83L)。

污水进水水质为pH 7.01-7.26，浊度40-75.3NTU，COD 282-418mg/L，NH₄ ⁺-N43.9-60.mg/L，TN 44.5-62.mg/L，TP4.03-6.40mg/L。

加载混凝系统中，混凝剂采用聚合氯化铝铁(PAFC)，加载材料采用粉煤灰(Flyash)，由于小试反应器处理规模小，加载材料不进行循环利用，混凝剂与加载材料采用复配成溶液投加，PAFC-Flyash复配溶液中PAFC质量浓度为2％，Flyash质量浓度为3.8％，混凝处理中PAFC投加量为160mg/L，Flyash投加量为300mg/L；污水在5混合池中的水力停留时间为2min，搅拌速度为200r/min；在6絮凝池的水力停留时间为3.6min，搅拌速度为80r/min；在7熟化池的水力停留时间为4.4min，搅拌速度为80r/min，在8斜管沉淀池的水力停留时间为5min。混凝系统的处理效果为浊度去除率95-99％，COD 40-55％,NH₄ ⁺-N 2-10％，TN2-10％，TP68-75％。

生物膜强化A/O系统中，硝化液回流比为200％，污水在11缺氧池的水力停留时间为2.8h，溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L；12好氧池Ⅰ水力停留时间为2.6h，溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L；13好氧池Ⅱ水力停留时间为2.6h，溶解氧浓度为1.0-2.0mg/L。填料采用φ25mm空心球填料与纤维填料的组合，11缺氧池组合填料的填充方式为悬挂式固定填充，填充率为75％，布置方式为4*5*9；12好氧池Ⅰ和13好氧池Ⅱ组合填料的填充方式为悬挂式填充，填充率为67％，布置方式为4*5*8。生物膜强化A/O系统处理出水的COD在50mg/L以下，TP在0.5mg/L以下，NH₄ ⁺-N在5-8mg/L，TN在15mg/L左右。

Claims

1.加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，其特征在于，由一级处理加载混凝与二级处理生物膜强化A/O工艺集成，所基于的集成设备包括污水泵、流量计、配药系统、加药泵、搅拌器、混合池、絮凝池、熟化池、导流槽Ⅰ、导流槽Ⅱ、导流槽Ⅲ、导流槽Ⅳ、斜管沉淀池、污泥回流泵、排泥泵、水力旋流器、缺氧池、好氧池Ⅰ、好氧池Ⅱ、曝气装置、组合填料、硝化液回流泵、二沉池；

1)加载混凝处理：

(1)加载混凝处理系统主要包括进水单元、加药单元、混凝单元以及沉淀单元，生活污水原水经污水泵输送进混合池，混凝剂在配药装置中配成溶液投加到混合池；

(2)加载材料由水力旋流器从絮体污泥中分离出来注入混合池循环使用，损失的部分通过与混凝剂混凝剂复配成溶液补充；

(3)污水、混凝剂、加载材料在混合池中发生异相成核混凝反应生成比重大的小絮体，小絮体随污水以折流的方式先后经过絮凝池和熟化池，并完成絮体的长大，然后经过经斜管沉淀池进行固液分离；

(4)混凝处理水在汇流至出水渠由污水泵输送至A/O系统，部分絮体污泥经污泥回流泵回流至絮凝池参与和促进絮凝反应，剩余絮体污泥经污泥泵排至水力旋流器，回收加载材料循环利用；

2)生物膜强化A/O：

(1)生物膜强化A/O系统采用组合生物载体填料强化净水过程，处理单元包括缺氧池、好氧池Ⅰ、好氧池Ⅱ和二沉池，混凝出水中主要污染物是NH₄ ⁺-N、TN以及剩余部分的COD和TP，经污水泵从下端进水管输送至导流槽Ⅱ，与回流的的硝化液沿上向流至缺氧池，缺氧池DO浓度保持在0.2-0.5mg/L；

(2)缺氧池出水从底部经导流槽Ⅲ上向流至好氧池Ⅰ，好氧池Ⅰ通过曝气装置控制DO浓度在2.0-4.0mg/L；

(3)污水从好氧池Ⅰ下部流入1好氧池Ⅱ，通过曝气装置控制DO浓度在1.0-2.0mg/L；

(4)硝化液从好氧池Ⅱ上部经硝化液回流泵回流至导流槽Ⅱ，好氧池Ⅱ出水经导流槽Ⅳ流入二沉池进行固废分离，出水排入受纳水体。

2.根据权利要求1所述的加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，其特征在于，所述加载材料包括微砂、粉煤灰、凹凸棒土、沸石粉、黏土，投加剂量为20-300mg/L，混凝剂投加量为20-200mg/L，污水在混合池中的水力停留时间为1-2min，搅拌速度为150-250r/min；在絮凝池的水力停留时间为3-5min，搅拌速度为80-120r/min；在熟化池的水力停留时间为3-5min，搅拌速度为60-100r/min，斜管沉淀池的水力停留时间为5-10min。

3.根据权利要求1所述的加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，其特征在于，所述缺氧池之前设置导流槽Ⅱ，实现混凝处理出水与硝化回流液的混合。

4.根据权利要求1所述的加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，其特征在于，所述缺氧池与好氧池Ⅰ之间设置导流槽Ⅲ。

5.根据权利要求1所述的加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，其特征在于，所述缺氧池与好氧池容积比为1:(1-3)，硝化液回流比为100％-300％，污水在缺氧池的水力停留时间为2-6h，好氧池Ⅰ水力停留时间为2-4h，好氧池Ⅱ水力停留时间为2-4h，二沉池水力停留时间为1-2h。

6.根据权利要求1所述的加载混凝耦合生物膜强化AO工艺的分散式污水处理方法，其特征在于，所述组合填料为悬浮空心球填料与立体填料或纤维填料的组合，缺氧池组合填料的填充方式为悬挂式固定填充，填充率为50-90％；好氧池Ⅰ和好氧池Ⅱ组合填料的填充方式可为悬挂式填充或悬浮式填充，悬挂式填充率为50％-80％，悬浮式填充率为20％-50％。