CN114684916B - 一种污水脱氮除磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水脱氮除磷方法。该方法所采用的处理系统包括：装载填料的生物滤池、反冲洗系统以及在反冲洗排水回流的管路上设置有旋流分离器，所述的生物滤池分为好氧区和厌氧区；所述方法包括：污水依次进入生物滤池的好氧区和厌氧区进行处理，处理后的出水排放；其中处理后的出水部分作为反生物滤池填料的反冲洗水，反冲洗排水经旋流分离器分离，得到溢流泥水混合物和底流泥水混合物，其中溢流泥水混合物回流与污水混合，底流泥水混合物外排。本发明方法能解决填料污堵问题，降低反冲洗频率，同时可实现硝化细菌和反硝化聚磷菌的快速挂膜生长，生物活性高，保证生物膜反应器能稳定达到深度脱除COD、脱氮和除磷的效果。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种污水脱氮除磷方法。
背景技术
生物滤池集过滤、吸附和生物氧化于同一个反应器内，同时起到普通生物反应池、二沉池和砂滤池的作用，目前大多污水处理场都将生物滤池作为一种深度处理单元或者作为回用水系统的预处理单元。在运行过程中，生物滤池如果反冲洗不及时，经常会出现填料污堵；若反冲洗过量，又会造成微生物数量不足；有些生物滤池内因营养物质缺失，微生物活性差，反冲洗时填料上的生物膜容易脱落，由此使生物滤池失去应有的功能，导致生化处理效能大幅下降。
CN103880182A公开了一种好氧硝化生物滤池-缺氧反硝化生物滤池脱氮系统。该系统包括好氧硝化生物滤池和缺氧反硝化生物滤池，好氧硝化生物滤池包括进水管道、配水室、布水系统、球形轻质多孔生物滤料层、好氧硝化生物滤池本体、出水区、出水渠和连接管道，缺氧反硝化生物滤池包括配水区、布水系统、反硝化生物滤料层、缺氧反硝化生物滤池本体、清水区、出水渠和排放管道。CN105645601B公开了一种生物滤池及污水处理方法。该生物滤池包括生物滤池池体；设置于所述生物滤池池体下半部的承托层，所述承托层将生物滤池池体分为下部的蓄水区与上部的滤料区，且蓄水区与滤料区相连通；滤料区内填充有滤料，所述滤料表面附着有微生物；设置于所述蓄水区内的曝气主管，且曝气主管的进气口与曝气器相连通；连接在曝气主管上的曝气支管，且曝气支管与曝气主管相连通，曝气支管贯穿滤料区，顶端封闭且管壁上设置有出气孔；设置于所述生物滤池池体上方的进水布水管。
上述方法虽然针对生物滤池堵塞的问题做了改进，但改进后的系统较复杂，而且在解决堵塞问题的同时，也对细菌的快速生成有一定的影响，从而使生物滤池的长周期运行效果及深度脱氮除磷效果并没有得到实质性的改善。在装置运行过程中如何在降低填料污堵风险的同时始终保持高生物活性，成为这一技术领域面临的一大难题，在实现COD和含氮污染物脱除的同时能够除磷，将进一步拓宽该技术的推广应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种污水脱氮除磷方法。本发明方法能解决填料污堵问题，降低反冲洗频率，同时可实现硝化细菌和反硝化聚磷菌的快速挂膜生长，生物活性高，保证生物膜反应器能稳定达到深度脱除COD、脱氮和除磷的效果。
本发明提供的一种污水脱氮除磷方法，其所采用的处理系统包括：装载填料的生物滤池、反冲洗系统以及在反冲洗排水回流的管路上设置有旋流分离器，所述的生物滤池分为好氧区和厌氧区；所述方法包括：污水依次进入生物滤池的好氧区和厌氧区进行处理，处理后的出水排放；其中处理后的出水部分作为反生物滤池填料的反冲洗水，反冲洗排水经旋流分离器分离，得到溢流泥水混合物和底流泥水混合物，其中溢流泥水混合物回流与污水混合，底流泥水混合物外排。
上述技术方案中，所述生物滤池厌氧区采用的填料可以选自石英砂、陶粒、沸石、无烟煤、焦炭、波纹板、瓷环、纤维中的至少一种，好氧区采用的填料可以选自石英砂、陶粒、沸石、无烟煤、焦炭、瓷环、聚苯乙烯球中的至少一种。
上述技术方案中，所述生物滤池填料下方设置有反冲洗系统，反冲洗系统包括反冲洗进水管、反冲洗排水管及反冲洗曝气设备，其中反冲洗排水回流的管路上设置旋流分离器。
上述技术方案中，处理后的出水部分作为反生物滤池填料的反冲洗水，还可以在反冲洗时通入二氧化碳气体作于辅助反冲洗。
上述技术方案中，所述的旋流分离器包括进水口、上部的溢流口和底流口。当反冲洗过程开始排水时，通过控制旋流分离器内混合液的流速和离心速度，对反冲洗排水进行分离，使旋流器底流口排出的底流泥水混合物占进入旋流分离器混合液总体积的20%以下，优选为1%-10%，排出的底流泥水混合物作为剩余污泥排出系统。溢流泥水混合物回流，与待处理污水一起进行处理。
上述技术方案中，所述的旋流分离器可以采用本领域熟知的旋流分离器，可以将混合液中密度大的组分在旋流场的作用下沿轴向向下运动并由底流口排出，密度小的组分向中心轴线方向运动然后由溢流口排出，最终实现不同密度组分的分离。
上述技术方案中，所述的污水中，氨氮浓度为5-50mg/L、总氮浓度为50-100mg/L，COD为100-500 mg/L（Cr法，以下同），总磷浓度为5-15mg/L，悬浮物（SS）为150-400mg/L。
上述技术方案中，所述的好氧区控制溶解氧浓度为0.5-1.5mg/L，pH值为7-8，温度为25-35℃；所述的厌氧区控制溶解氧浓度为0.1-1.0mg/L，温度为28-35℃，pH值为7.5-8.5。
上述技术方案中，在每次反冲洗结束后，好氧区加入游离氨基酸，厌氧区加入糖酯类物质和聚乙烯亚胺。
上述技术方案中，在每次反冲洗结束后，好氧区加入游离氨基酸，所述游离氨基酸的加入量按加入后体系浓度为0.001-0.1mg/L加入，优选为0.005-0.05mg/L加入。所述游离氨基酸包括脯氨酸、羟脯氨酸、甘氨酸、精氨酸等中的至少一种，优选脯氨酸。
上述技术方案中，在每次反冲洗结束后，厌氧区加入糖酯类物质和聚乙烯亚胺。所述糖酯类物质包括鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯等中的至少一种，优选鼠李糖酯。所述糖酯类物质的加入量按加入后体系浓度为0.001-0.1mg/L，优选为0.005-0.05mg/L加入。所述的聚乙烯亚胺加入量按加入后体系浓度为0.001-0.1mg/L，优选为0.005-0.05mg/L加入。所述的聚乙烯亚胺为水溶性高分子聚合物，优选地，其分子量为1000-16000。所述的聚乙烯亚胺可采用水溶液的方式加入体系中，所用聚乙烯亚胺水溶液的质量浓度为20%-50%。
上述技术方案中，污水中的污染物经过好氧区和厌氧区填料和微生物的共同作用，通过过滤、吸附和降解等过程后氮、磷浓度降低，污水实现达标处理合格排放。污水处理过程中，当生物滤池的处理水量降低到设定处理水量的80%-95%时，可以进行一次反冲洗。反冲洗时停止进污水，反冲洗下来的泥水混合物排出生物滤池过程中启动旋流分离器开始工作。每次反冲洗时间为30-60min。反冲洗结束后，关闭反冲洗系统和反冲洗水回流管路，并重新启动进水开始生物滤池的连续运行。正常处理污水时旋流分离器不工作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明在反冲洗排水回流管路上设置旋流分离器，通过对反冲洗排水旋流处理的控制，可以降低回流液的表面张力，增加传质，提高反应器内污水通过填料层的速率；可以对脱除下来的生物膜及碎片等大颗粒物进行分选，回收有机小分子物质及功能微生物等有用资源，提高反硝化聚磷菌吸磷能力的同时增加有效微生物量。同时排出无机质和富磷的底泥，进一步提高脱氮除磷效果。
（2）本发明方法在好氧条件下通过加入游离氨基酸，可以提高氧的有效传递和多基质的充分利用，有利于自养硝化细菌和异养硝化细菌对底物的竞争，进而刺激酶活性增加硝化细菌的数量并提高硝化能力，同时能减小聚磷菌和硝化细菌对溶解氧的竞争，提高聚磷菌的好氧吸磷能力。
（3）本发明方法厌氧条件下通过糖酯类物质和聚乙烯亚胺的配合加入，可提高硝酸盐还原酶活性，增强反硝化菌对硝酸盐这个电子受体的利用，促进反硝化聚磷菌的生长繁殖。
（4）本发明通过在好氧区和厌氧区加入不同的物质并配合旋流处理，可以实现硝化细菌、好氧聚磷菌和反硝化聚磷菌的多菌群协同快速生长，提高挂膜效果，进而提高污水的脱氮除磷效果，解决填料污堵问题，降低反冲洗频率。
附图说明
图1是本发明处理方法的一种工艺流程图；
其中：1-调节罐，2-1生物滤池好氧区，2-2生物滤池厌氧区，3-监控池，4-旋流分离器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均可从生化试剂商店购买得到。
本发明方法中，COD浓度采用GB11914-89《水质-化学需氧量的测定-重铬酸盐法》测定；氨氮浓度采用GB7478-87《水质-铵的测定-蒸镏和滴定法》测定，总氮浓度采用GB11894-89《水质-总氮的测定-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》，总磷浓度采用GB11893-89《钼酸铵分光光度法》。
本发明实施例采用的处理装置如附图1所述，主要包括调节罐1、生物滤池好氧区2-1、生物滤池厌氧区2-2、监控池3和旋流分离器4，在生物滤池与监控池间设置反冲洗系统，在生物滤池的反冲洗排水回流到调节罐1的管路上设置旋流分离器4。本发明污水脱氮除磷方法如下：污水经调节池1后依次进入生物滤池好氧区2-1和生物滤池厌氧区2-2进行处理，处理之后的出水进入监控池3。监控池3中的处理后的出水部分用于反冲洗生物滤池中的填料，冲洗后的反冲洗排水经旋流分离器4进行分离，得到溢流泥水混合物和底流泥水混合物，其中溢流泥水混合物回流到调节罐1中，底流泥水混合物外排。监控池3中的处理后的出水经检测合格后达标排放。
实施例1
按照图1所述的工艺流程制备一个有效容积为100L的生物滤池，好氧区和厌氧区均装载石英砂和陶粒组合填料，所处理的污水中氨氮浓度为20mg/L，总氮浓度为90mg/L，COD 为280 mg/L，总磷浓度为10mg/L，悬浮物为380mg/L。设定处理的污水流量为2m3/d，来自调节罐的污水依次进入生物滤池的好氧区和厌氧区，污水中的氨氮、总氮和总磷等污染物被填料截留吸附的同时被填料上附着生长的微生物降解，处理后的出水进入监控池，实现达标排放。反应过程中当生物滤池的处理水量降低到设定处理水量的95%时停止进水，用监控池的达标污水作为反冲洗的进水对滤池内的填料进行反冲洗，反冲洗的同时启动旋流分离器，反冲洗下来的生物膜及杂质等随反冲洗排水全部进入旋流分离器进行分选，旋流分离器对杂质和生物膜进行破碎分选，有1%的底流泥水混合物排出系统，99%的溢流泥水混合物全部回流到调节池。30分钟后停止反冲洗，关闭旋流分离器，按设定处理水量启动进水继续反应。每次反冲洗结束后，按照加入后浓度为0.005mg/L在好氧区加入脯氨酸，按照加入后浓度为0.005mg/L在厌氧区加入鼠李糖酯，按照加入后浓度为0.005mg/L在厌氧区加入聚乙烯亚胺（平均分子量为4300）。好氧区的溶解氧浓度为1.5mg/L，pH值为7.5，温度为30℃；厌氧区的溶解氧浓度为0.2mg/L，温度为30℃，pH值为7.5。
装置平稳运行两个月反冲洗6次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均3.4mg/L、总氮浓度平均为11.9mg/L、总磷浓度平均为0.38mg/L、COD浓度平均为47.7mg/L、悬浮物为28.9mg/L。
实施例2
所使用的生物滤池和污水及设定处理水量同实施例1。反应过程中当生物滤池的处理水量降低到设定处理水量的90%时就停止进水，用监控池的达标污水作为反冲洗的进水对滤池内的填料进行反冲洗，反冲洗的同时启动旋流分离器，反冲洗下来的生物膜及杂质等随反洗排水全部进入旋流分离器进行分选，旋流分离器对杂质和生物膜进行破碎分选，有8%的底流泥水混合物排出系统，92%的溢流泥水混合物全部回流到调节池。30分钟后停止反冲洗，关闭旋流分离器，按设定处理水量启动进水继续反应。每次反冲洗结束后，按照体系浓度0.01mg/L在好氧区加入脯氨酸，按照体系浓度0.01mg/L在厌氧区加入鼠李糖酯，按照体系浓度0.01mg/L在厌氧区加入聚乙烯亚胺（平均分子量为4300）。好氧区的溶解氧浓度为1.5mg/L，pH值为8.0，温度为35℃；厌氧区的溶解氧浓度为0.8mg/L，温度为35℃，pH值为8.2。
装置平稳运行两个月反冲洗6次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均3.8mg/L、总氮浓度平均为12.2mg/L、总磷浓度平均为0.43mg/L、COD浓度平均为48.5mg/L、悬浮物为29.1mg/L。
实施例3
所使用的生物滤池同实施例1。所处理的污水中氨氮浓度为50mg/L，总氮浓度为80mg/L，COD 为450 mg/L，总磷浓度为12mg/L，悬浮物为220mg/L。设定处理的污水流量为2m3/d，来自调节罐的污水依次进入生物滤池的好氧区和厌氧区，污水中的氨氮、总氮和总磷等污染物被填料截留吸附的同时被填料上附着生长的微生物降解，处理后的出水进入监控池，实现达标排放。反应过程中当生物滤池的处理水量降低到设定处理水量的85%时就停止进水，用监控池的达标污水作为反冲洗的进水对滤池内的填料进行反冲洗，反冲洗的同时启动旋流分离器，反冲洗下来的生物膜及杂质等随反洗排水全部进入旋流分离器进行分选，旋流分离器对杂质和生物膜进行破碎分选，有5%的底流泥水混合物排出系统，95%的溢流泥水混合物全部回流到调节池。30分钟后停止反冲洗，关闭旋流分离器，按设定处理水量启动进水继续反应。每次反冲洗结束后，按照体系浓度0.05mg/L在好氧区加入脯氨酸，按照体系浓度0.05mg/L在厌氧区加入鼠李糖酯，按照体系浓度0.05mg/L在厌氧区加入聚乙烯亚胺（平均分子量为4300）。好氧区的溶解氧浓度为1.0mg/L，pH值为7.5，温度为28℃；厌氧区的溶解氧浓度为0.5mg/L，温度为32℃，pH值为8.0。
装置平稳运行两个月反冲洗6次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均4.5mg/L、总氮浓度平均为12.6mg/L、总磷浓度平均为0.45mg/L、COD浓度平均为48.9mg/L、悬浮物为30.2mg/L。
实施例4
同实施例1，所不同的是，在好氧区加入等质量的甘氨酸代替脯氨酸，装置平稳运行两个月反冲洗6次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均3.6mg/L、总氮浓度平均为12.3mg/L、总磷浓度平均为0.41mg/L、COD浓度平均为49.8mg/L、悬浮物为30.6mg/L。
实施例5
同实施例1，所不同的是，每次反冲洗结束后，按照加入后浓度为0.005mg/L在好氧区加入脯氨酸，在厌氧区按照加入后浓度为0.005mg/L加入海藻糖酯，按照加入后浓度为0.005mg/L在厌氧区加入聚乙烯亚胺（平均分子量为4300）。装置平稳运行两个月反冲洗6次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均3.7mg/L、总氮浓度平均为12.5mg/L、总磷浓度平均为0.43mg/L、COD浓度平均为50.0mg/L、悬浮物为33.7mg/L。
实施例6
同实施例1，所不同的是，每次反冲洗结束后，按照加入后浓度为0.005mg/L在好氧区加入精氨酸，按照加入后浓度为0.005mg/L在厌氧区加入蔗糖酯，按照加入后浓度为0.005mg/L在厌氧区加入聚乙烯亚胺（平均分子量为4300）。装置平稳运行两个月反冲洗6次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均3.7mg/L、总氮浓度平均为11.9mg/L、总磷浓度平均为0.45mg/L、COD浓度平均为52.8mg/L、悬浮物为36.3mg/L。
对比例1
同实施例1，所不同的是，反冲洗排水管路上不设置旋流分离器，反冲洗排水直接回流与进水混合处理，运行两个月期间反冲洗10次，出水氨氮浓度平均8.1mg/L、总磷浓度平均为0.65mg/L、总氮浓度高达19.6mg/L、COD浓度高达61.3mg/L、悬浮物为112.2mg/L。
对比例2
同实施例1，所不同的是，运行过程中厌氧区未添加聚乙烯亚胺，只添加鼠李糖酯，运行两个月期间反冲洗9次，每天分析出水污染物浓度，处理后出水氨氮浓度平均4.9mg/L、总磷浓度平均为0.47mg/L、总氮浓度高达16.4mg/L、COD浓度高达55mg/L、悬浮物为60.3mg/L。
对比例3
同实施例1，所不同的是，运行过程中厌氧区未添加鼠李糖酯，只添加聚乙烯亚胺，运行两个月期间反冲9次，出水氨氮浓度平均5.1mg/L、总磷浓度平均为0.45mg/L、总氮浓度高达17.6mg/L、COD浓度高达59mg/L、悬浮物为64.2mg/L。
对比例4
同实施例1，所不同的是，运行过程中厌氧区未添加聚乙烯亚胺和鼠李糖酯，运行两个月期间反冲洗10次，出水氨氮浓度平均7.3mg/L、总磷浓度平均为0.74mg/L、总氮浓度高达22.3mg/L、COD浓度高达55.2mg/L、悬浮物为72.6mg/L。
对比例5
同实施例1，所不同的是，运行过程中好氧区未添加脯氨酸，运行两个月期间反冲洗9次，出水氨氮浓度高达8.4mg/L、总磷浓度平均为0.71mg/L、总氮浓度平均为16.2mg/L、COD浓度高达54.7mg/L、悬浮物为67.8mg/L。
对比例6
同实施例1，所不同的是，每次反冲洗结束后，按照加入后浓度为0.005mg/L在厌氧区加入脯氨酸，按照加入后浓度为0.005mg/L在好氧区加入鼠李糖酯，按照加入后浓度为0.005mg/L在好氧区加入聚乙烯亚胺（平均分子量为4300）。运行两个月期间反冲洗9次，出水氨氮浓度高达8.9mg/L、总磷浓度高达0.1mg/L、总氮浓度高达20.1mg/L、COD浓度高达64.6mg/L、悬浮物为98.7mg/L。
Claims (11)
1.一种污水脱氮除磷方法，其所采用的处理系统包括：装载填料的生物滤池、反冲洗系统以及在反冲洗排水回流的管路上设置有旋流分离器，所述的生物滤池分为好氧区和厌氧区；所述方法包括：污水依次进入生物滤池的好氧区和厌氧区进行处理，处理后的出水排放；其中处理后的出水部分作为反生物滤池填料的反冲洗水，反冲洗排水经旋流分离器分离，得到溢流泥水混合物和底流泥水混合物，其中溢流泥水混合物回流与污水混合，底流泥水混合物外排；在每次反冲洗结束后，好氧区加入游离氨基酸，厌氧区加入糖酯类物质和聚乙烯亚胺，所述游离氨基酸的加入量按加入后体系浓度为0.001-0.1mg/L加入，所述游离氨基酸包括脯氨酸、羟脯氨酸、甘氨酸、精氨酸中的至少一种，所述糖酯类物质包括鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯中的至少一种，所述糖酯类物质的加入量按加入后体系浓度为0.001-0.1mg/L。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物滤池厌氧区采用的填料选自石英砂、陶粒、沸石、无烟煤、焦炭、波纹板、瓷环、纤维中的至少一种，好氧区采用的填料选自石英砂、陶粒、沸石、无烟煤、焦炭、瓷环、聚苯乙烯球中的至少一种。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流分离器排出的底流泥水混合物占进入旋流分离器混合液总体积的20%以下。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述旋流分离器排出的底流泥水混合物占进入旋流分离器混合液总体积的1%-10%。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的污水中，氨氮浓度为5-50mg/L，总氮浓度为50-100mg/L，COD为100-500 mg/L，总磷浓度为5-15mg/L，悬浮物为150-400mg/L。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的好氧区控制溶解氧浓度为0.5-1.5mg/L，pH值为7-8，温度为25-35℃。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的厌氧区控制溶解氧浓度为0.1-1.0mg/L，温度为28-35℃，pH值为7.5-8.5。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述游离氨基酸的加入量按加入后体系浓度为0.005-0.05mg/L加入；所述游离氨基酸包括脯氨酸。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述糖酯类物质包括鼠李糖酯；所述糖酯类物质的加入量按加入后体系浓度为0.005-0.05mg/L加入。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚乙烯亚胺加入量按加入后体系浓度为0.001-0.1mg/L；所述的聚乙烯亚胺为水溶性高分子聚合物。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的聚乙烯亚胺加入量按加入后体系浓度为0.005-0.05mg/L加入；水溶性高分子聚合物的分子量为1000-16000。
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