CN1169733C - 间歇式循环上流污泥床有机废水处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种间歇式循环上流污泥床有机废水处理工艺，采用间歇运行操作，每个反应器的一个运行周期包含进水排水排泥期和反应期两个阶段，进水时从反应器底部上流进水，在反应器上部排水，反应期时反应器无进出水，只作向上循环流动和反应，待污水达到处理要求后再换入进水排水排泥期进废水和排放净化废水。这种废水处理方法容积负荷大，反应速度快，耐毒物和负荷冲击能力强，废水处理周期短，而投资和运行能耗仅分别为普通活性污泥处理法的1/2和1/4。

Description

间歇式循环上流污泥床有机废水处理工艺

                             技术领域

本发明属污水处理、特别是间歇式循环上流污泥床有机废水的处理方法技术领域。

                             背景技术

废水的生物处理方法即为利用微生物氧化、分解废水中有机污染物的方法。目前废水的生物处理方法已成为生活污水、城市污水及有机性工业废水的主体处理技术，这些技术中的活性污泥法和接触氧化法需向反应池内的废水曝气充氧，处理每立方米废水曝气充氧至少要消耗电能1Kwh；用生物滤池和生物转盘来处理废水虽不需曝气充氧，但由于反应池填料的容积负荷低，反应池体积大，占地面积大，投资大；厌氧生物法无需曝气充氧，反应池容积负荷高，但最大弱点是出水的化学耗氧量COD高，达不到规定的排放标准。为进一步降低污水处理的能耗及运行成本，目前世界上许多国家都在将厌氧-缺氧污水处理技术作为重点研究。

在《中国给水排水》2002年1期发表的“变速生物滤池处理城市污水的效能研究”一文中，报道了变速生物滤池处理城市废水的技术，填料层水力停留时间(HRT)为6.2h、流量为218.9m³/h，进水COD浓度171.8mg/L，处理后出水COD浓度为92.3mg/L，去除率46.3％，有机物去除效果较好。在我国已公开的专利中，也已有了一些将内循环和上流式活性污泥床技术结合起来的污水处理设备，例如“高效能内循环活性污泥床污水处理装置”(专利号00264199.2)的污水处理设备，据述其耐冲击负荷能力好，占地面积少，投资低，但其结构似较复杂，且也未见其使用效果的报道。

自上世纪80年代以来，荷兰、印度、巴西、马来西亚等国在研究对城市污水厌氧处理的技术方面取得不少成果，相继建立了UASB城镇污水处理厂，据有关资料报道，UASB反应池的容积负荷为2kg BOD₅/m³·d，出水COD浓度可达到150-180mg/L、NH₃-N浓度为22～5mg/L，含磷浓度为0.4～4mg/L，须经进一步处理出水才能达到较高的排放标准。

在美国专利“Anacrobic Sequencing Batch Reactor”(专利号NO.5185079)中提出了一种新的有机污水处理工艺，将好氧生物处理的SBR工艺用于厌氧处理，开发了厌氧间歇式活性污泥法简称ASBR法，以序批间歇运行操作为主要特征，一个完整的运行操作周期按次序分为进水、反应、沉淀、排水四个阶段，与连续流厌氧反应器相比，它不需要单独的沉淀池，也没有污泥回流，反应池出水中BOD₅和COD等有害物浓度都低，但仍需要搅拌设备和滗水器，造成反应池内污泥浓度低，污泥颗粒化程度低，反应速度慢，所需反应器容积比连续流工艺的容积大。

                              发明内容

本发明要解决的技术问题是提高厌氧生物反应器的容积负荷、加快反应器的反应速度、提高反应深度及耐负荷和毒物的冲击能力，降低水处理系统的初投资和运行成本，让废水经间歇式循环上流污泥床反应器处理后就能达标排放。

本以明以如下技术方案解决上述技术问题：

本间歇式循环上流污泥床有机废水处理工艺的一个运行周期包含进水、排水、排泥期及反应期两个阶段；在进水、排水、排泥阶段废水从反应器底部进入反应器，以上流式推流进水，废水进入反应器的上流速度低于反应器内污泥沉降速度，在废水从下向上进水同时将反应期得到的净化废水从反应器上部推出实现排水。反应期不进水、不出水，用泵使反应器内的水在由反应器、管道和泵组成的循环系统内向上循环流动，颗粒污泥处于部分或全部流态化状态，使废水中的有害物质与颗粒污泥完全混合，加快传质速度，直至反应器内废水的COD和BOD₅达到处理要求时停止向上循环流动反应，再进入下一周期的进水、排水、排泥期。在进水、排水、排泥期，废水上流速度可以选择在1m/h以下；在反应期，废水的上流速度可以在0.5～50m/h的范围内选择使用。在反应期，可以对回流废水微曝气。

使用本发明的废水处理工艺处理有机废水，由于采用了序批间歇运行操作，反应器能利用同一空间的不同区段分区来分别完成反应和沉淀过程，反应器的时间和空间利用率达到100％。废水处理工艺流程短，反应器内污泥浓度可达40g/L，不需污泥回流，不需设调节池、初沉池和二次沉淀池，容积负荷大，反应速度快，耐毒物和负荷冲击能力强，运行方式灵活。当进水COD＝1200mg/L、BOD₅＝600mg/L、NH₃-N＝20mg/L、总磷＝2.8mg/L、反应的容积负荷为4kg COD/m³·d时，仅反应6小时，出水各项指标相对应分别达到60mg/L、8mg/L、2.7mg/L、2.2mg/L，而投资和运行能耗仅分别为普通活性污泥处理法的1/2和1/4。

                             附图说明

图1、图2是本发明的间歇式上流污泥床有机废水的处理工艺在厌氧条件下的运行模式图。图1是进水排水排泥期，图2是反应期。

图3、图4是本发明的间歇式上流污泥床有机废水的处理工艺在厌氧-缺氧条件下的运行模式图。图3是进水排水排泥期，图4是反应期。

                            具体实施方式

本发明的间歇式循环上流污泥床有机废水的处理工艺，每个反应器的一个运行周期包含两个阶段，即进水排水排泥阶段及反应阶段，在反应器进水前，反应器内都有一定量上一反应周期剩下的高浓度的厌氧污泥混合液及净化液，进水时废水从反应器底部采用上流式推流进水，废水进水在反应器内的上流速度低于反应器内污泥沉降的速度，可以视情况控制在1m/h以下，当反应器内进水上流速度＜1.5m/h时可不设二次沉淀池。废水在进水的同时将上一周期反应期得到的净化废水从反应器上部推溢出排水口实现排水。在反应期不进水、不出水，用泵从反应器的回流出水口抽出废水使其回流到反应器底部循环上流流动，上流速度可以在0.5～50m/h的范围内选取，原则是在被选定上流速度的条件下反应器的反应速度达到最快；在循环反应阶段，反应器内的颗粒污泥处于部分或全部流态化状态，使废水中的污染物与颗粒污泥完全混合，加快传质速度，直至反应器内废水中的COD和BOD₅达到处理要求时再停止反应器反应，改换为进水排水排泥阶段。由于反应器内活性颗粒污泥能保持高浓度，反应中的剩余污泥极少，需排出的污泥量自然也少。

在反应期内，如果不对废水进行微曝气，则废水处理过程为厌氧反应过程；若给循环废水以微曝气，充了氧的废水进入反应器内，使反应器从底向上分别形成好氧区、缺氧区和厌氧区，使循环着的污泥周期性地处于高浓度及低浓度基质环境中，整个反应器也相应形成好氧-缺氧-厌氧的交替过程；随着反应的进行及反应器内基质浓度的降低，好氧区逐渐扩大，厌氧区逐渐缩小，当反应结束时，反应器内的基质浓度已很低，此时整个反应器只存在好氧区，因此本发明废水处理的方法同时具有UASB反应器，EGSB反应器，SBR反应器和氧化沟的工作特色，能很好去除废水中的有机污染物、氨氮、悬浮物和磷等污染物。

当废水处理采用厌氧反应时，其进水排水排泥期的反应模式如图1所示，废水从进水管6进入反应器4底部布水器，控制水的上流速度低于污泥在水中的沉降速度，此速度以小于1m/h效果较好，污泥沉淀于反应器底部，有机物降解反应产生的沼气经三相分离器2从沼气出口1排出，在废水进水上流同时，被净化了的净化废水从排水管3溢出，整个进水排水排泥期循环泵7不工作，反应器中污泥过剩时可从排泥管5排出。当进入反应期时，运行模式如图2所示，进水管6、排水管3均关闭，开动循环泵7，反应器4内的废水及污泥流经回流出水管8及水泵重新从反应器4的底部进入反应器底部布水器，废水上流至回流出水管时再次进入循环管道循环，反应器内产生的沼气从沼气出口1排出；周而复始，直至废水达到处理要求时停止反应，再进入进水排水排泥期进水排水。反应期的废水上流速度视具体情况控制在0.5-50m/h之间。

当废水处理采用厌氧-缺氧反应时，其反应模式如图3图4所示，在回流出水管16和循环泵14之间有曝气装置15、曝气装置包括曝气泵、曝气槽及其配套设备。在进水排水排泥期如图3所示曝气泵和循环泵不工作，反应器11内的废水净化过程如图3所示，由进水管13进水，排水管10排水，沼气出口17排气；而进入反应期时，空气从充气管18进入曝气装置15，循环泵14开动后，循环废水及污泥经过曝气充氧再继续循环流动，经三相分离器9分离出的沼气及CO₂从沼气出口17排出。数量极少的过剩污泥从排泥口12排出。

与现有的EGSB、UASB反应器技术相比，本发明的工艺不仅脱除COD、BOD₅的效果好，且脱氮除磷效果也好，尤其在厌氧-缺氧反应中、当容积负荷低于2kgCOD/m³·d时，脱氮除磷效果更突出。

经长期研究和试验，申请人认为以下公式可以满足设计反应器有效容积的要求：

V＝QS_o/qt_r

式中    V-反应器的有效容积(m³)

        Q-反应器一个周期的进水量(m³)

        S_o-进水有机物浓度(kgCOD/m³)

        q-容积负荷(kgCOD/m³·d)

        t_r-反应时间(d)

对于生活废水，上式中的容积负荷q可在1.0～4kgCOD/m³·d的范围内选择，推荐采用3kgCOD/m³·d左右的常用值，反应时间推荐采用8h。

使用本发明的工艺处理有机废水时，必须首先启动反应器，使反应器的容积负荷达到设计要求，启动的基本方法是向反应器投加需处理的废水，进水上流速度＜0.5m/h，再使反应器循环上流反应。当反应器对污水的COD去除率达80％以上时再向反应器投加废水，排出清水，如此反复。当反应器的容积负荷达到设计要求的最高容积负荷、经三次以上间歇反应后出水COD浓度稳定时，即可认为反应器已完全启动。

实施例：

试验装置：

间歇式循环上流污泥床反应器用1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，高850mm，内径φ150mm，反应器反应区有效容积约12L，回流出水口与排水口之间高差150mm，排水口上方气室高度约10mm，反应器顶盖有排气装置。

循环泵用15SG1.8-10管道泵，对泵的叶轮改制成适合在高悬浮物浓度的废水中工作。进水泵和曝气泵分别用AP-1000潜水泵和R5-2880曝气泵，曝气头用砂球曝气头。试验室室内温度25-34℃。

试验用废水含各种污染物浓度为：COD 850-1210mg/L，NH₃-N 41.72-23.72mg/L，TP 1.34-9.95mg/L，SS 219-123mg/L。

试验结果按不曝气处理和微曝气处理两种方式列表如下：(进水量均为10升)

在不对废水曝气的厌氧反应条件下的试验结果：

容积负荷gCOD/L·d	反应时间h	进水    mg/L				出水      mg/L
										COD	SS	NH3-N	P	COD	SS	NH3-N	P
		5.60	4	1120	198	36.17	7.71	375	12.39									48.25	7.27
4.033	6									1210	154	34.58	3.74	74	9.17	52.27	3.73
		1.673	12	1004	167	28.97	8.97	51	7.68									58.03	8.14
0.917	24									1100	201	34.78	1.79	31	8.27	59.24	1.59
		0.354	48	850	192	41.36	6.59	19	8.93									52.72	6.10

对废水进行微曝气的厌氧-缺氧反应条件下的试验结果：

容积负荷gCOD/L·d	反应时间h	进水    mg/L				出水      mg/L
										COD	SS	NH3-N	P	COD	SS	NH3-N	P
		6.05	4	1210	207	32.71	1.57	350	9.40									30.02	1.57
4.047	6									1214	193	37.46	3.59	69	12.03	57.35	0.38
		1.692	12	1015	213	24.84	8.02	49	5.73									9.85	0.21
0.836	24									1005	198	38.78	6.48	30	7.84	3.02	0.19
		0.362	48	869	175	40.08	4.98	19	10.37									1.40	0.18

Claims (3)

1、一种间歇式循环上流污泥床有机废水的处理方法，经序批间歇运行操作，废水以上流式从反应器底部进入反应器内，其特征是处理系统每个反应器的一个运行周期包含进水排水排泥期及反应期两个阶段；在进水排水排泥期，废水从反应器底部进入反应器以上流推流的方式进水，废水进水时反应器内的废水上流速度低于反应器内污泥沉降速度，在废水从下向上进水的同时将上一反应期得到的净化废水从反应器上部推出实现排水；在反应期，反应器不进水、不出水，用泵使反应器内的水在由反应器、管道和泵组成的循环系统内向上循环流动，颗粒污泥处于部分或全部流态化状态，使废水中的有害物与颗粒污泥完全混合，加快传质速度，直至反应器内废水的COD和BOD₅达到处理要求时停止向上循环流动和反应，再进入下一周期的进水排水排泥期。

2、如权利要求1所述的间歇式循环上流污泥床有机废水处理工艺，其特征是在反应器的反应期内，对循环上流废水微曝气。

3、如权利要求1或2所述的间歇式循环上流污泥床有机废水处理工艺，其特征是在进水排水排泥期，废水上流速度在1m/h以下选择；在反应期，废水的循环上流速度在0.5～50m/h中选择。

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