CN204588813U

CN204588813U - 一种强化生物除磷装置

Info

Publication number: CN204588813U
Application number: CN201520166919.8U
Authority: CN
Inventors: 王盼; 张辰; 谭学军; 沈昌明; 吴志超; 叶少帆; 陈和谦; 张宁
Original assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2025-03-24

Abstract

本实用新型公开了一种强化生物除磷装置，该装置包含除磷膜组件、出水泵、曝气装置、空压机、真空表，以及气体流量计；除磷膜组件竖直设置在反应器中，除磷膜组件的侧表面设有除磷膜；除磷膜组件的顶部通过管道与出水泵连接，连接出水泵与除磷膜组件的管道上设有真空表；曝气装置设置在除磷膜组件的下方；空压机与曝气装置连接，该空压机与曝气装置相连的管道上设有气体流量计。本实用新型提供的强化生物除磷装置，应用范围广，对于低碳源、高含磷量污水同样适用，运行费用低、操作管理方便、便于推广应用。

Description

一种强化生物除磷装置

技术领域

本实用新型涉及一种污水生物处理的出水总磷削减控制技术中适用的装置，具体地，涉及一种强化生物除磷装置。

背景技术

含氮、磷较多的污水排放到湖泊或海湾等相对封闭的水体，会产生富营养化导致水体水质恶化或湖泊退化。因此，污水必须采用适当的处理工艺以进行脱氮除磷才能排放。现行广泛应用的生物脱氮除磷工艺主要有AAO（厌氧-缺氧-好氧）、SBR（序列间歇式活性污泥法，Sequeneing Batch Reactor Aetivated Sludge Porecss）等工艺。这些工艺主要是依靠聚磷菌对磷的过量吸收而达到除磷的目的。首先，在厌氧条件下聚磷微生物利用分解胞内聚磷（同时释放磷）产生的能量吸收废水中的有机物（主要是短链脂肪酸）并在胞内合成聚羟基丁酸；在随后的好氧条件下聚磷菌利用分解胞内聚羟基丁酸产生的能量吸收磷。在运行稳定的生物除磷系统中，微生物的好氧吸磷量将超过厌氧释磷量，通过排泥可达到除去污水中磷的目的。

但由于污水排放标准的日益提高，这些工艺也遭受到了严俊的挑战。主要存在以下几点问题：（1）聚磷菌和反硝化菌对碳源的竞争问题，在脱氮除磷系统中，碳源主要消耗于释磷、反硝化和异养菌正常代谢等方面。其中释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分，尤其是挥发性有机脂肪酸(VFA)的数量关系很大。我国市政污水中易降解的有机碳源相对较低，南方城市更为明显，常规的AAO工艺中，聚磷菌优先利用进水中的碳源，使得在后续缺氧反硝化过程中碳源不足从而影响脱氮效果；而对于一些改进工艺在优先满足反硝化所需碳源时系统对磷的去除效果不佳。因此在常规工艺中存在释磷和反硝化因碳源不足而引发的竞争问题。（2）回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响，在常规工艺中，污泥一般从好氧曝气后的二沉池回流至厌氧段，由于这部分污泥中含有一定量的硝酸盐，回流到厌氧区后利用进水中的VFA（volatile fatty acid，挥发性脂肪酸）进行反硝化，从而使厌氧释磷所需碳源不足，影响了系统充分释磷；如果在厌氧段释磷不充分，则在好氧段吸磷不完全，使系统的除磷效率降低。（3）自养菌和异养菌混合生长的泥龄矛盾，由于聚磷菌属于异养型微生物，繁殖速度快、生长世代周期比较短；而硝化菌属于自养型微生物，生长世代周期比较长；在常规的单级脱氮除磷工艺中，由于两类菌种混合培养，为了同时获得较好的释磷和硝化效果，势必会造成系统运行上的泥龄矛盾。

近年来，膜-生物反应器（MBR，Membrane Bio-Reactor）由于其出水水质好、运行稳定、流程短、占地省、管理方便、自动化程度高等优点，在水污染控制及中水回用方面具有广阔的应用前景。通过MBR与传统A/A/O等工艺的结合一定程度上可以提高系统的脱氮除磷效果，但是组合系统中碳源和硝酸盐影响释磷的问题依然存在，同时MBR一般采用较高的污泥龄，通过排泥实现除磷的效果不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于污水生物处理的总磷削减技术中膜-生物反应器除磷及常规生物脱氮除磷工艺的装置，针对现有除磷工艺总氮总磷难以同时达标以及产生较多剩余污泥的问题，能够强化脱氮除磷，具有出水水质稳定、操作方便、运行费用低、产生剩余污泥少、便于工程化推广应用等优点。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种强化生物除磷装置，其中，该装置包含除磷膜组件、出水泵、曝气装置、空压机、真空表，以及气体流量计；所述的除磷膜组件竖直设置在反应器中，所述的除磷膜组件的侧表面设有除磷膜；所述的除磷膜组件的顶部通过管道与出水泵连接，连接出水泵与除磷膜组件的管道上设有真空表；所述的曝气装置设置在除磷膜组件的下方；所述的空压机与曝气装置连接，该空压机与曝气装置相连的管道上设有气体流量计。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的除磷膜组件，其运行通量为其临界通量的80%~120%。从而使凝胶层膜污染物快速富集而泥饼层不至于附着，临界通量采用梯式递增法测定。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的除磷膜组件，其除磷膜的膜孔径为0.01~0.2μm，膜厚度大于或等于0.15mm。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的除磷膜为无机膜或聚丙烯腈有机膜。膜材质要求表面机械强度高，耐物理清洗，且凝胶层膜污染物易附着。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的除磷膜组件能够使水透过，并使凝胶层为主的膜污染物在其表面迅速富集。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的装置能够通过气体流量计调节空压机对曝气装置的供气而对除磷膜组件的表面进行气体冲刷。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的真空表的压力超过30-40kPa时，能够对除磷膜组件进行物理清洗。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的反应器包含好氧池，在该好氧池中设置所述的装置。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的装置是在反应器中，通过控制出水泵流量，使用除磷膜组件能够迅速富集以凝胶层为主的膜污染物；同时通过气体流量计调节空压机对反应器的供气，使气体对除磷膜组件进行冲刷，使除磷膜组件表面不会产生泥饼。当真空表压力超过一定值（通常为30-40kPa）时，对除磷膜组件进行物理清洗，富集的膜污染物会随着物理清洗而排出体外。由于膜污染物有较高的磷含量，这种物理清洗可以通过对膜污染物的排出而使反应器中总磷含量减少。

上述的强化生物除磷装置，其中，所述的装置使用强化除磷膜组件高通量运行使膜污染物在强化除磷膜上富集，通过物理清洗将膜表面富集的膜污染物进行去除并排出反应体系，由于膜污染物中可储存一定量的磷，这种富集-清洗过程可以使体系中磷的去除效率得到强化，在延长泥龄的情况下达到同步脱氮除磷。

本实用新型提供的强化生物除磷装置具有以下优点：

（1）克服了泥龄对总氮总磷同时达标的矛盾，可以在长泥龄条件下出水总磷达标。除磷过程无需加药，从而降低了处理成本，同时消除了加药对生物处理作用产生不利影响。

（2）克服了碳源和硝酸盐对总磷去除效率的影响，对于低碳源污水处理可以少投加或无需外加碳源。

（3）减少了排泥，可以与膜-生物反应器相结合，充分发挥剩余污泥少的特点。

（4）去除膜污染物的主要目的是为了去除其中含有的磷，因此只需采用物理清洗方式去除表面的凝胶层使其排出体外，简单快捷，便于实现自动化。

（5）可适用于A/O（厌氧-好氧），AAO等各种形式，也可以与其他工艺相结合使水质达标。

附图说明

图1为本实用新型的强化生物除磷装置在常规生物脱氮除磷中应用的工艺流程图，以AAO工艺为例。

图2为本实用新型的强化生物除磷装置在AAO-MBR中应用的示意图。

图3为本实用新型的强化生物除磷装置的工作原理图。

图4为使用本实用新型的强化生物除磷装置的AAO-MBR处理出水总磷强化效果对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。

本实用新型提供的强化生物除磷装置，包含除磷膜组件2、出水泵3、曝气装置4、空压机5、真空表6，以及气体流量计7。

除磷膜组件2竖直设置在反应器1中，反应器1优选A/O或AAO工艺中的好氧池，在该好氧池中可以设置若干该装置。参见图1和图2所示。AAO-MBR中包含厌氧区8、第一缺氧区9、第二缺氧区10、好氧区11，第二缺氧区10和厌氧区8之间的管道上设有第一回流泵12，好氧区11和第一缺氧区9之间的管道上设有第二回流泵13。厌氧区8、第一缺氧区9、第二缺氧区10中分别设有搅拌装置14。

除磷膜组件2的侧表面设有除磷膜。除磷膜优选无机膜或聚丙烯腈有机膜。膜材质要求表面机械强度高，耐物理清洗，且凝胶层膜污染物易附着。除磷膜的膜孔径为0.01~0.2μm，膜厚度不小于0.15mm。

除磷膜组件2能够使水透过，并使凝胶层为主的膜污染物在其表面迅速富集。除磷膜组件2的运行通量为其临界通量的80%~120%。从而使凝胶层膜污染物快速富集而泥饼层不至于附着，临界通量采用梯式递增法测定。

除磷膜组件2的顶部通过管道与出水泵3连接，连接出水泵3与除磷膜组件2的管道上设有真空表6。真空表6的压力超过30-40kPa时，对除磷膜组件2进行物理清洗。

曝气装置4设置在除磷膜组件2的下方。空压机5与曝气装置4连接，该空压机5与曝气装置4相连的管道上设有气体流量计7。通过气体流量计7调节空压机5对曝气装置4的供气而对除磷膜组件2的表面进行气体冲刷。

本实用新型提供的强化生物除磷装置，在反应器1中，通过控制出水泵3流量，使用除磷膜组件2能够迅速富集以凝胶层为主的膜污染物；同时通过气体流量计7调节空压机5对反应器1的供气，使气体对除磷膜组件2进行冲刷，使除磷膜组件2表面不会产生泥饼。当真空表6压力超过一定值（通常为30-40kPa）时，对除磷膜组件2进行物理清洗，富集的膜污染物会随着物理清洗而排出体外。由于膜污染物有较高的磷含量，这种物理清洗可以通过对膜污染物的排出而使反应器1中总磷含量减少。参见图3所示。

本实用新型提供的强化生物除磷装置，通过膜对非污泥颗粒的凝胶层膜污染物（溶解性大分子物质和胶体物质，主要来源于微生物的分泌）进行富集和去除实现在较长泥龄条件下出水总磷的稳定达标。从而较少排泥，产生剩余污泥少，总氮去除也能够稳定。

本实用新型提供的强化生物除磷装置，其原理在于：

（1）反应器1中磷元素的质量守恒：进水中的磷除了随出水排出的部分，多余的磷存在于污泥中，包括微生物的合成、聚磷菌的过量吸收和微生物分泌物中的贮存。

（2）在生物除磷工艺中的微生物的分泌物，如污泥胞外聚合物（EPS）、微生物溶解性产物（SMP）中也含有相当数量的磷。

（3）微生物分泌溶解性大分子物质和胶体物质是膜-生物反应器凝胶层污染物的主要组成成分。可以通过采用特定的膜组件，同时满足表面机械强度高、光滑、捕获污染物能力强的要求，如选用无机膜或聚丙烯腈膜（PAN），以快速富集凝胶层膜污染物，通过对膜进行物理清洗，使磷随着凝胶层膜污染物排出反应器体系。

下面通过实施例对本实用新型做更进一步描述。

实施例1：对AAO-MBR工艺的强化除磷处理。

如图4所示，在AAO-MBR工艺中添加了采用聚丙烯腈（PAN）作为除磷膜组件2膜材质的反应器（反应器a）与常规AAO-MBR工艺（反应器b）进行生活污水处理结果比较。通过测量除磷膜组件2的临界通量40 L/(m²·h)，选择其临界通量的95%，即38 L/(m²·h)作为其临界通量。两套反应器泥龄均为20d。常规AAO-MBR工艺进水的总磷（TP）为3.44～8.11 mg/L。由于碳源较少，硝化后产生硝酸盐含量高的原因，常规AAO-MBR工艺出水总磷较高（1.52～3.02 mg/L），一直维持较低的除磷率。而添加了除磷膜组件2的反应器，在对膜污染物富集排出的作用下，处理出水总磷可达到0～1.09 mg/L，平均除磷率为90.4 %。使AAO-MBR工艺的除磷作用得到了强化。

实施例2 ：对强化处理餐饮废水的总磷去除情况.

餐饮废水采用气浮-MBR工艺进行处理，使用本实用新型进行除磷强化。反应器1泥龄为60d。进水总磷为9.60～15.70 mg/L。通过气浮作用总磷降至3.88～6.44 mg/L，通过本实用新型的除磷强化作用，使MBR出水降至0.71～1.95 mg/L，平均除磷率为88.2%。

实施例3：处理自配高含磷量污水的总磷去除情况.

自配高含磷量污水，采用AAO工艺处理，使用本实用新型进行除磷强化。反应器1泥龄为40d。进水总磷为15.43～19.93 mg/L，通过本实用新型的除磷强化作用，AAO处理出水总磷降至1.97～3.09 mg/L，平均除磷率为85.5%。在运行期间出现由于污泥EPS去除带来的污泥絮体松散、沉降性能变差的问题，通过对污泥絮体的实时监控，控制污泥性状稳定。

实施例4：对A/O工艺的强化除磷处理。

自配生活污水，C:N:P=100:5:1，采用A/O工艺进行处理，反应器1泥龄为40d，可使出水总氮从25.33～30.16 mg/L降至5.98～9.66 mg/L。在好氧池增加除磷膜组件，增强除磷效果。在不改变泥龄的情况下，总氮去除未受影响，同时总磷从进水的4.92～8.35 mg/L降至1.21～2.11mg/L，平均除磷率为75.2 %。

综上所述，本实用新型提供的强化生物除磷装置，通过在反应器内设强化除磷膜组件来富集凝胶层膜污染物，对含有磷的膜凝胶层膜污染物的去除实现反应器体系除磷作用的强化。这种快速富集膜污染物的方法可以通过选择机械强度高、表面光滑并具有高捕获污染物能力的膜材料得以实现。在延长泥龄条件下使用，可以在达到同步脱氮除磷效果的前提下减少剩余污泥排放；在相同泥龄条件下使用，可以起到增强除磷的目的。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种强化生物除磷装置，其特征在于，该装置包含除磷膜组件（2）、出水泵（3）、曝气装置（4）、空压机（5）、真空表（6），以及气体流量计（7）；

所述的除磷膜组件（2）竖直设置在反应器（1）中，所述的除磷膜组件（2）的侧表面设有除磷膜；所述的除磷膜组件（2）的顶部通过管道与出水泵（3）连接，连接出水泵（3）与除磷膜组件（2）的管道上设有真空表（6）；

所述的曝气装置（4）设置在除磷膜组件（2）的下方；

所述的空压机（5）与曝气装置（4）连接，该空压机（5）与曝气装置（4）相连的管道上设有气体流量计（7）。

2.如权利要求1所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的除磷膜组件（2），其运行通量为其临界通量的80%~120%。

3.如权利要求2所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的除磷膜组件（2），其除磷膜的膜孔径为0.01~0.2μm，膜厚度大于或等于0.15mm。

4.如权利要求3所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的除磷膜为无机膜或聚丙烯腈有机膜。

5.如权利要求2所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的除磷膜组件（2）能够使水透过。

6.如权利要求1所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的装置能够通过气体流量计（7）调节空压机（5）对曝气装置（4）的供气而对除磷膜组件（2）的表面进行气体冲刷。

7.如权利要求1所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的真空表（6）的压力超过30-40kPa时，能够对除磷膜组件（2）进行物理清洗。

8.如权利要求1所述的强化生物除磷装置，其特征在于，所述的反应器（1）包含好氧池，在该好氧池中设置所述的装置。