專利名稱：污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合式多孔載體污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng) 器和工藝，屬于污水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
污水生物處理技術(shù)在污水凈化進(jìn)程中一直發(fā)揮著巨大的作用。但其主要 的弱點之一是污泥產(chǎn)量大。活性污泥法剩余活性污泥的產(chǎn)率約為
1.0-1.5kgDS/kgB0D，污泥處理及最終處置，需要大量的基建投資和高昂的運 行費用。目前有90%以上的污泥得不到及時有效的處理、處置，很多有污泥 處理設(shè)施的污水廠也已沒有地方來儲放污泥，從而導(dǎo)致污泥的二次污染。此 外，從運行的情況看，污水處理廠總氮的去除效果普遍不佳，尤其是低碳氮 比的城市污水，而剩余污泥減量釋放出的碳源則可作為脫氮的有效碳源，從 而在污泥減量的同時，提高脫氮的污水處理效果。因此，從提高污水處理效 果和污泥減量兩個技術(shù)方面，從降低造價和節(jié)省能耗與運行費的經(jīng)濟(jì)方面， 都迫切需要開展城市污水生物脫氮與污泥減量控制裝置、工藝技術(shù)研究。這 已成為我國污泥處理處置領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急，具有極大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效
近年來大量試驗研究表明在MBR、流化床等工藝中確實發(fā)現(xiàn)硝化反應(yīng)和反 硝化反應(yīng)可以在同一操作條件下于同一反應(yīng)器內(nèi)同時進(jìn)行，即發(fā)生同步硝化 反硝化反應(yīng)(簡稱SND作用)。厭氧微環(huán)境的存在是SND產(chǎn)生的一個主要原 因，微環(huán)境理論認(rèn)為:在活性污泥絮體或生物膜中，由于受氧的擴(kuò)散(傳遞)限 制，絮體或生物膜內(nèi)存在溶解氧梯度。外表面與氣、液相直接接觸而溶解氧 較高，微生物群體以好氧菌、硝化菌為主；內(nèi)層由于氧傳遞受阻以及外部氧被 大量消耗而形成了缺氧微環(huán)境，反硝化菌占優(yōu)勢。缺氧微環(huán)境的形成受水中 溶解氧濃度的高低及微生物絮體結(jié)構(gòu)、尺寸大小和生物膜厚度的影響。
污泥減量化技術(shù)是指通過物理、化學(xué)、生物等手段使整個污水處理系統(tǒng) 向外排放的生物固體量減少到最小；將污泥中含有的有機(jī)物釋放出來作為生 物脫氮的碳源，在污泥減量的同時促進(jìn)生物脫氮。
L3f^朋C^等提出觀測產(chǎn)率系數(shù)(化&)和污泥停留時間(^d有如下的 關(guān)系<formula>formula see original document page 4</formula>
式中，i^^r是污泥的最大產(chǎn)率系數(shù)，vW是內(nèi)源呼吸率。表明污泥觀測產(chǎn) 率系數(shù)和污泥停留時間及內(nèi)源呼吸率關(guān)系非常密切，提高污泥的停留時間和 內(nèi)源呼吸率有助于降低污泥的觀測產(chǎn)率系數(shù)。
污泥齡是影響剩余污泥產(chǎn)率的關(guān)鍵因素。污泥齡的增加會形成食物鏈更 長的微生物生態(tài)系。將廢水和污泥的停留時間分離，增加污泥的泥齡是解決剩 余污泥減量的重要途徑，主要可以通過污泥的原位控制技術(shù)(生物膜法、膜 生物反應(yīng)器和多孔載體法)實現(xiàn)。
將污水和污泥的停留時間分離的另一種簡便方法是利用多孔載體在流動 狀態(tài)下將污泥微生物捕獲，同時利用一定尺寸的多孔載體可以實現(xiàn)好氧、厭 氧微生物的共存，更有利于利用不同微生物之間的協(xié)同作用的產(chǎn)生。這樣不 僅可以在反應(yīng)器中增加微生物的停留時間，而且在污水流動方向上形成好氧、 厭氧反復(fù)藕合的過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決污水處理廠污泥產(chǎn)量大和總氮的去除效果普遍不 佳的問題，從提高污水處理效果和污泥減量兩個技術(shù)方面，從降低造價和節(jié) 省能耗與運行費的經(jīng)濟(jì)方面，研究、發(fā)明本裝置和工藝，進(jìn)行污泥減量，同 時利用剩余污泥減量釋放出的碳源作為脫氮的有效碳源從而提高脫氮效果。
一種污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器，其特征在于包括生物 反應(yīng)區(qū)以及二沉池；生物反應(yīng)區(qū)依次包括微氧區(qū)A、缺氧區(qū)B和好氧區(qū)C， 體積比分別為23%、 45%和32%，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)部均勻放置球形復(fù)合式多 孔微生物載體；
進(jìn)水管1設(shè)在微氧區(qū)A前端;微氧區(qū)和好氧區(qū)底部均設(shè)有穿孔曝氣管3;
好氧區(qū)連接設(shè)有出水管5、排泥管6的二沉池；空氣經(jīng)曝氣總管2到曝氣支 管4，再到各穿孔曝氣管3。
復(fù)合流離球球殼為PVC注塑而成，球面呈網(wǎng)格狀，優(yōu)選直徑為10cm， 球內(nèi)填邊長為1.5cm的立方體狀海綿載體，載體具有親水性、通透性、高比 表面積、良好的物化穩(wěn)定性的特點，其空隙率大于0.9。
應(yīng)用述的生物反應(yīng)器的工藝，其特征在于，包括以下步驟
原水經(jīng)過進(jìn)水管1先流入微氧區(qū)A，微氧區(qū)A內(nèi)的平均溶解氧DO為1 2mg/L;然后流入缺氧區(qū)B，缺氧區(qū)B溶解氧DO小于0.5mg/L，再進(jìn)入好氧 區(qū)C，好氧區(qū)C的平均溶解氧DO為3.5 mg/L，沿水流方向形成微氧、缺氧
及復(fù)合式多孔微生物載體內(nèi)部厭氧、好氧的環(huán)境。生物反應(yīng)區(qū)的出水進(jìn)入二 沉池經(jīng)過出水管5排出，剩余污泥由排泥管6排出。
本反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水處理 效能尤其是脫氮效能和更低的能耗和良好的污泥減量效果。
依據(jù)流離原理和生物脫氮原理構(gòu)造的耦合生物反應(yīng)器，通過對其進(jìn)行兩 年多的試驗分析，本著發(fā)展可持續(xù)污水處理為目的，分析提高處理效果和保 持反應(yīng)器運行穩(wěn)定性的措施，并與反應(yīng)器工藝設(shè)計相結(jié)合，全面提高反應(yīng)器 的性能。該反應(yīng)器除了具有生物膜反應(yīng)器一些共性特點，比如微生物固著生 長，不存在污泥膨脹問題，水力停留時間和SRT相分離等一系列的優(yōu)點，而 且還有以下幾個特點-
1) 良好的污水生物脫氮與污泥減量效果。原水先流入微氧區(qū)，由于流離 和生物粘附作用，廢水中的懸浮物等進(jìn)入到球形復(fù)合式多孔微生物載體內(nèi)， 并被載體內(nèi)海綿載體捕獲、累積，有較高的微生物濃度，并有利于世代時間 較長的硝化菌的培養(yǎng)和生長；廢水中的氨氮在硝化菌的作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮； 之后進(jìn)入缺氧區(qū)，在反硝化菌的作用下硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮氣，同時流離作用加 強，從而進(jìn)一步截留、捕獲水中的SS以及微氧區(qū)脫落的生物膜，并載體內(nèi)累 積、發(fā)酵從而使污泥液化和低分子化而使污泥分解、減量，而分解產(chǎn)生的低 分子化有機(jī)物，提供了生物脫氮所需的碳源，因而具有良好的脫氮效果；進(jìn) 入好氧區(qū)后，由于沿著從液體到復(fù)合式多孔微生物載體內(nèi)部的方向，形成了 懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型、附著厭氧型的復(fù)雜微生物系統(tǒng)，具 有良好的SND (同步硝化反硝化作用)，因而進(jìn)一步脫氮，從而具有良好的 污水生物脫氮與污泥減量效果。
2) 良好的功能分區(qū)和微生物分區(qū)。沿水的流動方向依次形成微氧區(qū)、缺 氧區(qū)和好氧區(qū)，分別生長各區(qū)適合的微生物，并完成相應(yīng)的硝化、脫氮和SND 功能。
3) 環(huán)境多樣性和生物多樣性。多孔微生物載體污水處理法中污水呈推流 式，所以濃度是不斷地在變化，而且微氧、缺氧和好氧狀態(tài)的出現(xiàn)，導(dǎo)致生 物相變化，形成高度的生物多樣性和多樣的微生物生態(tài)系。在縱向，微生物
構(gòu)成了一個由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物、微型動物等多個營
養(yǎng)級組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)；在橫向，沿著液體到載體的方向，構(gòu)成了一個懸 浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型和附著厭氧型的多種不同活動能力、呼 吸類型、營養(yǎng)類型的微生物系統(tǒng)。
4) 生物量高、抗沖擊性強。有較高的微生物濃度，除了復(fù)合式多孔微生 物載體表面生長生物膜外，復(fù)合式多孔微生物載體空隙內(nèi)積累大量微生物， 還有懸浮生長的微生物；在多孔微生物載體污水處理中，即使有有害物質(zhì)混 入，在前段就被阻擋下來，而不會在全段發(fā)生；因微生物生長在載體中、濃 度高，而且固體顆粒被捕獲入載體里，因此系統(tǒng)對污水的負(fù)荷變動有強的適 應(yīng)能力。
5) 污泥停留時間和污水停留時間可分離。在活性污泥法中，污泥和污水 形成混合液流出。由于污泥停留時間短，所以污泥難以被分解。而本技術(shù)， 污水在所定的停留時間內(nèi)流出，而污泥卻被捕獲在多孔載體內(nèi)，污泥停留時 間很長，所以說固體物質(zhì)很容易被液化、低分子化而分解。
6) 易于安裝施工和已有污水處理廠升級改造、費用低。流態(tài)為推流式， 球形復(fù)合式多孔微生物載體可直接投放無需固定、支撐結(jié)構(gòu)，具有基建投資 省、運行成本低和剩余污泥產(chǎn)量少的特點。


圖1是本發(fā)明復(fù)合式多孔微生物載體污水生物脫氮與污泥減量耦合生物 反應(yīng)器工藝原理圖。
圖中，l一進(jìn)水管，2—曝氣總管，3—穿孔曝氣管，4—曝氣支管，5—出 水管，6—排泥管，A—微氧區(qū)，B—缺氧區(qū)，C—好氧區(qū)。
具體實施例方式
本發(fā)明的裝置以及具體操作步驟在發(fā)明內(nèi)容己經(jīng)有詳述，該處不再贅述。 反應(yīng)區(qū)沿程均勻設(shè)有6根曝氣管。設(shè)7個取樣口，取樣口順序依次為0 #， 1#, 2#， 3#, 4井，5#， 6#， 7# (出水)。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)部均勻放置 球形復(fù)合式多孔微生物載體，直徑為10cm，孔隙率為0.9。
進(jìn)水氨氮為59.0 mg/L，出水氨氮為1.9mg/L,去除率為96.7%;出水硝 態(tài)氮達(dá)到5.1mg/L;進(jìn)水TN為77.5 mg/L，出水TN為10.2 mg/L，去除率為 86.70%;進(jìn)水COD為225,2 mg/L，出水COD為31.2 mg/L，去除率86.0%。
該反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的剩余污泥由排泥管排出，微氧+缺氧+好氧工況共運行49 天，污泥產(chǎn)量共312.278g， COD平均為277.9 mg/L，平均進(jìn)水負(fù)荷 0.936KgCOD/m3.d，污泥平均產(chǎn)率二0.068gMLSS/gCOD，而傳統(tǒng)活性污泥法 的污泥平均產(chǎn)率為0.4 gMLSS/gCOD。該發(fā)明己應(yīng)用于小區(qū)生活污水處理。
本反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水處理 效能和更低的能耗和良好的污泥減量效果，且易于安裝施工，適合新建和已 有污水處理廠升級改造。
權(quán)利要求
1、一種污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器，其特征在于包括生物反應(yīng)區(qū)以及二沉池；生物反應(yīng)區(qū)依次包括微氧區(qū)(A)、缺氧區(qū)(B)和好氧區(qū)(C)，體積比分別為23％、45％和32％，生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)部均勻放置球形復(fù)合式多孔微生物載體；進(jìn)水管(1)設(shè)在微氧區(qū)(A)前端；微氧區(qū)和好氧區(qū)底部均設(shè)有穿孔曝氣管(3)；好氧區(qū)連接設(shè)有出水管(5)、排泥管(6)的二沉池；空氣經(jīng)曝氣總管(2)到曝氣支管(4)，再到各穿孔曝氣管(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器，其特征在于所述的球形復(fù)合 式多孔微生物載體，其球殼為PVC注塑而成，球面呈網(wǎng)格狀，直徑為10cm， 球內(nèi)填邊長為1.5cm的立方體狀海綿載體，載體空隙率大于0.9。
3、 一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器的工藝，其特征在于，包括 以下步驟原水經(jīng)過進(jìn)水管(1)先流入微氧區(qū)(A)，微氧區(qū)(A)內(nèi)的平均溶解 氧DO為l 2mg/L;然后流入缺氧區(qū)(B)，缺氧區(qū)(B)溶解氧DO小于0.5mg/L， 再進(jìn)入好氧區(qū)(C)，好氧區(qū)(C)的平均溶解氧DO為3.5mg/L，沿水流方向 形成微氧、缺氧及復(fù)合式多孔微生物載體內(nèi)部厭氧、好氧的環(huán)境。生物反應(yīng) 區(qū)的出水進(jìn)入二沉池經(jīng)過出水管(5)排出，剩余污泥由排泥管(6)排出。
全文摘要
污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)器及其工藝屬于污水處理領(lǐng)域。目前我國90％以上的污泥得不到及時有效處理、處置，導(dǎo)致二次污染。此外，從運行情況看，污水處理廠(尤其是低碳氮比的污水)總氮的去除效果普遍不佳。而剩余污泥減量釋放出的碳源則可作為脫氮的有效碳源，從而在減量同時提高脫氮效果。本發(fā)明沿水流方向依次構(gòu)造微氧區(qū)以硝化、缺氧區(qū)流離捕獲污泥低分子化而減量并提供碳源以脫氮、好氧區(qū)SND(同步硝化反硝化作用)而進(jìn)一步脫氮，體積比分別為23％、45％和32％，各區(qū)分別生長其適合的微生物。其出水TN為10.2mg/L、氨氮為1.9mg/L、COD為31.2mg/L；其污泥產(chǎn)率為0.068gMLSS/gCOD。已應(yīng)用于小區(qū)生活污水處理。
文檔編號C02F9/14GK101186417SQ20071017868
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者劉偉巖, 婷 周, 軍 李 申請人:北京工業(yè)大學(xué)