專利名稱：提高污水處理除磷脫氮效率的回流污泥分離工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高污水處理除磷脫氮效率的回流污泥分離工藝，屬于污水處理新技術(shù)領(lǐng)域，主要用于城市污水處理廠和工業(yè)污水處理過程中提 高對(duì)氮、磷的處理效率。二、 背景技術(shù)(一) 氮、磷排放導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的問題日趨嚴(yán)重水體富營養(yǎng)化是全球十大環(huán)境問題之一，也是我國現(xiàn)階段面臨的非常突出的環(huán)境問 題。尤其是近今年來，我國內(nèi)陸主要大型湖泊都出現(xiàn)了不同程度的水體富營養(yǎng)化問題， 而且形勢日趨嚴(yán)重，2007年太湖藍(lán)藻爆發(fā)再次向我們敲響了警鐘。大量營養(yǎng)元素氮、磷排放進(jìn)入水體是造成水體富營養(yǎng)化的直接原因，其中城鎮(zhèn)排放 的生活污水是水體氮磷污染的主要來源之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展以及城市規(guī)模的 擴(kuò)大，更多的城市污水排入城市周圍的水環(huán)境，將進(jìn)一步加劇水體富營養(yǎng)化問題。為了有 效應(yīng)對(duì)不斷加劇的水體氮磷污染問題，國家環(huán)?？偩趾透骷?jí)地方政府均出臺(tái)了一系列更 為嚴(yán)格的水體污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和管理辦法，要求污水處理廠在現(xiàn)有處理水平的基礎(chǔ)上進(jìn) 一步提高處理效率，降低廢水排放中N、 P的濃度。為此各地的城鎮(zhèn)污水處理廠都在努力 通過工藝技術(shù)層面的研究開發(fā)尋找到更加先進(jìn)合理的廢水處理工藝，穩(wěn)定可靠的提高城 鎮(zhèn)污水處理廠對(duì)N、 P指標(biāo)的處理效率。(二) 目前針對(duì)氮、磷處理的工藝技術(shù)單獨(dú)針對(duì)廢水中過量氮源的生物脫氮已經(jīng)被證明是一種經(jīng)濟(jì)、高效和可靠的處理方 法，其基本原理是在傳統(tǒng)二級(jí)生物處理過程中污水中的含氮有機(jī)物首先被異養(yǎng)型微生物 轉(zhuǎn)化為氨氮，然后在好氧條件下通過好氧自養(yǎng)型硝化和亞硝化菌的作用將廢水中的氨氮 氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，最后在缺氧條件下利用反硝化細(xì)菌脫氮菌將亞硝酸鹽和 硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴膹U水中逸出，從而達(dá)到脫氮的目的。單獨(dú)針對(duì)廢水中過量磷源的高效生物除磷工藝也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用且表現(xiàn)出良好的運(yùn) 行性能。目前普遍認(rèn)可和接受的生物除磷理論是"多聚磷酸鹽(Poly-P)累積微生物〃的攝放磷原理:在厭氧/好氧交替運(yùn)行條件下馴化出聚磷菌(PA0s)，它們能夠在厭氧環(huán)境 下釋放體內(nèi)多聚磷酸鹽(Poly-P)，同時(shí)吸收環(huán)境中的低分子有機(jī)酸在細(xì)胞內(nèi)形成有機(jī)顆 粒(PHB);而在好氧條件下則代謝體內(nèi)的PHB，同時(shí)以超過其生理需要的數(shù)量從外部環(huán) 境中過量的攝取磷酸鹽，并以多聚磷酸鹽的形式貯存在體內(nèi)，形成高磷污泥，當(dāng)廢水處理 系統(tǒng)排放這種高磷污泥時(shí)就達(dá)到了從廢水中高效除磷的效果。基于以上原理人們開發(fā)出許多污水處理生物脫氮和除磷工藝，通過不同工藝階段組 合來同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢水處理中降解B0D、脫氮、除磷的目的。目前廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理 工程實(shí)踐的生物脫氮除磷技術(shù)主要有以下一些工藝A70工藝、改良UCT工藝、Phostrip 工藝、Barde叩ho工藝、氧化溝工藝和SBR工藝等。這些系統(tǒng)都屬于組合工藝，由于脫氮和除磷過程對(duì)環(huán)境條件和工藝要求各不相同，目 前所有的組合工藝都是考慮了脫氮除磷過程需要包含的厭氧、缺氧、好氧三種狀態(tài)的交 替。通過組合和優(yōu)化三種狀態(tài)的組合方式及其數(shù)量的時(shí)空分布以及回流方式、位置等因 素，盡量滿足各生物過程對(duì)環(huán)境的要求，從而達(dá)到脫氮和除磷效率的平衡。 (三)現(xiàn)有處理工藝在氮、磷處理上存在的問題但是，由于脫氮和除磷是兩個(gè)不同的生化降解過程，他們在微生物種群類別、最佳 泥齡、代謝條件、供氧條件、碳源利用等方面存在很大差異，有些甚至產(chǎn)生相互矛盾和 制約。這些問題主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面1、 反硝化細(xì)菌和聚磷細(xì)菌對(duì)碳源有機(jī)物的競爭在生物除磷脫氮系統(tǒng)中，厭氧釋磷和缺氧反硝化微生物的正常生產(chǎn)代謝都需要有機(jī) 碳源，反硝化菌和除磷過程中的聚磷菌之間的矛盾主要是由于對(duì)有機(jī)碳源的競爭引起的， 尤其是對(duì)于一些易快速降解COD (如揮發(fā)性有機(jī)酸VFA)的競爭。事實(shí)上反硝化細(xì)菌在這 一競爭中占有明顯優(yōu)勢，這種競爭結(jié)果往往導(dǎo)致除磷效率難以達(dá)到理想狀態(tài)。2、 硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的影響在厭氧釋磷階段，硝酸鹽存在使得反硝化過程優(yōu)先利用污水中的有機(jī)底物，從而影 響磷的厭氧釋放。此外，當(dāng)原廢水中VFA濃度較較低時(shí)，硝酸鹽的存在還可以誘導(dǎo)聚磷 菌進(jìn)行缺氧吸磷，抑制厭氧釋磷過程的順利進(jìn)行進(jìn)而影響生物除磷效果。目前許多工藝都考慮將回流污泥先回流到缺氧區(qū)或者回中間接觸池(使硝酸鹽在此段進(jìn)行反硝化而去 除)，然后在回流至厭氧區(qū)。但是這種工藝的內(nèi)回流太多，并且回流的控制非常困難，實(shí) 際效果并不理想。以目前城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮除磷最為常用的AV0工藝為例，其工藝流程如圖2 (李 根東，刁樹申.廢水生物除磷技術(shù)探討，《環(huán)境技術(shù)》2005年第一期37-38)。 A2/0工藝 是Anaerobic/Anoxic/Oxic的簡稱，主反應(yīng)區(qū)由厭氧池、缺氧池和好氧池三部分組成。 廢水首先進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，兼性厭氧發(fā)酵細(xì)菌在厭氧環(huán)境下將廢水中的可生物降解的大分子 有機(jī)物轉(zhuǎn)化為分子量較低的中間發(fā)酵產(chǎn)物VFA (揮發(fā)性脂肪酸類)，聚磷菌將其體內(nèi)貯存 的聚磷酸鹽分解，同時(shí)釋放出能量供專性好氧聚磷菌在厭氧環(huán)境中維持生存，剩余能量 可供聚磷菌從環(huán)境中主動(dòng)吸收易降解有機(jī)基質(zhì)VFA的需要，并以PHB的形式在其體內(nèi)加 以貯存。隨后，廢水進(jìn)入缺氧區(qū)，反硝化細(xì)菌利用好氧區(qū)中回流混合液中帶來的硝酸鹽 以及廢水中的有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化，達(dá)到同時(shí)降低B0D與脫氮的目的。最后廢水進(jìn)入好 .氧區(qū)，聚磷菌在利用廢水中殘留的有機(jī)基質(zhì)的同時(shí)，主要通過分解其體內(nèi)貯存的PHB所 放出的能量維持其生長，同時(shí)過量攝取環(huán)境中的溶解態(tài)磷。好氧區(qū)中的有機(jī)物經(jīng)過厭氧、 缺氧段分別被聚磷菌和反硝化細(xì)菌利用，濃度己相當(dāng)?shù)?，這有利于自養(yǎng)硝化菌的生長繁 殖，并通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。非除磷的好氧性異養(yǎng)菌雖然也能存在，但是 這些微生物由于已受到厭氧和缺氧段的雙重抑制，其在好氧區(qū)中得不到足夠的營養(yǎng)，難 以與其它微生物競爭。最終排放的剩余污泥中，含有大量能超量積聚磷的聚磷菌，提高 了磷的排放量，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的除磷脫氮功能。A70工藝存在的問題主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面(參見A2/0工藝流程圖，圖2): —方 面，污泥回流1的主要目的是讓好氧池出水中溶解在上清液中的硝酸鹽大量回流到缺氧 池內(nèi)進(jìn)行反硝化，但是回流液中攜帶的大量污泥對(duì)反硝化過程是沒有任何意義，相反污 泥中的大量聚磷細(xì)菌會(huì)在缺氧池內(nèi)進(jìn)行無效磷釋放；另一方面，污泥回流2的主要目的是讓二沉池內(nèi)沉淀的污泥回流到厭氧池內(nèi)進(jìn)行厭 氧釋磷過程，因此真正需要回流的是回流污泥中的固體部分，但是經(jīng)過二沉池沉淀的污 泥含水量往往非常高(一般含水率在99.2~99.6%)，回流污泥中攜帶的上清液(液體)對(duì) 厭氧釋磷過程沒有任何意義，相反上清液中含有的硝酸根離子會(huì)對(duì)厭氧釋磷過程產(chǎn)生抑制。三、發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明回流污泥分離工藝(簡稱RSSP工藝)是一種提高城鎮(zhèn)污水處理廠氮 磷綜合處理效率的方法，克服了目前常用的A2/0處理工藝中存在無效釋磷和硝酸根抑 制問題，從而達(dá)到提高廢水處理中氮、磷去除效率的目的。 工藝方案回流污泥分離工藝簡稱為RSSP (Return Sludge S印arate Process),該工藝是在常規(guī)的A2/0工藝基礎(chǔ)上，將回流污泥通過渦凹?xì)飧饪s分離后再分別回流，其中濃縮污泥部分回流到厭氧池(釋磷池)，上清液部分直接回流到缺氧池(反硝化池)。具體工藝流程如圖l?；亓魑勰喾蛛x工藝具體內(nèi)容包括1) 將二沉池底部的污泥回流，污泥回流比R (R=Qr/Q)控制在50~85%之間；2) 回流污泥進(jìn)入渦凹?xì)飧饪s處理系統(tǒng)進(jìn)行濃縮分離，將回流污泥分離成為上清液和 濃縮污泥兩部分。工藝要求渦凹?xì)飧饪s分離過程的濃縮倍率f(f-(VQs)控制在2.5~3.2 之間，同時(shí)要求上清液中懸浮固體濃度不大于550mg/L;3) 經(jīng)過分離后的上清液部分單獨(dú)回流到缺氧池進(jìn)行反硝化，濃縮污泥部分直接回流到 厭氧池。以上公式中符號(hào)代表Q:進(jìn)水體積流量 立方米/小時(shí)；Qr:污泥回流體積流量 立方米/小時(shí)； Ql:分離后上清液體積流量 立方米/小時(shí)； QS:分離后濃縮污泥體積流量 立方米/小時(shí)；有益效果本發(fā)明回流污泥分離工藝(RSSP)工藝機(jī)理回流污泥分離工藝簡稱為RSSP (Return Sludge S印arate Process),該工藝在常 規(guī)的A70工藝基礎(chǔ)上，將回流污泥通過渦凹?xì)飧饪s分離后再分別回流，其中濃縮污泥 部分回流到厭氧池(釋磷池)，上清液部分直接回流到缺氧池(反硝化池)。具體流程框 圖如圖1。RSSP工藝通過回流污泥的液固再分析途徑，使回流到厭氧池內(nèi)的污泥中攜帶的硝酸鹽總量大幅度降低(因?yàn)榛亓饕褐械南跛猁}主要以溶解方式存在于水中)，消除了以往高濃度硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷過程的抑制；同時(shí)多聚磷酸鹽則以顆粒形式存在于聚磷細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部，全部進(jìn)入?yún)捬醭?，可以?yōu)先利用廢水中有限的VFA進(jìn)行厭氧釋磷。此外，經(jīng)過氣浮分離后的上清液中攜帶大量的硝酸鹽進(jìn)入反硝化池，可以利用污水中剩余的有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮。從而實(shí)現(xiàn)厭氧磷釋放和反硝化過程各自獨(dú)立高效的進(jìn)行。 工藝優(yōu)點(diǎn)與目前常規(guī)應(yīng)用的生物脫氮除磷工藝相比，這種RSSP脫氮除磷工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 解決了在厭氧池內(nèi)反硝化細(xì)菌和聚磷細(xì)菌間對(duì)揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)的爭奪，確 保厭氧磷釋過程能夠得到足夠的VFA，從而使厭氧磷釋放效率提高17.9%;2、 解決了以往處理工藝中容易出現(xiàn)的聚磷菌缺氧吸磷和無效釋磷現(xiàn)象，使聚磷細(xì)齒 厭氧釋磷/好氧吸磷交替過程得到充分和穩(wěn)定的進(jìn)行，最終提高系統(tǒng)對(duì)磷的去除效率。 RSSP工藝穩(wěn)定運(yùn)行條件下磷的去除率達(dá)到95%;3、 由于含硝酸的上清液單獨(dú)回到缺氧池內(nèi)進(jìn)行反硝化脫氮，而不再受到厭氧釋磷對(duì) 大回流比的限制，因此整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效率可以達(dá)到79. 3%以上；4、 在常規(guī)的A70工藝基礎(chǔ)上，可以在不改變主體處理構(gòu)筑物和處理設(shè)備的前提下， 僅僅通過在污泥回流管路上增加一級(jí)渦凹?xì)飧饪s處理工藝，就可以實(shí)現(xiàn)RSSP脫氮除磷 工藝的運(yùn)行方式。因此有利于對(duì)現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠廢水處理設(shè)施進(jìn)行改造升級(jí)。


圖1:回流污泥分離工藝(RSSP)流程框圖 圖2:常用的A2/0工藝流程框3:兩種工藝條件下厭氧池內(nèi)硝酸鹽和磷濃度的變化具體實(shí)施方式
以下敘述本發(fā)明的實(shí)施過程實(shí)驗(yàn)采用典型的生活污水，測定其主要水質(zhì)指標(biāo)如下pH為7.3; COD為250-400 mg/L; BOD5為160-280 mg/LTN為30~45 mg/L; NH4+-N為15~20 mg/L; N03—N為0.2 mg/L; TP為8~10 mg/L;堿度為380~440 mg/L。在日處理0. 5立方米規(guī)模下進(jìn)行回流污泥分離工藝，簡稱為RSSP (Return Sludge S印arate Process)的運(yùn)行效果研究，并與A2/0工藝進(jìn)行比較研究。A2/0工藝參見李根東，刁樹申.廢水生物除磷技術(shù)探討，《環(huán)境技術(shù)》2005年第一期37-38，主反應(yīng)區(qū)由厭氧池、缺氧池和好氧池三部分組成。本發(fā)明提高污7jC處理除磷脫氮效率的回^^虧、泥分離工藝(RSSP)，是在A2/0工藝基礎(chǔ)上將回流污泥通過渦凹?xì)飧饪s分離后再分別回流，其中濃縮污泥部分回流到厭氧池或釋磷池，上清液部 分直接回流到缺氧池或反硝化池，包括1) 將二沉池底部的污泥回流，污泥回流比I^Qr/Q控制在50 85n/。之間，其中Q: 進(jìn)水體積流量，單位立方米/小時(shí)；Qr:污泥回流體積流量，單位立方米/小時(shí)；2) 回流污泥進(jìn)入渦凹?xì)飧饪s處理系統(tǒng)進(jìn)行濃縮分離，將回流污泥分離成為上清液和濃縮污泥兩部分；工藝要求渦凹?xì)飧饪s分離過程的濃縮倍率f-Qr/Qs控制在2.5~3.2之間，同時(shí)要求上清液中懸浮固體濃度不大于550mg/L，其中QL:分離后上清 液體積流量，單位立方米/小時(shí)；Qs:分離后濃縮污泥體積流量，單位立方米/小時(shí)；3) 經(jīng)過分離后的上清液單獨(dú)回流到缺氧池進(jìn)行反硝化，濃縮污泥直接回流到厭氧池。在實(shí)驗(yàn)過程中保證進(jìn)水水質(zhì)和外界環(huán)境條件相同的狀況，維持兩個(gè)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn) 行60天，定期采樣并進(jìn)行水質(zhì)分析，比較兩種工藝在厭氧磷釋放效率、氮去除效率和磷去除效率的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下1、 厭氧池內(nèi)硝酸鹽濃度和厭氧過程結(jié)束時(shí)磷濃度的變化在連續(xù)60的運(yùn)行過程中，生活污水進(jìn)水平均磷濃度8.82mg/1。研究結(jié)果如圖1: RSSP工藝和A2/0工藝在厭氧階段結(jié)束時(shí)，上清液中的磷濃度平均值分別為22. 6mg/1和 20. 5mg/l。扣除進(jìn)水原來的磷濃度，聚磷細(xì)菌在厭氧階段釋放的磷濃度分別為13. 78mg/l 和11. 68mg/l，與AVO工藝相比RSSP工藝的磷釋放效率提高了 17. 9%。2、 從圖3兩種工藝條件下厭氧池內(nèi)硝酸鹽和磷濃度的變化中還可以發(fā)現(xiàn)，兩種工 藝條件下厭氧反應(yīng)器內(nèi)硝酸鹽的濃度存在明顯差異，RSSP工藝和A2/0工藝條件下硝酸 鹽濃度分別為1. 23mg/l和3. 65mg/l， RSSP工藝條件下厭氧池內(nèi)硝酸鹽濃度明顯降低。 這是由于通過對(duì)回流污泥分離，大量含有硝酸鹽的上清液被單獨(dú)回流到了缺氧池，因此 減少了進(jìn)入?yún)捬醭氐南跛猁}的量。我們認(rèn)為由于厭氧池內(nèi)硝酸鹽濃度的降低，使得 RSSP工藝厭氧池內(nèi)聚磷細(xì)菌磷釋放過程能夠充分，從而提高了厭氧磷釋放效率。3、 兩種處理工藝對(duì)氮、磷的總體處理效率比較在連續(xù)60的運(yùn)行過程中，生活污水進(jìn)水平均磷濃度8.82mg/，進(jìn)水總氮(TN)平 均濃度39.52mg/l。我們保持每天連續(xù)取樣監(jiān)測，測定出水中氮磷的濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下在A2/0工藝條件下出水中總氮濃度維持在7.52~10.65mg/l之間，平均濃度 8.87mg/l，去除率為77.6%。出水中磷濃度維持在0.65-1.23mg/l，平均濃度0.95mg/l; 去除率為89.3%在RSSP工藝條件下出水中總氮濃度維持在6.33~9.58mg/l之間，平均濃度8.20mg/l， 去除率達(dá)到。出水中磷濃度維持在0.32~0.71mg/l，平均濃度0.44mg/l，去除率達(dá)到95%;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與A々0工藝相比，RSSP工藝在保持良好脫氮效率的基礎(chǔ)上，有 效的提高了磷的去除率，實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)對(duì)氮、磷去除效率的兼顧。
權(quán)利要求
1、提高污水處理除磷脫氮效率的回流污泥分離工藝，簡稱為RSSP(ReturnSludge Separate Process)，該工藝是在常規(guī)的A2/O工藝基礎(chǔ)上，將回流污泥通過渦凹?xì)飧饪s分離后再分別回流，其中濃縮污泥部分回流到厭氧池或釋磷池，上清液部分直接回流到缺氧池或反硝化池，其特征在于1)將二沉池底部的污泥回流，污泥回流比R＝Qr/Q控制在50～85％之間，其中Q進(jìn)水體積流量，單位立方米/小時(shí)；Qr污泥回流體積流量，單位立方米/小時(shí)；2)回流污泥進(jìn)入渦凹?xì)飧饪s處理系統(tǒng)進(jìn)行濃縮分離，將回流污泥分離成為上清液和濃縮污泥兩部分；工藝要求渦凹?xì)飧饪s分離過程的濃縮倍率f＝Qr/Qs控制在2.5～3.2之間，同時(shí)要求上清液中懸浮固體濃度不大于550mg/L，其中QL分離后上清液體積流量，單位立方米/小時(shí)；QS分離后濃縮污泥體積流量，單位立方米/小時(shí)；3)經(jīng)過分離后的上清液單獨(dú)回流到缺氧池進(jìn)行反硝化，濃縮污泥直接回流到厭氧池。
全文摘要
本發(fā)明涉及提高污水處理除磷脫氮效率的回流污泥分離工藝，屬于污水處理新技術(shù)。具體內(nèi)容包括1)將二沉池底部的污泥回流，污泥回流比R(R＝Q_r/Q)控制在50～85％之間；2)回流污泥進(jìn)入渦凹?xì)飧饪s處理系統(tǒng)進(jìn)行濃縮分離，將回流污泥分離成為上清液和濃縮污泥兩部分。工藝要求渦凹?xì)飧饪s分離過程的濃縮倍率f(f＝Q_r/Q_s)控制在2.5～3.2之間，同時(shí)要求上清液中懸浮固體濃度不大于550mg/L；3)經(jīng)過分離后的上清液部分單獨(dú)回流到缺氧池進(jìn)行反硝化，濃縮污泥部分直接回流到厭氧池。本發(fā)明的回流污泥分離工藝可以有效提高污水處理過程中對(duì)氮、磷的去除效率，運(yùn)行穩(wěn)定，很容易利用現(xiàn)有廢水處理工藝改造實(shí)現(xiàn)，而且投資小，運(yùn)行成本低。
文檔編號(hào)C02F3/30GK101269878SQ20081002475
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者殷紅蘭, 艷 王, 蔡天明, 陳立偉, 霍秀兵 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)