專利名稱：厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水和廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境水體污染的不斷加劇，許多國家及地方都制定了更加嚴(yán)格的營養(yǎng)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)以防止受納水體進(jìn)一步富營養(yǎng)化。目前，我國越來越多地方要求城市污水廠出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)，其中總氮要求 < 15mg/L ；而北京地區(qū)制定了全面提升污水處理廠出水水質(zhì)的改造技術(shù)，要求處理出水達(dá)到地表水IV類水體標(biāo)準(zhǔn)，其中總氮要求< 1. 5 mg/L ；此外，在水體污染較為嚴(yán)重的城市和地區(qū)，如昆明，則要求污水廠升級改造后出水部分指標(biāo)優(yōu)于國家一級A標(biāo)準(zhǔn)，甚至也達(dá)到IV類水體標(biāo)準(zhǔn)，為滇池的治理開辟新的途徑。隨著國家對污水處理廠出水的進(jìn)一步嚴(yán)格要求，污水處理廠的升級改造逐漸成為排水行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，同時也是排水行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。膜-生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法有機(jī)結(jié)合而成的新型污水處理工藝，因具有出水水質(zhì)好、占地面積小和污泥產(chǎn)率低等特點(diǎn)而在污水處理及回用中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，目前國內(nèi)MBR的研究重點(diǎn)主要放在污染物去除機(jī)理、膜污染機(jī)理及膜污染控制等方面，而MBR強(qiáng)化脫氮方面研究尚顯不足。MBR中一般硝化效率較高， 脫氮過程主要受反硝化控制，而由于受限于反硝化碳源不足，出水硝態(tài)氮占總氮較高的百分比，總氮的去除需要進(jìn)一步優(yōu)化。MBR技術(shù)由于自身具有傳統(tǒng)生物處理工藝所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來在污水處理與資源化領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，也成為城市污水處理廠進(jìn)行升級改造的主選工藝之一，如何進(jìn)一步強(qiáng)化MBR工藝對氮的高效去除，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)的提升就顯得尤為迫切和重要。生物脫氮過程主要包括有機(jī)氮的氨化，氨氮的硝化和硝酸鹽的反硝化作用，其中氨化可在好氧或厭氧條件下進(jìn)行，硝化作用是在好氧條件下進(jìn)行，反硝化作用是在缺氧條件下進(jìn)行。生物脫氮是含氮化合物經(jīng)過氨化、硝化、反硝化后，轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)舛蝗コ倪^程。 同時，微生物的同化作用也可以將部分氮(氨氮或有機(jī)氮)轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞的組成部分， 以剩余活性污泥的形式從污水中去除。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝通常采用前置反硝化或后置反硝化來實(shí)現(xiàn)對氮的去除，設(shè)置了厭氧段的AAO工藝可同步實(shí)現(xiàn)脫氮和除磷，其中，脫氮過程主要在缺氧段和好氧段完成，好氧段硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮再回流至缺氧段進(jìn)行反硝化；然而，污水經(jīng)過厭氧段后，污水中易生物降解的有機(jī)物被大量去除，導(dǎo)致缺氧段碳源不足，反硝化過程受抑制，影響了脫氮效果。針對生物脫氮效率不高的問題，現(xiàn)有的研究方向主要有以下兩個方面(1)改進(jìn)工藝條件，如黃霞(強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的膜-生物反應(yīng)器脫氮除磷工藝及裝置發(fā)明專利公開號101279794)利用高污泥濃度強(qiáng)化內(nèi)源反硝化作用和反硝化除磷技術(shù)實(shí)現(xiàn)對氮和磷的高效同步去除；馬軍(一種城市污水強(qiáng)化脫氮除磷的方法發(fā)明專利公開號 10157515)將二沉池底部的污泥處理后回至初沉池進(jìn)行水解酸化提供碳源從而強(qiáng)化脫氮效果；王建芳(利用內(nèi)源反硝化生物脫氮除磷使污泥減量的方法及反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)明專利公開號 10118207)利用污泥濃縮厭氧過程中產(chǎn)生的溶解性COD作為聚磷菌厭氧釋磷的碳源，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷。(2)投加外碳源，如汪誠文(一種污泥脫水液作碳源對低碳氮比城市污水的處理方法發(fā)明專利公開號101575139; —種垃圾滲濾液作碳源對低碳氮比城市污水的處理方法發(fā)明專利公開號101575140)，均在投加外碳源的條件下取得了比較好的處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝， 本工藝主要通過優(yōu)化厭氧條件，在厭氧微生物的作用下，原污水中顆粒態(tài)(含膠體態(tài))有機(jī)物、慢速降解有機(jī)物及難降解有機(jī)物的水解酸化，同時回流的剩余活性污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生易生物降解物質(zhì)，從而為反硝化提供優(yōu)質(zhì)碳源，提高反硝化速率，實(shí)現(xiàn)污水的深度脫氮。本發(fā)明提出的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器包括深度厭氧池1 (污泥發(fā)酵池)、缺氧池2和好氧池3，其中深度厭氧池1下部為厭氧污泥層11，上部為厭氧上清液10，缺氧池2內(nèi)設(shè)置攪拌混合裝置4，好氧池 3內(nèi)設(shè)置曝氣充氧裝置5和膜組件6，膜組件6通過膜出水泵9和管道連接出水口，底部設(shè)置剩余活性污泥排放口 12 ；好氧池3通過第一回流泵7和管道連接缺氧池2，通過第二回流泵8和管道連接深度厭氧池1，具體步驟如下
原污水首先從深度厭氧池1底部進(jìn)入整個厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器，經(jīng)過一段厭氧污泥層11，在厭氧微生物的作用下，將原污水中的部分碳源(顆粒態(tài)、膠體態(tài)以及部分慢速降解和難降解有機(jī)物)充分水解、酸化，轉(zhuǎn)化為小分子的揮發(fā)性有機(jī)酸(乙酸、丙酸、 異丁酸等)，富含優(yōu)質(zhì)碳源的厭氧上清液10再進(jìn)入缺氧池2，污水在異養(yǎng)菌的作用下進(jìn)行高效的反硝化過程；隨后，污泥混合液進(jìn)入好氧池3，經(jīng)過高濃度自養(yǎng)微生物的硝化作用，產(chǎn)生的富含硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的混合液回流至缺氧池2，為反硝化過程提供電子受體，同時， 將好氧池3內(nèi)的活性污泥部分回流至深度厭氧池1底部，進(jìn)行污泥的厭氧發(fā)酵處理，污泥在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生脂肪酸，進(jìn)一步提供系統(tǒng)反硝化所需碳源，并同步實(shí)現(xiàn)污泥減量； 此外，好氧池3底部排放少量的剩余活性污泥，以維持整個生物過程在高污泥濃度下進(jìn)行。 在本工藝中，總水力停留時間6. 5 10h，其中，厭氧發(fā)酵過程1. 5^3. 0 h，脫氮過程5. (Γ7. 0 h ；系統(tǒng)總泥齡80 120 d，硝化菌泥齡15 20 d，膜組件通量18 22 L/(m2 · h)。本發(fā)明中，所述好氧池3由膜池和生物反應(yīng)池合建。本發(fā)明中，整體工藝需控制兩個泥齡。一個是系統(tǒng)總泥齡，由好氧池剩余活性污泥的外排量控制，是表觀泥齡；另一個是硝化菌泥齡，由好氧池回流至深度厭氧池的污泥量和外排的污泥量之和控制。本發(fā)明通過改變厭氧條件和進(jìn)水方式，將厭氧段設(shè)計(jì)為較深的池型和較長的水力停留時間，在其底部創(chuàng)造良好的厭氧環(huán)境，使原污水中顆粒態(tài)(含膠體態(tài))有機(jī)物、慢速降解有機(jī)物及難降解有機(jī)物充分水解、酸化以及好氧池回流的部分剩余活性污泥厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生易生物利用的碳源，促進(jìn)缺氧段的反硝化作用，從而提升和強(qiáng)化脫氮效果。同時，剩余活性污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸可以減少系統(tǒng)的排泥量，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和資源化。本工藝在無需外加碳源的情況下，充分發(fā)揮厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的優(yōu)勢，最大程度地挖掘碳源的利用效率。從整體上來看，由于好氧池部分剩余污泥回流至厭氧池底部，工藝排出系統(tǒng)外的污泥量很少，本工藝具有長泥齡(長達(dá)100天)的運(yùn)行模式，但如果將厭氧段與后續(xù)的脫氮段隔離開來看，由于好氧池存在剩余活性污泥的回流和排放，脫氮過程又具有短泥齡(25天)和短水力停留時間的特點(diǎn)，節(jié)省了占地，節(jié)約了能耗。本發(fā)明工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)通過改變厭氧條件和進(jìn)水方式，使原污水中的顆粒態(tài)(含膠體態(tài))有機(jī)物、慢速降解有機(jī)物及難降解有機(jī)物充分地水解酸化，生成易生物降解的小分子有機(jī)物，為后續(xù)的生物反硝化過程提供優(yōu)質(zhì)碳源，脫氮效果好，出水總氮低；
(2)工藝本身產(chǎn)生的剩余活性污泥部分回流至厭氧段底部，經(jīng)過污泥發(fā)酵產(chǎn)酸，提供更多的生物碳源，最大程度地挖掘碳源利用率；
(3)厭氧段充分實(shí)現(xiàn)了水解酸化和污泥發(fā)酵的結(jié)合，碳源生成率高，且品質(zhì)優(yōu)良；
(4)無需外加碳源，解決了反硝化碳源不足的問題；
(5)厭氧發(fā)酵池接納部分剩余活性污泥，最大限度地減少污泥外排量，實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化和資源化；
(6)可以通過調(diào)節(jié)剩余活性污泥的回流量調(diào)配厭氧上清液中碳源的品質(zhì)及含量；
(7)整體工藝具有較長的污泥齡和較短的水力停留時間，系統(tǒng)在較高的污泥濃度下運(yùn)行，且占地和能耗利用較少。


圖1是本發(fā)明厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝示意圖； 圖2是本發(fā)明厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝工作原理圖中標(biāo)號1為深度厭氧池(污泥發(fā)酵池)；2為缺氧池；3為好氧池(與膜-生物反應(yīng)池合建)；4為攪拌混合裝置；5為曝氣充氧裝置；6為膜組件；7為第一回流泵；8為第二回流泵；9為膜出水泵；10為厭氧上清液；11為厭氧污泥層；12為剩余活性污泥排放口 ；13為鼓風(fēng)機(jī)；14為氣體流量計(jì)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明工藝由深度厭氧池1、缺氧池2和好氧池3按照液位差推流的運(yùn)行方式設(shè)置。首先，污水從深度厭氧池1底部進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)過一段較長的厭氧污泥層，原污水中的部分碳源(顆粒態(tài)、膠體態(tài)、溶解態(tài)碳源)被水解、酸化，轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)，厭氧上清液10在溢流液位差的推動力下，進(jìn)入缺氧池2，污水在異養(yǎng)微生物(反硝化菌)的作用下進(jìn)行高效的反硝化過程；然后，污泥混合液進(jìn)入好氧池3，在高濃度自養(yǎng)微生物(硝化菌)的作用下進(jìn)行硝化過程；最后，通過膜出水泵9的抽吸獲得出水。此外，本工藝有兩個回流，一是好氧池3富含硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的混合液通過第一回流泵7回流至缺氧池2，為反硝化過程提供電子受體；二是好氧池3內(nèi)部分活性污泥通過第二回流泵8排至深度厭氧池1底部，進(jìn)行污泥的厭氧發(fā)酵，為后續(xù)生物反硝化提供碳源。實(shí)施例1
利用該污水處理工藝及裝置處理典型城市生活污水，進(jìn)水COD濃度為461士觀7 mg/L， 總氮濃度為44. 6 士 15. 1 mg/L，總磷濃度為6. 3 士 2. 4 mg/L，氨氮濃度為觀.0 士 7. 5 mg/L。反應(yīng)器膜組件通量20 L/(m2*h)，系統(tǒng)總水力停留時間7.1 h，泥齡100 d，其中，脫氮過程水力停留時間5. 1 h，硝化菌泥齡17 d，第一回流泵7回流量為200%，第二回流泵8回流量為1. 3 L/d。該裝置好氧段污泥濃度為MLSS=13. 2士2. 1 g/L，膜出水COD濃度為18士5 mg/ L，總氮濃度為7. 2 士 2. 9 mg/L，總磷濃度為2. 2 士 1.2 mg/L，氨氮濃度為0. 3 士 0. lmg/L，該工藝對COD、總氮、氨氮、總磷的去除率依次為96. 1%、83. 9%,98. 9%,65. 1%。出水總氮明顯優(yōu)于一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2:
利用該污水處理工藝及裝置處理某農(nóng)村地區(qū)生活污水，進(jìn)水COD濃度為245士 105 mg/ L，總氮濃度為47. 4士 14. 5 mg/L，總磷濃度為7. 7 士 3. 9 mg/L，氨氮濃度為35. 0 士 12. 6 mg/ L。反應(yīng)器膜組件通量18 L/(m2*h)，系統(tǒng)總水力停留時間7. 9 h，泥齡100 d，其中，脫氮過程水力停留時間5. 7 h，硝化菌泥齡15 d，第一回流泵7回流量為200%，回流2為1. 5 L/d。 該裝置好氧段污泥濃度為^^5=12.5士3.2 g/L，膜出水COD濃度為18士6 mg/L，總氮濃度為8.3 士 2.5 mg/L，總磷濃度為3.0 士 1.6 mg/L，氨氮濃度為0. 5 士 0. 15 mg/L，該工藝對COD、 總氮、氨氮、總磷的去除率依次為92. 6%,82. 5%,98. 6%,61. 0%。出水總氮優(yōu)于一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3:
利用該污水處理工藝及裝置處理南方某城市低碳源生活污水，進(jìn)水COD濃度為 150 士 36 mg/L, BOD 濃度為 60 士 15 mg/L, SS 為 40 mg/L，總氮濃度為 42. 3 士 10. 4 mg/L, M 氮濃度為30. 2士6. 5 mg/L。反應(yīng)器膜組件通量15 L/(m2 *h)，系統(tǒng)總水力停留時間9. 5 h， 泥齡128 d，其中，脫氮過程水力停留時間6. 8 h，硝化菌泥齡15 d;第一回流泵7回流量為 200%，第二回流泵8回流量為1. 5 L/d。該裝置好氧段污泥濃度為MLSS=IO. 5士3. 1 g/L，膜出水COD濃度為16士5mg/L，總氮濃度為10. 0士2. 3 mg/L，氨氮濃度0. 5士0. 2 mg/L，該工藝對COD、總氮、氨氮的去除率依次為89. 3%,79. 4%,98. 3%。出水總氮優(yōu)于一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝，其特征在于厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器包括深度厭氧池(1)、缺氧池( 和好氧池(3)，深度厭氧池(1)下部為厭氧污泥層(11)，上部為厭氧上清液(10)，缺氧池O)內(nèi)設(shè)置攪拌混合裝置G)，好氧池 (3)內(nèi)設(shè)置曝氣充氧裝置(5)和膜組件(6)，膜組件(6)通過膜出水泵(9)和管道連接出水口，底部設(shè)置剩余活性污泥排放口(12)；好氧池(3)通過第一回流泵(7)和管道連接缺氧池O)，通過第二回流泵(8)和管道連接深度厭氧池(1)，具體步驟如下原污水首先從深度厭氧池(1)底部進(jìn)入整個厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器，經(jīng)過一段厭氧污泥層(11)，在厭氧微生物的作用下，將原污水中的部分碳源充分水解、酸化，轉(zhuǎn)化為小分子的揮發(fā)性有機(jī)酸，富含優(yōu)質(zhì)碳源的厭氧上清液(10)再進(jìn)入缺氧池0)，污水在異養(yǎng)菌的作用下進(jìn)行高效的反硝化過程；隨后，污泥混合液進(jìn)入好氧池C3)，經(jīng)過高濃度自養(yǎng)微生物的硝化作用，產(chǎn)生的富含硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的混合液回流至缺氧池O)，為反硝化過程提供電子受體，同時，將好氧池(3)內(nèi)的活性污泥部分回流至深度厭氧池(1)底部，進(jìn)行污泥的厭氧發(fā)酵處理，污泥在厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生脂肪酸，進(jìn)一步提供系統(tǒng)反硝化所需碳源，并同步實(shí)現(xiàn)污泥減量；此外，好氧池(3)底部排放少量的剩余活性污泥，以維持整個生物過程在高污泥濃度下進(jìn)行；在本工藝中，總水力停留時間6. 5 10h，其中，厭氧發(fā)酵過程1. 5 3. 0h，脫氮過程5. (Γ7. Oh ；系統(tǒng)總泥齡8(Tl20d，硝化菌泥齡15 20d，膜組件通量 18 22 L/(m2 · h)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸強(qiáng)化膜-生物反應(yīng)器脫氮處理工藝，本發(fā)明包括深度厭氧池、缺氧池和好氧池。污水進(jìn)入工藝后，經(jīng)不同種類微生物的作用，完成厭氧發(fā)酵、缺氧反硝化，好氧硝化的生化處理過程，最終通過膜過濾抽吸獲得出水。該工藝通過優(yōu)化厭氧段微生物的生長環(huán)境，一方面促進(jìn)原污水中顆粒態(tài)(含膠體態(tài))有機(jī)物、慢速降解有機(jī)物及難降解有機(jī)物的水解酸化，另一方面使排放至厭氧池的剩余活性污泥發(fā)酵產(chǎn)酸，為缺氧反硝化提供優(yōu)質(zhì)碳源，并利用高污泥濃度強(qiáng)化生物反硝化過程，解決生物脫氮過程碳源不足的問題，同時利用膜的高效截流分離特性，實(shí)現(xiàn)污水中總氮的高效去除。該工藝可在不額外投加碳源的條件下，充分利用進(jìn)水中的碳源轉(zhuǎn)化及工藝自身污泥發(fā)酵產(chǎn)生的碳源補(bǔ)充到反硝化段，進(jìn)行深度脫氮處理，工藝簡單、控制靈活，出水總氮可達(dá)優(yōu)于一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C02F3/28GK102502959SQ20111042731
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者于鴻光, 何磊, 吳志超, 張 杰, 梅曉潔, 王志偉, 韓小蒙, 馬金星 申請人:同濟(jì)大學(xué)