專利名稱：污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)裝置，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(diǎn)之一是污泥產(chǎn)量大?；钚晕勰喾ㄊＳ嗷钚晕勰嗟漠a(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(yùn) 行費(fèi)用。目前有90%以上的污泥得不到及時(shí)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(chǔ)放污泥，從而導(dǎo)致污泥的二次污染。此 外，從運(yùn)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(shí)，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(gè)技術(shù)方面，從降低造價(jià)和節(jié)省能耗與運(yùn)行費(fèi)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(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效
、
ifL 。
近年來大量試驗(yàn)研究表明在MBR、流化床等工藝中確實(shí)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)裝置內(nèi)同時(shí)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(gè)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(gè)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(shí)促迸生物脫氮。
Zs,e/7c^等提出觀測產(chǎn)率系數(shù)(rMs)和污泥停留時(shí)間(^d有如下的 關(guān)系<formula>formula see original document page 4</formula>
式中，Ymax是污泥的最大產(chǎn)率系數(shù)，/W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(shí)間及內(nèi)源呼吸率關(guān)系非常密切，提髙污泥的停留時(shí)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(huì)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(shí)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)裝置和多孔載體法)實(shí)現(xiàn)。
將污水和污泥的停留時(shí)間分離的另一種簡便方法是利用多孔載體在流動(dòng) 狀態(tài)下將污泥微生物捕獲，同時(shí)利用一定尺寸的多孔載體可以實(shí)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)裝置中增加微生物的停留時(shí)間，而且在污水流動(dòng)方向上形成好 氧、厭氧反復(fù)藕合的過程。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型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(gè)技術(shù)方面，從降低造價(jià) 和節(jié)省能耗與運(yùn)行費(fèi)的經(jīng)濟(jì)方面，研究、實(shí)用新型本裝置和工藝，進(jìn)行污泥 減量，同時(shí)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)裝置，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(diǎn)，其空隙率大于0.9。應(yīng)用述的生物反應(yīng)裝置的工藝，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)裝置的污泥產(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)裝置，通過對其進(jìn)行 兩年多的試驗(yàn)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)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性的措施，并與反應(yīng)裝置工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合，全面提高 反應(yīng)裝置的性能。該反應(yīng)裝置除了具有生物膜反應(yīng)裝置一些共性特點(diǎn)，比如 微生物固著生長，不存在污泥膨脹問題，水力停留時(shí)間和SRT相分離等一系 列的優(yōu)點(diǎn)，而且還有以下幾個(gè)特點(diǎn)
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(shí)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?dú)?，同時(shí)流離作用加 強(qiáng)，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(dòng)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(gè)由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、微型動(dòng)物等多個(gè)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(gè)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(dòng)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(qiáng)。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(huì)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(dòng)有強(qiáng)的適 應(yīng)能力。
5) 污泥停留時(shí)間和污水停留時(shí)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(shí)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(shí)間內(nèi)流出，而污泥卻被捕獲在多孔載體內(nèi)，污泥停留時(shí) 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(fèi)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(yùn)行成本低和剩余污泥產(chǎn)量少的特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型復(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)裝置工藝原理圖。
圖中，1—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一好氧區(qū)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的裝置以及具體操作步驟在實(shí)用新型內(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(gè)取樣口，取樣口順序依次為0 #， 1#， 2弁，3#， 4弁，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59.0mg/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 86.7%;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)裝置內(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(yùn)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。該實(shí)用新型已應(yīng)用于小區(qū)生活污水處理。
本反應(yīng)裝置的污泥產(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)裝置，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)裝置，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。
專利摘要污水生物脫氮與污泥減量耦合生物反應(yīng)裝置屬于污水處理領(lǐng)域。目前我國90％以上的污泥得不到及時(shí)有效處理、處置，導(dǎo)致二次污染。該裝置包括生物反應(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)。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C02F3/02GK201154929SQ200720190569
公開日2008年11月26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)