專利名稱：一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫的污水 處理工藝及其設(shè)備。
技術(shù)背景以前，作為城巿污水或工業(yè)廢水生物處理的主體工藝，幾乎都是好氧處理 工藝。但現(xiàn)在好氧生物處理技術(shù)所面臨的由于曝氣時能耗巨大，產(chǎn)生的大量剩 余污泥需要處置、處置大量剩余污泥所占用的土地產(chǎn)生了長期污染，構(gòu)筑物敞 開運行、有害氣體逸出造成大氣污染等問題，已引起人們的重視。厭氧處理技術(shù)被稱為環(huán)境資源化技術(shù)，即消耗最少的資源和能源，并能夠 從廢物中獲取資源或能源。與傳統(tǒng)的好氧處理技術(shù)比較，厭氧處理具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢1) 厭氧處理過程中不需要氧；2) 厭氧處理過程所產(chǎn)生的剩余污泥比好氧處理過程少3~20倍；3) 好氧過程產(chǎn)生的污泥在能夠安全處置前必須先在專門的厭氧污泥消化池 內(nèi)穩(wěn)定。所以，釆用厭氧處理技術(shù)處理城巿污水的過程中，曝氣和污泥處置費用這 兩項與好氧廢水處理有關(guān)的最大費用將會減少。尤其是20世紀(jì)80年代新型"高 速"厭氧反應(yīng)器的出現(xiàn)，使得厭氧處理技術(shù)正逐漸成為一種能夠滿足環(huán)境質(zhì)量 要求的較為經(jīng)濟(jì)的熱門和核心技術(shù)。目前，厭氧處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到高濃度有機(jī)廢水處理、難降解毒性有 機(jī)廢水處理、低濃度城市污水處理等方面。但是厭氧處理技術(shù)的缺點是對氮、磷的去除效果不理想，出水有臭味(對 硫的去除效果不好)。傳統(tǒng)脫氮技術(shù)包括好氧硝化和反硝化兩個階段。由于所利用的微生物和反應(yīng)條件不同，硝化和反硝化在時間和空間上是分開的。其中，硝化階段需要提 供足夠的氧，反硝化階段則需要提供足夠的有機(jī)碳源。近年來，有研究者提出 了將硝化控制在亞硝酸鹽階段的短程硝化反硝化，以減少對氧的需求；也有利 用生物膜反應(yīng)器或膜生物反應(yīng)器內(nèi)存在的局部缺氧(或厭氧)區(qū)域來實現(xiàn)同時 硝化和反硝化的報道。常用的去除水中磷的主要方法是化學(xué)除磷和強(qiáng)化生物除 磷，這兩種傳統(tǒng)除磷工藝都是將水相中的磷轉(zhuǎn)化為固相中的磷，通過排放富磷 污泥(化學(xué)污泥或生物污泥)實現(xiàn)除磷的。化學(xué)除磷工藝的缺點是消耗化學(xué)藥 劑并產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，造成環(huán)境的二次污染，而且處理成本相對較高。生物 除磷工藝是相對比較經(jīng)濟(jì)的除磷方法，其中的聚磷菌除磷工藝是當(dāng)前研究的熱 點，但聚磷菌除磷工藝也存在諸多缺陷，如厭氧/好氧系統(tǒng)的曝氣操作能耗太大。 對于廢水中硫的去除，現(xiàn)在最常用的方法是利用硫酸鹽還原菌異化so42—的 生物還原反應(yīng)，將SO,還原為H2S釋放到空氣中。為此，厭氧出水常常伴隨著臭味，而且在此過程中硫酸鹽還原菌會與產(chǎn)甲烷菌竟?fàn)幱袡C(jī)碳源，硫酸鹽還原產(chǎn)生的H2S還會對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生毒性，從而影響整個處理過程的效率。目前普遍釆用的方法是將厭氧處理技術(shù)與好氧處理技術(shù)結(jié)合來滿足氮、磷 和硫的去除要求。但此組合工藝一方面工藝流程復(fù)雜，另一方面很難實現(xiàn)脫氮 除磷硫效果均好的情況，另外，后續(xù)的好氧工藝仍然會有大量曝氣要求和大量剩余污泥的產(chǎn)生。為此，目前技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵是尋求一種既能在去除C0D的同 時脫氮除磷硫，又節(jié)能環(huán)保的技術(shù)。對于目前比較經(jīng)濟(jì)高效的生物處理技術(shù)而 言，節(jié)能的關(guān)鍵就是減少曝氣量，環(huán)保的關(guān)鍵就是減少剩余污泥的排放量。膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應(yīng)器作為第三代高速厭氧反應(yīng)器的代表，在反 應(yīng)器內(nèi)形成了顆粒污泥，具有污泥濃度高、出水回流可以保證反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)效 果好等特點，不僅能高效處理高濃度有機(jī)廢水，利用出水循環(huán)的稀釋作用來強(qiáng) 化難降解毒性污染物質(zhì)的礦化等，在低濃度生活污水處理方面更具有明顯的優(yōu) 勢。但該技術(shù)對氮、磷、色度、濁度的去除效果不理想。有研究者提出在EGSB反應(yīng)器后另外加好氧膜生物反應(yīng)器來強(qiáng)化氮、磷、色度、濁度等的去除，但此工藝又存在大量曝氣需要大量耗能的不足。也有研究者提出在EGSB反應(yīng)器內(nèi)加一膜組件，形成厭氧膜生物反應(yīng)器，并通過微氧曝氣來強(qiáng)化氮的去除，但此工藝最終沒有解決磷的去除問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫的污水處理方法及其設(shè)備，以達(dá)到在去除COD的同時脫氮除磷硫的目的，并盡量減少曝氣量甚至不曝 氣，降低污泥排放量甚至長時間不排泥。本發(fā)明是針對目前厭氧處理技術(shù)的氮、磷去除效果差，出水有臭味，而傳 統(tǒng)的厭氧與好氧結(jié)合的工藝又存在流程復(fù)雜，管理復(fù)雜，仍需要大量曝氣的缺 點，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、前期投資和運行成本低、處理效果好、規(guī)模靈活的污 水一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫工藝。該工藝是在對城巿污水的處理過程中，釆用 一種高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器，并適量曝氣，以維持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)，在 一個反應(yīng)器里實現(xiàn)同時產(chǎn)甲烷和高效生物脫氮除磷硫的目的。本發(fā)明的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法包括將污水或污水與回流水的混合水從底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入一個高速厭氧顆粒 污泥反應(yīng)器中，并向反應(yīng)器內(nèi)適量供氧，以保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)；水中的污染物質(zhì)經(jīng)過顆粒污泥床，被降解處理；顆粒污泥、處理水和產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器頂部的三相分離裝置分離 后，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒污泥與處理水徹底分離，顆粒 污泥回到反應(yīng)器中，處理水回流或直接排放。本發(fā)明是以直接向污水中曝氣或者向回流水中曝氣的方式對反應(yīng)器內(nèi)的厭 氧顆粒污泥適量供氧，以保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)的。同時，本發(fā)明通過對反應(yīng)器內(nèi)氧化還原電位的監(jiān)測控制，來實現(xiàn)向反應(yīng)器 內(nèi)的適量供氧，通過對曝氣量大小的適度調(diào)節(jié)，將反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位始終控制在-180~-200mV,以保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)。本發(fā)明同時還提供了 一種適用于上述一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法的處理裝置，該裝置包括一個用于貯存污水的污水貯罐； 一個用于貯存回流水的回流水貯罐；一個用于將污水和回流水混合的水箱，其分別與污水貯罐和回流水貯罐連 通，并通過進(jìn)水管連接高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器的底部；一個高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器，分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)兩部分，內(nèi)部填充有顆粒污泥，用于降解污水中的污染物質(zhì)；一個布水裝置，設(shè)置在反應(yīng)器的底部，并連接進(jìn)水管；一個三相分離裝置，設(shè)置在反應(yīng)器上部，用于進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)氣液固的分離；回流管，設(shè)置在三相分離裝置的上方或者下方，與回流水貯罐連接，可以 根據(jù)反應(yīng)器的運行情況、污泥性能的好壞來決定回流口的位置；氣體收集管，連接在三相分離裝置的上方，用于收集污水處理過程中產(chǎn)生 的氣體；以及，一個設(shè)置在反應(yīng)器頂部的出水管，用于排出處理水。 其中，在污水貯罐和回流水貯罐中分別設(shè)置有曝氣頭，通過其可以向反應(yīng) 器中適量供氧。本發(fā)明選用的高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器與目前很有發(fā)展前景的EGSB反應(yīng)器 類似，也是一種具有較高高徑比的上升流顆粒污泥反應(yīng)器。但與EGSB反應(yīng)器不 同的是，本發(fā)明反應(yīng)器的出水回流設(shè)置是靈活的，對于高濃度廢水或難降解有毒物質(zhì)廢水釆取回流；而對于低濃度廢水，比如城巿廢水、生活污水等，僅僅在反應(yīng)器初次啟動時釆用出水回流，而在穩(wěn)定運行時不進(jìn)行回流操作。這樣不 但可以節(jié)約大量的運行費用，而且最重要的是能夠保證反應(yīng)器的高效運行(即高污染物去除率和高污染物負(fù)荷率)。同時，本發(fā)明可以通過給回流水貯罐曝氣 或者給污水貯罐曝氣兩種方式來實現(xiàn)向顆粒污泥床的供氧，這樣就可以根據(jù)處 理的水質(zhì)不同、反應(yīng)器是否有回流、反應(yīng)器運行階段的不同來確定更有效的曝 氣方式。如對于高濃度有機(jī)廢水或含難降解毒性污染物質(zhì)的廢水，出水需要回流，這樣可以選擇在回流水貯罐曝氣；而對于低濃度廢水，如生活污水，回流對反應(yīng)器的運行不利，這樣出水不需要回流，就可以選擇在污水貯罐進(jìn)行曝氣。 反應(yīng)器在常溫條件下運行，是本發(fā)明所選用的上升流顆粒污泥反應(yīng)器構(gòu)型 的一個突出優(yōu)勢。溫度的降低影響化學(xué)和生化反應(yīng)速率，該過程伴有廢水的物 理和化學(xué)性質(zhì)的改變，這極大地影響了厭氧處理系統(tǒng)的設(shè)計和運行。而將廢水 加熱到中溫需要消耗大量能源，對于高濃度廢水來講，其產(chǎn)生的甲烷還能夠用 來加熱廢水，但對于低濃度廢水來講，產(chǎn)生的甲烷量極為有限，額外消耗能源 來加熱廢水是極為不經(jīng)濟(jì)的。本發(fā)明所選用的上升流顆粒污泥反應(yīng)器釆用較髙 的液體上升流速，使污水與污泥之間接觸充分、傳質(zhì)效果良好，而且有菌種豐 富的大量顆粒污泥形成，這形成了其獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和微生物學(xué)優(yōu)勢，為其在 常溫下高效處理廢水，尤其是低濃度廢水提供了可能。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，厭氧與好氧菌是不能在同一培養(yǎng)環(huán)境下共存的。因此，過 去對于廢水的生物處理，厭氧過程和好氧過程常常是分開考慮的。但最近許多 研究表明，厭氧和好氧菌不僅可以在同一培養(yǎng)環(huán)境下共存，而且這種共同培養(yǎng) 能夠?qū)崿F(xiàn)對多種污染物質(zhì)的同時降解，包括難降解毒性污染物質(zhì)、氮、磷、硫 等。所以本發(fā)明的特點就是通過給高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器少量曝氣，保持反 應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)，從而在反應(yīng)器中創(chuàng)造好氧菌、兼性菌、厭氧菌共存，氧化 作用與還原作用共同發(fā)生的環(huán)境來高效降解這些污染物質(zhì)，實現(xiàn)同時脫氮、除磷和除硫。本發(fā)明所選用的反應(yīng)器內(nèi)存在高濃度、高產(chǎn)甲烷活性的厭氧顆粒污泥，通 過給反應(yīng)器內(nèi)適量曝氣，在顆粒污泥內(nèi)部形成了嚴(yán)格的厭氧區(qū)，存在的是厭氧菌；而在顆粒污泥的表面是好氧或缺氧區(qū)，存在的是好氧菌或兼性菌，能夠同步實現(xiàn)以下過程1) 產(chǎn)甲烷過程(即去除COD的過程)這是所有厭氧反應(yīng)器最典型的生化反 應(yīng)過程。2) 脫氮過程包括①短程硝化反硝化，②同時硝化反硝化，③厭氧氨氧 化，④自養(yǎng)細(xì)菌反硝化作用，⑤以甲烷為碳源的反硝化。前兩種脫氮過程雖然仍然要包括硝化和反硝化兩個過程，但在本發(fā)明中都 是在同一個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)了硝化和反硝化兩個過程，而且短程硝化反硝化一方 面是節(jié)約了需氧量，另一方面，也節(jié)約了反硝化所需要的碳源；同時硝化反硝 化的傳質(zhì)更為快捷，效率更高。更有吸引力的是后三種脫氮過程，不需要氧或僅需要少量氧的存在；不需 要碳源或不需要外加碳源。其中厭氧氨氧化是在厭氧條件下，以亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣， 該過程是自養(yǎng)的，無需投加碳源；自養(yǎng)細(xì)菌反硝化作用也不需要碳源，該過程是在硝化階段僅提供微量氧使 硝化過程只進(jìn)行到亞硝酸鹽氮階段，由于缺乏電子供體，這種微生物消耗自身 產(chǎn)生的亞硝酸鹽來氧化氨氮生成氮氣。本發(fā)明所提出的以甲烷為碳源的反硝化過程包括以甲烷為碳源的厭氧反硝 化、好氧反硝化和同時硝化反硝化三種方式，該過程能利用厭氧過程產(chǎn)生的甲 烷作為碳源進(jìn)行反硝化，最直接的作用有三不需要另外添加碳源；降解有機(jī) 污染物不需要曝氣；該過程利用甲烷進(jìn)行反硝化的同時將甲烷轉(zhuǎn)化為C02,而甲烷對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)要比C02大26倍。這尤其對低濃度廢水更有意義，因為這些廢水產(chǎn)生的甲烷量有限，收集不經(jīng)濟(jì)，不收集又會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，而 這樣現(xiàn)場利用甲烷作為有機(jī)碳源，又可以避免甲烷產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，可以說是3) 除磷過程本發(fā)明提出的反硝化除磷過程和厭氧生物除磷過程是更為經(jīng) 濟(jì)的除磷技術(shù)。反硝化除磷細(xì)菌能在缺氧(無02但存在N03 —)環(huán)境下攝磷，同時 將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2，即在反硝化的同時將磷吸收入細(xì)胞，達(dá)到脫氮和除磷的雙 重目的。厭氧生物除磷過程是通過磷酸鹽還原反應(yīng)將磷酸鹽還原為磷化氫，從 水相中逸出與廢水分離，不需通過排泥來實現(xiàn)除磷，也不需考慮處理系統(tǒng)厭氧 釋磷和好氧攝磷的協(xié)調(diào)問題。顯然，從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，后者都是更有吸引力的除磷技術(shù)。4) 除硫過程本發(fā)明在除硫方面的創(chuàng)新點是通過給高速上升流厭氧顆粒污 泥床反應(yīng)器內(nèi)適量供氧，形成微氧狀態(tài)，這樣會有以下幾點優(yōu)勢第一，微氧系統(tǒng)可通過高效吹脫作用減少液相H2S濃度或通過在低氧濃度下 產(chǎn)生的選擇性條件將S0 42—還原為單質(zhì)S或S2 0 32—而不是H2S,從而在有效除硫的同 時保證高產(chǎn)甲烷活性；第二，能夠通過反硝化除硫?qū)崿F(xiàn)同步脫氮脫硫并回收單質(zhì)S;第三，能夠以甲烷作為碳源，將SO,硫酸鹽還原為硫化氫，將甲烷氧化為 C02,而硫化氫在微氧條件下能同時被氧化為單質(zhì)S。這樣，對于生活污水或城巿廢水能最終去除出水中的臭味，而對于一些含 高濃度硫酸鹽的廢水，能夠在高效去除COD的同時去除硫酸鹽。本發(fā)明通過向高速上升流厭氧顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)曝氣，使其處于一種微氧 狀態(tài)，從而提供了一個好氧菌、厭氧菌、兼性菌共存，氧化作用與還原作用共 同發(fā)生作用的環(huán)境，在一個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)了同時去除COD(產(chǎn)生甲烷)和脫氮除 磷硫，整個系統(tǒng)污染物去除效率高、停留時間短。這意味著反應(yīng)器具有高效降 解污染物的能力、反應(yīng)器所需體積小、占地面積小，工程應(yīng)用中可以大幅減少 設(shè)備投資。而整個系統(tǒng)需氧量很少，剩余污泥量很少，而且這些剩余的顆粒污 泥不需要處置，相反卻可以當(dāng)作商品來出售。這樣能夠大幅減少傳統(tǒng)好氧污水處理中曝氣和剩余污泥處置兩項最大的運行費用。目前巿場上濃度為1oy。的顆粒污泥售價約為1.0元/kg， 一個日處理量為1.5萬!1!3的顆粒污泥反應(yīng)器所需的污 泥量為600 800t，費用為60萬-80萬元。本發(fā)明的處理工藝既可以用于處理高濃度廢水，也可以用于處理低濃度廢 水；既可以用于處理含難降解毒性污染物質(zhì)的廢水，也可用于處理含易降解污 染物質(zhì)的廢水；既可以在中溫下運行，也可以在常溫下高效運行，尤其是在常 溫下處理生活污水具有很好的效果。


圖1是本發(fā)明一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法的工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1本發(fā)明的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理裝置如圖1所示，由高速厭氧 顆粒污泥反應(yīng)器13、污水貯罐l、回流水貯罐2和水箱IO組成。高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器13釆用有機(jī)玻璃制成，整個反應(yīng)器分為反應(yīng)區(qū)和 沉淀區(qū)兩部分。其中，反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑為IOO誦、高度為1.7m、體積為12. OL;沉淀 區(qū)內(nèi)徑為140mm、高度為O. 6m、體積為6. 0L。污水貯罐l用于貯存污水，回流水貯罐2用于貯存回流水，它們分別通過 進(jìn)水泵6、回流泵7以及各自的流量計8和閥門9與水箱IO連通。在污水貯罐 1和回流水貯罐2中分別設(shè)置有曝氣頭3,通過閥門5選擇性地向污水貝i罐1或 者回流水貯罐2中曝氣。同時，在污水貯罐1和回流水lfc罐2上還設(shè)置有壓力 釋放閥4。在反應(yīng)器13的底部設(shè)置有一個布水裝置12，該布水裝置通過進(jìn)水管11連 接水箱10的底部。反應(yīng)器13的內(nèi)部填充有顆粒污泥，反應(yīng)器13的上設(shè)置有一 個三相分離裝置"，用于進(jìn)行反應(yīng)器13中氣液固的分離。三相分離裝置14的 上方連接有氣體收集管18，用于收集污水處理過程中產(chǎn)生的氣體。 '在三相分離裝置l4的上方或者下方設(shè)置有連接到回流水貯罐2的回流管16,可以選擇性地從不同位置進(jìn)行回流或者不回流。出水管17設(shè)置在反應(yīng)器13頂部，用于排出處理水。將進(jìn)水和回流水分別用泵(能調(diào)節(jié)流量)提升至水箱，然后將二者合流從 底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入?yún)捬躅w粒污泥反應(yīng)器。水中的污染物質(zhì)經(jīng)過顆粒污泥床被 降解處理，顆粒污泥、水、氣三者經(jīng)過三相分離裝置分離后，氣體從中間的氣 體收集管出來，液固經(jīng)沉淀區(qū)最終徹底分離。將水銀溫度計插入反應(yīng)器中部取樣口以準(zhǔn)確指示反應(yīng)器內(nèi)的溫度?；亓骺?以設(shè)在三相分離器的上部或下部，根據(jù)反應(yīng)器運行情況，污泥性能的好壞來調(diào) 整。通過給回流水貯罐曝氣或給污水je罐曝氣的方式來給顆粒污泥床供氧，這 兩種曝氣方式也是根據(jù)反應(yīng)器的不同運行階段、不同的處理水水質(zhì)來選擇地操 作。對反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位進(jìn)行監(jiān)測以調(diào)節(jié)曝氣量，最終控制反應(yīng)器內(nèi)的 氧化還原狀態(tài)。反應(yīng)器的整個運行過程分為啟動階段和穩(wěn)定運行階段。在啟動階段，向反應(yīng)器內(nèi)接種市政消化污泥，釆用低進(jìn)水濃度、髙有機(jī)負(fù) 荷的方式進(jìn)行啟動。具體按以下三個階段進(jìn)行階段I，低進(jìn)水濃度、高進(jìn)水流量和高回流量；階段II，首先低進(jìn)水流量和回流量，然后逐步提高進(jìn)水濃度 和回流量；階段III，快速提高進(jìn)水濃度和進(jìn)水流量。根據(jù)處理水的濃度不同和水質(zhì)不同，以上啟動方式的某個階段可做適當(dāng)調(diào)整或省去。另外，也可以用一 些濃度比較高的易降解的廢水快速啟動反應(yīng)器，尤其是對于一些含難降解、有 毒污染物質(zhì)的廢水更應(yīng)如此，然后再用需要處理的污水馴化污泥。反應(yīng)器啟動成功以后，逐步提高有機(jī)負(fù)荷，減小回流比(直至最終的不回流)，縮短HRT (水力停留時間)，穩(wěn)定運行反應(yīng)器，考察反應(yīng)器對COD、 N、 P、 S等的去除效果；液體上升流速、HRT、負(fù)荷沖擊、pH沖擊等反應(yīng)器運行效果的 影響；確定反應(yīng)器的運行控制參數(shù)。用本發(fā)明提供的工藝，按照所述技術(shù)方案處理生活污水，首先是要使接種的巿政消化污泥快速形成性能良好的顆粒污泥。取太原某污水處理廠消化池的脫水污泥進(jìn)行活性恢復(fù)后接種到實驗用的反應(yīng)器中，生活污水取自太原某大學(xué)家屬區(qū)，進(jìn)水COD濃度為131~618mg/L，在 35匸中溫條件下啟動運行。由于生活污水濃度過低，高回流量對啟動不利，所 以直接采用高進(jìn)水負(fù)荷快速啟動，初期的啟動時水力停留時間(HRT) 3.4h，進(jìn) 水流量5. 3L/h，有機(jī)負(fù)荷達(dá)到2 ~ 5kgCOD/m3.d,隨后逐漸縮短HRT至1. 7h,進(jìn) 水流量提高到10. 6L/h,有機(jī)負(fù)荷率相應(yīng)也提高到10~12kgCOD/m3-d。以上啟動過程能夠在一個多月內(nèi)快速啟動反應(yīng)器，形成性能良好的顆粒污 泥，污泥濃度達(dá)到28. 7g/L, VSS/SS達(dá)到0. 67。在啟動期處理生活污水效果良 好，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為131 ~ 618mg/L，有機(jī)負(fù)荷率為2. 6 ~ 12. 27kgCOD/mM時， 出水COD范圍為20 ~ 180mg/L, COD去除率能夠保持在66 ~ 85°/。之間。隨后向啟動成功的反應(yīng)器內(nèi)適量曝氣，通過控制反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位 控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧含量，穩(wěn)定運行時維持反應(yīng)器內(nèi)氧化還原電位為-180--200mV之間，使污水與顆粒污泥充分接觸。該階段顆粒污泥內(nèi)的微生物菌群有 發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌、硝化菌、反硝化菌，硫酸鹽還原菌、磷酸 鹽還原菌、甲烷營養(yǎng)菌、氨氧化菌等，能夠發(fā)生厭氧消化，將COD降解，產(chǎn)生 CH4、 C02、 H20等最終產(chǎn)物；發(fā)生短程硝化反硝化、同時硝化反硝化、厭氧氨氧 化、自養(yǎng)細(xì)菌反硝化作用、以甲烷為碳源的反硝化、以甲烷為碳源的硫酸鹽還 原、反硝化除磷除硫過程、厭氧生物除磷、硫化物的氧化等過程，從而在高效 去除COD的同時脫氮除磷硫。反應(yīng)器的運行溫度為15~26°C,逐步將進(jìn)水流量 由IO. 6L/h提高到20L/h，水力停留時間由1. 7h縮短到0. 9h并穩(wěn)定運行，進(jìn)水 COD為131 ~ 618mg/L, SS為86 ~ 230mg/L， TN為23. 5 ~ 42. 6mg/L， NH/-N為18. 5 ~ 39. 6mg/L, TP為1. 64~4. 02mg/L,色度26~43倍，濁度56 ~ 126NTU。出水COD 《56mg/L， SS20mg/L, TN《11. 3mg/L, NH4+-N < 9. 3mg/L， TP<1.43mg/L,色度 《20倍，濁度《10NTU,檢測不到S2—，出水沒有臭味。出水指標(biāo)基本達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)一級B標(biāo)準(zhǔn)的要求。 實施例2取太原某污水處理廠消化池的脫水污泥進(jìn)行活性恢復(fù)后接種到實驗用的反應(yīng)器中，生活污水取自哈爾濱某大學(xué)家屬區(qū)，該污水進(jìn)水COD濃度為146 ~ 563mg/L。釆用自配啤酒廢水，將少量顆粒污泥與巿政消化污泥按照1 : 6的質(zhì) 量比接種到反應(yīng)器內(nèi)，在35i:條件下啟動運行，維持HRT3.4h,在一周內(nèi)將進(jìn) 水COD從200mg/L提高到1000mg/L，進(jìn)水負(fù)荷由1. 58kgCOD/mM提高到 7. 5kgCOD/m3'd,快速形成顆粒污泥，成功啟動反應(yīng)器，污泥濃度達(dá)到32. 7g/L, VSS/SS達(dá)到0. 66, COD去除率達(dá)到92t將此反應(yīng)器不經(jīng)過任何適應(yīng)過程，直 接處理實際生活污水，就能夠取得很好的運行效果當(dāng)進(jìn)水COD濃度為146 ~ 563mg/L，有機(jī)負(fù)荷率為2. 89 ~ 11. 18kgCOD/m3.d時，出水COD范圍為32 ~ 127mg/L, COD去除率能夠保持在65 ~82%之間。隨后向啟動成功的反應(yīng)器內(nèi)適量曝氣，通過控制反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位 控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧含量，穩(wěn)定運行時維持反應(yīng)器內(nèi)氧化還原電位為-180~ -2001^之間，使污水與顆粒污泥充分接觸。反應(yīng)器的運行溫度為10~22°C,進(jìn) 水流量IO. 6L/h， HRT1.7h，進(jìn)水COD為146 ~ 563mg/L, SS為68 ~ 268mg/L, TN 為21. 3 ~ 46. 3mg/L， NH/-N為15 ~ 41mg/L， TP為1. 87 ~ 5. 06mg/L，色度25 ~ 48倍，濁度51 136NTU。出水COD《68mg/L, SS20mg/L， TN《13.3mg/L， NH4+-N <9. 8mg/L, TP<1.48mg/L，色度《20倍，濁度《10NTU，檢測不到S2—，出水沒 有臭味。出水指標(biāo)基本達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)一級B標(biāo)準(zhǔn)的要求。實施例3取太原某污水處理廠消化池的脫水污泥進(jìn)行活性恢復(fù)后接種到實驗用的反 應(yīng)器中，啤酒廢水取自太原某啤酒廠，35。C條件下啟動運行，進(jìn)水COD濃度為 867 - 3750mg/L。釆用低進(jìn)水濃度、高有機(jī)負(fù)荷的方式促進(jìn)顆粒污泥的形成。在 500mg/L左右低進(jìn)水濃度、3. OL/h高進(jìn)水流量、12L/h高回流量、2. 5m/h高液體上升流速、2. 88kgC0D/n^d左右進(jìn)水負(fù)荷情況下運行一周。從第7天起，為提 高污泥的產(chǎn)甲烷活性，以盡快形成產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌等各種微生物共存的穩(wěn)定 微生物群落，進(jìn)水流量降至0. 9L/h,回流量降至0，進(jìn)水COD濃度提高至700mg/L 左右，進(jìn)水COD負(fù)荷維持在1. 5kgCOD/m3'd左右。隨后在進(jìn)水COD去除率達(dá)到60% 以上的基礎(chǔ)上逐步提高進(jìn)水COD濃度，并逐步提高回流量(從0到3. OL/h)，直 至進(jìn)水COD負(fù)荷提高到4. 27kgCOD/mM，此時COD去除率也提高到了 80%。從第 36天起開始，進(jìn)水濃度從0.9L/h提高至1.2L/h,并快速提高進(jìn)水濃度(到 1800mg/L左右)及出水回流比(從0. 5到1.6),大約10天左右，進(jìn)水COD負(fù)荷 達(dá)到7. 12kgCOD/m3'd, COD去除率也相應(yīng)提高到91. 06%。反應(yīng)器啟動成功后，通 過交替提高進(jìn)水COD濃度和進(jìn)水流量，逐漸縮短HRT的方式快速提高進(jìn)水有機(jī) 負(fù)荷，盡快使顆粒污泥達(dá)到高穩(wěn)定高活性狀態(tài)，反應(yīng)器達(dá)到高負(fù)荷穩(wěn)定運行階 段。在2個月內(nèi)將HRT從14h逐步縮短到3. 4h,有機(jī)負(fù)荷從7. 5kgCOD/mM左右 逐漸提高到42kgCOD/n^d左右，COD去除率也由64%穩(wěn)步提高到了 90%以上。隨 后將進(jìn)水COD濃度保持在3600mg/L左右穩(wěn)定運行近一個月，COD去除率能維持 在90%以上，出水COD濃度能夠保持在150 ~ 400mg/L之間。隨，向穩(wěn)定運行的反應(yīng)器內(nèi)適量曝氣，通過控制反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位 控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧含量，穩(wěn)定運行時，維持反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位在 -180~-200mV之間，使污水與顆粒污泥充分接觸。反應(yīng)器的運行溫度為15 ~ 26°C,污泥濃度達(dá)到42. 17g/L,進(jìn)水流量10. 6L/h， HRT1. 7h，進(jìn)水COD為867 3750mg/L, NH4+-N23. 7 ~ 45. 6mg/L, TN27. 3 ~ 49, 3mg/L, TP2. 87 ~ 5. 76mg/L。出 水COD104 ~ 750mg/L， NH4+-N《10. 2mg/L, TN《14. 6mg/L, TP《1.52mg/L。延長 肌T至6. Oh時，出水COD能進(jìn)一步降低到76. 5~ 379. 2mg/L，出水NH/-N《 9. 6mg/L, TN《11.6mg/L， TP《1.46mg/L。
權(quán)利要求
1、一種一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法，所述方法包括將污水或污水與回流水的混合水從底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入一個高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器中，并向反應(yīng)器內(nèi)適量供氧，以保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)；水中的污染物質(zhì)經(jīng)過顆粒污泥床，被降解處理；顆粒污泥、處理水和產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器頂部的三相分離裝置分離后，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒污泥與處理水徹底分離，顆粒污泥回到反應(yīng)器中，處理水回流或直接排放。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法，其特征 是以向污水中曝氣或向回流水中曝氣的方式向厭氧顆粒污泥供氧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法，其特征是通過監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位來調(diào)節(jié)曝氣量，以控制向反應(yīng)器內(nèi)的 供氧量及反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法，其特征 是將反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位控制在-180 -200mV。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法，其特征 是所述的污水處理過程是在常溫條件下進(jìn)行的。
6、 用于權(quán)利要求1所述的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫污水處理方法的處理裝置，包括一個用于貯存污水的污水)fc罐1;一個用于貯存回流水的回流水貯罐2;一個用于將污水和回流水混合的水箱10,分別與污水貯罐1和回流水貯罐 2連通，并通過進(jìn)水管11連接高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器13的底部；一個高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器13,分為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)兩部分，內(nèi)部填充 有顆粒污泥，用于降解污水中的污染物質(zhì)；一個布水裝置12,設(shè)置在反應(yīng)器13的底部，并連接進(jìn)水管ll;一個三相分離裝置14,設(shè)置在反應(yīng)器13的上部，用于進(jìn)行反應(yīng)器13中氣液固的分離；回流管16,設(shè)置在三相分離裝置14的上方或者下方，并與回流水貯罐2連接；氣體收集管18,連接在三相分離裝置14的上方，用于收集污水處理過程中產(chǎn)生的氣體； 以及，一個設(shè)置在反應(yīng)器13頂部的出水管17,用于排出處理水。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫的污水處理裝置，其特
全文摘要
一種一體化產(chǎn)甲烷脫氮除磷硫的污水處理工藝及其設(shè)備，包括將污水或污水與回流水的混合水從底部進(jìn)入高速厭氧顆粒污泥反應(yīng)器中，并向反應(yīng)器內(nèi)適量供氧，保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)，使水中的污染物由顆粒污泥降解處理。本發(fā)明提供了一個好氧菌、厭氧菌、兼性菌共存，氧化作用與還原作用共同發(fā)生作用的環(huán)境，在一個反應(yīng)器內(nèi)同時去除COD(產(chǎn)甲烷)和脫氮除磷硫，污染物去除效率高、停留時間短。
文檔編號C02F3/28GK101239753SQ200810054610
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者侯姝敏, 蘭貴亭, 馮令艷, 孫慧麗, 汪燕霞, 潘青業(yè), 董春娟, 邢金龍 申請人:太原大學(xué)