專利名稱：一種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護、污水處理領(lǐng)域，具體涉及ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝及裝置。
背景技術(shù)：
資源短缺和氣候變化是21世紀(jì)人類共同面對的最大挑戰(zhàn)和威脅，目前，世界各國都在積極采取行動節(jié)約能源資源、減少溫室氣體排放。隨著節(jié)能減排工作的不斷深入，城市污水處理廠作為減排主要載體之一，在減排工作中顯得尤為重要。在此大背景下，已經(jīng)發(fā)展近100年并在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)的生物處理工藝正在經(jīng)受著前所未有的質(zhì)疑。在傳統(tǒng)活性污泥法(conventional activated sludge, CAS)及其衍生エ藝在污水處理中，含碳有機物最終在好氧條件下被氧化分解，生成C02。此過程不僅消耗了大量氧氣，同時產(chǎn)生了大量含固率低、處理處置困難的剩余污泥。而另一方面，這些污(廢)水中又含有大量可以利用的資源或能源，如含碳有機物、含氮營養(yǎng)鹽、磷酸鹽等，這些資源或能源在常規(guī)污水處理系統(tǒng)中卻難以回收?；谶@種資源能量的矛盾及人類對可持續(xù)發(fā)展的反思，未來的污水處理目標(biāo)應(yīng)從傳統(tǒng)的“從污水中盡量去除各種污染物”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨M量從污水中回收資源和能源”，同時盡量減少污水處理帶來的溫室氣體排放。目前，低濃度城鎮(zhèn)污水能源回收逐漸引起國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注，現(xiàn)有的研究成果與文獻報道主要包括以下兩種(1)后置式回收模式，即從剩余污泥中回收揮發(fā)性脂肪酸，氫及甲烷的工藝；(2)前置式回收模式，即從污水中直接富集回收有機物，以減少后續(xù)處理單元的有機負荷，降低污泥產(chǎn)量。第一種模式以北溫哥華市Dayton & Knight公司為代表，該公司提出了以自熱式高溫好氧消化(ATAD)進行污泥發(fā)酵，回收的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)用于后續(xù)脫氮除磷単元，發(fā)酵液中的磷通過鳥糞石結(jié)晶法進行回收。而美國PM Sutton & Associates公司和亞利桑那州立大學(xué)Rittmarm教授提出了第二種前置式能源回收模式，即先通過短泥齡的膜-生物反應(yīng)器(MBR)エ藝對污水中有機碳源吸附與富集，出水進行獨立的物化除磷和脫氮處理；同時對排出的污泥進行濃縮、厭氧發(fā)酵，回收沼氣。國內(nèi)， 清華大學(xué)采用短泥齡的吸附エ藝對低濃度城鎮(zhèn)污水進行碳源回收試驗，其類似于第二種能源回收構(gòu)想，取得了一定的研究進展。雖然上述技術(shù)構(gòu)想仍然處于實驗研究階段，但兩種典型有機碳源回收利用技術(shù)的提出為污水處理目標(biāo)向“從污水中回收資源和能源”未來目標(biāo)的轉(zhuǎn)變邁出了重要的一歩。從能量品質(zhì)和效率的角度來看，第二種エ藝由于是從污水中直接回收有機碳源， 相比第一種エ藝，能夠有效避免能量損耗(有機碳源的好氧礦化)，簡化污泥處理環(huán)節(jié)，更符合節(jié)能減排的要求。但目前現(xiàn)有的前置式碳源回收エ藝仍存在著一定問題(1)在好氧條件下利用微生物富集回收碳源，仍需要消耗一定量的氧氣；(2)污泥含固率較低(4000 mg/ L-6000 mg/L)，后續(xù)需要對污泥進行預(yù)濃縮后提升綜合利用效率；(3)利用短泥齡膜-生物反應(yīng)器ェ藝進行固液分離存在著膜污染嚴(yán)重問題，而采用傳統(tǒng)沉淀ェ藝則難保證固液分離效果。
因此，如何優(yōu)化前置式碳源回收污水處理工藝、實現(xiàn)回收碳源的高效能源轉(zhuǎn)化，代表了低濃度城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域新的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝及裝置，通過物化分離手段與厭氧生物處理工藝的耦合，在較短的水力停留時間內(nèi)，實現(xiàn)低濃度有機污水的高效處理，并對污水中有機碳源進行回收。該エ藝及裝置能夠在常溫條件下高效厭氧處理低濃度有機污水，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達到國家ニ級排放標(biāo)準(zhǔn)，最大程度實現(xiàn)污水處理的節(jié)能降耗。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝，具體步驟如下
(1)原污水首先進入快速混凝池，通過自動加藥裝置投加高分子混凝劑，使污水中顆粒狀及膠體狀有機物高效絮凝，混凝后的污水進入?yún)捬鮿討B(tài)膜-生物反應(yīng)器；其中水力停留時間為2 5分鐘；
(2)混凝后的污水在厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)厭氧處理后進行固液分離，污水混凝后形成的顆粒物沉積至厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器底部，以有機碳源的形式回收；水力停留時間l.(T3.0小吋；厭氧動態(tài)膜組件通量為4(T120 L/(m2.h)；厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器有機負荷為2、kg/(m3.d)；厭氧動態(tài)膜出水至自動復(fù)氧器充氧后，水質(zhì)穩(wěn)定達到國家ニ 級排放標(biāo)準(zhǔn)。(3)有機碳源排入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，進行生物質(zhì)能源回收；控制有機碳源氧化還原電位-310 -340 mV。本發(fā)明中，步驟(1)中所述高分子混凝劑為聚合氯化鐵(PFC)或聚硅酸氯化鐵 (PFSC)。本發(fā)明中，在厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器底部，通過微生物代謝與混凝物化過程耦合，使得污水中顆粒態(tài)、膠體態(tài)及部分溶解態(tài)有機物高效轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)碳源(厭氧污泥)，而沉積的有機碳源在反應(yīng)器底部形成污泥懸浮層后，可進ー步提升污水處理與碳源回收效果。有機碳源混合液氧化還原電位-310 -340 mV，說明污水中的有機物是在嚴(yán)格厭氧條件下形成這種有機碳源，這些碳源可以直接排入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，進行發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷。本發(fā)明中，進水COD與TP可通過化學(xué)混凝、厭氧微生物代謝及過濾作用有效去除， 氨氮在有機碳源形成過程中從液相轉(zhuǎn)移至固相中。采用該エ藝流程處理一般城市生活污水或農(nóng)村生活污水，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達到國家ニ級排放標(biāo)準(zhǔn)；同時回收的有機碳源經(jīng)厭氧降解產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)或甲烷，實現(xiàn)資源與能源的再利用。本發(fā)明提出的ー種基于碳源回收的低能耗污水處理裝置，包括快速混凝池1、進水布水管2、厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器3、出水自然復(fù)氧器4、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5和氣體收集器 6，其中快速混凝池1底部通過進水布水管2接于厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器3底部，快速混凝池1頂部設(shè)有自動加藥裝置7，厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器3底部一側(cè)設(shè)有排泥管8，排泥管8通過潛污泵或管閥及管道連接厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5 ；厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5上部設(shè)有氣體收集器6，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器5通過管線連接pH在線監(jiān)測儀9 ；厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器3頂部通過管道連接出水自然復(fù)氧器4，出水自然復(fù)氧器4底部一側(cè)設(shè)有出水ロ。
本發(fā)明エ藝具有以下優(yōu)點
1)通過投加高分子絮凝劑，可以顯著改善原污水中顆粒態(tài)及膠體態(tài)有機物的沉降性能，提升后續(xù)厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器內(nèi)固液分離效果；同時快速混凝池內(nèi)加藥裝置可隨進水水量波動相應(yīng)調(diào)整進藥流量；
2)沉積的有機碳源在厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器底部形成污泥懸浮層，其增強了反應(yīng)器對顆粒性有機物攔截效率。同吋，厭氧微生物代謝可進一步對污水中溶解性有機物去除，提升出水水質(zhì)；
3)厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器一直保持厭氧狀態(tài)，不僅減少了有機碳源氧化，降低ニ氧化碳的排放，也使碳源內(nèi)部馴化出大量產(chǎn)酸微生物及產(chǎn)甲烷微生物。這部分回收碳源排入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器后可迅速高效發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氣，進行能源回收。4)厭氧動態(tài)膜組件通量6(T100 L/(m2 *h)，動態(tài)膜可有效降低出水懸浮固體SS含
里；
5)出水自然復(fù)氧系統(tǒng)，通過出水的重力勢能向動能轉(zhuǎn)變，利用自然通風(fēng)復(fù)氧，提高了出水中溶解氧DO含量；
6)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器可接納從污水中回收的碳源，最大限度地減少系統(tǒng)中物質(zhì)的外排， 且充分發(fā)揮厭氧的優(yōu)勢，實現(xiàn)資源的再利用
7)該エ藝不需要曝氣，運行能耗節(jié)省3(Γ50%，污水處理過程中(X)2減排40飛0%。


圖1為本發(fā)明提供的ー種基于碳源回收的低能耗污水處理裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明提供的ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝工作原理圖。圖中標(biāo)號1為快速混凝池；2為進水布水管；3為厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器；4為出水自然富氧器；5為厭氧發(fā)酵反應(yīng)器；6為氣體收集器；7為自動加藥裝置；8為排泥管；9 為PH在線自動檢測儀。
具體實施例方式實施例1
ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝，采用聚合氯化鐵PFC作為高分子混凝劑 (劑量50 g PFC/噸水)，污水原水在快速沉淀池內(nèi)高效混凝后，水力停留時間2min，進入?yún)捬鮿討B(tài)膜-生物反應(yīng)器進行厭氧處理及固液分離，水力停留時間2.證。厭氧反應(yīng)器內(nèi)動態(tài)膜組件通量100しバ?。?！へ⑴，反應(yīng)器有機負荷〗.〗。kg CODバm3*d)。該エ藝處理南方某城市生活污水，進水COD濃度300. 4士68. 8 mg/L，氨氮濃度為31. 0士6. 5 mg/L，總氮濃度為51. 3士 13. 4 mg/L，總磷濃度為7. 2士3. 4 mg/L ；該裝置出水COD濃度82. 7士 16. 6 mg/L，氨氮濃度為21.2 士 3.4 mg/L，總磷濃度為2. 1 士 0. 4 mg/L;回收碳源濃度為 MLSS=20. 5士10. 3 g/L。實施例2:
ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝，采用聚硅酸氯化鐵PFSC作為高分子混凝劑(劑量75 g PFSC/噸水)，污水原水在快速沉淀池內(nèi)高效混凝后，水力停留時間2min，進入
5厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器進行厭氧處理及固液分離，水力停留時間2.池。厭氧反應(yīng)器內(nèi)動態(tài)膜組件通量60 17(!112噸)，反應(yīng)器有機負3.27 kg CODバm3*d)。利用該污水處理工藝處理某城市生活污水，進水COD濃度234. 6 680. 8 mg/L,氨氮濃度23. 2 43. 5 mg/L,總氮濃度45. 3 68. 7 mg/L,總磷濃度3. 8 10. 6 mg/L ；該裝置出水COD濃度24. 6 88. 7mg/L,氨氮濃度14. 3^23. 4 mg/L,總氮濃度21. 9^29. 8 mg/L,總磷濃度為0. 9^2. 1 mg/L ；回收碳源濃度為 MLSS=28. 6 士8. 3 g/L。
實施例3
ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝，采用聚硅酸氯化鐵PFSC作為高分子混凝劑(劑量50 g PFSC/噸水)，污水原水在快速沉淀池內(nèi)高效混凝后，水力停留時間2min，進入?yún)捬鮿討B(tài)膜-生物反應(yīng)器進行厭氧處理及固液分離，水力停留時間1.池。厭氧反應(yīng)器內(nèi)動態(tài)膜組件通量65 νΟιι2·!!)，反應(yīng)器有機負3. 10 kg C0D/(m3.d)o利用該污水處理工藝處理某農(nóng)村地區(qū)生活污水，進水COD濃度128. 3^289. 8 mg/L,氨氮濃度12. 6^39. 2 mg/L,總氮濃度23. 8 55. 7 mg/L,總磷濃度1. 6 5. 5 mg/L ；該裝置出水COD濃度36. 3 83. 8mg/L,氨氮濃度7. 2^21. 4 mg/L,總氮濃度15.『26. 7 mg/L,總磷濃度為0. 5^1. 8 mg/L ；回收碳源濃度為 MLSS=18. 6士7. 6 g/L。
權(quán)利要求
1.ー種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝，其特征在于具體步驟如下(1)原污水首先進入快速混凝池，通過自動加藥裝置投加高分子混凝劑，使污水中顆粒狀及膠體狀有機物高效絮凝，混凝后的污水進入?yún)捬鮿討B(tài)膜-生物反應(yīng)器；其中水力停留時間為2 5分鐘；(2)混凝后的污水在厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)厭氧處理后進行固液分離，污水混凝后形成的顆粒物沉積至厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器底部，以有機碳源的形式回收；水力停留時間l.(T3.0小吋；厭氧動態(tài)膜組件通量為4(T120 L/(m2.h)；厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器有機負荷為2、kg/(m3.d)；厭氧動態(tài)膜出水至自動復(fù)氧器充氧后，水質(zhì)穩(wěn)定達到國家ニ 級排放標(biāo)準(zhǔn)；(3)有機碳源排入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，進行生物質(zhì)能源回收；控制有機碳源氧化還原電位-310 -340 mV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的エ藝，其特征在于步驟(1)中所述高分子混凝劑為聚合氯化鐵或聚硅酸氯化鐵。
3.ー種基于碳源回收的低能耗污水處理裝置，其特征在于包括快速混凝池(1)、進水布水管O)、厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器(3)、出水自然復(fù)氧器G)、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器( 和氣體收集器(6)，其中快速混凝池(1)底部通過進水布水管( 接于厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器C3)底部，快速混凝池(1)頂部設(shè)有自動加藥裝置(7)，厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器(3)底部一側(cè)設(shè)有排泥管(8)，排泥管(8)通過潛污泵或管閥及管道連接厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(5)；厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(5)上部設(shè)有氣體收集器(6)，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器(5)通過管線連接pH在線監(jiān)測儀(9)；厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器C3)頂部通過管道連接出水自然復(fù)氧器G)，出水自然復(fù)氧器(4)底部一側(cè)設(shè)有出水ロ。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于碳源回收的低能耗污水處理工藝及裝置，屬于污(廢)水處理技術(shù)領(lǐng)域。該工藝流程包括快速混凝池、厭氧動態(tài)膜-生物反應(yīng)器、出水自然復(fù)氧器、厭氧發(fā)酵反應(yīng)器和氣體收集器。低濃度有機污水在快速混凝池進行高效絮凝后，進入?yún)捬鮿討B(tài)膜-生物反應(yīng)器，實現(xiàn)固液分離，出水經(jīng)自然復(fù)氧后，水質(zhì)穩(wěn)定達到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。同時回收的低品質(zhì)碳源(厭氧污泥)進入?yún)捬醢l(fā)酵反應(yīng)器，通過水解-發(fā)酵產(chǎn)酸-產(chǎn)甲烷途徑，最終使污水中能源物質(zhì)以揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)或甲烷等高品質(zhì)碳源形式回收。該工藝通過物化分離手段與厭氧生物處理工藝的耦合，在較短的水力停留時間內(nèi)，實現(xiàn)低濃度有機污水的高效處理，并對污水中有機碳源進行回收。該工藝能夠在常溫條件下高效厭氧處理低濃度有機污水，最大程度實現(xiàn)污水處理的節(jié)能降耗。
文檔編號C02F11/04GK102557349SQ20121001224
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者于鴻光, 何磊, 吳志超, 周驊, 梅曉潔, 王志偉, 馬金星, 麥穗海 申請人:上海城投污水處理有限公司, 同濟大學(xué)