專利名稱：一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水深度處理方法，尤其是涉及一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法。
背景技術(shù)：
目前針對有機碳源含量低的污水的脫氮處理，仍以懸浮式活性污泥法為主要工藝，由于有機物負荷低，污泥活性較低且易解體。實踐中常結(jié)合物化絮凝的措施強化活性污泥絮體的穩(wěn)定性，但往往會增加污泥中有機高分子物質(zhì)的含量，加大剩余污泥處置難度。為了避免懸浮式活性污泥法工藝的不足，生物膜 處理技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。目前直接用于污水生物處理過程的生物膜反應(yīng)池中，多采用聚乙烯材料填料為生物膜載體，如(半)軟性填料、組合式填料、彈性填料、球形或斜管形填料等。這些填料的優(yōu)點是比表面積大、穩(wěn)定性好、不易堵塞；缺點是溶解氧傳質(zhì)阻力大、內(nèi)層生物膜老化后形成大量死泥，造成污泥產(chǎn)量大，生物膜活性低。粒狀濾料作為生物膜載體主要用于污水深度處理過程中，主要有各種陶粒、無煙煤等，其優(yōu)點是穩(wěn)定性好、比表面積較大、表面生物膜隨水流或氣流剪切力作用而更新快，生物膜活性高，溶解氧傳質(zhì)好等；缺點是顆粒間空隙小，容易堵塞。本研究針對低有機濃度、低碳氮比污水的水質(zhì)特點，提出以當量粒徑為5_左右的粒狀頁巖陶粒，和當量粒徑為5_左右且中孔發(fā)達的顆?；钚蕴糠謩e作為限氧和缺氧生物膜載體，在充分發(fā)揮粒狀填料優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，利用原水有機底物濃度低的特點，運行中通過水流和氣流的剪切作用，削弱了粒狀濾料層易堵塞的不足。同時，發(fā)揮頁巖陶粒內(nèi)含有多種礦物質(zhì)，利于生物膜生長的特點，來完善限氧段生物膜結(jié)構(gòu)，促進短程硝化反硝化發(fā)生；利用缺氧段顆?；钚蕴繉τ袡C物的選擇吸附特性，通過延長難降解有機物的停留時間來增強其生物利用率，并促進缺氧段的脫氮進程。傳統(tǒng)的好氧硝化、缺氧反硝化生物脫氮過程中，有研究表明，當原水C0D/TKN >
8.O時，反硝化所需有機碳源才較充足。對于低碳氮比污水尤其是C0D/TKN < 5. O的我國南方大部分城市污水而言，傳統(tǒng)生物脫氮效能常因有機碳源不足而受到限制。本發(fā)明的立足點是通過限氧-缺氧組合生物膜過程，在限氧段采用多孔頁巖陶粒作為濾料，發(fā)揮其富微生物微量營養(yǎng)元素的優(yōu)勢，促進生物膜生長，并通過限氧條件，完善并穩(wěn)定生物膜內(nèi)好氧、缺氧微區(qū)共存的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)限氧生物膜段部分全程硝化和同時硝化反硝化效能，同時強化短程硝化，以實現(xiàn)出水中氨氮與亞硝酸鹽氮含量相當，為后續(xù)缺氧段的厭氧氨氧化脫氮提供有利的水質(zhì)條件；在缺氧段利用中孔發(fā)達的顆粒活性炭對限氧段出水中難降解有機物進一步吸附，延長難降解有機物在缺氧段的停留時間，提高其生物利用率，優(yōu)化有機碳源用于異養(yǎng)反硝化脫氮的應(yīng)用過程，并通過優(yōu)化環(huán)境條件和進水水質(zhì)條件促進厭氧氨氧化脫氮的發(fā)生，實現(xiàn)異養(yǎng)與自養(yǎng)復合脫氮效能，進而達到低碳氮比污水的深度生物脫氮效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種對低有機濃度、低碳氮比污水經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，包括以下步驟
(I)將限氧生物膜反應(yīng)器及缺氧生物膜反應(yīng)器串聯(lián)；(2)調(diào)節(jié)限氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧、污水停留時間及生物固體停留時間，在限氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)對污水進行短程硝化、部分全程硝化及同時硝化反硝化脫氮，控制限氧生物膜反應(yīng)器出水中氨氮與亞硝酸鹽氮含量比接近I : 1，實現(xiàn)部分脫氮效能；(3)調(diào)節(jié)缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)污水停留時間及生物固體停留時間，在缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)對污水進行異養(yǎng)反硝化脫氮及厭氧氨氧化脫氮，實現(xiàn)異養(yǎng)與自養(yǎng)同時脫氮效能。所述的污水在限氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為4 6h，生物固體在限氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為7 10天；所述的污水在缺氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為10h，生物固體在缺氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為30天。污水為低有機物濃度、低碳氮比污水，污水中氮主要存在形態(tài)為氨氮與有機氮。所述的低有機濃度是指COD含量為80 150mg/L。所述的低碳氮比是指C0D/TN為2. 5
4.5。所述的限氧生物膜反應(yīng)器包括集泥斗、配水配氣室、進水管、進氣管、承托層、濾層及出水區(qū)，所述的集泥斗設(shè)在反應(yīng)器底部，所述的配水配氣室設(shè)在集泥斗上部，所述的進水管及進氣管設(shè)在配水配氣室兩側(cè)，污水及空氣經(jīng)進水管及進氣管進入反應(yīng)器，所述的濾層經(jīng)承托層支撐在配水配氣室的上部，所述的出水區(qū)設(shè)在濾層的上部。所述的缺氧生物膜反應(yīng)器包括集泥斗、配水配氣室、進水管、反沖洗氣管、承托層、濾層及出水區(qū)，所述的集泥斗設(shè)在反應(yīng)器底部，所述的配水配氣室設(shè)在集泥斗上部，所述的進水管及反沖洗氣管設(shè)在集泥斗兩側(cè)，污水經(jīng)進水管進入反應(yīng)器，所述的濾層經(jīng)承托層支撐在配水配氣室的上部，所述的出水區(qū)設(shè)在濾層的上部。所述的限氧生物膜反應(yīng)器濾層內(nèi)的濾料為頁巖陶粒，頁巖陶粒的粒徑為3 5_，其化學成分包括SiO2、Al2O3及Fe2O3。所述的缺氧生物膜反應(yīng)器濾層內(nèi)的濾料為煤質(zhì)顆?；钚蕴浚嘿|(zhì)顆?；钚蕴康牧綖? 6mm,中孔發(fā)達。所述的限氧生物膜反應(yīng)器對污水過濾時采用氣、水同向的升流模式，缺氧生物膜反應(yīng)器對污水過濾時采用水升流模式。采用連續(xù)水沖、間歇氣沖的方式對限氧生物膜反應(yīng)器中的頁巖陶粒及缺氧生物膜反應(yīng)器中的顆?；钚蕴可系纳锬みM行更新。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(I)通過調(diào)節(jié)限氧池溶解氧(D0)、水力停留時間、固體停留時間(過濾周期)等操作，實現(xiàn)強化限氧段短程硝化，部分全程硝化和適度同時硝化反硝化的處理效能，達到出水氨氮與亞硝酸鹽氮含量比接近I : I的水平，并實現(xiàn)部分脫氮效能；(2)通過缺氧段活性炭對限氧段出水中難降解有機物的吸附，提高其在生物降解過程的利用率，促進異養(yǎng)反硝化脫氮進程，同時，利用顆?；钚蕴勘砻娈愷B(yǎng)、自養(yǎng)的生物膜分區(qū)結(jié)構(gòu)，結(jié)合缺氧段進水氨氮與亞硝酸鹽氮的相對含量，調(diào)節(jié)缺氧段生物固體停留時間，促進厭氧氨氧化與傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化共存的脫氮過程，進而削弱缺氧區(qū)脫氮對有機碳源的依賴性，實現(xiàn)對低有機濃度、低碳氮比污水的深度脫氮效果。


圖I為本發(fā)明的流程圖；圖2為限氧生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為缺氧生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I為集泥斗、2為配水配氣室、3為承托層、4為濾層、5為出水區(qū)、6為出水槽、7為放空管、8為濾頭、9為過濾進水管、10為反沖水管、11為進水管、12為過濾進氣管、13為反沖氣管、14為進氣管、15為出水管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其流程如圖I所示，采用限氧生物膜反應(yīng)器及缺氧生物膜反應(yīng)器串聯(lián)的處理模式。限氧生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，從下到上依次為放空管7、集泥斗I、配水配氣室2、圓柱形濾層4、出水區(qū)5 ;配水配氣室中下部設(shè)進水管11和進氣管14，其中進水管連接過濾進水管9和反沖進水管10，進氣管連接過濾曝氣管12和反沖氣管13 ;承托層3上布設(shè)濾頭8 ;出水區(qū)上部設(shè)周邊出水槽6，連接出水管15。缺氧生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，從下到上依次為放空管7、集泥斗I、配水配氣室2、圓柱形濾層4、出水區(qū)5 ;配水配氣室中下部設(shè)進水管11和反沖氣管13，其中進水管連接過濾進水管9和反沖進水管10 ;承托層3上布設(shè)濾頭8 ;出水區(qū)上部設(shè)周邊出水槽6，連接出水管15。限氧生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)均為集泥斗I高O. 5m、進水區(qū)高O. 5m、配水配氣室2高O. 5m、濾層4高I. 0m、濾層4的內(nèi)徑為O. 8m、出水區(qū)5高I. Om,設(shè)有保護高O. 3m,反應(yīng)器總高3. 8m。缺氧生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)均為集泥斗I高O. 5m、進水區(qū)高O. 5m、配水配氣室2高O. 5m、濾層4高I. Om、濾層4的內(nèi)徑為I. 2m、出水區(qū)5高I. Om，設(shè)有保護高O. 3m,反應(yīng)器總高3. 8m。為了促進限氧段生物膜的形成，限氧生物膜反應(yīng)器的濾層4內(nèi)采用頁巖陶粒濾料，該頁巖陶粒具有足夠的機械強度，耐磨損，化學性能穩(wěn)定，表面粗糙具有棱角、空隙率大、比表面積高、吸附性能好、密度適宜且含有多種微生物生長所需的微量營養(yǎng)物質(zhì)，利于生物膜生長，其物理性能參數(shù)為粒徑3 5mm、堆積密度彡I. Og/cm3、筒壓強度彡6. 5Mpa、空隙率彡45%。為了促進缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)生物膜內(nèi)異養(yǎng)、自養(yǎng)菌群的分區(qū)結(jié)構(gòu)形成，并保證一定的空隙率，所選擇的煤質(zhì)顆?；钚蕴啃杈哂凶銐虻臋C械強度，耐磨損，化學性質(zhì)穩(wěn)定，表面粗糙、比表面積大、中孔發(fā)達，對有機物吸附性能好。其物理性能參數(shù)為粒徑4 6mm，空隙率彡40%。
本發(fā)明適于低有機濃度、低碳氮比污水的深度生物脫氮處理，進水水質(zhì)特點是有機碳源含量低、原水碳氮比低、氮的存在形態(tài)主要為氨氮或有機氮。在限氧生物膜反應(yīng)器中，正常過濾時，污水和壓縮空氣首先進入配水配氣室2，在濾頭8的作用下，污水和氣泡均勻進入濾層4，污水和氣泡在濾料孔隙穿過，污染物和溶解氧(DO)在孔隙水流和濾料表面生物膜間進行傳質(zhì)，并被生物膜內(nèi)復合菌群生化轉(zhuǎn)化，出水由出水槽6進入出水管15。缺氧生物膜反應(yīng)器的過濾過程與限氧生物膜反應(yīng)器的不同在于，前者無需供氧。在限氧濾層內(nèi)氣、水同向流的運行過程中，濾料表面微孔結(jié)構(gòu)致溶解氧(DO)傳質(zhì)不均，且隨生物膜的增厚削弱溶解氧(DO)傳質(zhì)，且通過限制溶解氧(DO)的供應(yīng)，促進濾料表面生物膜形成好氧、缺氧微區(qū)共存的結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)強化短程硝化、部分全程硝化和同時硝化反硝化的發(fā)生，在保證出水氨氮與亞硝酸鹽氮相對含量接近I : I的前提下，達到20 30%的脫氮率。在缺氧生物膜反應(yīng)器中，雖然原水經(jīng)限氧生物膜反應(yīng)器處理后，其有機碳源含量更低，且可生物降解性較差，但通過活性炭對其吸附，延長其在缺氧段的停留時間，在生物利用速率較慢的情況下，提高其利用率，相當于促進了以此部分有機物為碳源的 異養(yǎng)反硝化進程；同時，利用缺氧段進水中氨氮與亞硝酸鹽氮含量相當?shù)奶匦?，以及缺氧段生物膜中自養(yǎng)與異養(yǎng)分區(qū)共存的特性，適度延長生物固體停留時間(過濾周期)，促進厭氧氨氧化過程的發(fā)生，進而實現(xiàn)厭氧氨氧化與傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化共存，削弱傳統(tǒng)異養(yǎng)脫氮過程對有機碳源的依賴程度，從而提高低碳氮比污水的脫氮效率。本發(fā)明通過調(diào)整兩級生物膜反應(yīng)器分別為限氧和缺氧環(huán)境，進而分別強化短程硝化和缺氧段自養(yǎng)、異養(yǎng)同時脫氮效能，實現(xiàn)深度脫氮。通過調(diào)整限氧生物膜反應(yīng)器的溶解氧(DO)和水力停留時間(HRT)，實現(xiàn)短程硝化，達到出水中氨氮和亞硝酸鹽氮相對含量接近厭氧氨氧化的發(fā)生條件(NH4+-N NO2--N = I I. 13)，同時調(diào)節(jié)缺氧段水力停留時間(HRT)，利用活性炭對有機物的吸附特性，提高有機碳源在缺氧段的利用率，在平衡異養(yǎng)反硝化脫氮和厭氧氨氧化脫氮的過程中，提高COD和總氮去除效率。之所以選擇粒徑為4 6mm、中孔發(fā)達的煤質(zhì)顆粒活性炭，是因為其一，粒徑為5mm的粒狀濾料層空隙率不低于40%，床層空隙率大可滿足生物膜生長的空間需要，避免因堵塞而頻繁反沖洗；其二，在生物膜形成的過程中，為避免顆粒活性炭表面孔隙結(jié)構(gòu)堵塞，采用中孔發(fā)達的顆粒活性炭，可在生物膜形成后，仍然維持其多孔的結(jié)構(gòu)特性，利于生物膜內(nèi)不同區(qū)域的多種菌群分布，促進自養(yǎng)與異養(yǎng)的復合菌群結(jié)構(gòu)；其三，采用煤質(zhì)活性炭，主要出于對其機械強度和工程造價的考慮。在運行中，通過反沖洗過程，實現(xiàn)限氧段頁巖陶粒和缺氧段顆?；钚蕴勘砻嫔锬さ母?，顆粒活性炭對有機物吸附效能主要通過其上生物膜對有機物的降解過程得以恢復。本發(fā)明的操作控制參數(shù)為限氧-缺氧組合生物膜處理過程在處理低有機濃度、低碳氮比城市污水時，進水COD = 80 120mg/L、NH4+-N = 15 20mg/L、TN = 30mg/L 左右、COD/TN ^ 3 I 時，實現(xiàn)深度脫氮的工況參數(shù)為限氧池出水區(qū)DO = I. 5 2. 5mg/L, HRT為4h，過濾周期7 10天；缺氧池HRT為10h，過濾周期30天。限氧池處理出水COD為30 50mg/L(去除率為60% )、NH4+-N 為 10mg/L 左右、NOf-N 為 10mg/L 左右、NOf-N 為 5 10mg/L、TN 為 20mg/L 左右(去除率為20 30% );缺氧池處理出水(組合過程終端出水)COD為20 30mg/L (去除率為60% ), NH:-N為5 8mg/L(去除率為20 30% )、NOf-N為4_7mg/L(去除率為40% )、NO3--N為O 3mg/L(去除率為50% )、TN不超過15mg/L(去除率為30%左右)。通過限氧-缺氧組合生物膜處理流程能有效去除低有機濃度、低碳氮比污水中的COD、NH4+-N、TN。經(jīng)本發(fā)明方法處理后，出 水 COD ( 30mg/L、NH4+-N ( 8mg/L(水溫> 12°C時，NH4+-N ( 8mg/L)、TN ( 15mg/L,以上各指示均可達到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級標準(A標準)要求。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)將限氧生物膜反應(yīng)器及缺氧生物膜反應(yīng)器串聯(lián)； (2)調(diào)節(jié)限氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧、污水停留時間及生物固體停留時間，在限氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)短程硝化、部分全程硝化及同時硝化反硝化脫氮，控制限氧生物膜反應(yīng)器出水中氨氮與亞硝酸鹽氮含量比接近I:I; (3)調(diào)節(jié)缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)污水停留時間及生物固體停留時間，在缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)對污水進行異養(yǎng)反硝化脫氮及厭氧氨氧化脫氮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的污水在限氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為4 6h，生物固體在限氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為7 10天；所述的污水在缺氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為10h，生物固體在缺氧生物膜反應(yīng)器中的停留時間為30天。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的污水為低有機物濃度、低碳氮比污水，污水中氮主要存在形態(tài)為氨氮與有機氮。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的低有機物濃度是指COD含量為80 150mg/L，所述的低碳氮比是指C0D/TN為2.5 4. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的限氧生物膜反應(yīng)器包括集泥斗、配水配氣室、進水管、進氣管、承托層、濾層及出水區(qū)，所述的集泥斗設(shè)在反應(yīng)器底部，所述的配水配氣室設(shè)在集泥斗上部，所述的進水管及進氣管設(shè)在配水配氣室兩側(cè)，污水及空氣經(jīng)進水管及進氣管進入反應(yīng)器，所述的濾層經(jīng)承托層支撐在配水配氣室的上部，所述的出水區(qū)設(shè)在濾層的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的缺氧生物膜反應(yīng)器包括集泥斗、配水配氣室、進水管、反沖洗氣管、承托層、濾層及出水區(qū)，所述的集泥斗設(shè)在反應(yīng)器底部，所述的配水配氣室設(shè)在集泥斗上部，所述的進水管及反沖洗氣管設(shè)在集泥斗兩側(cè)，污水經(jīng)進水管進入反應(yīng)器，所述的濾層經(jīng)承托層支撐在配水配氣室的上部，所述的出水區(qū)設(shè)在濾層的上部。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的限氧生物膜反應(yīng)器濾層內(nèi)的濾料為頁巖陶粒，該頁巖陶粒的粒徑為3 5mm，其化學成分包括SiO2、Al2O3及Fe2O3。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的缺氧生物膜反應(yīng)器濾層內(nèi)的濾料為煤質(zhì)顆粒活性炭，該煤質(zhì)顆?；钚蕴康牧綖? 6mm,中孔發(fā)達。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，所述的限氧生物膜反應(yīng)器對污水過濾時采用氣、水同向的升流模式，缺氧生物膜反應(yīng)器對污水過濾時采用水升流模式.
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，其特征在于，采用連續(xù)水沖、間歇氣沖的方式對限氧生物膜反應(yīng)器中的頁巖陶粒及缺氧生物膜反應(yīng)器中的顆?；钚蕴可系纳锬みM行更新。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種經(jīng)組合生物膜過程深度脫氮的污水處理方法，將限氧生物膜反應(yīng)器和缺氧生物膜反應(yīng)器串聯(lián)；調(diào)節(jié)限氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧、污水停留時間及生物固體停留時間，實現(xiàn)短程硝化效能，并存在全程硝化及同時硝化反硝化脫氮，以達到限氧生物膜反應(yīng)器出水中氨氮與亞硝酸鹽氮含量比接近1∶1；調(diào)節(jié)缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)污水停留時間及生物固體停留時間，利用活性炭對難降解有機物的吸附作用和限氧段的出水水質(zhì)特性，實現(xiàn)異養(yǎng)反硝化脫氮及厭氧氨氧化脫氮。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過限氧與缺氧組合式生物膜處理過程，實現(xiàn)限氧段強化短程硝化，缺氧段異養(yǎng)與自養(yǎng)同時脫氮效能，達到對低有機物濃度、低碳氮比污水的深度脫氮效果。
文檔編號C02F3/30GK102689986SQ20121020250
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者丁毅, 孫倩, 徐文璐, 杜威, 楊娜, 王利鵬, 胡園園, 艾奇峰, 陳善佳, 陳秀榮, 陳鷺, 黃華 申請人:華東理工大學