同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置及方法

摘要

一种同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置及方法，所述装置由进水管1、厌氧池2、中沉池3、中间水池4、BAF5、缺氧池6、后曝气池7、二沉池8、出水管9顺序串联组成；处理步骤包括：原水和富P回流污泥在厌氧池混合，反硝化聚磷菌(DPBs)在此吸收VFA以PHB(聚β-羟基丁酸)形式储存体内，同时大量释磷；BAF进行剩余COD去除和氮的硝化，BAF硝化液和中沉池污泥一起进入缺氧池，在缺氧池中DPBs利用体内的PHB作为能源和碳源，以NO3-为电子受体，反硝化吸磷；后曝气去除多余的磷和吹脱氮气防止污泥上浮，最后进入二沉池，上清液排放，部分含有大量DPBs的污泥回流，剩余污泥排出。本发明解决了脱氮和除磷之间的矛盾，保证出水水质稳定，同时污泥产率低。

权利要求

1.一种同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置，其特征在于，所述装置由进水管(1)、厌氧池(2)、中沉池(3)、中间水池(4)、BAF(5)、缺氧池(6)、后曝气池(7)、二沉池(8)、出水管(9)顺序串联组成；中沉池(3)底部和缺氧池(6)底部由超越污泥管(10)连接；二沉池(8)底部和厌氧池(2)底部由污泥回流管(11)连接；厌氧池(2)通过其出水管与中沉池(3)中心管连接；中间水池(4)通过其出水管与BAF(5)进水管连接；BAF(5)通过其出水管和缺氧池(6)进水管连接；缺氧池(6)通过其出水管和后曝气池(7)进水管连接；后曝气池(7)通过其出水管与二沉池(8)中心管连接；剩余污泥由剩余污泥排放管(12)排出。

2.根据权利要求1所述的同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置，其中BAF(5)为碳化/硝化型反应器，即滤料下部为碳化段，在此异养型好氧菌为优势菌，进行剩余COD的去除；滤料上部为硝化段，在此自养性硝化菌为优势菌，进行氮的硝化。

3.利用权利要求1或2所述的装置进行污水处理的方法，其特征在于，所述方法按以下步骤进行：

1)污水由进水管(1)进水与来自二沉池(8)的富P回流污泥在厌氧池(2)混合，反硝化聚磷菌(DPBs)在此将溶解性大分子有机碳源转化为低分子挥发性有机酸(VFA)，吸收VFA以PHB(聚β-羟基丁酸)形式储存于体内，同时进行大量释磷，厌氧池(2)出水混合液通过其出水管与中沉池(3)中心管连接进入中沉池(3)；

2)经上述厌氧池(2)混合液在中沉池(3)中泥水分离，其水力停留时间为1～2h，污泥经污泥超越管(10)进入缺氧池(6)，上清液进入中间水池(4)；

3)上述中间水池(4)的处理液经泵至BAF(5)，在此进行剩余COD去除和氮的硝化，BAF(5)硝化液和超越污泥一起进入缺氧池(6)

4)在上述缺氧池(6)中DPBs利用体内的PHB作为能源和碳源，以BAF(5)出水中NO3-作为电子受体，进行反硝化吸磷，控制缺氧池(6)的水力停留时间为3～4h，控制池内污泥浓度为3～4.5g/L，池内设有搅拌装置，缺氧池(6)处理液进入后曝气池(7)；

5)后曝气池(7)去除多余的磷和吹脱氮气防止污泥上浮，后曝气池(7)水力停留时间为30min，池内设有搅拌装置，最后进入二沉池(8)；

6)混合液在上述二沉池(8)进行泥水分离，上清液排放，部分含有大量DPBs的污泥回流经污泥回流管(11)回流至厌氧池(2)，进入下一个循环，剩余污泥由剩余污泥管(12)排出。

4.根据权利要求3所述的污水处理的方法，其特征在于，所述步骤1)中，厌氧池(2)水力停留时间为1.5～3h，池内设有搅拌装置，控制池内污泥浓度为3～4.5g/L，来自二沉池(8)的污泥回流比为30％～40％。

5.根据权利要求3所述的污水处理的方法，其特征在于，所述步骤3)中，此BAF(5)为碳化/硝化型反应器，即滤料下部为碳化段，在此异养型好氧菌为优势菌，进行剩余COD的去除；滤料上部为硝化段，在此自养性硝化菌为优势菌，进行氮的硝化。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理领域，特别涉及一种同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置及方法。

背景技术

水生物处理中产生的大量的剩余污泥对环境造成了巨大压力，而且其处理和处置费用高，成为制约污水行业发展的瓶颈。在这种背景下，污泥减量技术成为污水行业研究的热点。所谓污泥减量化就是通过利用物理、化学、生化的手段，使得整个污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少。但目前污泥减量技术都存在缺点，物理方法存在经济性的问题，化学方法存在环境安全性的问题，生化方法存在污泥减量的同时氮磷去除率低的问题。
BAF处理污水是近年来开发出的污水处理工艺，其最大的特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池。此外，该处理工艺也具有容积负荷、水力负荷大，占地面积、基建投资少，氧转移率高，出水水质好等特点。但BAF在实际应用中也存在其固有的缺点：生物除磷效果不好，依赖化学法除磷；进水有机物浓度高时进水端异养菌增值过快，导致运行周期短，反冲洗频繁。
迄今为止，尚无一种集污泥减量与同时脱氮除磷为一体的高效低能耗、无污染的废水处理技术。因此，开发同时脱氮除磷、不降低污水处理效果情况下实现污泥产量最小化的废水生物处理工艺，是解决污水处理问题较理想的途径。

发明内容

本发明的目的是本发明的目的在于针对目前污泥减量和BAF各自缺陷问题，提出了一种同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理方法，将活性污泥和BAF结合组成的双污泥系统既可以解决BAF生物除磷效果差的问题，又可以在污水处理污泥减量的同时实现脱氮除磷。
一种同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置，该装置由进水管、厌氧池、中沉池、中间水池、BAF、缺氧池、后曝气池、二沉池和出水管顺序串联；中沉池底部和缺氧池底部由超越污泥管连接；二沉池底部和厌氧池底部由污泥回流管连接；厌氧池通过其出水管与中沉池中心管连接；中间水池通过其出水管与BAF进水管连接；BAF通过其出水管和缺氧池进水管连接；缺氧池通过其出水管和后曝气池进水管连接；后曝气池通过其出水管与二沉池中心管连接；剩余污泥由剩余污泥排放管排出。
BAF为碳化/硝化型反应器，即滤料下部为碳化段，在此异养型好氧菌为优势菌，进行剩余COD的去除；滤料上部为硝化段，在此自养性硝化菌为优势菌，进行氮的硝化。
使用上述装置进行同步脱氮除磷和污泥减量污水处理，步骤如下：
(1)先分别进行反硝化聚磷污泥和BAF生物膜的培养，使之分别在较适宜的条件下和较短的时间内迅速生长，反硝化聚磷污泥培养成熟和BAF挂膜成功后，将反硝化聚磷污泥注入处理装置中；
(2)进水和富P回流污泥在厌氧池混合，水力停留时间为1.5～3h，厌氧池内设有搅拌装置，污泥回流比为30％～40％，反硝化聚磷菌(DPBs)在此将溶解性大分子有机碳源转化为低分子挥发性有机酸(VFA)，吸收VFA以PHB(聚β-羟基丁酸)形式储存于体内，同时进行大量释磷，厌氧池出水混合液通过其出水管与中沉池中心管连接进入中沉池；
(3)混合液在中沉池中泥水分离，污泥经超越管进入缺氧池，超越污泥比比为30％～40％，上清液进入中间水池；
(4)中间水池的水经泵至BAF，BAF进行剩余COD去除和氮的硝化，BAF硝化液和超越污泥一起进入缺氧池；
(5)在缺氧池中DPBs利用体内的PHB作为能源和碳源，以BAF出水中NO3-作为电子受体，进行反硝化吸磷；
(6)后曝气去除多余的磷和吹脱氮气防止污泥上浮，最后进入二沉池。
(7)二沉池进行泥水分离，上清液排放，部分含有大量DPBs的污泥回流，剩余污泥排出。
本发明的有益效果是：该发明污泥产率低，降低剩余污泥对环境的压力及其处理处置成本；解决了脱氮菌与除磷菌之间的矛盾，使硝化菌和反硝化聚磷菌在各自的最佳环境下生长；BAF给硝化菌创造了一个相对独立的在生物膜上固着生长的环境，这样会大大增强硝化率；本发明的工艺是后置反硝化，所以不必为了提高脱氮率而增大污泥回流比，污泥回流比较前置反硝化低，节省了能源。

附图说明

图1为本发明同步脱氮除磷和污泥减量的污水生物处理装置的结构示意图；
其中：1、进水管 2、厌氧池 3、中沉池 4、中间水池 5、BAF 6、缺氧池 7、后曝气池 8、二沉池 9、出水管 10超越污泥管 11、污泥回流管12、剩余污泥排放管

具体实施方式

参见图1，该装置由进水管1、厌氧池2、中沉池3、中间水池4、BAF5、缺氧池6、后曝气池7、二沉池8、出水管9顺序串联组成；中沉池3底部和缺氧池6底部由超越污泥管10连接；二沉池8底部和厌氧池2底部由污泥回流管11连接；厌氧池2通过其出水管与中沉池3中心管连接；中间水池4通过其出水管与BAF5进水管连接；BAF5通过其出水管和缺氧池6进水管连接；缺氧池6通过其出水管和后曝气池7进水管连接；后曝气池7通过其出水管与二沉池8中心管连接；剩余污泥由剩余污泥排放管12排出。
BAF5为碳化/硝化型反应器，即滤料下部为碳化段，在此异养型好氧菌为优势菌，进行剩余COD的去除；滤料上部为硝化段，在此自养性硝化菌为优势菌，进行氮的硝化。
该装置具体进行污水处理过程如下：
(1)先分别进行反硝化聚磷污泥和BAF生物膜的培养，使之分别在较适宜的条件下和较短的时间内迅速生长，反硝化聚磷污泥培养成熟和BAF挂膜成功后，将反硝化聚磷污泥注入处理装置中；
(2)污水由进水管1进水与来自二沉池8的富P回流污泥在厌氧池2混合，水力停留时间为1.5～3h，厌氧池2内设有搅拌装置，控制池内污泥浓度为3～4.5g/L，污泥回流比为30％～40％，反硝化聚磷菌(DPBs)在此将溶解性大分子有机碳源转化为低分子挥发性有机酸(VFA)，吸收VFA以PHB(聚β-羟基丁酸)形式储存于体内，同时进行大量释磷，厌氧池2出水混合液通过其出水管与中沉池3中心管连接进入中沉池3；
(3)经上述厌氧池2混合液在中沉池3中泥水分离，控制中沉池3水力停留时间为1～2h，污泥经污泥超越管10进入缺氧池6，超越污泥比同回流污泥比为30％～40％，上清液进入中间水池4；
(4)上述中间水池4的处理液经泵至BAF5，此BAF5为碳化/硝化型反应器，即滤料下部为碳化段，在此异养型好氧菌为优势菌，进行剩余COD的去除；滤料上部为硝化段，在此自养性硝化菌为优势菌，进行氮的硝化；BAF5进行剩余COD去除和氮的硝化，BAF5硝化液和超越污泥一起进入缺氧池6；
(5)在上述缺氧池6中DPBs利用体内的PHB作为能源和碳源，以BAF5出水中NO3-作为电子受体，进行反硝化吸磷，控制缺氧池7的水力停留时间为3～4h，池内设有搅拌装置，缺氧池6处理液进入后曝气池7；
(6)后曝气池7去除多余的磷和吹脱氮气防止污泥上浮，池内设有搅拌装置，后曝气池7水力停留时间为30min，最后进入二沉池8；
(7)混合液在上述二沉池8进行泥水分离，上清液排放，部分含有大量DPBs的污泥回流经污泥回流管11进入厌氧池2，进入下一个循环，剩余污泥由剩余污泥管12排出。
实施例：
以某大学校园排放的生活污水为处理对象，装置进水流量为10L/h，进水主要水质指标为：CODcr＝185～386mg/L、NH4+-N＝18.5～40mg/L、TN＝20.8～44.5mg/L、TP＝5.3～10.6mg/L、PH＝7～8。将上述原水利用本发明的污水处理工艺进行处理。
经过上述处理工艺处理后，出水管9的出水主要水质指标可以达到：出水各项指标分别为CODcr≤55mg/L，NH4+-N≤5mg/L，TN≤12mg/L，TP≤1mg/L，系统对CODcr、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别可达到90.5％、89％、81％和92.3％，处理出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准。将活性污泥和生物膜结合组成的双污泥系统既可以实现同时脱氮除磷，又达到了污泥减量的效果，试验条件下系统的污泥减量率达47％。