耦合式生物脫氮系統的製作方法
2023-09-18 14:09:00
專利名稱：耦合式生物脫氮系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汙水處理技術領域，尤其涉及一種耦合式生物脫氮系統。
背景技術：
近年來排放高含氨氮廢水的煤化工、生物發酵行業在我國發展迅速。同時，隨著城鎮化進程的加快，大量生活汙水也需收集處理，為最大限度降低排汙對水體環境的汙染，國家出臺了更為嚴格的氨氮及總氮排放標準。而目前所採用的脫氮工藝多級AO工藝、SBR工藝、MBR技術均以活性汙泥法為主，也有一部分中小型項目採用以固定生物膜法為主的接觸氧化工藝。但上述技術路線要麼普通存在單位池容生物總量較低(如多級AO、SBR、接觸氧化)，要麼存在分離區所佔面積較大(如AO、或接觸氧化)問題。已有生化處理工藝簡單概括如下:1、MSBR 工藝
圖1為現有技術中典型的MSBR系統的平面布置示意圖。如圖1所示，汙水首先進入厭氧池，在厭氧池內進行汙水與沉澱池回流的高濃度汙泥混合，接著混合液進入好氧池，碳化菌完成有機碳的降解，硝化菌完成氨氮的硝化。好氧池混合液一部分進入了 SBR池I —缺氧池一沉澱池一好氧池形成系統內部的混合液循環。曝氣池混合液的另一部分進入SBR池2，沉澱後作為水流出系統。SBR池I和SBR池2交替進行上述過程，當其中一個進行缺氧、好氧循環反應時，另一序批池作為平流式沉澱池出水排放。經過一定時間後作為沉澱池作用的序批池汙泥不斷積累，池中泥面上升到一定程度後與另一序批池交換運行，剩餘汙泥排放在沉澱後期直接從序批池中底部排放。MSBR工藝的優點是採用連續進、出水，避免了傳統SBR對進水的控制要求及其間歇排水所造成的問題。採用恆水位運行，避免了傳統SBR變水位操作水頭損失大、池子容積利用率低的缺點。為泥水分離提供了與傳統SBR類似的靜止沉澱條件，改善了出水水質。不足之處在於:當進水的C0D、氨氮濃度非常高的時候，MSBR工藝不能滿足排放要求。2、兩段 A/0 工藝(Bardenpho 工藝)圖2為現有技術的兩段A/0工藝流程圖。如圖2所示，Bardenpho工藝由兩個缺氧/好氧(A / O)工藝串聯而成，共有四個反應池。四段Bardenpho工藝的前面兩段類似於A/0工藝。在第一級A/0工藝中，回流混合液中的硝酸鹽氮在反硝化菌的作用下利用原汙水中的含碳有機物作為碳源在第一缺氧池中進行反硝化反應，反硝化後的出水進入第一好氧池後，含碳有機物被氧化，含氮有機物實現氨化和氨氮的硝化作用，同時在第一缺氧池反硝化產生的N2在第一好氧池經曝氣吹脫釋放出去。在第二級A / O工藝中，由第一好氧池而來的混合液進入第二缺氧池後，反硝化菌利用混合液中的內源代謝物質進一步進行反硝化，反硝化產生的N2在第二好氧池經曝氣吹脫釋放出去，改善汙泥在的沉澱性能，同時內源代謝產生的氨氮也可以在第二好氧池得到硝化。Bardenpho具有兩次反硝化過程,脫氮效率可以高達90% 95%。不足之處在於:需設置汙泥回流和硝化液回流泵房、二沉池等構築物，佔地面積大，土建投資高，運行管理不方便，電耗大。3、SBR 工藝SBR 是序列間歇式活性汙泥法(Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess)的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性汙泥汙水處理技術，又稱序批式活性汙泥法。與傳統耦合式生物脫氮方法不同，SBR技術採用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩定生化反應替代穩態生化反應，靜置理想沉澱替代傳統的動態沉澱。它的主要特徵是在運行上的有序和間歇操作，SBR技術的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能於一池，無汙泥回流系統。SBR具有以下優點:I)理想的推流過程使生化反應推動力增大，效率提高，池內厭氧、好氧處於交替狀態，淨化效果好。2)運行效果穩定，汙水在理想的靜止狀態下沉澱，需要時間短、效率高，出水水質好。3)耐衝擊負荷，池內有滯留的處理水，對汙水有稀釋、緩衝作用，有效抵抗水量和有機汙物的衝擊。4)處理設備 少，構造簡單，便於操作和維護管理。5)反應池內存在DO、B0D5濃度梯度，有效控制活性汙泥膨脹。6)工藝流程簡單、造價低。主體設備只有一個序批式間歇反應器，無二沉池、汙泥回流系統，調節池、初沉池也可省略，布置緊湊、佔地面積省。不足之處在於:SBR工藝適用於中小規模的汙水處理廠，不適用大型汙水廠，且設備和池容利用率較低，脫氮除磷效果不穩定，水頭損失也大。因此，本領域的技術人員致力於開發一種能克服上述現有技術的不足，適用於高氨氮、高COD廢水降解的耦合式生物脫氮系統。
實用新型內容有鑑於現有技術的上述不足，本實用新型提出一種脫氮效果好，適用於高氨氮、高COD廢水降解的耦合式生物脫氮系統。本實用新型提出一種耦合式生物脫氮系統，包括前置缺氧池、好氧池、後置缺氧池、第一 SBR池和第二 SBR池，所述好氧池、第一 SBR池和第二 SBR池內均設置有酶浮填料，所述前置缺氧池連通所述好氧池，所述好氧池連通所述後置缺氧池，所述後置缺氧池分別連通所述第一 SBR池和第二 SBR池；所述好氧池與所述前置缺氧池之間還連通設置有一用於將所述好氧池內的混合液輸送至所述前置缺氧池內的混合液回流泵，所述第一 SBR池和第二 SBR池分別與所述前置缺氧池之間還連通設置有一用於將所述第一 SBR池和第二 SBR池內的汙泥輸送至所述前置缺氧池內的汙泥回流泵。作為本實用新型的進一步改進，所述好氧池內的酶浮填料為垂直設置。作為本實用新型的進一步改進，所述第一 SBR池和第二 SBR池內的酶浮填料與池內水流方向呈60° -80°的夾角設置。[0028]作為本實用新型的進一步改進，所述酶浮填料為板式填料，同一池內的所述酶浮填料相互之間為平行布置，安裝間距為10-50cm，填充比為佔池容的40-60%。需進行補充說明的是，本實用新型中所述的酶浮填料可選用本申請人在2008年7月22號所申請，2012年5月2號授權的，公告號為CN101633529B，名稱為「應用於高難廢水處理的離子型酶促懸浮填料製造方法」製造的離子型酶促懸浮填料，本處就不進行贅述了。綜上所述，本實用新型耦合式生物脫氮系統的有益效果如下:I)良好的脫氮性能。設置酶浮填料，使得池內存在不同菌種的穩定立體生態位組合，硝化和反硝化過程可有機結合，並同時進行，從而能降低系統在硝化反硝化過程中發生的PH變化，減少脫氮過程對碳源和鹼度需求，脫氮程度高、效果穩定。同時，工藝通過專門的後置缺氧池加強了反硝化過程，另外，SBR池非曝氣階段沉澱汙泥床也有一定反硝化作用，從而使系統有良好的脫氮效果。2)本實用新型的結構和工藝流程簡單，土建和投資低，無初沉池、二沉池，自動化程度高，同時在池中微生物總量由懸浮態的活性汙泥及附著生物的生物膜組成，汙泥濃度可達6000mg/L以上，即使在生物負荷不增加的情形下，也使得系統可以承受更高的容積負荷，故池容遠較傳統的生化處理系統為低，使得土建佔地及投資遠低於現有生化處理工藝。3)對於單 個SBR池為間斷進水，但對於整個工藝和系統而言，實現了連續進水、出水，使得整個工藝出水連續均勻，操作管理方便。4)池內水位基本恆定，好氧池處於常曝氣狀態，增加了池子容積利用率，提高了設備的利用率；鼓風機壓力穩定、效率高；空氣氧轉化利用率高，容積負荷和汙泥負荷高。同時，由於酶浮填料的填充，對於底部微孔曝氣所釋放的氣泡起到二次剪切及防止並聚系統，相應延長了空氣與水、微生物傳質時間；填料攔截所形成的紊流水力剪切，使氣泡高度細化並均勻分散，決定了池內空氣氧的轉化利用率高。足夠的溶解氧是保證好氧生物處理系統高負荷運行的條件，這也是本實用新型的優勢之一。5)固液分離效果好，剩餘汙泥產量較少，降低汙泥處理與處置費用。由於剝落的生物膜汙泥所含原生動物成分較多和比重較大，且汙泥顆粒個體較大，因而具有良好的汙泥沉降性能，易於固液分離。由於生物膜中食物鏈較長，因而剩餘汙泥量明顯減少，特別是酶浮填料的生物膜較之傳統的生物膜法更厚，內部的厭氧菌能夠分解部分好氧過程所合成的剩餘汙泥，從而使總剩餘汙泥大大減少。6)本實用新型在進水期間相當於一個完全混合式反應器，具有強大的稀釋功能，因而具有較強的耐衝擊負荷和耐毒物能力，沉澱期間屬於靜止沉澱，沉澱條件好，反應器內可以積累較高的汙泥濃度，從而可以不設二沉池。7)根據生物反應動力學原理，採用多池串聯或並聯運行，使汙水在反應器的流動呈現出整體推流而在不同區域內為完全混合的複雜流態，不僅保證了穩定的處理效果，而且提高了容積利用率。8)本實用新型在第一 SBR池和第二 SBR池內增加傾斜式酶浮填料，用以過濾出水及增加分離池分離面積以降低出水池的分離表面負荷，從而保證較低的出水SS。以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特徵和效果。
圖1為現有技術中典型的MSBR系統的平面布置示意圖。圖2為現有技術的兩段A/0工藝流程圖。圖3為耦合式生物脫氮方法的步驟流程圖。圖4為耦合式生物脫氮系統的工藝流程示意圖。圖5為耦合式生物脫氮系統的結構布置示意圖。
具體實施方式
實施例一:圖4為耦合式生物脫氮系統的工藝流程示意圖，圖5為耦合式生物脫氮系統的結構布置示意圖。如圖4和圖5所示，本實施例的一種耦合式生物脫氮系統，包括前置缺氧池1、好氧池2、後置缺氧池3、第一 SBR池4和第二 SBR池5，好氧池2、第一 SBR池4和第二 SBR池5內均設置有酶浮填料6，前置缺氧池I連通好氧池2，好氧池2連通後置缺氧池3，後置缺氧池3分別連通第一 SBR池4和第二 SBR池5 ;好氧池2與前置缺氧池2之間還連通設置有一用於將好氧池2內的混 合液輸送至前置缺氧池I內的混合液回流泵7，第一 SBR池4和第
二SBR池5分別與前置缺氧池I之間還連通設置有一用於將第一 SBR池4和第二 SBR池5內的汙泥輸送至前置缺氧池I內的汙泥回流泵8。具體的，本實施例酶浮填料6可採用公告號為CN101633529B，名稱為「應用於高難廢水處理的離子型酶促懸浮填料製造方法」中所述的離子型酶促懸浮填料。示例性的，本實施例採用的酶浮填料6是按照公告號為CN101633529B的文件中的教導來進行製作，具體為採用該文件第0027段至0030段實施例1所教導的方法製作出的板片狀的酶浮填料。當然了，在其他具體實施例中，酶浮填料6還可以採用其他製造方法進行製造。[0051 ] 作為本實施例的進一步具體實施方式
，好氧池2內的酶浮填料6為垂直設置，第一SBR池4和第二 SBR池5內的酶浮填料6與池內水流方向呈60°的夾角設置，設置在同一池內的若干酶浮填料6保持相互平行。酶浮填料6為板式填料，同一池內的所述酶浮填料相互之間為平行布置，安裝間距為10-50cm，填充比為佔池容的40-60%。當然了，在其他具體實施例中，第一 SBR池4和第二 SBR池5內的酶浮填料與池內水流方向的夾角還可以是80°或與池底呈其他傾斜夾角。示例性的，本實施例的前置缺氧池I與好氧池2相連通，並在前置缺氧池I上設有原水進口、混合液進口、回流汙泥進口、及水下攪拌裝置；好氧池2與前置缺氧池1、後置缺氧池3相連通，好氧池2內設置垂直懸掛安裝的酶浮填料6、曝氣裝置及混合液內回流設備；後置缺氧池3上設置碳源補充點或原水進水口、水下攪拌設備並與第一 SBR池4和第二 SBR池5相連通；第一 SBR池4和第二 SBR池5內均設有傾斜安裝的酶浮填料6，該酶浮填料6的安裝角度大於60度，懸掛高度1-1.5m,同時第一 SBR池4和第二 SBR池5內還設有曝氣裝置及汙泥回流裝置、排水設備。本實施例的耦合式生物脫氮系統可通過實施例一的耦合式生物脫氮方法進行實施和應用，此處就不再進行贅述。[0054]本實施例的耦合式生物脫氮系統通過專門的後置缺氧池3加強了反硝化過程，另夕卜，兩個SBR池非曝氣階段沉澱汙泥床也有一定反硝化作用，從而使系統有良好的脫氮效果。同時由於設置酶浮填料，使得各池內存在不同菌種的穩定立體生態位組合，硝化和反硝化過程可有機結合，並同時進行，從而能降低系統在硝化反硝化過程中發生的PH變化，減少脫氮過程對碳源和鹼度需求，脫氮程度高、效果穩定。加設了酶浮填料以及將多池串聯兩SBR池並聯運行，實現待處理的汙水可連續進入系統內，通過酶浮填料的作用和兩SBR池交替出水實現高效出水和整體連續出水。且各池內水位基本恆定，呈整體推流，而在不同區域內為完全混合的複雜流態，容積利用率較高，處理效果較穩定。實現了脫氮效果好，結構簡單、靈活，自動化程度高，配水均勻，具有良好的微生物、汙水反應體系，處理效果更高效，而且無需設置沉澱池和二沉池等，節省投資成本的優點，十分適用於高氨氮、高COD廢水的降解。圖3為耦合式生物脫氮方法的步驟流程圖。本實施例還提出一種脫氮效果好，適用於高氨氮、高COD廢水降解的耦合式生物脫氮方法。如圖3所示，依次進行以下步驟:步驟S1:汙水進入前端缺氧池，並與來自第一 SBR池和第二 SBR池的回流汙泥，及來自好氧池的混合液混合，進行反硝化反應。示例性的，在前端缺氧池內置有潛水攪拌機進行攪拌。步驟S2:所述前端缺氧池出水進入所述好氧池，所述好氧池內設置有曝氣裝置和酶浮填料，經曝氣去除有機物及實現硝化反應，且通過所述酶浮填料實現同步硝化反硝化反應。步驟S3:所述好氧池出水進入所述後置缺氧池，在所述後置缺氧池內通過投加外部碳源或補充部分原水用以提供反硝化所需的碳源，再次進行反硝化反應，進一步去除汙水中的總氮。示例性的，在後置缺氧池內置有潛水攪拌機進行攪拌。步驟S4:所述後置缺氧池出水交替進入所述第一 SBR池和第二 SBR池，所述第一SBR池和第二 SBR池均 內置有曝氣裝置和酶浮填料，在第一 SBR池和第二 SBR池內處理反硝化富餘的碳源或深度硝化，以確保出水COD或氨氮的徹底降解，同時進行汙泥回流。示例性的，本實施例所述的酶浮填料可採用公告號為CN101633529B，名稱為「應用於高難廢水處理的離子型酶促懸浮填料製造方法」中所述的離子型酶促懸浮填料。具體的，本實施例採用的酶浮填料是按照公告號為CN101633529B的文件中的教導來進行製作，具體為採用該文件第0027段至0030段實施例1所教導的方法製作出的板片狀的酶浮填料。當然了，在其他具體實施例中，所述酶浮填料還可以採用其他製造方法進行製造。作為本實施例的進一步具體實施方式
，在所述步驟S4中，當所述好氧池出水進入所述第一 SBR池時，所述第一 SBR池作為沉澱池並通過酶浮填料過濾出水，同時所述第二SBR池則處於曝氣好氧或沉澱狀態，並通過汙泥回流裝置將第二 SBR池內的汙泥回流輸送至所述缺氧池內；當所述好氧池內的汙水進入所述第二 SBR池時，所述第二 SBR池作為沉澱池並通過酶浮填料過濾出水，同時所述第一 SBR模池則處於曝氣好氧或沉澱狀態，並通過汙泥回流裝置將第二 SBR池內的汙泥回流輸送至所述缺氧池內。去除了因後置反硝化未能利用完全的碳源而造成的出水CODcr超標，並實現泥水靜態分離和連續出水。示例性的，本實施例的第一 SBR池和第二 SBR池的各自池容為2_4小時，僅分為好氧、沉澱、分離三個時間段，運行周期為2-4小時。前置缺氧池反硝化汙泥負荷為Ns=0.1 0.4KgKN/KgMLSS.d 或氨氮負荷 Ns=0.05 0.25KgNH3_N/KgMLSS.d。後置缺氧池的停留時間不超過l_4hr。好氧池至一段缺氧池的混合液回流比受進水氨氮的控制，確保進入系統內的氨氮濃度小於80mg/L以下，回流比按下式計算N=C/80-2，C為進水氨氮濃度或總氮濃度。作為本實施例的進一步具體實施方式
，所述好氧池內的酶浮填料為垂直設置，所述第一 SBR池和第二 SBR池內的酶浮填料與池內水流方向呈60° -80°的夾角設置，使得酶浮填料相當於一般斜板設置，增加沉澱效率之作用，在出水時增加了分離區的面積，提高了分離效率，降低了出水SS，使固液分離效果更好，在反應時提高了 SBR池的汙泥濃度，提升了反應效果。且同一池內的所述酶浮填料為板式填料，所述酶浮填料相互之間為平行布置，將池體沿水流方向均分為若干平行微單元式，相鄰酶浮填料板安裝間距為10-50cm，填充比為佔池容的40-60%。示例性的，本實用新型的實施案例的工藝設計參數如下:汙泥負荷:Ns=0.1-0.4KgC0D/KgMLSS.d，進水氨氮:300mg/L，進水 COD:800mg/L,汙泥濃度5000-6000mg/L，有效水深5-6m，汙泥產率係數:0.15-0.2KgTSS/KgC0D，TN去除率75%-90%。COD 去除率:85%-95%。本實施例在生物降解的機理上是綜合活性汙泥法與生物膜法的優勢，進行CODcr、NH3-N的降解與轉化。在反應動力學原理上是以連續推流反應結合序批反應、沉澱、分離的優勢，為複合式連續流序批反應器，其實質是連續的前置反硝化+連續好氧硝化+後置反硝化後接兩座交替運行的序批反應沉澱池。因此具有兩段AO法的生物脫氮功能和序批反應、分離(SBR) —體化特性。由於在好氧池及序批沉澱池內增加酶浮填料，該方法為各種優勢微生物的生長繁殖 創造了良好的環境條件和水力條件，使得有機物的降解、氨氮的硝化、反硝化等生化過程保持高效反應狀態，有效地提高生化反應傳質條件及分離效果，促進了生物降解效率的提升。此外，由於在好氧池、第一 SBR池和第二 SBR池內增加固定的酶浮填料作為生物附著載體，使得系統的生物總量是同體積的活性汙泥法的2倍以上，大大提升了汙水生化處理系統的處理能力。酶浮填料的存在，對水流及氣流均起到強制紊動的作用，同時促進水中汙染物、空氣與微生物細胞的充分接觸，從實質上強化了傳質過程。因此，HBF系統中汙泥泥齡長，反應器容積負荷高，水力停留時間短且氧的轉化率高，可以有效節省投資與運行成本。本實施例的耦合式生物脫氮方法依靠固定於新型酶浮填料表面上的微生物及懸浮活性汙泥共同降解有機物，綜合了活性汙泥與生物膜法的優點，由於酶浮填料的加入，使汙水處理的機理和效能都大為改變。微生物生存的基礎環境由原來的氣、液兩相轉變成氣、液、固三相；這種轉變為微生物創造了更豐富的存在形式，形成一個更為複雜的複合式生態系統。反應器中同時存在著附著相和懸浮相微生物，在任何時候都有一些游離的菌體附著在載體表面，同時又有一些生物膜脫離載體表面而形成懸浮汙泥。當這一過程達到平衡時，反應器中的載體表面就形成穩定狀態的生物膜，這層生物膜與液相中的懸浮汙泥共同發揮作用，各自發揮自己的降解優勢，同時又在縱橫兩個方向上相互關聯。在縱向上，微生物構成了一個由細菌、真菌、藻類、原生動物、後生動物等多個營養級別組成的複雜生態系統，其中每一個營養級的數量都受到環境和其他營養級的制約，最終達到動態平衡。在橫向上，沿著液體到載體的方向，構成了一個懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型、附著厭氧型的多種不同運動能力、呼吸類型、營養類型的微生物系統，從而使得系統可完成有機物的去除的任務。以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案 ，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
權利要求1.一種耦合式生物脫氮系統，其特徵在於:包括前置缺氧池、好氧池、後置缺氧池、第一SBR池和第二 SBR池，所述好氧池、第一 SBR池和第二 SBR池內均設置有酶浮填料，所述前置缺氧池連通所述好氧池，所述好氧池連通所述後置缺氧池，所述後置缺氧池分別連通所述第一 SBR池和第二 SBR池；所述好氧池與所述前置缺氧池之間還連通設置有一用於將所述好氧池內的混合液輸送至所述前置缺氧池內的混合液回流泵，所述第一 SBR池和第二SBR池分別與所述前置缺氧池之間還連通設置有一用於將所述第一 SBR池和第二 SBR池內的汙泥輸送至所述前置缺氧池內的汙泥回流泵。
2.如權利要求1所述的耦合式生物脫氮系統，其特徵在於:所述好氧池內的酶浮填料為垂直設置。
3.如權利要求1所述的耦合式生物脫氮系統，其特徵在於:所述第一SBR池和第二 SBR池內的酶浮填料與池內水流方向呈60° -80°的夾角設置。
4.如權利要求2或3所述的耦合式生物脫氮系統，其特徵在於:所述酶浮填料為板式填料，同一池內的所述酶浮填料相互之間為平行布置，安裝間距為10-50cm，填充比為佔池容的 40-6 0%。
專利摘要本實用新型公開了一種耦合式生物脫氮系統，包括前置缺氧池、好氧池、後置缺氧池、第一SBR池和第二SBR池，好氧池、第一SBR池和第二SBR池內均設置有酶浮填料，前置缺氧池連通好氧池，好氧池連通後置缺氧池，後置缺氧池分別連通第一SBR池和第二SBR池；好氧池與前置缺氧池之間還連通設置有一用於將好氧池內的混合液輸送至前置缺氧池內的混合液回流泵，第一SBR池和第二SBR池分別與前置缺氧池之間還連通設置有一用於將第一SBR池和第二SBR池內的汙泥輸送至前置缺氧池內的汙泥回流泵。本實用新型大大提高了脫氮效率，脫氮效果顯著，適用於高氨氮、高COD廢水的降解，尤其對煤化工類廢水處理有顯著的效果。
文檔編號C02F9/14GK203159405SQ20132016107
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者王文標, 張豔, 王浩, 肖霄, 張顯忠, 毛勇先 申請人:上海泓濟環保工程有限公司