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剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的处理装置和方法

阅读:569发布:2020-05-29

专利汇可以提供剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的处理装置和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种剩余 污泥 减量及强化 生物 脱氮除磷的 水 处理 装置:一生物反应池连接一进水口,该生物反应池为A2/O-MBR工艺,自进水口的一端依序为 厌 氧 池 、缺氧池和好氧-膜生物反应池,厌氧池中设有厌氧池搅拌器,缺氧池中设有缺氧池搅拌器,好氧-膜生物反应池内设有膜组件,膜组件的底部连接一曝气器,膜组件的上方连接一膜出水抽吸 泵 ;利用 微波 - 碱 -过氧化氢进行剩余污泥处理,A2/O-MBR污泥进入污泥调节池,污泥经调节后进入微波反应器;经微波处理后污泥进入除磷 沉淀池 ;除磷沉淀池中设有搅拌器,经除磷沉淀后污泥处理上清液通过管路连接至生物反应池的缺氧池,作为内 碳 源回流。本 发明 还公开了利用上述水处理装置进行 污水处理 的方法。,下面是剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的处理装置和方法专利的具体信息内容。

1.一种制定湖泊营养物标准的方法,其步骤为:
1)按研究区域不同体的功能对水体进行分类和分级,确定研究区域不同等级水体对应的营养物浓度上下限值;
2)计算水体中营养物的富营养化负荷;
3)建立优化模型,通过富营养化负荷最低和经济发展最快为目标的多目标优化,得到适合不同等级和水体用途的最优化营养物标准值。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤1中对水体进行分类是将水体分为自然保护区、饮用水水源地、鱼类保护区、鱼虾产卵场、娱乐用水区、工业用水、航运、防洪农业灌溉用水和一般景观水;对水体进行分级是将所述分类的水体相对应的营养物浓度分为Ⅰ~Ⅴ级;通过统计学、毒理学、生态学方法得到各级水质标准的上下限值。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,营养物为氮和磷。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤2是采用基于当量因子的环境负荷计量方法,计算公式为:
式中
EL为环境负荷总量;
mj为排放的第j类污染物的量,kg;
pj是当量因子,为污染物对环境影响贡献的潜的大小,是以一个参照物为基准的相对量。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤3建立的优化模型为:
A、经济目标:
经济增长最大:
b)治理费用最小:
B、环境目标:
n
EPTp(It)=QTp(I,t)×EFTp=αt×GDP×ai,t%×(1+bi,t%)×EFTPEPTN(it)=QTN(i,t)×EFTN=βtn
×GDP×ai,t%×(1+bi,t%)×EFTNC、约束条件:
a)经济约束:
b)环境约束:
其中:
fi,t:第t年第一、二、三产业增加值;
f4:水污染治理费用;
QTPt:总磷的入湖总量;
QTNt:总氮的入湖总量;
Wi,t:第t年第一、二、三产业污水及生活污水处理量;
CCi,t:污水处理设施建设成本;
COi,t:污水处理设施运行成本;
EPTPi,t:总磷产生的富营养化负荷:
EPTNi,t:总氮产生的富营养化负荷:
QTPi,t:第t年一二三产业或生活污水中TP排放量
QTNi,t:第t年一二三产业或生活污水中TN排放量;
EFTP:总磷的富营养化当量因子;
EFTN:总氮的富营养化当量因子;
a%:第t年,第i产业在三次产业中所占比例;
b%:第t年,第i产业增加值增长系数;
:第t年单位增加值总磷排放系数;
βt:第t年单位增加值总氮排放系数;
Pt:第t年区域人口总数;
Mt:第t年适宜当地发展水平的人均GDP;
S:区域营养物基准;
LM:对应水体功能的营养物允许最大浓度;
DC:区域环境容量。

说明书全文

剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的处理装置和方法

技术领域

[0001] 本发明属于污泥、污水处理技术领域,更具体地涉及一种结合污泥减量及强化生物脱氮除磷效率的水处理装置。
[0002] 本发明还涉及一种利用上述装置进行污水处理的方法。

背景技术

[0003] 污水处理过程伴随着两大问题:氮磷营养盐的去除和剩余污泥的处理处置。随着水质排放标准的日益严格,营养盐的排放限值越来越低。在生物脱氮除磷过程中,需要消耗2
大量的有机物。目前脱氮除磷工艺如A/O工艺对氮磷的去除往往受到有机物浓度即污水C/N的影响,在实际生活污水的处理中,C/N需达到8才能达到比较满意的脱氮效果[王晓
2
莲,彭永臻.2009.A/O法污水生物脱氮除磷处理技术与应用[M],科学出版社.]。但目前我国一些地区城市污水的C/N仅在6以下,有些地方的C/N甚至在3以下,C/N的缺乏直接影响了脱氮除磷效率,因此向污水处理工艺中投加源成为脱氮的必然选择。
[0004] 在污水处理过程中,污泥处理处置费用约占污水处理厂总运行费用的30-50%,最高可达到60%。传统的污泥处理除支付方法如填埋、焚烧等也会带来一定的环境危害。剩余污泥的处理处置主要为减量化、资源化、无害化。剩余污泥的减量包括源头减量和基于2
溶胞-增长理论的污泥减量。MBR系统的污泥产量较传统工艺能够减少28%-68%,因此A/O-MBR组合工艺能够达到一定的污泥减量化效果。利用污泥预处理后的处理液回流为脱氮处理工艺提供碳源不仅能够达到污泥减量化的效果,同时也能实现污泥的资源化。
[0005] 目前污泥预处理回流作为碳源的方法主要有热处理法、超声处理法、臭处理法、机械处理法、污泥发酵等。利用污水处理厂剩余污泥获取碳源的现有技术专利如“污泥碳源两级水解酸化回收方法(申请号:200910243651)”利用两级碱性水解酸化装置,从剩余污泥中制备污泥碳源,其需要两步预处理,停留时间超过60h;专利“提高低碳源污水生物除磷脱氮效率的装置及处理方法(申请号:201010537762)”利用剩余污泥微波碱解产生碳源,其处理方法不仅需要加压,还需要将温度提高至170℃。然而,这些方法存在着能量消耗大、处理时间长或产生碳源可利用性低等问题。因此,有必要采用更加节能有效的方法来进行污泥处理,并提高碳源的可利用率,进一步减少污泥产量。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种结合污泥减量及强化生物脱氮除磷效率的水处理装置。
[0007] 本发明还涉及利用上述装置进行污水处理的方法。
[0008] 为了实现上述目的,本发明提供剩余污泥减量及强化生物脱氮除磷的水处理装置,包括:
[0009] 一生物反应池连接一进水口,该生物反应池自进水口的一端依序为厌氧池、缺氧池和好氧-膜生物反应池,好氧-膜生物反应池内设有膜组件,膜组件的底部连接一曝气器,膜组件的上方连接一膜出水抽吸;生物反应池的污泥通过污泥调节池进行调节后进入微波反应器;污泥经微波处理后进入除磷沉淀区进行化学除磷。
[0010] 厌氧池中设有厌氧池搅拌器,缺氧池中设有缺氧池搅拌器,除磷沉淀池中设有搅拌器,除磷沉淀池通过管路连接至生物反应池的缺氧池,作为内碳源回流。
[0011] 所述的水处理装置中,膜组件的上方通过一膜盒压力表连接膜出水抽吸泵
[0012] 所述的水处理装置中,污泥调节池中设有pH电极和污泥调节搅拌器。
[0013] 所述的水处理装置中,缺氧池与厌氧池之间设有缺氧池与厌氧池回流;好氧-膜生物反应池与缺氧池之间设有好氧池与缺氧池回流。
[0014] 本发明提供的利用上述水处理装置进行污水处理的方法:
[0015] 污水进入生物反应池内,经过厌氧池、缺氧池、好氧-膜生物反应池排出的剩余污泥进入污泥调节池调节剩余污泥的pH值;
[0016] 调节pH值后的污泥进入微波反应器进行微波-过氧化氢处理,处理后的上清液进入除磷沉淀区,利用化学沉淀法去除上清液中的磷,除磷后的上清液回流至缺氧池作为脱氮除磷的碳源,沉淀物排出反应区。
[0017] 所述的方法中,污泥调节池通过添加碱液调节剩余污泥的pH值,碱液浓度为5mol/L,调节pH值至10~11。
[0018] 所述的方法中,微波-过氧化氢处理,是在60kW微波功率辐射样品,升温至80℃,按H2O2/污泥浓度=0.2的质量比加入过氧化氢溶液,继续辐射升温至100℃后结束。
[0019] 所述的方法中,化学沉淀法去除上清液中的磷,是根据上清液中磷的含量按照摩尔比p:Fe=1:1.5投加盐,搅拌、沉淀,磷酸盐与金属离子形成沉淀而得到去除。
[0020] 本发明的效果是:
[0021] 1、采用A2/O-MBR进行生物脱氮处理,提高出水水质并减少污泥产量,同时具有污泥浓度高的特点,不需另设污泥浓缩装置,同时避免污泥沉降性能差等导致的污泥沉降问题。
[0022] 2、本发明采用碱液预处理污泥,并进行微波-过氧化氢处理,使原剩余污泥发生溶胞并将释放出的大分子物质氧化为小分子有机物,使碳源的可利用率提高,并进一步减少了污泥产量。
[0023] 3、本发明采用化学沉淀法去除污泥处理后上清液中的磷,预防其对生物反应系统产生冲击。污泥处理后上清液碳源的添加能够提高反应系统的脱氮除磷效率,使系统的脱氮效率和除磷效率分别提高10%和28%以上。附图说明
[0024] 图1是本发明的A2/O-MBR污泥减量及提高生物脱氮效率的装置示意图。
[0025] 图2是本发明的装置与普通A2/O-MBR反应器的TN去除效率。其中,第一组是两组反应器均无内碳源添加;第二组是本发明水处理装置添加内碳源调节期;第三组是本发明水处理装置添加内碳源稳定期。
[0026] 图3是本发明水处理装置与普通A2/O-MBR反应器的TP去除情况。其中,第一组是两组反应器均无内碳源添加;第二组是本发明水处理装置添加内碳源调节期;第三组是本发明水处理装置添加内碳源稳定期。
[0027] 附图中主要组件符号标记说明:
[0028] 1-厌氧池,1.1-厌氧池搅拌器,2-缺氧池,2.1-缺氧池搅拌器,3-好氧MBR池,3.1-膜组件,3.2-曝气器,3.3-膜盒压力表,3.4-膜出水抽吸泵,4-污泥调节池,4.1-pH电极,4.2-污泥调节搅拌器,5-微波反应器,6-除磷沉淀池,6.1-搅拌器,7-进水,8-缺氧池至厌氧池回流,9-好氧池至缺氧池回流,10-内碳源回流。

具体实施方式

[0029] 本发明通过对剩余污泥进行处理,回收碳源以提高生物反应池的脱氮除磷处理效率,同时达到污泥减量的目的。
[0030] 本发明采用的技术方案是一种污泥减量及提高生物脱氮除磷效率的组合工艺,工艺包括具有脱氮除磷功能的水处理工艺、污泥预处理、化学沉淀除磷工艺。同时还提供一种污泥减量及提高生物脱氮除磷效率的装置,该装置包括具有脱氮除磷功能的膜生物反应池,污泥调节池,微波反应装置及化学除磷反应池。
[0031] 以下结合附图及实施例对本发明的一种污泥减量及提高生物脱氮除磷效率的处理方法与装置加以说明。
[0032] 如图1所示,污泥减量及提高生物脱氮除磷效率的水处理装置,该水处理装置包括:
[0033] 一生物反应池连接一进水口7,该生物反应池自进水口7的一端依序为厌氧池1、缺氧池2和好氧-膜生物反应池3。好氧-膜生物反应池3的出水通过污泥调节池4连接微波反应器5,微波反应器5连接除磷沉淀池6。
[0034] 厌氧池1中设有厌氧池搅拌器1.1,缺氧池2中设有缺氧池搅拌器2.1,好氧-膜生物反应池3中设有膜组件3.1,膜组件3.1的底部设有曝气器3.2,膜组件3.1的上方通过一膜盒压力表3.3连接一膜出水抽吸泵3.4,污泥调节池4内设有pH电极4.1和污泥调节搅拌器4.2,除磷沉淀池6中设有搅拌器6.1。
[0035] 本发明具有脱氮除磷功能的生物反应池及生物反应器排出的剩余污泥通过管路进入污泥调节池,调节剩余污泥pH,然后调节pH后的污泥经管路进入微波反应器进行微波-过氧化氢处理,处理后的上清液通过管路进入除磷沉淀池,利用化学沉淀法去除上清液中的磷,然后将该上清液通过管路返回生物反应池进行脱氮除磷。
[0036] 所述具有脱氮除磷功能的膜生物反应器(A2/O-MBR)包括厌氧-缺氧-好氧(A2/2 2
O)生物反应池及膜生物反应池。A/O-MBR是指在传统A/O工艺基础上添加膜工艺以代替传统的二沉池达到泥水分离的效果。
[0037] 在本实施例中,以某单位家属区排放的实际生活污水(COD=155~530mg/2
L;TN=48~103mg/L)作为实验对象的A/O-MBR反应器及所产生的大量剩余活性污泥
[0038] 在A2/O-MBR中,将膜组件置于好氧池中,具有两个回流装置,好氧池混合液回流至2
缺氧池,回流比为200%,缺氧池回流至厌氧池,回流比为100%。A/O-MBR水力停留时间HRT
2
为14h,污泥停留时间SRT为22d,反应器总体积为58.3L。A/O-MBR工艺具有较高的污泥浓度,污泥浓度约为8g/L,因此不需进行额外的污泥浓缩,污泥混合液直接排放进入污泥调节池。
[0039] 污泥调节池中设置搅拌器及pH电极作为传感器,添加强碱溶液调节pH恒定在10.0。经pH调节后的污泥进入微波反应器(微波反应器配制2450MHz的微波源),然后在对泥水混合液进行搅拌(搅拌转速为60rpm)的同时开启微波反应器,对泥水混合液进行微波辐射加热,使泥水混合液加热至温度为80℃,关闭微波源,加入过氧化氢溶液,过氧化氢的使用剂量是按照纯过氧化氢剂量折算,加入相当于剩余污泥干重的质量0.2倍的过氧化氢,然后再开启微波反应器对混合液进行辐射升温至100℃,关闭微波源。在微波辐射加热以及过氧化氢的氧化作用下,剩余污泥受到了有效的破解氧化处理,反应结束后出料。在本实施例中,从污泥中溶出的有机物(COD)从44mg/L增加至5965mg/L,最终剩余污泥的pH由
10变为7.63。
[0040] 微波处理污泥后上清液进入除磷沉淀反应池,除磷沉淀反应池中设置搅拌器。以摩尔比为1.5:1添加硫酸亚铁或2:1添加氯化镁作为沉淀剂,调节转速为200rpm,快速混合1min后,60rpm混合10min去除上清液中的磷,沉淀30min。经沉淀除磷后,上清液中的磷由
2
原来的220mg/L下降到40mg/L,磷去除率约为82%,上清液回流至A/O-MBR的缺氧池中。
[0041] 剩余污泥经碱-微波-过氧化氢处理后性质如表1所示。
[0042] 表1剩余污泥经处理后内碳源性质
[0043]
[0044] 本发明的装置运行中,原污水进入厌氧池,除磷后的微波-过氧化氢处理污泥上2
清液回流至缺氧池,进行脱氮除磷。本发明装置与无微波污泥处理系统的A/O-MBR装置的对比运行,图2和图3给出了两组反应器在不同阶段对TN和TP的去除情况,对于TN和TP的去除率分别提高了10%和28.3%,污泥减量达80%以上。
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