[发明专利]分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种分段进水耦合生物反应器及其工艺，填加多孔载体具有生物脱氮及污泥减量效果，属于污水处理领域。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展，工业化和城市化程度的不断提高，我国的水环境污染和水质富营养化状况越来越严重，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而严重地影响了工农业和渔业生产，越来越严重地阻碍着我国国民经济的发展。氮素是造成水体富营养化的主要污染物，对排放的污水中总氮含量的控制尤为重要。污水生物处理技术在污水净化进程中一直发挥着巨大的作用，但其主要的缺点之一是污泥产量大，污泥处理及最终处置，需要大量的基建投资和高昂的运行费用。据统计，我国城市污水处理厂目前已逾千座，全国干质污泥产量约为8000t/d，湿污泥约为40000t/d(含水率80％)，随着污水处理率的提高和处理程度得深化污泥产量还将进一步增加。目前有90％以上的污泥得不到及时有效的处理、处置，很多有污泥处理设施的污水厂也已没有地方来储放污泥，从而导致污泥的二次污染。因此，无论从提高污水处理效果、减少剩余污泥产量还是从降低造价、减少污泥处理处置的运行费用都需要开展城市污水生物脱氮与污泥减量控制装置、工艺技术研究。

在生物脱氮工艺中，分段进水生物脱氮工艺是近年来快速开发的生物脱氮新工艺，这种工艺的优点是所需池容较小、脱氮效率高、运行管理方便，最主要的就是有机底物沿池长均匀分布，在处理低碳氮比污水上可以充分利用污水碳源，利于反硝化的进行，并且负荷均衡，即一定程度上减小了供氧速率与耗氧速率之间的差距，有利于降低能耗，又可以充分发挥污泥中微生物的降解功能。

污泥减量化的理论基础，在一般情况下，微生物的合成代谢是通过呼吸速率控制与底物的分解代谢进行偶联的，当呼吸速率降低时，分解代谢和合成代谢将会发生解偶联，此时，微生物在氧化底物的同时，用于合成代谢的能量减少，自身合成速度减慢，表观微生物的产率系数降低，污泥产量减少。在厌氧、好氧交替改变的环境下，微生物的表观产率系数减少。这是因为好氧微生物在好氧段所产生的ATP不能立即用于合成代谢，而是在底物缺乏的厌氧段作为维持能被消耗掉。

在反应器中投加多孔载体后，随着原水进入反应器，流离作用促使固液分离，使水中的悬浮物(SS)、剩余污泥进入多孔载体内部间隙内而积累。积累起来的有机物或污泥成为载体内细菌等微生物的营养成分，经厌氧、缺氧和好氧代谢分解而除去，从而将污泥分解、低分子化；采用复合式流离球多孔微生物载体的好氧-厌氧耦合体系由于存在多空间上的好氧-厌氧环境的耦合，提供了多样微生物生存的环境，载体表面生长的微生物通过生物氧化反应可使污水中的溶解性有机物质高效分解从而使污泥产量降低，创造这样的流离过程和多样微生物代谢过程反复多次发生，达到污泥量减少的效果。当原水碳氮比较低时，利用分段进水可以充分利用原水中有限的碳源，提高的反硝化效果，进面提高系统的总氮去除率。

发明内容

本发明的目的为解决污水处理厂污泥产量大和总氮的去除率低的问题，从提高污水处理效果和减少污泥产率两个技术方面，从降低造价和节省能耗与运行费的经济方面，研究、发明本装置和工艺，进行污泥减量的同时也可达到较好的脱氮效果。

一种分段进水生物脱氮与污泥减量耦合生物反应器，其特征在于：依次包括生物反应区以及二沉池；生物反应区依次包括好氧区O-I、缺氧区A-I、好氧区O-II、缺氧区A-II、好氧区O-III、缺氧区A-III、好氧区O-IV，每个好氧区与缺氧区体积比为1.5∶1～2∶1，生物反应区内部放置多孔载体，好氧区载体装填体积比为40％～60％；缺氧区载体装填体积比为90％～100％；每个区均设使每区顶部进水、顶部出水的折流板；

反应器分三段进水，三个进水管分别设在好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧区A-II，二沉池设置出水管和排泥管，回流污泥由泵送至好氧区O-I。

多孔载体，其外表面为一层硬性球壳，球面呈多孔状，内部装填大量小块高空隙率载体，载体具有亲水性、通透性、高比表面积、良好的物化稳定性的特点，载体空隙率大于0.9。

应用述的生物反应装置的工艺，包括以下步骤：

原水分三段分别进入到好氧区O-I、缺氧区A-I、缺氧区A-II，流量分配比1∶1∶1～3∶4∶3，水力停留时间HRT＝11～14h，好氧区溶解氧浓度为2.5～4mg/L。生物反应区的出水进入二沉池经过出水管排出，污泥回流体积比R＝0.5～1.5，回流污泥由泵送至好氧区O-I，剩余污泥由排泥管排出。

本反应器的污泥产率低于活性污泥法和生物膜法，具有更好的污水处理效能尤其是脱氮效能和更低的能耗和良好的污泥减量效果。