申请日2008.11.28
公开(公告)日2010.06.23
IPC分类号C02F3/10; C02F3/12
摘要
本发明提供一种污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途。具体如下：在原活性污泥池或生物膜池内添加悬浮载体，或将生物膜池内原有载体部分或完全更换成悬浮载体;在原污水处理厂的二沉池后或周围扩建池容，池内装填载体;在采用如上方法改造后的池内接种工程菌或在原有活性污泥处理池内直接投加工程菌进行生物强化处理。改造后污水处理厂出水可直接外排或经适当深度处理后回用，处理容量可增加1-2倍，运行稳定性提高，工程改造简单紧凑、投资省、占地面积小、污泥产量少且运行管理方便。该方法适合于不同规模污水处理厂扩容升级，尤其适用于污水厂脱氮效率提高和污泥减量、受制于占地面积的污水厂扩容、生活污水深度处理及回用。
翻译权利要求书
1.本发明提供一种污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途。具体而言采用如下一种或几种方法：在待扩容升级的原活性污泥池或生物膜池内添加悬浮大孔载体，或将生物膜池内原有载体部分或完全更换成悬浮大孔载体;在待扩容升级的采用活性污泥法或生物膜法污水处理厂的二沉池后或周围扩建池容，新池内装填悬浮大孔载体;在采用如上方法改造后的池内接种工程菌或在原有活性污泥处理系统内投加工程菌进行生物强化处理。
2.按照权利要求1所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：在待扩容升级的原活性污泥池或生物膜池内添加悬浮大孔载体，或将生物膜池内原有载体部分或完全更换成悬浮大孔载体。
3.按照权利要求1所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：在待扩容升级的采用活性污泥法或生物膜法污水处理厂的二沉池后或周围扩建池容，新池内装填悬浮大孔载体。
4.按照权利要求1所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：在待扩容升级活性污泥处理系统内直接投加工程菌进行生物强化处理。
5.按照权利要求2和权利要求3所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：在新调整或改造的池内直接接种工程菌驯化或接种同类活性污泥驯化并投加工程菌进行生物强化处理。
6.按照权利要求2和权利要求3所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：使用高效悬浮大孔载体，该载体为改性海绵，采用网泡法生成，主体材质为聚氨酯;其中所接种微生物为工程菌，工程菌群的原始菌种由美国的BIONETIX公司提供，并根据具体污水水质进行富集、驯化和培养。
7.按照权利要求2和权利要求3所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：池内采用上下拦网对悬浮大孔载体进行固定使其限制在一定空间内，以实现反应系统的分级，拦网具体材料为尼龙网、不锈钢或玻璃钢等。
8.按照权利要求2和权利要求3所述的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途，其特征在于：池内采用的曝气系统为管式微孔曝气器。
说明书
污水处理厂扩容升级和深度处理的方法及用途
技术领域
本发明涉及废水处理领域，更具体地说，是涉及污水处理厂扩容升级和深度处理的方法，该方法适合于不同规模城市污水处理厂和工业污水处理厂扩容升级，尤其适用于提高污水处理厂脱氮效率、受制于占地面积的污水厂扩容、生活污水深度处理回用以及污水处理厂的污泥减量。
背景技术
迄今为止，生物处理工艺仍是去除废水中有机污染物最为经济、最具环境效益、应用最为广泛的城市污水和工业废水处理方法，而传统的基于活性污泥(CAS，Conventional Activated Sludge)的生物处理方法是目前最为主要和常用的处理方法。CAS工艺具有操作简单、设计成熟、运行方式多样化等特点，并广泛应用于城市污水及多种工业废水的处理。但随着城市化进程的不断加快、公众对污水处理厂操作环境要求的日益提高以及能源供给的日趋紧张，使CAS工艺相应出现了一系列为人们所越来越关注的问题。这些问题是：(1)由于城市化率的不断提高，用地紧张情况与日俱增，因而需要在CAS工艺的基础上，研究开发用地更为节省的新工艺;(2)随着社会和公众对污水处理厂处理工艺操作条件和环境要求的日趋严格，需要对CAS工艺运行过程中所产生和存在的臭味问题、剩余污泥二次污染问题进行深入研究和改进;(3)日趋普遍和严重的水体富营养化问题，要求污水处理工艺不仅具有有机物的去除功能，同时要求具有对废水中氮、磷的去除效果，因而出现了许多具有生物脱氮除磷功能的废水生物处理新工艺;(4)随能源供应的日趋紧张，降耗节能已成为改进CAS工艺运行和研究开发新工艺所必须考虑的重要问题;(5)随城市人口的快速增加、人们生活水平的不断提高，城市污水的排放量亦与日俱增，且废水中所含污染物的种类日趋复杂化，在一定时期内易导致CAS工艺的超负荷运行以及运转不稳定等问题。
为此，许多研究者相继开展了改进CAS工艺以使其适应新要求的探索和研究工作，并提出了多种以CAS为基础的、具有不同优良性能特点和功能的新工艺。
在传统CAS工艺基础上，为提高废水处理效率和脱氮除磷效果，主要发展出了提高处理效率的A/B法、具有脱氮除磷功能的A/O、A/A/O及其类似工艺、SBR工艺及基于SBR运行方式的其它工艺和氧化沟工艺等，以上工艺尽管对有机物和氨氮去除效果有较大提高。但是，随着排放标准的不断提高，上述工艺的出水BOD5、氨氮尤其是总氮难以稳定达标排放(如《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)及更高排放标准);而且，由于上述工艺主要是通过增加水力停留时间以延长污泥龄来达到脱氮除磷效果的提高，存在运行成本高(主要是电能消耗)、占地面积大、基建投资多等问题，属于不可持续的污水处理工艺，不适合我国国情;同时，这些工艺中曝气池产生的恶臭将对环境造成二次污染，剩余污泥量较多，污泥处置困难(目前已成为类似污水厂的难点)，处理费用高，造成污水的综合运行成本增加。因此，以上工艺越来越不符合我国环保产业发展的趋势和要求，其在污水处理的推广应用将会受到更多限制。
近十年来在国内推广应用的湿地处理技术，具有操作简单、运行费用低等特点，其在特定区域及处理小流量废水应用上具有一定的可行性，但占地面积大、长时间运行后容易造成土地盐碱化，难以广泛推广和应用。
近年来，随着膜技术成熟及成本降低，在活性污泥法基础上结合膜技术而发展起来的膜生物反应器(MBR)技术，具有出水水质好、处理效果高等特点，但在实际运行中，由于膜的污染导致膜通量下降，因而需要定期清洗和更换膜片，运行管理复杂、运行费用高，在中小规模废水处理厂及中水回用上有较好的推广应用价值，但在大规模生活和市政污水处理处理上难以大面积推广应用。
生物曝气滤池(Biological Aerated Filter，BAF)是80年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术。其独特的填料式设计，借鉴了生物滤池和生物接触氧化法的优点，不同的填料尺寸对应不同的废水处理要求，综合了过滤、吸附和生物代谢等多种废水处理工艺，使其具有水力负荷高、抗冲击能力强、污泥产量少、无污泥膨胀等优点。生物曝气滤池主要应用于废水的深度处理，适应于处理低有机负荷废水，可用于去除污水中的有机物，也可通过硝化和反硝化除氮。但是，普通曝气生物滤池由于选用陶粒、玻璃、陶瓷等材料作为滤料，故在运行中遇到的最大难题是反冲洗较为困难;在传统的生物处理中过高的氨氮将对微生物产生抑制作用，故普通生物处理工艺对于超过一定浓度有机污水和较高浓度氨氮污水很难达到理想的处理效果;同时，传统的生物处理工艺普遍存在着投资大、运行费用高、占地面积大、操作管理复杂、处理效率低等不足之处。
为弥补现有技术的不足支出，本发明专利采用一种新型的高效曝气生物滤池(简称HABF工艺)，HABF反应器实际上是综合传统活性污泥法与生物膜法优点的双生物反应器，在HABF反应器中投加占曝气池有效容积10-60%的比重接近水的悬浮载体，该载体是一种具有网状大孔结构的高分子合成材料，具有反应性、亲水性、通透性、高比表面积等特点，并具有空间悬臂及网络交联结构，能与微生物、酶形成共价键结合;载体材料表面所生长的生物量通常为15-28g/L，是普通生物膜法的1.5-2.0倍，是传统活性污泥法的5-10倍，并且微生物与载体结合牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了HABF反应器去除污染物的高效和稳定;同时，在HABF反应器中，在驯化活性污泥的基础上通过接种培养不同特效菌种，提高目标污染物的降解效果。
HABF工艺是悬浮生长活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺，其通过在CAS工艺曝气池中投加一定数量的轻质量漂浮载体填料，使污水处理的机理和效能发生质的变化。在此工艺中，微生物生存的基础环境有CAS工艺中的气、液两相转变为气、液、固三相，这种转变为微生物创造了良好的条件和更丰富的存在形式，形成了一个更复杂的复合式生态系统。悬浮载体表面的生物膜与液相中的悬浮污泥共同发挥作用，各自发挥自己的降解优势。大量吸附生长在生物填料上的生物膜使生物反应器中的活性生物量大大增加，在提高系统抗冲击负荷能力的同时，使系统具有更强的脱氮能力。
HABF工艺中，附着生长在悬浮载体中的长泥龄生物膜为生长缓慢的硝化菌提供了非常有利的生存环境，可实现有效的硝化效果，而悬浮生长的活性污泥的泥龄相对较短，主要起去除有机物的作用，由此避免了CAS工艺中为了实现硝化作用而需较长的泥龄并因此而易出现污泥膨胀的问题。因而，这种悬浮态和附着态微生物共池生长的工艺因其污泥负荷要远低于单纯的CAS工艺，因而其处理效率更高，且运行更稳定。在相同的污泥负荷条件下，该工艺具有更高容积负荷率，因而占地更小。此外，HABF反应器中悬浮状态和悬浮载体表面附着状态的微生物处于好氧状态，主要发挥去除有机物和将氨氮氧化为硝氮和亚硝氮的作用，而载体内部所生长的微生物，因受到氧转移的限制，形成中间兼氧区和内部厌氧区，因而利于兼性反硝化细菌的生长而起到反硝化脱氮的作用。同时，由于悬浮载体填料中所生长的长世代期微生物其生物固体平均停留时间与水力停留时间相分离，因而可使长世代期硝化菌和亚硝化菌得以繁衍、增殖。
在HABF工艺中，为提高污水处理厂运行稳定性和目标污染物的降解效果，可根据具体工艺运行情况，在驯化活性污泥的基础上通过接种培养不同特效菌种。所接种的微生物属于工程菌一类，内含专用微生物与复合酶，该特效菌种通过对自然微生物进行强化与改性而成，提高了微生物的活性及适应性，可在有效降解污水中难降解有机物(如芳烃、蒽、萘)和氨氮的基础上，同时去除其中的色度和SS。
如前所述，特殊悬浮填料的使用是HABF工艺的核心部分，其具有以下特征：悬浮填料在无曝气时浮于水的表面，无须固定支架支撑，这使反应池的安装和维修变得方便;当曝气时，生长了生物膜的填料密度因与水接近，填料依靠曝气的搅拌作用，处于流化状态，这不仅使污水与填料上的生物膜广泛而频繁多次地接触，而且填料在流化过程中切割分散气泡，使布气趋于均匀，提高了氧的利用率，由此产生的固、液、气三相的充分接触混合和碰撞，增大了传质面积，提高了传质速率，强化了传质过程，因此，在达到一定污染物去除率情况下，污水在池内的停留时间更短，同时，即使有冲击负荷，也可以很快地恢复处理效果;另外，悬浮填料受到气流、水流的冲刷，老化的膜能自动脱落，保证了膜的活性，促进了新陈代谢，而且在反应池中随水流化在填料上，还可能大量生长丝状菌，既可以利用丝状菌高效降解有机物的功能，使出水改善，又无污泥膨胀之虞;此外，由于填料比重与水接近，只需很小的气量即可使其均匀悬浮于水中，其使用时无需填料支架，只需在曝气池设置栅网拦截将载体限制在设计区域内，或靠曝气水流将其回流至池前端，可节省投资，且投配、更新更方便。因此，操作简单，工作量也较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了一种新型的污水处理厂扩容升级和深度处理的方法，其核心采用HABF工艺。
本发明目的可以通过如下一种或几种措施来实现：在待扩容升级的原活性污泥池或生物膜池内添加大孔载体，或将生物膜池内原有载体部分或完全更换成悬浮大孔载体;在待扩容升级的采用活性污泥法或生物膜法污水处理厂的二沉池后或周围扩建池容，新池内装填悬浮大孔载体;在采用如上方法改造后的池内接种工程菌或在原有活性污泥处理系统内投加工程菌进行生物强化处理。
应用HABF工艺的池内采用上下拦网对悬浮大孔载体进行固定使其限制在一定空间内，以实现反应系统的分级，拦网具体材料为尼龙网、不锈钢或玻璃钢等;池内采用管式微孔曝气管进行曝气。
HABF池中所使用的悬浮大孔载体为改性海绵，采用网泡法生成，主体材质为聚氨酯;其中所接种微生物为工程菌，工程菌群的原始菌种由美国的BIONETIX公司(网址：www.bionetix-international.ca)提供，并根据具体污水水质进行富集、驯化和培养。
该方法适合于不同规模城市污水处理厂和工业污水处理厂扩容升级，尤其适用于提高污水处理厂脱氮效率、受制于占地面积的污水厂扩容、生活污水深度处理回用以及污水处理厂的污泥减量。
与其它方法相比，本发明优点是：通过本发明中的措施调整改造后，污水处理厂的氨氮和COD的处理效果可得到较大提高，其出水可直接外排或经适当深度处理后回用，原有污水处理厂的处理容量可增加1-2倍，而且可提高污水处理系统运行的稳定性，整体改造工艺简单紧凑、投资省、占地面积小、运行费用低、污泥产量少且运行管理方便。
