一种厌氧生化——低压电场氧化耦合系统处理城镇污水的方法

摘要

本发明属环保技术领域，具体为一种厌氧生化——压电场氧化耦合系统处理城镇污水的方法。该方法是采用膨胀厌氧颗粒污泥床反应器和低电压电场反应器组成耦合系统，当厌氧反应器的出水氨氮高于排放标准时，开启低电压电场反应器，由电化学方法使氨氮氧化，至低于排放标准；当厌氧反应器的出水氨氮低于排放标准时，关闭低电压电场反应器，污水经厌氧反应器处理后直接排放。经本发明方法处理的城镇污水的主要指标均可达到国家二级排放标准。

说明书

技术领域

本发明属环保技术领域，具体涉及城镇污水经厌氧反应器生化后用低压电场氧化处理从而使COD和氨氮能同时达标的方法。

背景技术

厌氧生物处理具有：(1)建造、运行和操作简单，基建和运行的费用低；(2)能量需求低，可节约能源；(3)处理规模弹性范围大，使分散处理成为可能；(4)剩余污泥的产生量少、稳定性好、脱水性能好、后处理容易等优点，从而在高浓度有机废水处理方面得到广泛应用。厌氧生物处理的优点符合城镇污水处理所需新技术的要求，但有其本身的不足之处。如在厌氧过程中除微生物合成细胞需少量氮外，几乎不能去除氮；且由于城镇污水中通常含有蛋白质，在厌氧菌的作用下，可以转化为氨氮，因此城镇污水经过厌氧处理有时氨氮浓度还有所上升。由于一般的厌氧处理，根本不具备去除氨氮的功能，出水氨氮能否达标，完全决定于进水氨氮浓度和蛋白质含量。为了克服这个缺陷，保证氨氮也能达标排放，目前有几种不同的技术如下：

(一)厌氧反应器+O/A工艺

厌氧反应器出水进入O/A工艺系统。O/A工艺系统是最广泛应用的一种生物脱氮工艺，也称后置反硝化，它是好氧反应池在前，缺氧反硝化池在后。在好氧反应器中先进行有机物的降解，然后硝化，在缺氧反应池中进行反硝化。由于好氧硝化池出水有机物浓度非常低，在反硝化池中需投加碳源。在好氧阶段，厌氧出水中的硫化物可以得到有效的去除。研究及工程实践表明，此方法脱氮效率高而稳定，但其存在如下一些缺陷：(1)在反硝化池中需投加碳源，药剂费用高，且投加量难以掌握容易造成有机物的泄漏；(2)因为需投加药剂及自动化在线监测和控制，设备多，运行要求高，管理复杂，对操作人员素质要求高；(3)进水中所有的碳均需氧化成CO₂和H₂O，水力停留时间长，池体积大，占地面积大，基建费用高；(4)曝气电耗高；(5)因是生物处理，须连续运行，不能根据水质变化情况随时启动或停止，灵活性不够。

(二)厌氧反应器+A/O工艺

厌氧反应器出水进入A/O工艺系统。A/O工艺系统是目前研究与应用最为广泛的一种生物脱氮工艺，也称前置反硝化。它是缺氧反硝化池在前，好氧硝化池在后，它利用进水中的有机物作为反硝化碳源，克服了O/A法需投加药剂作为反硝化碳源的缺陷，但它也不可避免地具有如下缺陷：(1)需大量回流混合液以提高脱氮效率，回流比通常要求：7～8：1，因此能耗大，运行费用高；(2)脱氮效率低；(3)出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。且硝酸盐可诱发婴儿的高铁血红蛋白症，硝酸盐进一步转化为亚硝胺则具有严重的“三致”作用，直接威胁人类的健康；(4)厌氧出水虽然COD有时很高，但有一部分COD是因为出水中的硫化物所致，有机物往往已经很低，不能为缺氧段反硝化提供足够的碳源；(5)因是生物处理，须连续运行，不能根据水质变化情况随时启动或停止，灵活性不够。

(三)厌氧反应器+生物滤池

厌氧反应器出水进入生物滤池，利用生物膜中形成的溶解氧浓度梯度变化，在外层有氧条件下进行有机碳的氧化及硝化，在内层缺氧环境中进行反硝化。虽然微生物在膜上的固定生长，有利于世代时间长的自养性硝化细菌的生长，但也存在如下一些缺陷：(1)使用填料，大大增加了投资费用，成本高；(3)脱氮效率低；(4)膜脱落易产生堵塞；(5)布水不易均匀；(6)生长池蝇等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作简单、灵活，用厌氧生化——低压电场氧化耦合系统处理城镇污水的方法，以便有效去除城镇污水的有机物和氨氮，使其达标排放。

一些城市(如上海)污水处理厂的进水有机物浓度较低(平均COD为187mg/L)，如果较好地控制出水硫化物的浓度，经旋流式膨胀厌氧颗粒污泥床反应器(简称厌氧反应器)(EGSB)处理后，其出水COD、SS、色度、pH等指标均能符合国家城镇污水处理厂二级排放标准。唯氨氮进水浓度在16mg/L～33mg/L之间，平均为21mg/L，而出水氨氮浓度在17mg/L～34mg/L，平均为22mg/L，且大多数时间出水氨氮小于25mg/L(或30mg/L，在温度低于12℃时)，符合国家城镇污水处理厂二级排放标准。但也有部分时间大于该浓度，不符合排放标准。

本发明提出的用厌氧生化一低压电场氧化耦合系统处理城镇污水的方法，是采用常规的膨胀厌氧颗粒污泥床反应器(EGSB)和低电压电场反应器组成耦合系统，处理城镇污水；当厌氧反应器(EGSB)的出水氨氮高于排放标准的时候，开启低电压电场反应器，让经厌氧反应器处理的水，进入低电压电场反应器，由电化学方法使氨氮氧化，至低于排放标准；当厌氧反应器(EGSB)的出水氨氮低于排放标准时，关闭低电压电场反应器，污水经厌氧反应器处理后直接排放。

上述方法中，低电压电场反应器的处理条件如下：电流密度为2-35安培，电压为3-6伏，处理时间5-60分钟。具体可根据厌氧反应器出水氨氮浓度予以调节。

上述方法中，厌氧反应器出水氨氮标准控制一般采用国家规定的城镇污水处理厂二级排放标准。

本发明的具体操作步骤如下：

1、将城镇污水经格栅、沉砂等必要的预处理后通过布水器进入膨胀厌氧颗粒污泥床反应器(EGSB)，自下而上与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，其中，厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中的有机污染物降解为CH₄、CO₂、H₂O等最终产物。厌氧反应器水力停留时间2～12小时均可，较佳水力停留时间是3-6小时。

2、将从厌氧反应器上部的气、液、固三相分离器出流的上清夜以1∶1-1∶2的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌，提高传质速率，从而提高反应器的去除效率。

3、EGSB上部是气、液、固三相分离器，经此三相分离器将处理后的出水与产生的气体以及厌氧污泥进行有效的分离。

4、利用氨氮自动检测仪，检测厌氧反应器出水氨氮浓度，当厌氧反应器出水氨氮高于二级排放标准的时，开启低压电场反应器，并让厌氧反应器出水通过低压电场反应器，用电化学的方法将氨氮氧化至低于二级排放标准；当厌氧反应器出水氨氮低于二级排放标准的时，关闭低压电场反应器，并让厌氧反应器出水旁流不通过低压电场反应器直接排放。

城镇污水经本发明处理后，可使出水COD≤100mg/l，BOD₅≤30mg/l，SS≤30mg/l，氨氮≤25mg/l(或30mg/L，在水温低于12℃时)，色度≤10等指示均可达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级标准要求。

表1.本发明与典型的厌氧生物处理——除氨氮组合工艺(O/A与A/O)的比较

  特征  本发  明  厌氧反应  器+O/A  厌氧反应器+  A/O  反应池体积(占地面积)  基建费用  污泥   药剂费  能耗  小  小  少，稳  定  无  中  大  大  多，不稳  定  有  中  中  中  多，不稳定   无  大  运行费用  去除总氮能力  中  大  中  大  大  小

具体实施方式

实施例1

来自于某地城市污水经格栅、沉砂预处理后通过布水器进入EGSB反应器，自下而上与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，而厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中有机污染物降解为CH₄、CO₂、H₂O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO₄^2-为H₂S，厌氧反应器水力停留时间3小时。同时来自于上部三相分离器的上清夜以1∶1的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌。在整个一年的运行过程中，大约有80％的时间来自于EGSB反应器出水的氨氮浓度小于25mg/L(或30mg/L，在温度低于12℃时)，符合国家城镇污水处理厂二级排放标准，让厌氧反应器出水旁流不通过低压电场反应器直接排放；另有20％的时间氨氮浓度为26～33mg/L，此时，开启低压电场反应器，让厌氧反应器出水进入低压电场电化学反应器进行化学氧化，在电流密度为12安，电压为3.5伏的条件下，5～40分钟将氨氮减少至25mg/L以下。具体水力停留时间视厌氧反应器出水氨氮浓度而定，浓度高，则时间长，但最长不超过40分钟。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)COD平均值为187mg/l，出水73mg/l；进水氨氮24mg/l，出水氨氮22mg/l；进水SS 181mg/l，出水SS 25mg/l；进水色度32，出水8；进水浊度143，出水浊度7。

实施例2

来自于某地城市污水经格栅、沉砂预处理后通过布水器进入EGSB反应器，自下而上与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，而厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中有机污染物降解为CH₄、CO₂、H₂O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO₄^2-为H₂S，厌氧反应器水力停留时间4小时。同时来自于上部三相分离器的上清夜以1∶2的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌。在整个一年的运行过程中，大约有85％的时间来自于EGSB反应器出水的氨氮浓度小于25mg/L(或30mg/L，在温度低于12℃时)，符合国家城镇污水处理厂二级排放标准，让厌氧反应器出水旁流不通过低压电场反应器直接排放；另有15％的时间氨氮浓度为26～32mg/L，此时，开启低压电场反应器，让厌氧反应器出水进入低压电场电化学反应器进行化学氧化，在电流密度为18安，电压为4.1伏的条件下，5～30分钟将氨氮减少至25mg/L以下。具体水力停留时间视厌氧反应器出水氨氮浓度而定，浓度高，则时间长，但最长不超过30分钟。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)COD平均值为176mg/l，出水70mg/l；进水氨氮23mg/l，出水氨氮22mg/l；进水色度28，出水6；进水浊度178，出水浊度10。

实施例3

来自于某地城市污水经格栅、沉砂预处理后通过布水器进入EGSB反应器，自下而上与反应器中高活性的厌氧污泥相接触，而厌氧污泥由发酵性细菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌、硫酸还原菌等多种微生物所组成，它们将城镇污水中有机污染物降解为CH₄、CO₂、H₂O等最终产物。在硫酸还原菌的作用下，城镇污水中的SO₄^2-为H₂S，厌氧反应器水力停留时间6小时。同时来自于上部三相分离器的上清夜以1∶5的比例回流至反应器底部，以增加上升流速和搅拌。在整个一年零三个月的运行过程中，大约有90％的时间来自于EGSB反应器出水的氨氮浓度小于25mg/L(或30mg/L，在温度低于12℃时)，符合国家城镇污水处理厂二级排放标准，让厌氧反应器出水旁流不通过低压电场反应器直接排放；另有10％的时间氨氮浓度为26～35mg/L，此时，开启低压电场反应器，让厌氧反应器出水进入低压电场电化学反应器进行化学氧化，在电流密度为18安，电压为5.8伏的条件下，5～25分钟将氨氮减少至25mg/L以下。具体水力停留时间视厌氧反应器出水氨氮浓度而定，浓度高，则时间长，但最长不超过25分钟。

经检测，进水(以下数据均以平均值计，进水为沉砂池出水)COD平均值为201mg/l，出水75mg/l；进水氨氮22mg/l，出水氨氮21mg/l；进水色度28，出水6；进水浊度178，出水浊度10。