BCM污水生物处理系统及BCM污水生物处理工艺

摘要

本发明公开BCM污水生物处理系统及BCM污水生物处理工艺，BCM污水生物处理系统包括依次流体导通的格栅单元、沉砂单元、水解酸化单元、缺氧单元、好氧单元、沉淀单元、快混单元、速沉单元和消毒单元，还包括污泥剪切单元、磁粉分离单元、污泥浓缩单元和污泥脱水单元。BCM污水生物处理工艺，污水依次经过格栅单元、沉砂单元、水解酸化单元、缺氧单元、好氧单元、沉淀单元、快混单元、速沉单元、污泥剪切单元、磁粉分离单元和消毒单元。能够稳定处理达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，可降低投资安装建设和运行的成本，简化操作，提高运行的稳定性，降低能耗；污水经处理后各项水质指标稳定达标，溶解性有机物去除效果及脱氮效果良好。

说明书

技术领域

本发明涉及城市生活污水及有机废水处理处理工艺，特别涉及一种污水 处理后水质能够达到一级A标准的BCM污水生物处理系统及BCM污水生物 处理工艺。

背景技术

目前，我国已建成了一大批城市污水处理厂。据统计，截止到2010年9 月，全国城市污水处理厂共有4479座，其中已建成运行的有2630座，日处 理能力1.22亿立方米；在建的有1849座，日处理能力4900万立方米。这些 污水厂的处理标准大部分都按《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918 -2002)》中的一级B标准进行设计、施工和运行。但是，随着我国水环境污 染和水资源短缺问题的日益严重，北京、上海、深圳等城市都陆续开始执行 一级A标准或类似一级A的地方标准，要求新建城市污水厂要达到一级A标 准，原有城市污水厂也要通过改造达到一级A标准。一级A标准开始在越来 越多的地方逐渐取代一级B标准。

目前处理达到一级B标准的工艺主要有：(1)A²/O工艺，通过厌氧、缺 氧、好氧、混合液回流、硝化液回流能够达到有效地脱氮除磷处理效果。(2) 氧化沟工艺，通过氧化沟内的好氧段、缺氧段、厌氧段不断交替，能够稳定 达到一级B排放标准。(3)SBR工艺，包括CASS、CAST等，通过进水污泥混 合、静置、曝气、沉淀、出水等工艺操作，也能够达到有效的脱氮除磷效果。

目前能够稳定处理达到一级A标准的工艺主要有：(1)低负荷的A²/O、 氧化沟和CASS工艺，包括低负荷沉淀单元。(2)在最终出水增加过滤单元的 工艺(如曝气生物滤单元、纤维转盘滤布滤单元、混凝沉淀过滤单元等)。(3) 膜生物反应器(MBR)工艺。

但是，上述能够稳定处理达到一级A标准的工艺存在以下问题：(1)低 负荷的A²/O、氧化沟和SBR工艺，造成生化单元容积增大，能耗增高，加药 量增大；低负荷的沉淀单元由于采用自然沉降，不能保证SS稳定达标。(2) 曝气生物滤单元，建设成本较高、气反冲洗、水反冲洗等操作复杂；纤维转 盘滤布滤单元一般需要承担一级B处理到一级A的全部污染负荷，由于负荷 高，滤布很容易滋生生物膜，进而造成滤布堵塞，化学反冲洗难以长期、稳 定起到效果；混凝过滤投资成本高、容易堵塞，对溶解性有机物去除效果差。 (3)膜生物反应器(MBR)工艺工程投资大，运行成本高，膜清洗过程复杂， 脱氮效果不理想。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够稳定处理 达到一级A标准的BCM污水生物处理系统及BCM污水生物处理工艺，该工 艺降低投资安装建设和运行的成本，简化操作，提高运行的稳定性，降低能 耗；且污水经处理后SS稳定达标，溶解性有机物去除效果及脱氮效果好。 本发明的技术方案是这样实现的：BCM污水生物处理系统，包括依次流体导 通的格栅单元、沉砂单元、水解酸化单元、缺氧单元、好氧单元、沉淀单元、 快混单元、速沉单元和消毒单元，所述速沉单元的污泥出口与污泥剪切单元 的污泥入口连接，所述污泥剪切单元的含污泥磁粉出口与磁粉分离单元的含 污泥磁粉入口连接，所述磁粉分离单元的磁粉出口与所述快混单元的磁粉入 口连接，所述沉淀单元的污泥出口、所述污泥剪切单元的污泥出口和所述磁 粉分离单元的污泥出口分别与污泥浓缩单元的污泥入口连接，所述污泥浓缩 单元的污泥出口与污泥脱水单元的污泥入口连接，所述好氧单元的硝化液回 流出口与所述缺氧单元的硝化液回流入口连接，曝气单元(如鼓风机)的曝 气口位于所述好氧单元内。BCM(Biology Cilium Magnetic)，即：生物纤毛 填料磁分离。

上述BCM污水生物处理系统，所述沉砂单元还通过旁流管道与所述缺氧 单元直接流体导通。

上述BCM污水生物处理系统，所述沉淀单元的污泥出口还通过污泥回流 管道与所述水解酸化单元的进口导通，污泥回流比20～100％。

上述BCM污水生物处理系统，还包括分别与所述快混单元连接的PAC投 加单元、PAM投加单元和磁粉投加单元。

上述BCM污水生物处理系统，所述好氧单元内通过填料支架固定行纤维 制作的填料，所述纤维制作的填料的体积比表面积为900～1600m²/m³、质量 比表面积为0.5～1.2m²/g、比重为1.05～1.2，且其体积为所述好氧单元总 容积的30％-60％。

上述BCM污水生物处理系统，所述速沉单元的表面负荷为10～20m³/m²·h， 所述沉淀单元的表面负荷为0.8～1.5m³/m²·h。

上述BCM污水生物处理系统，所述水解酸化单元的水力停留时间为1-2h， 污泥浓度2000～5000mg/L。

上述BCM污水生物处理系统，所述缺氧单元通过所述旁流管道进水量占 所述沉砂单元向所述水解酸化单元和所述缺氧单元总进水量的20％～70％。

上述BCM污水生物处理系统，硝化液回流比为50～300％。

BCM污水生物处理工艺，污水依次经过如下处理单元：

(a)格栅单元：格栅间隙为1-20mm；

(b)沉砂单元：污水在沉砂单元中停留时间为30-40s，然后分别直接进 入水解酸化单元和缺氧单元，自所述沉砂单元分别直接进入水解酸化单元与 直接进入缺氧单元的污水量比例为4∶1～3∶7；

(c)水解酸化单元：污水在水解酸化单元中停留时间1-2h，污泥浓度 2000～5000mg/L，污水自水解酸化单元出水后进入缺氧单元；

(d)缺氧单元：污水在缺氧单元中停留时间2-4.5h，缺氧单元中的反硝 化菌对从好氧单元回流进来的硝化液中的硝态氮进行反硝化，反硝化的碳源 来自水解酸化单元的出水和从沉砂单元直接进入缺氧单元的原水；

(e)好氧单元：污水在好氧单元中停留时间2.5-5h，通过曝气单元的曝 气口向好氧单元内曝气以便降解大部分有机物，好氧单元中的硝化菌将污水 中的氨氮转化为硝态氮；在好氧单元内通过填料支架固定有纤维制作的填料， 这种填料能有效地去除氨氮；所述纤维制作的填料的体积比表面积为900～ 1600m²/m³、质量比表面积为0.5～1.2m²/g、比重为1.05～1.2，且所述纤维 制作的填料体积为所述好氧单元总容积的30％-60％；由好氧单元回流至缺氧 单元的硝化液回流比50-300％；

(f)沉淀单元：污水在沉淀单元中停留时间2～4h，沉淀单元的表面负 荷0.8-1.5m³/m²·h；沉淀单元中的污泥一部分回流至水解酸化单元，污泥回 流比20～100％，另一部分排入污泥浓缩单元；污泥在污泥浓缩单元浓缩后再 进入污泥脱水单元进行脱水，脱水后进入污泥外运单元；

(g)快混单元：停留时间0.5～2min，所述快混单元内添加有PAC进行 除鳞、PAM和磁粉用于细小的悬浮物去除；

(h)速沉单元：速沉单元的表面负荷10-20m³/m²·h，污水在速沉单元中 沉淀时间为15-40min，产生的混合污泥进入污泥剪切单元以便对混合污泥进 行剪切，使磁粉与污泥相剥离；剪切后产生的污泥进入污泥浓缩单元，产生 的含污泥磁粉进入磁粉分离单元；磁粉分离单元将含污泥磁粉进行磁粉、污 泥分离，分离产生的污泥进入污泥浓缩单元，分离产生的磁粉进入快混单元 继续使用；

(i)消毒单元：采用紫外灯消毒、臭氧或氯消毒，然后通过净化出水单 元排放。

采用本发明BCM污水生物处理工艺能够实现如下技术效果：城市污水原 水，COD_Cr：100-600mg/L，BOD₅：50-350mg/L，TN：20-50mg/L，NH₃-N：20-40mg/L， TP：1-6mg/L，SS：50-500mg/L。净化后出水可达到《城镇污水处理厂污染物 排放标准(GB 18918-2002)》中的一级A标准，COD_Cr：≤50mg/L，BOD₅：≤ 10mg/L，TN：≤15mg/L，NH₃-N：≤5mg/L，TP：≤0.5mg/L，SS：≤10mg/L。

PAC代表聚合氯化铝(简称聚铝)。PAM代表聚丙烯酰胺。

本发明的有益效果是：本发明能够将城市生活污水处理并稳定达到《城 镇污水排放标准GB 18918-2002》一级A标准。进水方式采用水解酸化单元 和缺氧单元两点进水，可以解决目前城市污水经过水解酸化或厌氧处理后， 反硝化碳源不足的问题。好氧单元内加纤维制作的填料后大幅提高了好氧单 元的容积负荷，能够对溶解性COD、BOD、NH₃-N、TN进行有效去除，并去除 少量TP。磁粉分离单元能够对经沉淀处理后水中的TP和SS进行有效去除。 本发明特别适用于现有城市污水处理厂A₂/O、氧化沟、CASS等工艺一级B提 升一级A的升级改造。具有占地面积小、工程(改造)投资费用少、稳定性 高、溶解性有机物去除及脱氮效果好、能耗低、工艺操作简单和运行成本低 等优点。

附图说明

图1为本发明BCM污水生物处理系统的工艺流程示意图。

图中：1-城市污水原水提升单元，2-格栅单元，3-沉砂单元，4-水解酸 化单元，5-缺氧单元，6-好氧单元，7-沉淀单元，80-快混单元，81-速沉单 元，82-污泥剪切单元，83-磁粉分离单元，84-PAC投加单元，85-PAM投加单 元，86-磁粉投加单元，9-消毒单元，10-净化后出水单元，11-曝气单元，12- 污泥浓缩单元，13-污泥脱水单元，14-污水外运单元，15-旁流管道，16-污 泥回流管道。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1

如图1所示，本实施例BCM污水生物处理系统包括依次流体导通的格栅 单元2、沉砂单元3、水解酸化单元4、缺氧单元5、好氧单元6、沉淀单元7、 快混单元80、速沉单元81和消毒单元9，所述速沉单元81的污泥出口与污 泥剪切单元82的污泥入口连接，所述污泥剪切单元82的含污泥磁粉出口与 磁粉分离单元83的含污泥磁粉入口连接，所述磁粉分离单元83的磁粉出口 与所述快混单元80的磁粉入口连接，所述沉淀单元7的污泥出口、所述污泥 剪切单元82的污泥出口和所述磁粉分离单元83的污泥出口分别与污泥浓缩 单元12的污泥入口连接，所述污泥浓缩单元12的污泥出口与污泥脱水单元 13的污泥入口连接，所述好氧单元6的硝化液回流出口与所述缺氧单元5的 硝化液回流入口连接，硝化液回流比为50～300％，曝气单元11的曝气口位 于所述好氧单元6内。污泥剪切单元82用于混合污泥的剪切，使磁粉与污泥 相剥离；磁粉分离单元83用于磁粉与污泥的分离及磁粉的回收。所述沉砂单 元3通过旁流管道15与所述缺氧单元5直接流体导通。使得所述水解酸化单 元4和所述缺氧单元5分点进水，所述缺氧单元5通过所述旁流管道15进水 量占所述沉砂单元3向所述水解酸化单元4和所述缺氧单元5总进水量的 20％～70％，可以解决目前城市污水处理中脱氮除磷效果差的问题。所述沉淀 单元7的污泥出口还通过污泥回流管道16与所述水解酸化单元4的进口导 通，污泥回流比20～100％。还包括分别与所述快混单元80连接的PAC投加 单元84、PAM投加单元85和磁粉投加单元86。PAC与PO₄^3-生成AlPO₄沉淀， 达到去除总磷的效果；另外，PAC作为混凝剂，能够使水中细微悬浮粒子和 胶体离子脱稳，聚集，形成大的矾花。PAM能够与分散于溶液中的悬浮粒子 架桥吸附，有着极强的絮凝作用。磁粉能够成为细小悬浮物凝聚的核心体， 加速悬浮颗粒的下沉速度。通过投加PAC、PAM及磁粉去除水中的SS、TP及 部分有机物，磁粉可以通过所述污泥剪切单元82和磁粉分离单元83反复回 收使用。所述好氧单元6内通过填料支架固定有纤维制作的填料，可以大幅 提高所述好氧单元6的微生物和硝化菌数量，同时吸附氨氮并促进氨氮硝化 为硝态氮，使所述好氧单元6的容积负荷及氨氮脱出效果大幅上升。所述纤 维制作的填料的体积比表面积为900～1600m²/m³、质量比表面积为0.5～1.2 m²/g、比重为1.05～1.2，且其体积为所述好氧单元6总容积的30％-60％；使 得挂膜后所述纤维制作的填料的微生物量相当于3000～9000mg/L的MLSS量， 能够将所述好氧单元6的容积负荷提高1.5～3倍。所述纤维制作的填料挂膜 后，具备表面好氧，内部缺氧，再内部厌氧的环境。可以使污泥产量减少20～ 30％，填料使用寿命达20年以上，且微生物容易挂膜、脱膜，无堵塞现象， 更不需要反冲洗。

所述速沉单元81的表面负荷为10～20m³/m²·h，是普通沉淀单元的10～ 20倍，大幅缩短了沉淀时间，减少了所述速沉单元81的占地面积。所述水 解酸化单元4的水力停留时间为1-2h，污泥浓度2000-5000mg/L。水解酸化 单元4的溶解氧接近于零(0～0.1mg/L)，厌氧菌降解部分有机物，降低色度， 将难降解有机大分子分解为小分子有机物；同时具有回流污泥释磷，提高B/C 比的功能，为后续缺氧单元提供部分反硝化所需的C碳源；还具有将有机氮 转化成氨氮的功能。所述缺氧单元5中的反硝化菌对回流硝化液的硝态氮进 行反硝化，而反硝化的碳源来自水解酸化单元4的出水和从所述沉砂单元3 直接进入所述缺氧单元5的原水。所述曝气单元11通过对所述好氧单元6 好氧曝气，降解大部分有机物。使所述好氧单元6中的硝化菌将污水中的氨 氮转化为硝态氮。

城市污水经所述城市污水原水提升单元1至本实施例的BCM污水生物处 理系统，经所述格栅单元2和所述沉砂单元3预处理后分两点分别进入所述 水解酸化单元4和所述缺氧单元5，污水经过所述水解酸化单元4处理后， 去除部分有机物、色度和难降解有机物，提高B/C比，为后续所述缺氧单元 5提供部分反硝化所需的碳源。然后污水进入所述缺氧单元5，所述缺氧单元 5利用回流硝化液和所述水解酸化单元4出水混合后与直接进入所述缺氧单 元5的原水进行混合反应，实现反硝化脱氮并去除部分有机物。经过反硝化 后的污水进入所述好氧单元6，所述好氧单元6容积的30％-60％装有纤维制作 的填料，由于纤维制作的填料上附着有大量好氧、缺氧、厌氧微生物，所述 好氧单元6的容积负荷是普通好氧单元容积负荷的2～4倍，并具备同步脱氮 除磷能力，所述好氧单元6末端硝化液回流至所述缺氧单元5进口，硝化液 回流比50～300％。然后污水经所述沉淀单元7泥水分离后进入所述快混单元 80，在快混单元80中通过添加PAC进行除除磷、PAM和磁粉去除水中的SS、 TP和部分有机物，SS＜5.0mg/L，TP＜0.2mg/L，投加磁粉86后的泥水沉淀分 离时间只需10-30min，所述沉淀单元7的表面负荷可达0.8-1.5m³/m²·h，大 幅度缩减了所述沉淀单元7容积。经处理后的污水进入所述消毒单元9，所 述消毒单元9采用紫外灯消毒，也可采用臭氧或氯消毒，然后出水排放。所 述沉淀单元7污泥一部分回流至所述水解酸化单元4进口，污泥回流比20～ 100％，另一部分排入所述污泥浓缩单元12，污泥含水率由99.6％降至99.2％。 浓缩后污泥再进入所述污泥脱水单元13，可采用带式脱水机脱水，也可采用 板框压滤机脱水。脱水后进入所述污泥外运单元14，可填埋、焚烧、或资源 化利用。

实施例2

利用实施例1所述BCM污水生物处理系统的BCM污水生物处理工艺，城 市污水原水(城市污水原水，COD_Cr：100-600mg/L，BOD₅：50-350mg/L，TN： 20-50mg/L，NH₃-N：20-40mg/L，TP：1-6mg/L，SS：50-500mg/L)依次经过 如下处理单元：

(a)格栅单元2：格栅间隙为10mm；

(b)沉砂单元3：污水在沉砂单元3中停留时间为30s，然后分别进入水 解酸化单元4和缺氧单元5，自所述沉砂单元3分别进入水解酸化单元4与 缺氧单元5的污水量比例为4∶1；

(c)水解酸化单元4：污水在水解酸化单元4中停留时间1-2h，污泥浓 度2000～5000mg/L，污水自水解酸化单元4出水后进入缺氧单元5；

(d)缺氧单元5：污水在缺氧单元5中停留时间2-4.5h，缺氧单元5中 的反硝化菌对从好氧单元6回流进来的硝化液中的硝态氮进行反硝化，反硝 化的碳源来自水解酸化单元4的出水和从沉砂单元3直接进入缺氧单元5的 原水；

(e)好氧单元6：污水在好氧单元6中停留时间2.5-5h，通过曝气单元 11的曝气口向好氧单元6内曝气以便降解大部分有机物，好氧单元6中的硝 化菌将污水中的氨氮转化为硝态氮；在好氧单元6内通过填料支架固定有纤 维制作的填料，所述纤维制作的填料的体积比表面积为900～1600m²/m³、质 量比表面积为0.5～1.2m²/g、比重为1.05～1.2，且所述纤维制作的填料体 积为所述好氧单元6总容积的30％-60％；由好氧单元6回流至缺氧单元5的 硝化液回流比50-300％；

(f)沉淀单元7：污水在沉淀单元7中停留时间2～4h，沉淀单元7的表 面负荷1.0-1.5m³/m²·h；沉淀单元7中的污泥一部分回流至水解酸化单元4， 污泥回流比20～100％，另一部分排入污泥浓缩单元12；沉淀单元7中污泥含 水率99.6％，污泥浓缩单元12中污泥含水率99.2％；污泥在污泥浓缩单元12 浓缩后再进入污泥脱水单元13进行脱水，脱水后进入污泥外运单元14；

(g)快混单元80：停留时间0.5～2min，所述快混单元80内添加有PAC 投加单元84、PAM投加单元85和磁粉86；

(h)速沉单元81：速沉单元81的表面负荷10-20m³/m²·h，污水在速沉 单元81中沉淀时间为15-40min，产生的混合污泥进入污泥剪切单元82以便 对混合污泥进行剪切，使磁粉与污泥相剥离；剪切后产生的污泥进入污泥浓 缩单元12，产生的含污泥磁粉进入磁粉分离单元83；磁粉分离单元83将含 污泥磁粉进行磁粉、污泥分离，分离产生的污泥进入污泥浓缩单元12，分离 产生的磁粉进入快混单元80继续使用；

(i)消毒单元9：采用紫外灯消毒、臭氧或氯消毒，然后通过净化出水 单元10排放，净化后出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918 -2002)》中的一级A标准，CODCr：≤50mg/L，BOD5：≤10mg/L，TN：≤15mg/L， NH3-N：≤5mg/L，TP：≤0.5mg/L，SS：≤10mg/L。

实施例3

采用本发明的BCM污水生物处理工艺将城市污水厂原水处理到一级A标 准。

城市污水原水，日处理能力100m³/d，COD_Cr：300mg/L，BOD₅：130mg/L， TN：38mg/L，NH₃-N：26mg/L，TP：2.6mg/L，SS：90mg/L。

污水在水解酸化单元4中停留时间1h，在缺氧单元5中停留时间2.85h。 在好氧单元6中停留时间6.06h，填料采用纤维制作的填料，纤维制作的填 料体积占好氧单元6总容积60％。沉淀单元7表面负荷1.0m³/m²·h，污水停 留时间2.2h。硝化液回流比100％，由好氧单元6回流至缺氧单元5。污泥回 流比50％，由沉淀单元7回流至水解酸化单元4。磁粉分离单元83的沉淀表 面负荷15m³/m²·h，沉淀时间20min。沉淀单元7污泥含水率99.6％。污泥浓 缩单元12污泥含水率99.2％。

安装纤维制作的填料生化池的沉淀单元出水COD_Cr：28mg/L，BOD₅： 0.9mg/L，TN：8mg/L，NH₃-N：0.5mg/L，TP：0.6mg/L，SS：10mg/L。

磁分离处理后出水，COD_Cr：21mg/L，BOD₅：0.7mg/L，TN：7mg/L，NH₃-N： 0.4mg/L，TP：0.15mg/L，SS：1mg/L。

实例4

采用本发明的BCM污水生物处理工艺对A2/O工艺进行一级B到一级A 升级改造。

城市污水原水，处理能力：30000m³/d。进水水质为COD_Cr：350mg/L， BOD₅：150mg/L，TN：40mg/L，NH₃-N：25mg/L，TP：3mg/L，SS：150mg/L。原 污水厂采用A²/O工艺处理可达到一级B排放标准。

采用本发明BCM污水生物处理工艺进行升级改造，在好氧单元6内安装 的纤维制作的填料体积占好氧单元6总容积的50％。出水达到一级A标准。

改造设备：纤维制作的填料、填料框架、快混单元、速沉单元、澄清消 毒单元、加药间、配电控制室。

新增占地：好氧单元6内的填料无需新增占地。磁粉分离工艺总占地面 积约0.1m²/m³。

新增高程：好氧单元6内的填料无需增加高程。磁粉分离工艺系统需要 水头0.6m。

吨水改造费用：360.65元/吨水。

吨水新增运行费用：0.07元/吨水(不含折旧费)，0.136元/吨水(含改 造工程折旧费)。

由此可见，采用本发明的BCM污水生物处理工艺对A2/O工艺进行一级B 到一级A升级改造，改造费用相对较低，新增占地和新增高程较少，吨水改 造费用和吨水新增运行费用也相对比较低；本发明BCM污水生物处理工艺非 常适合于对A2/O工艺进行一级B到一级A升级改造。

实例5

某新建城市污水处理厂采用本发明BCM污水生物处理系统，近期建设规 模为1.5万吨/日，远期建设规模为3.0万吨/日。

实测进水水质为COD_Cr：345.8mg/L，BOD₅：156.8mg/L，NH₃-N：19.5mg/L， TP：4.4mg/L，SS：155.6mg/L。

出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》的一 级A标准，出水水质为：COD_Cr：≤50mg/L，BOD₅：≤10mg/L，TN：≤15mg/L， NH₃-N：≤5mg/L，TP：≤0.5mg/L，SS：≤10mg/L。