[发明专利]一体化产甲烷脱氮除磷硫污水处理方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种一体化产甲烷脱氮除磷硫的污水处理工艺及其设备。

背景技术

以前，作为城市污水或工业废水生物处理的主体工艺，几乎都是好氧处理工艺。但现在好氧生物处理技术所面临的由于曝气时能耗巨大，产生的大量剩余污泥需要处置、处置大量剩余污泥所占用的土地产生了长期污染，构筑物敞开运行、有害气体逸出造成大气污染等问题，已引起人们的重视。

厌氧处理技术被称为环境资源化技术，即消耗最少的资源和能源，并能够从废物中获取资源或能源。与传统的好氧处理技术比较，厌氧处理具有巨大的技术优势：

1)厌氧处理过程中不需要氧；

2)厌氧处理过程所产生的剩余污泥比好氧处理过程少3～20倍；

3)好氧过程产生的污泥在能够安全处置前必须先在专门的厌氧污泥消化池内稳定。

所以，采用厌氧处理技术处理城市污水的过程中，曝气和污泥处置费用这两项与好氧废水处理有关的最大费用将会减少。尤其是20世纪80年代新型“高速”厌氧反应器的出现，使得厌氧处理技术正逐渐成为一种能够满足环境质量要求的较为经济的热门和核心技术。

目前，厌氧处理技术已经广泛应用到高浓度有机废水处理、难降解毒性有机废水处理、低浓度城市污水处理等方面。

但是厌氧处理技术的缺点是对氮、磷的去除效果不理想，出水有臭味(对硫的去除效果不好)。

传统脱氮技术包括好氧硝化和反硝化两个阶段。由于所利用的微生物和反应条件不同，硝化和反硝化在时间和空间上是分开的。其中，硝化阶段需要提供足够的氧，反硝化阶段则需要提供足够的有机碳源。近年来，有研究者提出了将硝化控制在亚硝酸盐阶段的短程硝化反硝化，以减少对氧的需求；也有利用生物膜反应器或膜生物反应器内存在的局部缺氧(或厌氧)区域来实现同时硝化和反硝化的报道。常用的去除水中磷的主要方法是化学除磷和强化生物除磷，这两种传统除磷工艺都是将水相中的磷转化为固相中的磷，通过排放富磷污泥(化学污泥或生物污泥)实现除磷的。化学除磷工艺的缺点是消耗化学药剂并产生大量化学污泥，造成环境的二次污染，而且处理成本相对较高。生物除磷工艺是相对比较经济的除磷方法，其中的聚磷菌除磷工艺是当前研究的热点，但聚磷菌除磷工艺也存在诸多缺陷，如厌氧/好氧系统的曝气操作能耗太大。

对于废水中硫的去除，现在最常用的方法是利用硫酸盐还原菌异化SO₄^2-的生物还原反应，将SO₄^2-还原为H₂S释放到空气中。为此，厌氧出水常常伴随着臭味，而且在此过程中硫酸盐还原菌会与产甲烷菌竞争有机碳源，硫酸盐还原产生的H₂S还会对产甲烷菌产生毒性，从而影响整个处理过程的效率。

目前普遍采用的方法是将厌氧处理技术与好氧处理技术结合来满足氮、磷和硫的去除要求。但此组合工艺一方面工艺流程复杂，另一方面很难实现脱氮除磷硫效果均好的情况，另外，后续的好氧工艺仍然会有大量曝气要求和大量剩余污泥的产生。为此，目前技术开发的关键是寻求一种既能在去除COD的同时脱氮除磷硫，又节能环保的技术。对于目前比较经济高效的生物处理技术而言，节能的关键就是减少曝气量，环保的关键就是减少剩余污泥的排放量。

膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器作为第三代高速厌氧反应器的代表，在反应器内形成了颗粒污泥，具有污泥浓度高、出水回流可以保证反应器内传质效果好等特点，不仅能高效处理高浓度有机废水，利用出水循环的稀释作用来强化难降解毒性污染物质的矿化等，在低浓度生活污水处理方面更具有明显的优势。但该技术对氮、磷、色度、浊度的去除效果不理想。有研究者提出在EGSB反应器后另外加好氧膜生物反应器来强化氮、磷、色度、浊度等的去除，但此工艺又存在大量曝气需要大量耗能的不足。也有研究者提出在EGSB反应器内加一膜组件，形成厌氧膜生物反应器，并通过微氧曝气来强化氮的去除，但此工艺最终没有解决磷的去除问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体化产甲烷脱氮除磷硫的污水处理方法及其设备，以达到在去除COD的同时脱氮除磷硫的目的，并尽量减少曝气量甚至不曝气，降低污泥排放量甚至长时间不排泥。