專利名稱：一種活性污泥-生物膜反應(yīng)器及處理有機(jī)廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)，具體地涉及一種處理有機(jī)廢水的活性污泥-生物膜反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及利用上述裝置處理高氨氮有機(jī)廢水的方法。
背景技術(shù)：
氨氮是造成水體發(fā)生富營養(yǎng)化的重要原因。目前，一方面氨氮排放量不斷增加，另一方面，國家對氨氮的排放標(biāo)準(zhǔn)控制更加嚴(yán)格，因此，需要研究有效、快捷的氨氮處理技術(shù)。 現(xiàn)階段，氨氮的主要處理方法有物理、化學(xué)、生物和物化等多種方法，其中生物處理法是比較傳統(tǒng)的，也是應(yīng)用比較廣泛的一種方法，同時生物法具有造價相對較低、容積負(fù)荷高、運行管理簡單等優(yōu)點。但如果設(shè)計或運行不當(dāng)，其出水氨氮值較高，水質(zhì)不穩(wěn)定，易波動，不能持續(xù)滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)。高氨氮有機(jī)廢水特性就是易生物降解有機(jī)物含量低、C/N比率低，供微生物生長的碳源相對較少。微生物脫氮的關(guān)鍵是污水中必須有足量供微生物生長并用于反硝化反應(yīng)的有機(jī)碳源，有機(jī)物的濃度和種類均是影響生物脫氮技術(shù)的核心。處理這類廢水有效的方法是添加易生物降解的碳源，如葡萄糖、乙醇等，但外加碳源的量和添加碳源的時間不易控制，工藝的操作工序復(fù)雜，以外加碳源的方式提高處理效果會大大增加處理工藝的成本和操作成本，尤其不適用于低耗高效的農(nóng)村污水處理。多次缺氧攪拌-曝氣交替方式也能改善處理效果，但加大了工作強(qiáng)度和設(shè)備投資。若僅采用好氧工藝處理，曝氣周期長，能耗高，也未必能達(dá)到好的處理效果。因此，改善污水可生化性，提高污水中原有碳源的利用率是本發(fā)明的目標(biāo)之關(guān)于生物法去除氨氮的機(jī)理研究是改進(jìn)脫氮技術(shù)的另一個突破口，通常認(rèn)為生物法中微生物脫氮機(jī)理主要包括微生物對氮的同化吸收和氨化-亞硝化-硝化-反硝化過程，其中氨化-亞硝化-硝化-反硝化是生物法脫氮的最主要途徑，即氨化細(xì)菌將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，氨態(tài)氮在好氧的條件下，被亞硝化菌轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，進(jìn)而在硝化菌的參與下被氧化成硝態(tài)氮，最后在兼性厭氧區(qū)及厭氧區(qū)，硝態(tài)氮在反硝化細(xì)菌的作用下被還原成N2O或N2。因此，改良優(yōu)化微生物脫氮過程是本發(fā)明的另一個目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種處理有機(jī)廢水的活性污泥-生物膜反應(yīng)器。本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置處理高氨氮有機(jī)廢水的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的處理氨氮有機(jī)廢水的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，主要結(jié)構(gòu)為配水池，通過水泵連接活性污泥反應(yīng)器的進(jìn)水口 ；其中，活性污泥反應(yīng)器底部開設(shè)有排泥口，活性污泥反應(yīng)器的內(nèi)部位于排泥口上方設(shè)有曝氣盤，位于曝氣盤的上方設(shè)有攪拌器；
活性污泥反應(yīng)器的出水口通過水泵連接至好氧生物膜反應(yīng)器的進(jìn)水口 ；其中，該好氧生物膜反應(yīng)器底部開設(shè)有排泥口，好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥口上方設(shè)有曝氣盤，好氧生物反應(yīng)器內(nèi)的填料上生長有好氧生物膜；加熱帶和溫感探頭，該加熱帶和溫感探頭連接至設(shè)置在好氧生物膜反應(yīng)器外部的溫度控制儀；好氧生物膜反應(yīng)器分別設(shè)有兩個出水口，其中第一出水口連接至出水箱，第二出水口連接至配水箱；曝氣機(jī)，分別連接活性污泥反應(yīng)器的曝氣盤和好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣盤。所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，曝氣機(jī)是通過流量計分別連接活性污泥反應(yīng)器的曝氣盤和好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣盤。所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，曝氣機(jī)為兩臺，其中一臺曝氣機(jī)通過流量 計連接活性污泥反應(yīng)器的曝氣盤，另一臺曝氣機(jī)通過流量計連接好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣盤。所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，連接好氧生物膜反應(yīng)器曝氣盤的曝氣機(jī)為納米曝氣機(jī)。所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，納米曝氣機(jī)通過一進(jìn)水管連接至好氧生物膜反應(yīng)器的上部。所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，所述的進(jìn)水口和出水口均分別安裝有電
磁閥門。本發(fā)明提供的利用上述的活性污泥-好氧生物膜反應(yīng)器處理氨氮有機(jī)廢水的方法，其主要步驟如下I)污水進(jìn)入活性污泥反應(yīng)器內(nèi)，由活性污泥反應(yīng)器內(nèi)的攪拌器攪拌進(jìn)行第一步厭氧反應(yīng)，將難溶解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶解有機(jī)物，大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的有機(jī)物；2)經(jīng)過第一步厭氧反應(yīng)的污水溫度調(diào)節(jié)至20_25°C，活性污泥反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行曝氣，溶解氧濃度為O. 5-0. 7mg/L，pH = 7. 5-8. 5，營造兼性厭氧環(huán)境，將硝化過程控制在亞硝化階段，實現(xiàn)亞硝酸根的大量累積，同時聚磷菌進(jìn)行磷的吸收；3)停止曝氣，攪拌下進(jìn)行第二步厭氧反應(yīng)，進(jìn)一步的消解有機(jī)物，反硝化菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，同時反硝化聚磷菌以亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化聚磷；4)停止攪拌，進(jìn)行泥水分離，廢水進(jìn)入好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，消解水流中殘余的有機(jī)物，脫除剩余的氨氮，并吸收反硝化聚磷后殘余的磷；污泥由排泥口排出；5)反應(yīng)結(jié)束后，處理后的部分廢水流入至出水箱，另一部廢水分回流至配水池內(nèi)，污泥由排泥口排出。所述的方法，其中，處理后的廢水回流至配水池，將污水調(diào)節(jié)至COD濃度低于1000mg/L,氨氮濃度低于300mg/L,磷濃度低于25mg/L。本發(fā)明提供的活性污泥與好氧生物膜反應(yīng)器相結(jié)合的反應(yīng)器，可以提高廢水中易生物降解的有機(jī)物含量，為微生物脫氮提供碳源。同時使用短程硝化反硝化技術(shù)，縮短微生物脫氮過程，不但節(jié)約了能源，而且大大節(jié)省了時間，為各種高氨氮有機(jī)廢水的處理提供了可行的方法。


圖I是本發(fā)明第一實施例活性污泥-生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第二實施例活性污泥-生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中主要組件符號說明
I配水池；2活性污泥反應(yīng)器；3好氧生物膜反應(yīng)器；4出水箱；5曝氣盤；6水泵；7溫度控制儀；8溫感探頭；9加熱帶；10攪拌器；11轉(zhuǎn)子流量計；12曝氣機(jī)；12'納米曝氣機(jī)；12''進(jìn)水管；13排泥口。
具體實施例方式本發(fā)明首先將生物膜反應(yīng)器處理過的廢水利用回流裝置回流至配水池，使得進(jìn)水COD濃度低于1000mg/L，氨氮濃度低于300mg/L，磷濃度低于25mg/L，方可將經(jīng)過調(diào)解的進(jìn)水泵入活性污泥反應(yīng)器內(nèi)。活性污泥反應(yīng)器內(nèi)分為“厭氧-缺氧-厭氧”三個階段，第一步厭氧階段對高氨氮有機(jī)廢水先進(jìn)行消解預(yù)處理，將難溶解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶解有機(jī)物，大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的有機(jī)物，為接下來的微生物脫氮除磷過程提供碳源，同時厭氧環(huán)境也可以促進(jìn)磷的釋放。水力停留時間為15小時，COD去除率可達(dá)到60%以上，使有機(jī)物初級降解，降低廢水處理難度，在碳氮比一定的情況下提高了脫氮除憐效率。接下來的第二步、第三步是利用短程硝化反硝化過程推進(jìn)亞硝化反應(yīng)后的亞硝酸根直接反硝化成N2O或N2，提高了脫氮的速率。其中第二步缺氧階段在活性污泥反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行微曝氣，將溶解氧濃度控制在O. 5-0. 7mg/L之間，pH控制在7. 5-8. 5之間，營造兼性厭氧環(huán)境，將硝化過程控制在亞硝化階段，實現(xiàn)亞硝酸根的大量累積，同時聚磷菌進(jìn)行磷的吸收，水力停留時間為3小時；第三步厭氧反硝化階段進(jìn)一步的消解有機(jī)物，反硝化菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，同時反硝化聚磷菌以亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化聚磷。而好氧生物膜反應(yīng)器更徹底的將殘余的有機(jī)物消解，脫除剩余的氨氮，并將反硝化聚磷后殘余磷吸收完全，水力停留時間為6小時。短程硝化反硝化階段氨氮去除率可達(dá)到50% -60%，曝氣量可節(jié)省1/4，大大降低了能耗；減少污泥產(chǎn)生量40-50%，縮短反應(yīng)時間，減少占地面積。好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)填充一種高效率的碳素纖維草作為填料，碳素纖維生態(tài)草阻力小，布水、布?xì)庑阅芎?，比表面積大，能提供微生物附著生長的場所；同時使用高效率的納米曝氣裝置進(jìn)行曝氣，營造好氧環(huán)境，更徹底的消解剩余有機(jī)物，脫除剩余氨氮，對殘余磷進(jìn)行吸收，水力停留時間為8-20小時，出水氨氮、COD去除效果高達(dá)90-95%，水質(zhì)穩(wěn)定、工藝簡單、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、不易發(fā)生污泥膨脹、可以持續(xù)滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是，活性污泥反應(yīng)器內(nèi)攪拌器一直在工作，在“厭氧-缺氧-厭氧”三個階段中分別起著“攪拌混勻-切割氣泡、攪拌混勻-攪拌混勻”的作用。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。實施例I請結(jié)合圖1，廢水與回流液于配水池I內(nèi)混合，在水泵6的作用下導(dǎo)入活性污泥反應(yīng)器2，同時開啟攪拌器10，使活性污泥與廢水充分混合，進(jìn)行第一階段厭氧反應(yīng)。廢水注滿活性污泥反應(yīng)器2后關(guān)閉水泵6。12h后開始第二階段缺氧反應(yīng)，打開納米曝氣機(jī)12，在轉(zhuǎn)子流量計11的控制下由曝氣盤5曝氣。第二階段結(jié)束后開始第三階段的厭氧反應(yīng)，與第一階段相同。活性污泥反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉攪拌器10，沉淀一段時間進(jìn)行泥水分離，在水泵6的作用下流入好氧生物膜反應(yīng)器3內(nèi)反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后一部分處理后廢水在重力作用下流入出水箱4，一部分回流至配水池I內(nèi)。兩個反應(yīng)器內(nèi)溫度均由溫度控制儀7來調(diào)節(jié)，當(dāng)溫感探頭8檢測到溫度高于所需溫度時，溫度控制儀7停止加熱帶9的加熱過程。剩余污泥由排泥口 13排出。
活性污泥的培養(yǎng)實現(xiàn)過程 首先將接種的底泥鋪置于反應(yīng)器底部，用微生物培養(yǎng)液按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重量比為底泥微生物培養(yǎng)液=3 1、2 1、1 1、1 2、1 3，不斷加大混合液中微生物培養(yǎng)液的比例，直至最后進(jìn)水全為微生物培養(yǎng)液。加入反應(yīng)器中微曝氣，將溶解氧濃度控制在O. 5-0. 7mg/L之間,pH控制在7. 5-8. 5之間，營造兼性厭氧環(huán)境,混合液兩天換一次，此操作持續(xù)大約兩星期，直至COD和氨氮符合進(jìn)水指標(biāo)，待污泥形狀漸漸變好，顏色逐漸由黑色變成黑褐色，具有清新泥土味，沉降性能良好，亞硝酸根得到大量富集，表明污泥培養(yǎng)階段結(jié)束。其中接種的污泥采用污水處理廠二次沉淀池的剩余污泥；微生物培養(yǎng)液配方為葡萄糖 I. 4g/L，Κ2ΗΡ0419· 15mg/L, ΚΗ2Ρ0422· 85mg/L, NH4Cll. 15g/L, MgSO4O. 15g/L 和微量元素。其水質(zhì)指標(biāo)為pH :7. 86 ; P (CODcr) 1000mg/L ； P (NH:_N) 300mg/L ； P (PO43^-P)25mg/L。生物膜反應(yīng)工藝填料快速掛膜的方法實現(xiàn)過程首先將接種的底泥鋪置于反應(yīng)器底部，用微生物培養(yǎng)液按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重量比為底泥微生物培養(yǎng)液=3 1、2 1、1 1、1 2、1 3，不斷加大混合液中微生物培養(yǎng)液的比例，直至最后進(jìn)水全為微生物培養(yǎng)液。加入反應(yīng)器中曝氣，連續(xù)操作一星期，待污泥形狀漸漸變好，顏色逐漸由黑色變成黃褐色，具有清新泥土味，沉降性能良好，COD和氨氮去除率分別穩(wěn)定至85%以上，反應(yīng)器出水穩(wěn)定，表明污泥培養(yǎng)階段結(jié)束即可進(jìn)行下一操作。在污泥馴化完成后即可進(jìn)行填料掛膜。將填料放進(jìn)反應(yīng)器，填料高度與水深比為
O.7，悶曝24h，靜置一段時間，然后排出部分懸浮態(tài)微生物及上清液，再加入微生物培養(yǎng)液，繼續(xù)曝氣、靜置，反復(fù)幾次，掛膜成功時，肉眼可以看到反應(yīng)器內(nèi)壁上附著一定量的絲狀絮體，填料的表面都裹上了一層淺黃色的生物膜，并且顏色逐漸加深。曝氣過程中采用微曝氣，若是過度曝氣攪拌，會使生物難以附著在填料表面。填料掛膜過程大約持續(xù)一星期。其中接種的底泥采用污水處理廠二次沉淀池的剩余污泥；微生物培養(yǎng)液是農(nóng)村生活污水，微生物培養(yǎng)液的配方為葡萄糖O. 42g/L，K2HP043. 83mg/L, KH2P044. 57mg/L,NH4C195. 35mg/L,MgSO4O. 15g/L 和微量元素。其水質(zhì)指標(biāo)為pH :7. 86 ； P (CODcr) 300mg/L ；P (NH4+-N) 25mg/L ； P (PO43^-P) :5mg/L。實施例2本實施例的活性污泥-生物膜反應(yīng)器與實施例I基本相同。不同之處是本實施例的好氧生物膜反應(yīng)器3的曝氣機(jī)為納米曝氣機(jī)12'，并且通過一進(jìn)水管12''連接到好氧生物膜反應(yīng)器3的上部。
本實施例的納米曝氣機(jī)能產(chǎn)生大量的微氣泡，當(dāng)這些納米氣泡溶于水中時，水呈乳白色，增大了氣液傳質(zhì)的比表面積，從而提高了氣液傳質(zhì)的效率。而且納米氣泡緩慢的上升速度大大增加了氣液接觸面積、接觸時間，有利于氣泡溶于水中，增加水中溶解氧的濃度。從一定程度上克服了氧氣難溶于水的缺點。這就使得利用納米曝氣在氣液傳質(zhì)方面有了自己獨特的優(yōu)勢。微納米氣泡傳質(zhì)過程中對污水中的微細(xì)污染物顆粒有一定的氣浮作用，曝氣裝置水底制造無數(shù)個極其微小、均勻的氣泡，促使微納米氣泡均勻、穩(wěn)定地在水中釋放，把污水中的微細(xì)污染物顆粒利用氣泡俘獲在其表面或者粘附在一起帶上水面，從而實現(xiàn)清水與污 染物顆粒的分離。曝氣裝置產(chǎn)生氣泡的數(shù)量、大小決定了治水的質(zhì)量，超越了傳統(tǒng)的氣浮法。
權(quán)利要求
1.一種處理氨氮有機(jī)廢水的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，主要結(jié)構(gòu)為 配水池，通過水泵連接活性污泥反應(yīng)器的進(jìn)水口； 其中，活性污泥反應(yīng)器底部開設(shè)有排泥口，活性污泥反應(yīng)器的內(nèi)部位于排泥口上方設(shè)有曝氣盤，位于曝氣盤的上方設(shè)有攪拌器； 活性污泥反應(yīng)器的出水口通過水泵連接至好氧生物膜反應(yīng)器的進(jìn)水口； 其中，該好氧生物膜反應(yīng)器底部開設(shè)有排泥口，好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥口上方設(shè)有曝氣盤，好氧生物反應(yīng)器內(nèi)的填料上生長有好氧生物膜； 加熱帶和溫感探頭，該加熱帶和溫感探頭連接至設(shè)置在好氧生物膜反應(yīng)器外部的溫度控制儀；好氧生物膜反應(yīng)器分別設(shè)有兩個出水口，其中第一出水口連接至出水箱，第二出水口連接至配水箱； 曝氣機(jī)，分別連接活性污泥反應(yīng)器的曝氣盤和好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，所述的曝氣機(jī)是通過流量計分別連接活性污泥反應(yīng)器的曝氣盤和好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，所述的曝氣機(jī)為兩臺，其中一臺曝氣機(jī)通過流量計連接活性污泥反應(yīng)器的曝氣盤，另一臺曝氣機(jī)通過流量計連接好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，所述的連接好氧生物膜反應(yīng)器曝氣盤的曝氣機(jī)為納米曝氣機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，所述的納米曝氣機(jī)通過一進(jìn)水管連接至好氧生物膜反應(yīng)器的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，其中，所述的進(jìn)水口和出水口均分別安裝有電磁閥門。
7.一種利用權(quán)利要求I所述的活性污泥-好氧生物膜反應(yīng)器處理氨氮有機(jī)廢水的方法，其主要步驟如下 1)污水進(jìn)入活性污泥反應(yīng)器內(nèi)，由活性污泥反應(yīng)器內(nèi)的攪拌器攪拌進(jìn)行第一步厭氧反應(yīng)，將難溶解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶解有機(jī)物，大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易生物降解的有機(jī)物； 2)經(jīng)過第一步厭氧反應(yīng)的污水溫度調(diào)節(jié)至20-25°C，活性污泥反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行曝氣，溶解氧濃度為O. 5-0. 7mg/L, pH = 7. 5-8. 5，營造兼性厭氧環(huán)境，將硝化過程控制在亞硝化階段，實現(xiàn)亞硝酸根的大量累積，同時聚磷菌進(jìn)行磷的吸收； 3)停止曝氣，攪拌下進(jìn)行第二步厭氧反應(yīng)，進(jìn)一步的消解有機(jī)物，反硝化菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，同時反硝化聚磷菌以亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行反硝化聚磷； 4)停止攪拌，進(jìn)行泥水分離，廢水進(jìn)入好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，消解水流中殘余的有機(jī)物，脫除剩余的氨氮，并吸收反硝化聚磷后殘余的磷；污泥由排泥口排出； 5)反應(yīng)結(jié)束后，處理后的部分廢水流入至出水箱，另一部廢水分回流至配水池內(nèi)，污泥由排泥口排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，處理后的廢水回流至配水池，將污水調(diào)節(jié)至COD濃度低于1000mg/L,氨氮濃度低于300mg/L,磷濃度低于25mg/L。
全文摘要
一種處理氨氮有機(jī)廢水的活性污泥-生物膜反應(yīng)器，主要結(jié)構(gòu)為配水池，通過水泵連接活性污泥反應(yīng)器的進(jìn)水口；反應(yīng)器底部開設(shè)有排泥口，反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥口上方設(shè)有曝氣裝置，位于曝氣裝置的上方設(shè)有攪拌器；反應(yīng)器的出水口通過水泵連接至好氧生物膜反應(yīng)器的進(jìn)水口；該好氧生物膜反應(yīng)器底部開設(shè)有排泥口，內(nèi)部位于排泥口上方設(shè)有曝氣裝置，內(nèi)部的填料上生長有好氧生物膜；好氧生物膜反應(yīng)器分別設(shè)有兩個出水口，其中第一出水口連接至出水箱，第二出水口連接至配水箱；曝氣機(jī)，分別連接活性污泥反應(yīng)器和好氧生物膜反應(yīng)器的曝氣裝置。本發(fā)明還公開了處理氨氮有機(jī)廢水的方法。
文檔編號C02F9/14GK102887608SQ201110204168
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者席北斗, 王雷, 夏訓(xùn)峰, 張列宇, 王金生, 牛永超, 趙穎, 李曉光 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院