CN100545103C - 活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性污泥—生物膜复合式一体化污水处理方法，首先将待处理污水引入缺氧区，不停搅动以便待处理污水与活性污泥充分混合；然后将上述处理后的污水引入设置有填料的曝气区，将微生物悬浮生长的活性污泥和固定生长的生物膜结合起来，通过连续曝气或间歇曝气对进入曝气区的污水进行曝气处理；最后将处理后的污水引入沉淀区，自然沉淀实现泥水分离，沉淀后形成的净水从沉淀区上部引出，沉淀后形成的污泥混合液回流到缺氧区，其余剩余污泥直接排掉。本发明还涉及根据该处理方法设计的处理装置。本发明具有处理能力强、耐冲击负荷、运行简单、便于管理、占地面积少的优点，特别适合于中小城镇。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理方法，具体涉及一种活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理方法，同时还涉及根据该方法设计的污水处理装置，属于污水处理环境保护技术领域。
背景技术
近年来，随着我国城市化发展战略的实施，中小城镇建设的步伐明显加快，大量中小城镇先后涌现。目前，我国的中小城镇已经发展到2万多个。中小城镇在推动经济发展的同时，其带来的环境问题日益显现，尤其中小城镇污水处理能力严重滞后，污水处理问题更加突出。全国绝大多数中小城镇未建立污水处理厂(设施)，大量污水未得到有效处理就直接排入水体，这不仅对当地的水环境造成了污染，而且严重阻碍了经济的发展。现有的污水处理方法和设备较多，其中的生物脱氮除磷设施多以A/O、A2/O工艺为主，生产实践已被广泛应用，技术也较为成熟。但其仍有不够理想之处，尤其对经济力量薄弱，技术人员缺乏，水质水量波动大的中小城镇来说，更是如此，其存在的不足主要有：工艺流程长，运行复杂，不易操作控制与管理，抗冲击负荷能力差，且相对处理能力低，基建投资和占地面积大。另外，实际生产中在水质水量变化较大的情况下，难以保证出水水质。
发明内容
针对现有污水处理方法存在工艺流程长、运行复杂、相对处理能力低、抗冲击负荷能力差、基建投资和占地面积大等不足，本发明的目的是提供一种污水处理能力强、耐冲击负荷、运行简单、便于管理，适用于中小城镇的活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理方法。
本发明的另一个目的是提供根据该方法设计的污水处理装置。
本发明的技术方案是这样实现的：活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理方法，它具有如下处理步骤：
1、将待处理污水引入缺氧区，不停搅动以便待处理污水与活性污泥充分混合，在该区实现生物释磷和局部反硝化；
2、将第一步处理后的污水从缺氧区引入曝气区，曝气区设置有填料，将微生物悬浮生长的活性污泥和固定生长的生物膜结合起来，通过连续曝气或间歇曝气对进入曝气区的污水进行曝气处理；
3、将第二步曝气处理后的污水从曝气区引入沉淀区，自然沉淀实现泥水分离，沉淀后形成的净水从沉淀区上部引出，沉淀后形成的污泥混合液回流到缺氧区，其余剩余污泥直接排掉。
根据上述污水处理方法设计的污水处理装置有两种结构，其中一种结构污水处理装置包括内筒、中间筒、外筒、污泥斗和出水槽，污泥斗接外筒底部，出水槽设于外筒外壁上部，中间筒置于外筒中，内筒置于中间筒中，内筒、中间筒通过支撑定位辐条与外筒固定；内筒中间的空腔为缺氧区，内筒和中间筒之间的空腔为曝气区，中间筒和外筒之间的空腔为沉淀区；内筒上部设置通孔将缺氧区与曝气区连通，下部设有挡板，底部密封；曝气区底部内侧留有环形通孔与沉淀区相通；外筒上部沿圆周开有通孔，通孔位于出水槽上方，出水槽上接出水管；缺氧区设有搅拌器，进水管伸至缺氧区底部；曝气区挂有填料，曝气区底部设曝气管；污泥斗底部分别接混合液污泥回流管和排泥管，其中混合液污泥回流管伸至缺氧区底部。
所述混合液污泥回流管中部为直径扩大的污泥回流通道，污泥回流通道内设置空气提升管。
另一种结构污水处理装置由缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和沉淀区组成“田”字型结构，二级好氧区位于缺氧区对角线位置。缺氧区中间设有搅拌器，底部设有兼做排空管的进水管，缺氧区通过过流孔和一级好氧区连通；一级好氧区挂有作为生物载体的悬浮填料，活性污泥和生物膜在一级好氧区实现复合，底部设有曝气管和排空管，一级好氧区通过过流孔和二级好氧区连通；二级好氧区挂有作为生物载体的悬浮填料，底部设有曝气管，二级好氧区区通过过流孔和沉淀区连通；沉淀区与二级好氧区相邻处设有布水孔及挡流板，沉淀区上部设有出水槽，出水槽上接出水管，底部设有兼做排空管的排泥管，沉淀区与缺氧区相邻处设有污泥回流通道。连通缺氧区和一级好氧区的过流孔位于两区相邻池壁的上部，连通一级好氧区和二级好氧区的过流孔位于两区相邻池壁的底部，连通二级好氧区和沉淀区的过流孔位于两区相邻池壁的上部，一级好氧区上的两过流孔在一级好氧区上呈对角线分布，二级好氧区上的两过流孔在二级好氧区上呈对角线分布。
所述污泥回流通道上部设有伸进缺氧区的污泥回流管，内部设置空气提升管。
上述两种结构中的填料为软性填料、半软性填料、组合填料、弹性填料、悬浮型填料中的一种或几种的混合物。
本方法和装置可根据水质处理要求，灵活设置不同的运行模式，如曝气区连续曝气，类似A/O工艺，曝气区间歇曝气类似A2/O等工艺。
本发明具有如下优点：
(1)采用复合式生物处理方法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。由于曝气区内填料的加入，使生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变成气、液、固三相，为微生物创造了更丰富的存在形式。填料的巨大表面积可增加曝气区的污泥浓度，增大了生物量，还可以使硝化菌呈生物膜固着生长，给生长速率缓慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，使硝化菌始终处于好氧环境中，增加系统中的硝化菌量，提高硝化率，同时也可防止不利条件下的硝化细菌流失，并减少水力停留时间和装置体积；而除磷菌悬浮生长在活性污泥系统中，泥龄可根据除磷的需要而选择相对较短值，两者的分开解决了传统硝化菌与除磷菌泥龄之间的矛盾，更利于装置的稳定运行。
(2)本工艺采用的生物膜法，产生的剩余污泥极少，对污泥处理的要求低，适于中小城镇应用。而且由于大量的微生物生长在填料的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止不用后再启动，其设施可在几天内恢复正常运行。
(3)耐冲击负荷。本装置属于接触氧化类型，本身就耐水量的冲击负荷。且进入装置的原污水与容积相比较小，池中污水对进水有稀释作用，也耐水质的冲击负荷，因此适应中小城镇人口较少，排放出的生活污水水质、水量波动性大的特点。
(4)取消了内回流通道，将混合液回流和污泥回流合并为一个系统，节省了一套回流设施，降低了基建投资。同时参与回流的污泥均经历了完整的厌氧、好氧过程，在除磷方面具有一种“群体效应”，是十分有利的。
(5)与其他工艺相比，较高的污泥回流比能耐受水质的变化，因而具有更高的去除率和适应能力。
(6)设备投资及运行费用低，运行管理方便，一体化程度高。本装置采用一体化结构，无初次沉淀池，减少了占地面积，降低了造价，并且在进水开始一段时间内不进行曝气，进行生物除磷脱氮不需要外加碳源，溶解氧浓度梯度大，氧利用率高，大大降低了运行费用，特别适合于中小城镇污水处理站。
本发明通过处理生活污水的试验研究，对城市污水处理可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级标准中的A标准，并且运行稳定可靠。
附图说明
图1-第一种污水处理装置结构示意图；
图2-图1的俯视图；
图3-第一种污水处理装置水流流向示意图；
图4-第二种污水处理装置平面示意图；
图5-图4的I-I向剖视图。
图6-图4的II-II向剖视图。
图7-图4的III-III向剖视图。
图8-图4的IV-IV向剖视图。
图9-第二种污水处理装置水流流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详述。
活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理方法，它具有如下处理步骤：
1、将待处理污水引入缺氧区，不停搅动以便待处理污水与活性污泥充分混合，在该区实现生物释磷和局部反硝化；
2、将第一步处理后的污水从缺氧区引入曝气区，曝气区设置有填料，将微生物悬浮生长的活性污泥和固定生长的生物膜结合起来，通过连续曝气或间歇曝气对进入曝气区的污水进行曝气处理；
3、将第二步曝气处理后的污水从曝气区引入沉淀区，自然沉淀实现泥水分离，沉淀后形成的净水从沉淀区上部引出，沉淀后形成的污泥混合液回流到缺氧区，其余剩余污泥直接排掉。
根据上述污水处理方法设计的污水处理装置有两套。
装置I见图1、2，本污水处理装置主要由内筒、中间筒、外筒、污泥斗、出水槽组成。污泥斗4接外筒3底部，出水槽5设于外筒3外壁上部，中间筒2置于外筒3中，内筒1置于中间筒2中，内筒1和中间筒2通过支撑定位辐条19与外筒3固定。内筒1中间的空腔为缺氧区A，内筒1和中间筒2之间的空腔为曝气区B，中间筒2和外筒3之间的空腔为沉淀区C。
内筒1上部设置通孔7将缺氧区与曝气区连通，下部设有挡板6，底部密封。曝气区底部内侧留有环形通孔与沉淀区相通。缺氧区A采用活性污泥法，设有搅拌器13，搅拌以保证污泥处于悬浮状态，装有阀门控制流量的进水管10，进水管10伸至缺氧区A的底部。曝气区挂有悬浮填料15作为生物载体，活性污泥和生物膜实现复合。悬浮填料15可采用软性填料、半软性填料、组合填料、弹性填料、悬浮型填料中的一种或几种的混合物。曝气区底部设有曝气管14，曝气管14可以根据情况调节曝气量，连续曝气时，可以调节D0为2.0～5.0mg/L，间歇曝气时可将DO调为1.0mg/L左右。外筒3上部开有通孔9，通孔9位于出水槽5上方，出水槽上接出水管18。污泥斗4底部设三通，三通一端为污泥回流管11，另一端设排泥管12，通过阀门控制，定期排泥，同时兼做排空管，必要时可以排掉装置的污水和污泥。其中混合液污泥回流管11伸至缺氧区底部。为了便于调节混合液与污泥回流量，本实施例混合液污泥回流管中部为直径扩大的污泥回流通道17，污泥回流通道17内设置空气提升管16。根据不同需要，在空气提升管内设置不同的提升气量从而达到调节混合液与污泥回流量的目的。
图3为装置I水流流向示意图。此工艺流程为连续进出水，原水首先通过进水管10进入缺氧区A底部，水流由下向上经缺氧区A处理后通过内筒1上部筒壁均匀开设的通孔7流入曝气区B，经曝气区处理后，从中间筒2底部的环形通孔8经过由下至上流入沉淀区C，进行泥水分离，沉淀后的处理水流入出水槽5，最后经出水管18排出；沉淀的污泥向下滑入污泥斗4，部分混合液和污泥进入污泥回流管11，通过污泥回流通道17回流至缺氧区A底部；剩余污泥经排泥管12排出。
装置II见图4、5、6、7、8，平面结构呈“田”字型，“田”字型的四格分别为缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和沉淀区，即图中所示的A、B、C、D四个区，二级好氧区C和缺氧区A处于对角线位置，一级好氧区B和沉淀区D处于对角线位置。缺氧区A采用活性污泥法，中间设有搅拌器13，搅拌以保证污泥处于悬浮状态。缺氧区A底部设有带阀门的进水管10，兼做此区排空管，缺氧区A和一级好氧区B区相邻池壁上部设有过流孔20将两区连通。一级好氧区B和二级好氧区C均挂有悬浮填料15作为生物载体，悬浮填料15可采用软性填料、半软性填料、组合填料、弹性填料、悬浮型填料等，活性污泥和生物膜在一级好氧区B实现复合。在一级好氧区B和二级好氧区C底部布置有曝气管14，曝气管14可以根据情况调节曝气量。连续曝气时，可以调节一级好氧区DO为2.0～3.0mg/L，二级好氧区DO为3.0～5.0mg/L，一级好氧区B间歇曝气时可将DO调为1.0～2.0mg/L左右。在一级好氧区B底部设有排空管21，用来排放两个好氧区的污水和污泥，一级好氧区B区和二级好氧区C区相邻池壁下部设有过流孔22将两区连通。沉淀区D与二级好氧区C通过二者相邻池壁上部的过流孔23连通，沉淀区D和二级好氧区C相邻处还设有布水孔24及挡流板25，用来减轻水流对沉淀的扰动。与缺氧区A相邻处设有污泥回流通道17，所述污泥回流通道17上部设有伸进缺氧区A的污泥回流管11，内部设置空气提升管16，通过空气提升将混合液和污泥一起回流到缺氧区A，沉淀区D上部设有出水槽5，出水槽上接出水管18，底部设排泥管12，兼做排空管。
上述过流孔20和过流孔22、过流孔22和过流孔23分别在一级好氧区B和二级好氧区C上呈对角线分布。
图9为装置II水流流向示意图。此工艺流程为连续进出水，原水首先通过进水管10由底部进入缺氧区A，水流由下向上经缺氧区A处理后通过缺氧区A和好氧区B相邻池壁上部的过流孔20进入一级好氧区B，经一级好氧区B处理后，从一级好氧区B和二级好氧区C相邻池壁底部的过流孔22由下至上流入二级好氧区C，再经过二级好氧区C和沉淀区D相邻池壁上部过流孔23、布水孔24及挡流板25，进入沉淀区D进行泥水分离，沉淀后的处理水流入出水槽5，最后经出水管18排出；沉淀的污泥一部分和部分混合液通过污泥回流通道17回流至缺氧区A；剩余污泥经排泥管12排出。好氧区的曝气管可以根据情况调节曝气量，污泥回流通道也可根据需要空气提升气量从而调节混合液与污泥回流量。
装置II还有一种变形结构，是在缺氧区A内竖向设有隔板，将其分为缺氧区A1和厌氧区A2，隔板底部设有过流孔将缺氧区A1和厌氧区A2连通，进水管10位于缺氧区A1上部。其他组成和连接关系没有改变。
本发明的主要技术参数：
装置I：
水力停留时间：总停留时间：7.5～13.5小时，其中好氧区A为1.5～2.5小时，曝气区B为4.5～8小时，沉淀区1.5～3小时。
回流比：1.0～3.0。
装置II：
水力停留时间：总停留时间8.5～17小时，其中缺氧区A为2～4小时，一级好氧区B为2～4小时，二级好氧区C为2～4小时，沉淀区2.5～5小时。
回流比：1.0～3.0。
Claims (7)
1、活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理装置，它包括内筒(1)、中间筒(2)、外筒(3)、污泥斗(4)和出水槽(5)，其特征在于：污泥斗(4)接外筒(3)底部，出水槽(5)设于外筒(3)外壁上部，中间筒(2)置于外筒(3)中，内筒(1)置于中间筒(2)中，内筒(1)、中间筒(2)通过支撑定位辐条(19)与外筒(3)固定；内筒(1)中间的空腔为缺氧区，内筒(1)和中间筒(2)之间的空腔为曝气区，中间筒(2)和外筒(3)之间的空腔为沉淀区；内筒(1)上部设置通孔(7)将缺氧区与曝气区连通，下部设有挡板(6)，底部密封；曝气区底部内侧留有环形通孔与沉淀区相通；外筒(3)上部沿圆周开有通孔(9)，通孔(9)位于出水槽(5)上方，出水槽上接出水管(18)；缺氧区设有搅拌器(13)，进水管(10)伸至缺氧区底部；曝气区挂有填料(15)，曝气区底部设曝气管(14)；污泥斗(4)底部分别接混合液污泥回流管(11)和排泥管(12)，其中混合液污泥回流管(11)伸至缺氧区底部。
2、根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：混合液污泥回流管中部为直径扩大的污泥回流通道(17)，污泥回流通道(17)内设置空气提升管(16)。
3、活性污泥-生物膜复合式一体化污水处理装置，其特征在于：该装置由缺氧区、一级好氧区、二级好氧区和沉淀区组成“田”字型结构，二级好氧区位于缺氧区对角线位置；缺氧区中间设有搅拌器(13)，底部设有兼做排空管的进水管(10)，缺氧区通过过流孔(20)和一级好氧区连通；一级好氧区挂有作为生物载体的悬浮填料(15)，活性污泥和生物膜在一级好氧区实现复合，底部设有曝气管(14)和排空管(21)，一级好氧区通过过流孔(22)和二级好氧区连通；二级好氧区挂有作为生物载体的悬浮填料(15)，底部设有曝气管(14)，二级好氧区通过过流孔(23)和沉淀区连通；沉淀区与二级好氧区相邻处设有布水孔(24)及挡流板(25)，沉淀区上部设有出水槽(5)，出水槽上接出水管(18)，底部设有兼做排空管的排泥管(12)，沉淀区与缺氧区相邻处设有污泥回流通道(17)。
4、根据权利要求3所述的污水处理装置，其特征在于：连通缺氧区和一级好氧区的过流孔(20)位于两区相邻池壁的上部；连通一级好氧区和二级好氧区的过流孔(22)位于两区相邻池壁的底部；连通二级好氧区和沉淀区的过流孔(23)位于两区相邻池壁的上部；连通缺氧区和一级好氧区的过流孔(20)和连通一级好氧区和二级好氧区的过流孔(22)、连通一级好氧区和二级好氧区的过流孔(22)和连通二级好氧区和沉淀区的过流孔(23)分别在一级好氧区和二级好氧区上呈对角线分布。
5、根据权利要求3或4所述的一体化污水处理装置，其特征在于：所述污泥回流通道(17)上部设有伸进缺氧区的污泥回流管(11)，污泥回流通道(17)内部设置空气提升管(16)。
6、根据权利要求3或4所述的一体化污水处理装置，其特征在于：缺氧区通过隔板分为缺氧区A1和厌氧区A2，隔板底部设有过流孔。
7、根据权利要求1或3所述的污水处理装置，其特征在于：所述填料为软性填料、半软性填料、组合填料、弹性填料、悬浮型填料中的一种或几种的混合物。
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