CN101585650B

CN101585650B - 挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法与装置

Info

Publication number: CN101585650B
Application number: CN2009100696394A
Authority: CN
Inventors: 吴琼; 华涛; 周启星; 周亚飞; 李威
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: CN101585650A

Abstract

本发明涉及一种挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法与装置，属于水处理和环保技术领域。本发明以连续曝气-间歇曝气工艺为基础，以浮动曝气链为曝气装置，并由浮动链支链上悬挂的填料来附着生物膜，对污染水域进行修复和水质改善。本发明经济、高效，对水质和水量变化有较强适应性，在低水温条件下也能保持净化功能，且无剩余污泥。处理后的出水水质能得到改善，对污染水体的修复能取得较好效果。特别适用于受污染河流或水库等污染水体的原位修复。

Description

挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法与装置

技术领域

本发明属于水处理与环境保护技术领域，涉及的是一种用于水质改善的挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法与装置。

背景技术

随着我国的经济高速增长，水污染问题也越来越严重。流域污染伴随着流域经济社会粗放式发展逐步产生，并有越来越严重的趋势。很多江河成了排污沟、毒沟，一些湖泊成了纳污湖、臭湖。2006年，七大水系中属V类和劣V类水质的占26％，国家重点监控的9大湖泊中整体水质为V类和劣V类的有7个。2007年以来，辽河、海河为重度污染，一些河道丧失了使用功能。

目前，污废水大多通过化学法、活性污泥法和微生物生化法进行处理。这些方法都不同程度地存在处理工艺复杂、动力消耗大、基建成本高、维护管理难、效果差等问题。尤其对于区域污染水体，很多工艺由于费用高，操作难，稳定性差等原因，使用受到限制。

传统活性污泥法进水有机物负荷不宜过高，造成曝气池容积大，占用土地较多，基建费用高；对进水水质、水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化影响。

SBR法工艺对水质水量的变化有很强的适应性，出水水质好，污泥量少，而且不需二沉池及污泥回流等设备。但是设备的闲置率较高，操作管理也较为复杂。

德国的百乐克(Biolak)工艺，由于其曝气池采用土池结构，池底铺设防渗膜，曝气装置采用无固定的漂浮移动式曝气系统供氧，由于移动式曝气系统的充氧特征，在生化池内能产生多重的缺氧和好氧区域，具有高效低耗的特点，但是在运行过程中还是存在很多问题。工艺除多级曝气池外，还设有厌氧池，终沉池和稳定池，占地面积较大，稳定池的作用也并不明显。多级曝气池内的A/O区域的缺氧和好氧效果不能保证，污水COD和氨氮的处理效果不太好。微孔曝气器相对于其他曝气器而言也较为昂贵，而且曝气设备也较为复杂。

若直接应用上述污水处理工艺进行水体污染修复，不但涉及工程量大，运行维护的成本也会很高，同时无法保证效果，因此，研究出一种高效低耗，简便易行，且能适用于流域污染原位污染水体修复的技术势在必行。

在污水微生物处理中，活性污泥驯化可使已有的用于其它污废水处理的活性污泥逐步具有处理某种特定工业废水的能力。通过在进水中逐渐增加特定工业废水的比例，或提高工业废水的浓度，并根据微生物需要添加养料，以使微生物逐渐适应新的生活条件，达到对特定废水所要求的满负荷及很高的处理效率为止。驯化过程中，能分解废水的微生物得到发展，不能适应的微生物被逐渐淘汰。

常用的微生物载体填料分为固定式填料，悬挂式填料、分散型填料及新型生物填料，具体包括软性填料、组合填料、弹性填料、堆积式填料和悬浮填料等。水处理中选用何种填料通常根据废水水质、处理工艺、装置构造、使用条件等因素来确定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效低耗、应用范围广、使用便利的挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法，利用本方法可以方便的实现区域污染水体的原位修复。

本发明的另一个目的是提供用于挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法的装置，该装置结构简单，剩余污泥量少，投资费用省。

为实现上述目的，本发明公开了挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法。其特征在于：污水按处理运行周期间断进入第一反应区域，在第一反应区域利用挂膜浮动曝气装置进行连续曝气，使其与投放于第一反应区域内的活性污泥充分混合；第一反应区域再间断出水进入第二反应区域，利用挂膜浮动曝气装置进行间歇曝气，使其再次与投放于第二反应区域内的活性污泥充分混合，沉淀后，排出上清液；所述反应区域的平均活性污泥浓度MLSS为3000～5000mg/L。

本发明还公开了用于挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法的装置，包括反应池，曝气装置，曝气泵，气阀，时控装置，水泵和管路，其特征在于所述反应池分隔为第一反应区域和第二反应区域，所述第一反应区域进水口经水泵与进水连接，所述第二反应区域设有经出水阀的出水口，并由时控装置控制出水时间，所述第一反应区域与第二反应区域的连接水口位于两个反应区域相连处隔离板的接近水面处，并且所述第二反应区域和第一反应区域的底部通过管路和回流泵相连接；所述曝气装置为并联的多组，分别通过气阀再和管路与曝气泵连接；所述曝气装置分别垂于第一反应区域和第二反应区域内，并且在第一反应区域和第二反应区域的曝气装置之间连接有时控装置。

本发明的有益效果是：本发明以连续曝气-间歇曝气工艺为基础，以浮动曝气链为曝气装置，并由浮动链支链上悬挂的填料来附着生物膜，对污染水域进行修复和水质改善。其中，挂膜浮动链曝气方法工艺简单，便于对污染水域进行原位修复。间歇式进水可以充分利用反应区域和反应时间。二次曝气池兼作沉淀池，只用两个反应区便可对污水进行有效治理。同时采用活性污泥法和生物膜法结合，对水量、水质和水温变动适应性强，处理效果好并具良好硝化反硝化功能。本发明经济、高效，在低水温条件下也能保持净化功能，且无剩余污泥。处理后的出水水质能得到改善，对污染水体的修复能取得较好效果。

附图说明

图1为本发明的反应装置图。

图中：1水泵，2回流泵，3球形悬浮填料，4曝气头，5平直溢流堰，6曝气泵，7气阀，8曝气链支链，9曝气链主链，10时控装置，11进水泵时间控制器，12出水阀。

具体实施方式

本发明的污染水体修复新方法是，污水按处理运行周期间断进入第一反应区域(反应器I)，在第一反应区域利用挂膜浮动曝气装置进行连续曝气，使其与投放于第一反应区域内的活性污泥充分混合。第一反应区域再间断出水进入第二反应区域(反应器II)，利用挂膜浮动曝气装置进行间歇曝气，使其再次与投放于第二反应区域内的活性污泥充分混合，沉淀后，排出上清液。

该污水处理一个运行周期的流程为：预先将污水注满第一反应区域，且第一反应区域连续曝气；然后通过水泵向第一反应区域进水，溢出的污水进入第二反应区域，1h后充满；在开始进水0.5h后第二反应区域开始曝气，曝气时间为3～6h，间歇时间与曝气时间相等，在结束间歇前1h开始通过出水阀将上清液排空，排水时间为0.5h。

在反应区域的平均活性污泥浓度MLSS为3000～5000mg/L。其活性污泥是由城市污水处理厂DAT池好氧污泥经驯化而成，驯化用水为污水库存量混合化工废水。所述城市污水处理厂为处理城市市政废水，工业废水与生活污水的污水处理厂；所述污水库存量混合化工废水为电镀、酿造、石化和农药废水的混合废水。

在第一反应区域(反应器I)中污水通过生化反应，使水中大部分有机污染物得到降解。出水流入第二反应区域(反应器II)，进行间歇曝气，通过二次曝气，使剩余的有机污染物发生降解。反应器II内依次进行曝气-沉淀过程。在沉淀期间，由于没有外部氧气供给，泥水混合体系中的氧气逐渐被消耗，造成体系底部发生缺氧或厌氧。

所述第二反应区域还持续从底部回流部分污水至第一反应区域，每小时回流体积为第一反应区域有效容积的10～30％(即回流体积比为10～30％)。同时，反应器I内的水也不断被带入反应器II中。反应体系中的污水不断经过好氧-缺氧-厌氧过程，以此可以去除污水中的氮，也可以使大分子的有机污染物得到有效降解，可适用于较高COD的废水处理中。

另一方面，在反应器I和反应器II的曝气链上都挂有球型悬浮填料，活性污泥可在填料上附着生长，形成生物膜。在生物膜上，微生物高度密集，形成有机污染物-细菌-原生动物(后生动物)的食物链。随着反应器的运行，生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态。随着生物膜的更新，厌氧膜和好氧膜达到平衡，有机物被吸附在生物膜上，经过厌氧膜和好氧膜内生物的作用，可以得到有效降解。

在实际工程中，在污染水域内只需用隔板分隔出两块区域当作反应器I和反应器II，在两块区域内投放3000～5000mg/L的活性污泥，并且间隔一定距离悬挂曝气链，通过鼓风机向水里充氧，使反应区域内的泥水充分混合，降解污染物。其中，曝气链主链间的间距为1～3米，一条曝气链主链上各支链间的间距为1～3米。在河流中可通过水流势能带动污染水进入和流出反应器，在湖泊内可用水泵将水抽入或抽出反应区域。处理完毕之后，停止曝气，把沉入水底的污泥层抽取出来，再将曝气链撤回。处理之后的反应设施也可以回收并且重复使用，减少处理成本。

本发明的装置如图1所示，由反应池，曝气装置，时控开关10，曝气泵6，气阀7，水泵1，进水泵时间控制器11和管路等组成。反应池分隔为第一反应区域(反应器I)和第二反应区域(反应器II)。所述曝气装置为浮动曝气链装置，由浮在水面的曝气链主链9连接垂入水体中的曝气链支链8，曝气链支链的底部连接曝气头4组成。所述曝气链支链上挂有球形悬浮填料3，用于附着生物膜。在第一反应区域与第二反应区域的连接水口处，在第一反应区域一侧前面设有平直溢流堰，溢流堰水下高度为水深的1/5～1/3。

污水通过进水泵时间控制器11控制进水时间，通过经由进水泵1进入反应池，在反应器I内与污泥混合。空气通过曝气泵6进入曝气链主链9中，再进入曝气链支链8，由挂在链下端的曝气头4进入水体，使反应器I呈好氧状态。充气量的大小由气阀7控制，曝气的扰动使反应器内的泥水混合均匀。微生物可以附着在曝气支链上的填料3上，形成生物膜。污水在反应器I内反应一段时间后，出水通过溢流堰5进入反应器II。溢流堰5为平直型，其水下高度为水深的1/4。可以阻止反应器I的部分活性污泥流入反应器II。以防止反应器II向反应器I回流污水时，两个反应器的水面势差会使反应器I中的污泥不断流入反应器II，造成反应器I的降解反应不充分。反应器II内也采用和反应器I相同的曝气链进行充气，曝气时间由时控开关10控制。部分污水从反应器II通过回流泵2和回流管路持续回流进反应器I，部分污水在反应器II中经过曝气-沉淀(间歇)过程，在沉淀后期时，上清液为经修复处理后的出水，经由时控开关10控制，通过出水阀12排出反应器II。

以下结合实施例对本发明进行详细说明：

天津某工业园区污水库长期接受氯碱、农药、电镀等工业废水，水质复杂。本实施例将该污水库存量废水(COD 224.89mg/L，BOD 104.76mg/L，NH₄ ⁺-N 29.90mg/L，pH5.7，盐度11％，Pb 0.11mg/L)置于图1的反应装置中。反应用的活性污泥采自污水处理厂，经污水库废水驯化1个月后，投入反应器中。启动反应装置(浮动链的填料上事先已附着了驯化之后的微生物膜)，每隔2天取一次进水和出水，测定COD和氨氮去除率。反应装置的参数设置如下：

表1反应装置参数设置

污泥浓度MLSS(mg/L)	污水总停留时间HRT(h)	每小时回流体积比(％)	反应器II曝气时间(h)	反应器II沉淀时间(h)
					3.383	12	23	6	6

反应初始10d的出水数据如下：

表2反应装置启动期处理效果

时间(d)	2	4	6	8	10
						COD去除率(％)	23.21	32.04	37.74	41.38	40.29
NH₄ ⁺-N去除率(％)	24.68	30.35	34.62	37.07	37.42

改变表1中的实验参数，得出处理该废水时的反应装置最优参数如表3，最优参数时的污泥SV₃₀为27％，SVI值为62.43。

表3反应装置最优参数

污泥浓度MLSS(mg/L)	污水总停留时间HRT(h)	每小时回流体积比(％)	反应器II曝气时间(h)	反应器II沉淀时间(h)
					4.325	8	23	4	4

由于污水库每天都有工业园区的各种工业废水和生活污水排入，水库的水质波动性比较大。在最优参数下，对不同进水进行处理，反应出水水质如表4所示。

表4不同进水水质时污水处理效果

进水COD(mg/L)	143.60	185.27	224.89	296.03
					COD去除率(％)	46.73	47.26	51.90	58.64
NH₄ ⁺-N去除率(％)	42.95	42.67	48.83	47.57

由表可以看出，当进水水质不同时，本发明装置仍具有较好的水质改善能力。且当该污水COD提高时，微生物能够获得足够的碳源，营养配比提高，微生物也能获得较高活性，从而提高污水处理能力。若能实现截污，杜绝新的污染进入，污染水体的水质一定能够得到有效提高。

Claims

1.一种挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法，其特征在于：污水按处理运行周期间断进入第一反应区域，在第一反应区域利用挂膜浮动曝气装置进行连续曝气，使其与投放于第一反应区域内的活性污泥充分混合；第一反应区域再间断出水进入第二反应区域，利用挂膜浮动曝气装置进行间歇曝气，使其再次与投放于第二反应区域内的活性污泥充分混合，沉淀后，排出上清液；所述反应区域的平均活性污泥浓度MLSS为3000～5000mg/L；所述曝气装置为浮动曝气链装置，由浮在水面的曝气链主链连接垂入水体中的曝气链支链，曝气链支链的底部连接曝气头组成；所述曝气链支链上挂有球型悬浮填料，用于附着生物膜。

2.根据权利要求1所述的挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法，其特征在于所述活性污泥是由城市污水处理厂DAT池好氧污泥经驯化而成，所述驯化用水为污水库存量混合化工废水。

3.根据权利要求2所述的挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法，其特征在于所述城市污水处理厂为处理城市市政废水，工业废水与生活污水的污水处理厂；所述污水库存量混合化工废水为电镀、酿造、石化和农药废水的混合废水。

4.根据权利要求1所述的挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法，其特征在于污水处理一个运行周期的流程为：预先将污水注满第一反应区域，且第一反应区域连续曝气；然后通过水泵向第一反应区域进水，溢出的污水进入第二反应区域，1h后充满；在开始进水0.5h后第二反应区域开始曝气，曝气时间为3～6h，间歇时间与曝气时间相等，在结束间歇前1h开始通过出水阀将上清液排空，排水时间为0.5h。

5.根据权利要求1所述的挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法，其特征在于所述第二反应区域还持续从底部回流部分污水至第一反应区域，每小时回流体积为第一反应区域有效容积的10～30％。

6.权利要求1所述挂膜式浮动链曝气污染水体修复方法的装置，包括反应池，曝气装置，曝气泵，气阀，时控装置，水泵和管路，其特征在于所述反应池分隔为第一反应区域和第二反应区域，所述第一反应区域进水口经水泵与进水连接，所述第二反应区域设有经出水阀的出水口，所述第一反应区域与第二反应区域的连接水口位于两个反应区域相连处隔离板的接近水面处，并且所述第二反应区域和第一反应区域的底部通过管路和回流泵相连接；所述曝气装置为并联的多组，分别通过气阀再和管路与曝气泵连接；所述曝气装置分别垂于第一反应区域和第二反应区域内，并且在第一反应区域和第二反应区域的曝气装置之间连接有时控装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述曝气装置为浮动曝气链装置，由浮在水面的曝气链主链连接垂入水体中的曝气链支链，曝气链支链的底部连接曝气头组成。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述曝气链主链间的间距为1～3米，一条曝气链主链上各支链间的间距为1～3米。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述曝气链支链上挂有球型悬浮填料，用于附着生物膜。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述第一反应区域与第二反应区域的连接水口处，在第一反应区域一侧前面设有平直溢流堰，溢流堰水下高度为水深的1/5～1/3。