CN102887608A - 一种活性污泥-生物膜反应器及处理有机废水的方法 - Google Patents

Abstract

一种处理氨氮有机废水的活性污泥-生物膜反应器，主要结构为：配水池，通过水泵连接活性污泥反应器的进水口；反应器底部开设有排泥口，反应器内部位于排泥口上方设有曝气装置，位于曝气装置的上方设有搅拌器；反应器的出水口通过水泵连接至好氧生物膜反应器的进水口；该好氧生物膜反应器底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设有曝气装置，内部的填料上生长有好氧生物膜；好氧生物膜反应器分别设有两个出水口，其中第一出水口连接至出水箱，第二出水口连接至配水箱；曝气机，分别连接活性污泥反应器和好氧生物膜反应器的曝气装置。本发明还公开了处理氨氮有机废水的方法。

Description

一种活性污泥-生物膜反应器及处理有机废水的方法

技术领域

本发明属于污水处理技术，具体地涉及一种处理有机废水的活性污泥-生物膜反应器。

本发明还涉及利用上述装置处理高氨氮有机废水的方法。

背景技术

氨氮是造成水体发生富营养化的重要原因。目前，一方面氨氮排放量不断增加，另一方面，国家对氨氮的排放标准控制更加严格，因此，需要研究有效、快捷的氨氮处理技术。

现阶段，氨氮的主要处理方法有物理、化学、生物和物化等多种方法，其中生物处理法是比较传统的，也是应用比较广泛的一种方法，同时生物法具有造价相对较低、容积负荷高、运行管理简单等优点。但如果设计或运行不当，其出水氨氮值较高，水质不稳定，易波动，不能持续满足国家排放标准。

高氨氮有机废水特性就是易生物降解有机物含量低、C/N比率低，供微生物生长的碳源相对较少。微生物脱氮的关键是污水中必须有足量供微生物生长并用于反硝化反应的有机碳源，有机物的浓度和种类均是影响生物脱氮技术的核心。处理这类废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时间不易控制，工艺的操作工序复杂，以外加碳源的方式提高处理效果会大大增加处理工艺的成本和操作成本，尤其不适用于低耗高效的农村污水处理。多次缺氧搅拌-曝气交替方式也能改善处理效果，但加大了工作强度和设备投资。若仅采用好氧工艺处理，曝气周期长，能耗高，也未必能达到好的处理效果。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发明的目标之

关于生物法去除氨氮的机理研究是改进脱氮技术的另一个突破口，通常认为生物法中微生物脱氮机理主要包括微生物对氮的同化吸收和氨化-亚硝化-硝化-反硝化过程，其中氨化-亚硝化-硝化-反硝化是生物法脱氮的最主要途径，即氨化细菌将有机氮转化为氨态氮，氨态氮在好氧的条件下，被亚硝化菌转化为亚硝态氮，进而在硝化菌的参与下被氧化成硝态氮，最后在兼性厌氧区及厌氧区，硝态氮在反硝化细菌的作用下被还原成N₂O或N₂。因此，改良优化微生物脱氮过程是本发明的另一个目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理有机废水的活性污泥-生物膜反应器。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置处理高氨氮有机废水的方法。

为实现上述目的，本发明提供的处理氨氮有机废水的活性污泥-生物膜反应器，主要结构为：

配水池，通过水泵连接活性污泥反应器的进水口；

其中，活性污泥反应器底部开设有排泥口，活性污泥反应器的内部位于排泥口上方设有曝气盘，位于曝气盘的上方设有搅拌器；

活性污泥反应器的出水口通过水泵连接至好氧生物膜反应器的进水口；

其中，该好氧生物膜反应器底部开设有排泥口，好氧生物膜反应器内部位于排泥口上方设有曝气盘，好氧生物反应器内的填料上生长有好氧生物膜；

加热带和温感探头，该加热带和温感探头连接至设置在好氧生物膜反应器外部的温度控制仪；好氧生物膜反应器分别设有两个出水口，其中第一出水口连接至出水箱，第二出水口连接至配水箱；

曝气机，分别连接活性污泥反应器的曝气盘和好氧生物膜反应器的曝气盘。

所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，曝气机是通过流量计分别连接活性污泥反应器的曝气盘和好氧生物膜反应器的曝气盘。

所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，曝气机为两台，其中一台曝气机通过流量计连接活性污泥反应器的曝气盘，另一台曝气机通过流量计连接好氧生物膜反应器的曝气盘。

所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，连接好氧生物膜反应器曝气盘的曝气机为纳米曝气机。

所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，纳米曝气机通过一进水管连接至好氧生物膜反应器的上部。

所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，所述的进水口和出水口均分别安装有电磁阀门。

本发明提供的利用上述的活性污泥-好氧生物膜反应器处理氨氮有机废水的方法，其主要步骤如下：

1)污水进入活性污泥反应器内，由活性污泥反应器内的搅拌器搅拌进行第一步厌氧反应，将难溶解有机物转化为可溶解有机物，大分子有机物转化为小分子有机物，难降解有机物转化为易生物降解的有机物；

2)经过第一步厌氧反应的污水温度调节至20-25℃，活性污泥反应器内进行曝气，溶解氧浓度为0.5-0.7mg/L，pH＝7.5-8.5，营造兼性厌氧环境，将硝化过程控制在亚硝化阶段，实现亚硝酸根的大量累积，同时聚磷菌进行磷的吸收；

3)停止曝气，搅拌下进行第二步厌氧反应，进一步的消解有机物，反硝化菌将亚硝酸盐转化为氮气，同时反硝化聚磷菌以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化聚磷；

4)停止搅拌，进行泥水分离，废水进入好氧生物膜反应器内反应，消解水流中残余的有机物，脱除剩余的氨氮，并吸收反硝化聚磷后残余的磷；污泥由排泥口排出；

5)反应结束后，处理后的部分废水流入至出水箱，另一部废水分回流至配水池内，污泥由排泥口排出。

所述的方法，其中，处理后的废水回流至配水池，将污水调节至COD浓度低于1000mg/L，氨氮浓度低于300mg/L，磷浓度低于25mg/L。

本发明提供的活性污泥与好氧生物膜反应器相结合的反应器，可以提高废水中易生物降解的有机物含量，为微生物脱氮提供碳源。同时使用短程硝化反硝化技术，缩短微生物脱氮过程，不但节约了能源，而且大大节省了时间，为各种高氨氮有机废水的处理提供了可行的方法。

附图说明

图1是本发明第一实施例活性污泥-生物膜反应器的结构示意图。

图2是本发明第二实施例活性污泥-生物膜反应器的结构示意图。

附图中主要组件符号说明：

1配水池；2活性污泥反应器；3好氧生物膜反应器；4出水箱；5曝气盘；6水泵；7温度控制仪；8温感探头；9加热带；10搅拌器；11转子流量计；12曝气机；12`纳米曝气机；12``进水管；13排泥口。

具体实施方式

本发明首先将生物膜反应器处理过的废水利用回流装置回流至配水池，使得进水COD浓度低于1000mg/L，氨氮浓度低于300mg/L，磷浓度低于25mg/L，方可将经过调解的进水泵入活性污泥反应器内。

活性污泥反应器内分为“厌氧-缺氧-厌氧”三个阶段，第一步厌氧阶段对高氨氮有机废水先进行消解预处理，将难溶解有机物转化为可溶解有机物，大分子有机物转化为小分子有机物，难降解有机物转化为易生物降解的有机物，为接下来的微生物脱氮除磷过程提供碳源，同时厌氧环境也可以促进磷的释放。水力停留时间为15小时，COD去除率可达到60％以上，使有机物初级降解，降低废水处理难度，在碳氮比一定的情况下提高了脱氮除磷效率。

接下来的第二步、第三步是利用短程硝化反硝化过程推进亚硝化反应后的亚硝酸根直接反硝化成N₂O或N₂，提高了脱氮的速率。其中第二步缺氧阶段在活性污泥反应器内进行微曝气，将溶解氧浓度控制在0.5-0.7mg/L之间，pH控制在7.5-8.5之间，营造兼性厌氧环境，将硝化过程控制在亚硝化阶段，实现亚硝酸根的大量累积，同时聚磷菌进行磷的吸收，水力停留时间为3小时；第三步厌氧反硝化阶段进一步的消解有机物，反硝化菌将亚硝酸盐转化为氮气，同时反硝化聚磷菌以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化聚磷。而好氧生物膜反应器更彻底的将残余的有机物消解，脱除剩余的氨氮，并将反硝化聚磷后残余磷吸收完全，水力停留时间为6小时。短程硝化反硝化阶段氨氮去除率可达到50％-60％，曝气量可节省1/4，大大降低了能耗；减少污泥产生量40-50％，缩短反应时间，减少占地面积。

好氧生物膜反应器内填充一种高效率的碳素纤维草作为填料，碳素纤维生态草阻力小，布水、布气性能好，比表面积大，能提供微生物附着生长的场所；同时使用高效率的纳米曝气装置进行曝气，营造好氧环境，更彻底的消解剩余有机物，脱除剩余氨氮，对残余磷进行吸收，水力停留时间为8-20小时，出水氨氮、COD去除效果高达90-95％，水质稳定、工艺简单、抗冲击负荷强、不易发生污泥膨胀、可以持续满足国家排放标准。

值得一提的是，活性污泥反应器内搅拌器一直在工作，在“厌氧-缺氧-厌氧”三个阶段中分别起着“搅拌混匀-切割气泡、搅拌混匀-搅拌混匀”的作用。

以下结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

请结合图1，废水与回流液于配水池1内混合，在水泵6的作用下导入活性污泥反应器2，同时开启搅拌器10，使活性污泥与废水充分混合，进行第一阶段厌氧反应。废水注满活性污泥反应器2后关闭水泵6。12h后开始第二阶段缺氧反应，打开纳米曝气机12，在转子流量计11的控制下由曝气盘5曝气。第二阶段结束后开始第三阶段的厌氧反应，与第一阶段相同。

活性污泥反应器内反应结束后，关闭搅拌器10，沉淀一段时间进行泥水分离，在水泵6的作用下流入好氧生物膜反应器3内反应。反应结束后一部分处理后废水在重力作用下流入出水箱4，一部分回流至配水池1内。

两个反应器内温度均由温度控制仪7来调节，当温感探头8检测到温度高于所需温度时，温度控制仪7停止加热带9的加热过程。剩余污泥由排泥口13排出。

活性污泥的培养实现过程：

首先将接种的底泥铺置于反应器底部，用微生物培养液按照浓度梯度驯化，浓度梯度按重量比为底泥∶微生物培养液＝3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，不断加大混合液中微生物培养液的比例，直至最后进水全为微生物培养液。加入反应器中微曝气，将溶解氧浓度控制在0.5-0.7mg/L之间，pH控制在7.5-8.5之间，营造兼性厌氧环境，混合液两天换一次，此操作持续大约两星期，直至COD和氨氮符合进水指标，待污泥形状渐渐变好，颜色逐渐由黑色变成黑褐色，具有清新泥土味，沉降性能良好，亚硝酸根得到大量富集，表明污泥培养阶段结束。

其中接种的污泥采用污水处理厂二次沉淀池的剩余污泥；微生物培养液配方为：葡萄糖1.4g/L，K₂HPO₄19.15mg/L，KH₂PO₄22.85mg/L，NH₄Cl1.15g/L，MgSO₄0.15g/L和微量元素。其水质指标为：pH：7.86；ρ(COD_Cr)：1000mg/L；ρ(NH₄ ⁺-N)：300mg/L；ρ(PO₄ ^3--P)：25mg/L。

生物膜反应工艺填料快速挂膜的方法实现过程：

首先将接种的底泥铺置于反应器底部，用微生物培养液按照浓度梯度驯化，浓度梯度按重量比为底泥∶微生物培养液＝3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，不断加大混合液中微生物培养液的比例，直至最后进水全为微生物培养液。加入反应器中曝气，连续操作一星期，待污泥形状渐渐变好，颜色逐渐由黑色变成黄褐色，具有清新泥土味，沉降性能良好，COD和氨氮去除率分别稳定至85％以上，反应器出水稳定，表明污泥培养阶段结束即可进行下一操作。

在污泥驯化完成后即可进行填料挂膜。将填料放进反应器，填料高度与水深比为0.7，闷曝24h，静置一段时间，然后排出部分悬浮态微生物及上清液，再加入微生物培养液，继续曝气、静置，反复几次，挂膜成功时，肉眼可以看到反应器内壁上附着一定量的丝状絮体，填料的表面都裹上了一层浅黄色的生物膜，并且颜色逐渐加深。曝气过程中采用微曝气，若是过度曝气搅拌，会使生物难以附着在填料表面。填料挂膜过程大约持续一星期。

其中接种的底泥采用污水处理厂二次沉淀池的剩余污泥；微生物培养液是农村生活污水，微生物培养液的配方为：葡萄糖0.42g/L，K₂HPO₄3.83mg/L，KH₂PO₄4.57mg/L，NH₄Cl95.35mg/L，MgSO₄0.15g/L和微量元素。其水质指标为：pH：7.86；ρ(COD_Cr)：300mg/L；ρ(NH₄ ⁺-N)：25mg/L；ρ(PO₄ ^3--P)：5mg/L。

实施例2

本实施例的活性污泥-生物膜反应器与实施例1基本相同。不同之处是本实施例的好氧生物膜反应器3的曝气机为纳米曝气机12`，并且通过一进水管12``连接到好氧生物膜反应器3的上部。

本实施例的纳米曝气机能产生大量的微气泡，当这些纳米气泡溶于水中时，水呈乳白色，增大了气液传质的比表面积，从而提高了气液传质的效率。而且纳米气泡缓慢的上升速度大大增加了气液接触面积、接触时间，有利于气泡溶于水中，增加水中溶解氧的浓度。从一定程度上克服了氧气难溶于水的缺点。这就使得利用纳米曝气在气液传质方面有了自己独特的优势。

微纳米气泡传质过程中对污水中的微细污染物颗粒有一定的气浮作用，曝气装置水底制造无数个极其微小、均匀的气泡，促使微纳米气泡均匀、稳定地在水中释放，把污水中的微细污染物颗粒利用气泡俘获在其表面或者粘附在一起带上水面，从而实现清水与污染物颗粒的分离。曝气装置产生气泡的数量、大小决定了治水的质量，超越了传统的气浮法。

Claims (8)

1.一种处理氨氮有机废水的活性污泥-生物膜反应器，主要结构为：

配水池，通过水泵连接活性污泥反应器的进水口；

其中，活性污泥反应器底部开设有排泥口，活性污泥反应器的内部位于排泥口上方设有曝气盘，位于曝气盘的上方设有搅拌器；

活性污泥反应器的出水口通过水泵连接至好氧生物膜反应器的进水口；

其中，该好氧生物膜反应器底部开设有排泥口，好氧生物膜反应器内部位于排泥口上方设有曝气盘，好氧生物反应器内的填料上生长有好氧生物膜；

加热带和温感探头，该加热带和温感探头连接至设置在好氧生物膜反应器外部的温度控制仪；好氧生物膜反应器分别设有两个出水口，其中第一出水口连接至出水箱，第二出水口连接至配水箱；

曝气机，分别连接活性污泥反应器的曝气盘和好氧生物膜反应器的曝气盘。

2.根据权利要求1所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，所述的曝气机是通过流量计分别连接活性污泥反应器的曝气盘和好氧生物膜反应器的曝气盘。

3.根据权利要求1或2所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，所述的曝气机为两台，其中一台曝气机通过流量计连接活性污泥反应器的曝气盘，另一台曝气机通过流量计连接好氧生物膜反应器的曝气盘。

4.根据权利要求3所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，所述的连接好氧生物膜反应器曝气盘的曝气机为纳米曝气机。

5.根据权利要求4所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，所述的纳米曝气机通过一进水管连接至好氧生物膜反应器的上部。

6.根据权利要求1所述的活性污泥-生物膜反应器，其中，所述的进水口和出水口均分别安装有电磁阀门。

7.一种利用权利要求1所述的活性污泥-好氧生物膜反应器处理氨氮有机废水的方法，其主要步骤如下：

1)污水进入活性污泥反应器内，由活性污泥反应器内的搅拌器搅拌进行第一步厌氧反应，将难溶解有机物转化为可溶解有机物，大分子有机物转化为小分子有机物，难降解有机物转化为易生物降解的有机物；

2)经过第一步厌氧反应的污水温度调节至20-25℃，活性污泥反应器内进行曝气，溶解氧浓度为0.5-0.7mg/L，pH＝7.5-8.5，营造兼性厌氧环境，将硝化过程控制在亚硝化阶段，实现亚硝酸根的大量累积，同时聚磷菌进行磷的吸收；

3)停止曝气，搅拌下进行第二步厌氧反应，进一步的消解有机物，反硝化菌将亚硝酸盐转化为氮气，同时反硝化聚磷菌以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化聚磷；

4)停止搅拌，进行泥水分离，废水进入好氧生物膜反应器内反应，消解水流中残余的有机物，脱除剩余的氨氮，并吸收反硝化聚磷后残余的磷；污泥由排泥口排出；

5)反应结束后，处理后的部分废水流入至出水箱，另一部废水分回流至配水池内，污泥由排泥口排出。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，处理后的废水回流至配水池，将污水调节至COD浓度低于1000mg/L，氨氮浓度低于300mg/L，磷浓度低于25mg/L。

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