CN103951037A - 利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用多环境生物膜-活性污泥系统的一体式除氮方法及装置，属于污水处理技术领域，本方法按照如下工艺步骤进行：废水流入好氧生物膜区(A)底部进行同步硝化反硝化及去除有机物；从好氧生物膜区(A)上部溢流出的废水与分点进水的废水共同进入微氧区(B)；经过微氧区(B)的废水包含大量的NO3 -与有机物进入反应器底部的缺氧区(C)进行反硝化；废水自缺氧区(C)经斜管澄清区(D)后出水，污泥由于重力作用返回缺氧区。该装置好氧区、微氧区等各区池壁共用、简洁紧凑、各区之间不需管道连接、节省因污泥回流、硝化液回流投加的设备和能源、微生物群落丰富多样、分点进水进一步提升脱氮效能，为分散型污水处理提供一种可靠的装置及方法。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮方法及装置。
背景技术
分散型污水处理有污染面广、难收集、来源广、有机物浓度低、污水中含有较高的人畜粪尿成分，氮含量高等特点，如：农村、旅游区、加油站、郊区别野废水等分散地区的污水。现行的城市污水处理技术A/A/O、A/O等工艺虽然可行，但投资高，运行费用大，管理要求高，在分散地区难以推广使用；目前在国内得到广泛关注的土地处理技术、生物生态组合技术虽然运行成本低、操作简单，但是受环境因素影响明显，从而影响处理效果。因此高效率、低投入、低运行成本、操作维护简单的污水处理技术更符合分散型污水处理。
一体化污水处理设备作为分散型污水处理的有效手段，具有占地小、见效快、操作管理方便等特点。好氧移动床生物膜系统MBBR是一种高效污水处理技术，该系统是活性污泥、生物膜共存体系，生物量大，脱氮效果好，能耗低、不堵塞、不需反冲洗的优点，但缺点是填料容易流失；净化槽具有高效去除有机物、营养盐的能力、安装方便、操作简单等优点，但是在国产化过程中需要解决配套设备等相关问题。于是寻求一种占地小、能耗低、污泥少、操作简单、耐冲击的一体式反应装置用于处理分散地区的污水是目前研究的热点。
发明内容
本发明是针对分散型污水去除氮素及有机物，提供一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮方法及装置，具有占地小、能耗小、剩余污泥产量小、操作维护简单、设备投入少等优点，具有较好的去除有机物和脱氮功能；该发明具有以下特点：①在反应器结构设计上，将传统的分置式处理阶段结合优化到同一反应器中，即4区一体式反应器，该反应器包括敞口的好氧生物膜区、微氧区、缺氧区、澄清区，好氧生物膜区位于反应器中心，微氧区环绕好氧生物膜区，缺氧区环绕微氧区，缺氧区设置在好氧生物膜区、微氧区、澄清区正下方；好氧生物膜区设置有有机填料（如：软性填料、半软性填料、组合式填料、弹性填料、多孔球型悬浮填料等），表面粗糙的纹理及 填料内部所撑开的空间结构，使生物膜很好的固定生长，且不易大面积脱落，同时，在填料中气水可以再其中自由流动，为生物膜系统的生长提供良好的条件；微氧区(B)圆柱母线与圆台母线设大于90°、小于180°夹角，防止由好氧生物膜区的水流重力作用垂直冲刷缺氧区，破坏缺氧区水力环境；微氧区下部低于好氧生物膜区下部；澄清区设置斜管，缺氧区反硝化脱氮产生的污泥上浮，上浮的污泥附着在斜管上面达到一定量后重力作用自动下沉到缺氧区，在搅拌浆的作用下促使污泥与硝化液充分接触，进行反硝化脱氮；缺氧区底部设有排泥阀门，用于定期排泥；该反应装置4区一体式的设计与分点进水工艺相结合增强生物脱氮能力为处理分散型污水提供一种经济可行的处理装置和处理方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮装置，其特征在于：它包括原水桶1、进水蠕动泵2、进水管3、生物脱氮反应器4、气泵5、转子流量计6、输气管7、曝气头8、填料9、分点进水蠕动泵10、分点进水管11、搅拌机12、斜搅拌桨13、斜管14、排泥阀门15、出水口16；其中生物脱氮反应器4由敞口的好氧生物膜区A、微氧区B、缺氧区C、澄清区D组成，好氧生物膜区A位于最中间，微氧区B环绕在好氧生物膜区A外部，澄清区D环绕在微氧区B外部，缺氧区C在好氧生物膜区A、微氧区B、澄清区D的正下方，好氧生物膜区A上部低于微氧区上部B，微氧区B下部低于好氧生物膜区A下部，斜管安装于澄清区D内；进水管3、曝气头8、填料9设置在好氧生物膜区A内；分点进水管11设置在微氧区B；斜搅拌桨13通过好氧生物膜A区设置在缺氧区C，排泥阀门15设置在缺氧区C底部；斜管14设置在澄清区D；进水蠕动泵2与进水管3相连；分点进水蠕动泵10与分点进水管11相连；气泵5、转子流量计6、输气管7、曝气头8依次相连；曝气头8设置在好氧生物膜区A底部；填料9位于好氧生物膜区A内，曝气头8的正上方；分点进水管11位于微氧区B的中部；斜搅拌桨13位于缺氧区C中部；出水口位于澄清区D。
应用所述装置的方法，其特征在于：它具有如下工艺流程步骤：
（1）废水经进水蠕动泵抽吸，经进水管以流量2～4L/h流入好氧生物膜区A底部；
（2）好氧生物膜区A：废水进入到好氧生物膜区A底部，该区悬挂有填料，位于区A底部的曝气头进行连续曝气，控制DO在2～4mg/L，HRT为4～24h，通过曝气产生的上升气体带动液体向上流动，溢流出好氧生物膜区A；
（3）微氧区B：部分废水经分点进水蠕动泵抽吸，经分点进水管11流入微氧B区，分点进水流量与好氧生物膜区A进水流量比例按1:1～4设置，DO在1.2mg/L以下，分点进水与好氧生物膜区A出水在重力作用下一同流入缺氧区C；
（4）缺氧区C：位于好氧生物膜区A和微氧区B正下方的缺氧区CDO在0.3mg/L以下，搅拌机以30～80r/min带动搅拌桨；
（5）澄清区D：废水从缺氧区C底部向上流经斜管14，进入澄清区D，泥水混合物在澄清区D分离，活性污泥回到缺氧区C继续进行反硝化作用；
（6）出水：流经澄清区D的废水，通过出水口15直接排放。
本发明的一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮方法及装置，其原理在于：
（1）水流推动力
好氧生物膜区底部的曝气是唯一的水流推动力，水流在气体作用下向上流动，在好氧生物膜区上部溢流进入微氧区，进入微氧区的水流利用重力作用流入缺氧区，在上述3区的水流推动作用下，水流向澄清区流动，然后出水。
（2）COD去除
好氧生物膜区、微氧区、缺氧区3区均具有COD的代谢作用：好氧生物膜区好氧异养菌、微氧区兼性好氧菌、缺氧区的异养菌均对COD有代谢作用；好氧生物膜区的好氧反硝化菌同样对COD有代谢作用。
（3）生物膜的形成
在好氧生物膜区填料表面粗糙的纹理及填料内部所撑开的空间结构，使填料具有很好的固定生物膜的能力，其上粘附的生物膜不易大面积脱落。同时，在填料中气水可以在其中自由流动，可有效防止 污泥在填料上堵塞结块，保证生物膜内部微生物活性。生物膜在氧梯度分布影响下，从膜外至膜内形成了硝化细菌菌群-反硝化细菌菌群，两类菌群是硝化、反硝化作用的主要微生物菌群，他们的菌群结构和种类直接影响N素的去除。
（4）氨氮的去除
氨氮的去除主要发生在好氧生物膜区，有氧条件下，生物膜表面的氨氧化细菌（主要是AOB菌）将NH4 +氧化为NO2 -，亚硝酸盐氧化菌（主要是NOB菌）将NO2 -氧化为NO3 -；此外，微氧区的硝化细菌将分点进水中的NH4 +氧化为NO3 -。
（5）反硝化脱氮
好氧生物膜区生物膜内部缺氧条件下反硝化细菌以NO3 -为电子受体，COD为电子供体进行的反硝化脱氮；在好氧生物膜区未完成反硝化脱氮的硝化液，利用分点进水COD作为电子供体，于缺氧区完成的反硝化脱氮，加强脱氮效能。
本发明与现有技术相比，4区一体立式反应装置的设计具有以下优点及突出效果：
（1）4区池壁共用。好氧区、微氧区、缺氧区、澄清区4区池壁共用，各区之间简洁紧凑，大大减少了占地面积，并且各区之间不需管道连接，降低了反应装置的造价。
（2）无动力回流。中心好氧生物膜区底部的曝气推动水气向上流动，溢流进入微氧区在重力作用下进入缺氧区，节省了常规水流推动能量；泥水分离时污泥附着在斜管上面，N2与污泥分离，污泥在重力作用下自动下沉到缺氧区，节省因污泥回流投加的设备和能源；硝化液自动回流到缺氧区，节省因硝化液回流投加的设备和能源。
（3）微生物群落丰富。立式空间设计，延长了水流路径，使各组分充分反应；各区不同的条件形成丰富多样的微生物群落，从根源上提升脱氮效能；
（4）分点进水强化脱氮。分点进水位置设在微氧区和缺氧区：在微氧区设置分水进水点，硝化细菌将NH4 +氧化为NO3 -，COD与好氧生物膜区的硝化液一同在缺氧区参与反硝化脱氮；在缺氧区设置分水进水点，减少微氧区对COD的损失，使得参与反硝化脱氮的C源充足，提高反硝化效能。
附图说明
图1为本发明提供的一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体 式脱氮装置示意图。
图2为本发明提供的一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮方法及去除方法示意图。
图中：1-原水桶 2-进水蠕动泵 3-进水管 4-生物脱氮反应器5-气泵 6-转子流量计 7-输气管 8-曝气头 9-填料 10-分点进水蠕动泵 11-分点进水管 12-搅拌机 13-斜搅拌桨 14-斜管 15-排泥阀门 16-出水口 A-好氧生物膜区 B-微氧区 C-缺氧区 D-澄清区
具体实施方式
下面结合附图1、2及实施例详细加以说明，以进一步理解本发明。
装置见图1，本发明所提供的一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮装置，它包括原水桶1、进水蠕动泵2、进水管3、生物脱氮反应器4、气泵5、转子流量计6、输气管7、曝气头8、填料9、分点进水蠕动泵10、分点进水管11、搅拌机12、斜搅拌桨13、斜管14、排泥阀门15、出水口16；其中生物脱氮反应器4由敞口的好氧生物膜区A、微氧区B、缺氧区C、澄清区D组成，好氧生物膜区A位于最中间，微氧区B环绕在好氧生物膜区A外部，澄清区D环绕在微氧区B外部，缺氧区C在好氧生物膜区A、微氧区B、澄清区D的正下方，好氧生物膜区A上部低于微氧区上部B，微氧区B圆柱母线与圆台母线夹角大于90°小于180°，微氧区B下部低于好氧生物膜区A下部，斜管安装于澄清区D内。进水管3、曝气头8、填料设置在好氧生物膜区A内；分点进水管11设置在微氧区B；斜搅拌桨13通过好氧生物膜A区设置在缺氧区C，排泥阀门15设置在缺氧区C底部；斜管14设置在澄清区D；进水蠕动泵2与进水管3相连；分点进水蠕动泵10与分点进水管11相连；气泵5、转子流量计6、输气管7、曝气头8依次相连；曝气头8设置在好氧生物膜区A底部；填料9位于好氧生物膜区A内，曝气头8的正上方；分点进水管11位于微氧区B的中部；斜搅拌桨13位于缺氧区C中部；出水口位于澄清区D敞口处。
图2表示的方法，其特征在于：它具有如下工艺流程步骤：
（1）废水经进水蠕动泵抽吸，经进水管以流量2～4L/h流入好氧生物膜区A底部；
（2）好氧生物膜区A：废水进入到好氧生物膜区A底部，该区 悬挂有填料，位于区A底部的曝气头进行连续曝气，控制DO在2～4mg/L，HRT为4～24h，通过曝气产生的上升气体带动液体向上流动，溢流出好氧生物膜区A；
（3）微氧区B：部分废水经分点进水蠕动泵抽吸，经分点进水管11流入微氧B区，分点进水流量与好氧生物膜区A进水流量比例按1:1～4设置，DO在1.2mg/L以下，分点进水与好氧生物膜区A出水在重力作用下一同流入缺氧区C；
（4）缺氧区C：位于好氧生物膜区A和微氧区B正下方的缺氧区CDO在0.3mg/L以下，搅拌机以30～80r/min带动搅拌桨；
（5）澄清区D：废水从缺氧区C底部向上流经斜管14，进入澄清区D，泥水混合物在澄清区D分离，活性污泥回到缺氧区C继续进行反硝化作用；
（6）出水：流经澄清区D的废水，通过出水口15直接排放。结果：
原水取自北京工业大学西区教工生活小区化粪池上清液，COD=119.5～675.7mg/L、NH4 +-N=85.4～116.4mg/L、TN=87～119.6mg/L；操作条件为：好氧生物膜A区的进水蠕动泵2控制进水流量为3.8L/h,转子流量计5控制DO为3.2mg/L，水力停留时间为4.75h，分点进水流量与好氧生物膜A区的进水流量比为1:3，微氧B区DO为1mg/L，缺氧C区MLSS为2300mg/L，，出水主要指标平均值可以达到：COD=28mg/L，NH4 +-N=0.8mg/L，NO2 --N=0.25mg/L，NO3 --N=18.5mg/L；去除率平均值分别为COD=98.3%，NH4 +-N=98.7%，TN=75.9%。
Claims (2)
1.一种利用多环境生物膜-活性污泥系统一体式脱氮装置，其特征在于：它包括原水桶(1)、进水蠕动泵(2)、进水管(3)、生物脱氮反应器(4)、气泵(5)、转子流量计(6)、输气管(7)、曝气头(8)、填料(9)、分点进水蠕动泵(10)、分点进水管(11)、搅拌机(12)、斜搅拌桨(13)、斜管(14)、排泥阀门(15)、出水口(16)；其中生物脱氮反应器(4)由敞口的好氧生物膜区(A)、微氧区(B)、缺氧区(C)、澄清区(D)组成，好氧生物膜区(A)位于最中间，微氧区(B)环绕在好氧生物膜区(A)外部，澄清区(D)环绕在微氧区(B)外部，缺氧区(C)在好氧生物膜区(A)、微氧区(B)、澄清区(D)的正下方，好氧生物膜区(A)上部低于微氧区上部(B)，微氧区(B)下部低于好氧生物膜区(A)下部，斜管安装于澄清区(D)内；进水管(3)、曝气头(8)、填料(9)设置在好氧生物膜区(A)内；分点进水管(11)设置在微氧区(B)；斜搅拌桨(13)通过好氧生物膜(A)区设置在缺氧区(C)，排泥阀门(15)设置在缺氧区(C)底部；斜管(14)设置在澄清区(D)；进水蠕动泵(2)与进水管(3)相连；分点进水蠕动泵(10)与分点进水管(11)相连；气泵(5)、转子流量计(6)、输气管(7)、曝气头(8)依次相连；曝气头(8)设置在好氧生物膜区(A)底部；填料(9)位于好氧生物膜区(A)内，曝气头(8)的正上方；分点进水管(11)位于微氧区(B)的中部；斜搅拌桨(13)位于缺氧区(C)中部；出水口位于澄清区(D)。
2.应用权利要求1所述装置的方法，其特征在于：它具有如下工艺流程步骤：
（1）废水经进水蠕动泵抽吸，经进水管以流量2～4L/h流入好氧生物膜区(A)底部；
（2）好氧生物膜区(A)：废水进入到好氧生物膜区(A)底部，该区悬挂有填料，位于区(A)底部的曝气头进行连续曝气，控制DO在2～4mg/L，HRT为4～24h，通过曝气产生的上升气体带动液体向上流动，溢流出好氧生物膜区(A)；
（3）微氧区(B)：部分废水经分点进水蠕动泵抽吸，经分点进水管(11)流入微氧B区，分点进水流量与好氧生物膜区(A)进水流量比例按1:1～4设置，DO在1.2mg/L以下，分点进水与好氧生物膜区(A)出水在重力作用下一同流入缺氧区(C)；
（4）缺氧区(C)：位于好氧生物膜区(A)和微氧区(B)正下方的缺氧区(C)DO在0.3mg/L以下，搅拌机以30～80r/min带动搅拌桨；
（5）澄清区(D)：废水从缺氧区(C)底部向上流经斜管(14)，进入澄清区(D)，泥水混合物在澄清区(D)分离，活性污泥回到缺氧区(C)继续进行反硝化作用；
（6）出水：流经澄清区(D)的废水，通过出水口(15)直接排放。
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