CN1258485C - 好氧－厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于废水处理技术领域，特别涉及环境保护的一种好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺。采用了生物流化床和生物固定床串联的工艺，先在流化床和固定床之间采用溢流隔板连接组合起来；后在流化床和固定床中添加两种不同的多孔生物载体，通过在不同层次上的好氧-厌氧反复耦合，从而实现处理污水中的有机物和氮化合物的同时，原位分解剩余污泥，本发明对去除污水中有机物和氮都非常有效，并在固定床中实现了固体颗粒物质和处理水的强化分离，使得固体颗粒物质在固定床中被多孔载体不断的捕获，通过厌氧微生物和好氧微生物的协同作用将其消化和降解，直到最后完全分解。本发明工艺是一种高效、低能耗、低运行成本的污水处理新工艺。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及环境保护中三相生物流化床和生物固定床联用的一种好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺。
背景技术
随着社会和经济的发展，城市污水、工业废水和径流污水等排放量日益增加，对水环境保护造成巨大的压力。目前，污水处理方法主要是生物法，生物法分为活性污泥法和生物膜法。世界上80％左右的污水处理厂采用的是活性污泥法。活性污泥法的基本原理是利用污水里自然产生的微生物群落将溶解性有机物质氧化分解，然后在其自身絮凝能力作用下形成絮凝体后进行固液分离。活性污泥法的成熟工艺已经有很多，例如：常规活性污泥法、氧化沟法、续批式活性污泥法(SBR)、A/O法、A2/O等，还有一些正在开发中的处理方法，如三相好氧生物流化床法、固定床生物膜法等。
活性污泥法虽然已经使用了一百多年，但是其最大弊端是：净化水的同时产生数量惊人的剩余污泥，剩余污泥的处理费用占整个污水处理厂运行费用的40％～60％。随着环保法规的日益严格，对于剩余污泥的处理越来越引起人们的重视。固定床生物膜法和三相好氧生物流化床法产生的剩余污泥量比活性污泥法少，但仍不能完全解决剩余污泥问题。
目前对于剩余污泥的处理普遍采用的方法为：将污泥浓缩、消化、脱水、泥饼外运，即在污泥产生后再进行处理。另外，近年来国内外研究者也在研究一些污泥减量技术，例如：将臭氧、氯气或化学试剂投加到剩余污泥中，使污泥中微生物细胞破碎释放出其中的有机物，然后回流到曝气池进一步的消化。从已经报道的文献来看，这些方法可以在某种程度上使污泥减少，但仍不能彻底解决剩余污泥问题，而且存在操作费用和设备费用高的问题。
好氧生物流化床法是将传统活性污泥法与生物膜法有机结合，并将化工流态化技术应用于污水处理的一种新型生化处理装置。由于采用了小粒径固体作为载体并使载体流态化，因此流化床的比表面积比一般生物膜法要大得多，且具有比其它污水处理工艺浓度高得多的生物量。与传统的活性污泥系统(3g～5gMLSS/L)相比，生物流化床的生物量总固体浓度(BTS)可达15g～40g/L。生物流化床内生物量非常大，床内混合状态良好，废水一旦进入，就能很快得到良好混合和稀释，从而对负荷突然变化的影响起到缓冲作用；由于硝化细菌是自养微生物，增长速率慢，吸附在载体表面上的硝化细菌可以避免被洗脱，保持足够长停留时间，保证硝化反应的充分进行；流态化提高了基质和氧的传递速度，从而提高了生物膜的生化反应速度；和活性污泥法相比，在三相生物流化床中由于生物膜内好氧及(微)厌氧环境的共存，形成种类繁多的微生物，因此根据微生物群落间的食物链作用，在实现去除污水中有机物的同时，使剩余污泥产生量比活性污泥法有所减少。因此，好氧生物流化床具有处理效率高、容积负荷大、抗冲击能力强、设备紧凑、占地少等优点，目前研究和应用最普遍的是三相生物流化床。三相生物流化床常用的生物载体大多是来源方便的砂粒、陶瓷、焦碳、活性碳、塑料球等。目前对三相生物流化床载体研究较多的是一类多孔载体，多孔载体具有较大的比表面积，和其它的载体相比可以吸附更多的微生物，提高处理效率；而且可以在载体的内部和外部形成好氧和厌氧两种环境，有利于硝化反硝化的同时发生和多种微生物的协同作用(比如参考文献，Xin-Hui Xing et al.，BiochemicalEngineering Journal，Vol.5，29-37，2000；Walker and Austin，《BiologicalFluidized Bed Treatment of Water and Wastewater》(Eds：Cooper and Atkinson)，Ellis Horwood，1981)。多孔微生物载体的另一突出特点是微生物被“自动”地固定在多孔载体内部，和其他非多孔载体相比，微生物膜的厚度极易控制，可以通过选择多孔载体的尺寸充分保证好氧和厌氧区域，实现污水中有机物及氮的同时去除。但是生物硫化床在处理污水的同时也会产生一定量的剩余污泥，同样需要对污泥做进一步的处理。
在专利ZL96106018.2中，固定床使用不能流动的载体，其和流化床的相似点是载体也可以捕获微生物使反应器中微生物的浓度增加，为硝化细菌的生长提供了便利的条件，提高处理的效率。在固定床中，由于流体剪切力较小，可形成比流化床浓度更高的生物膜，但是目前采用的填料表面虽然可以吸附微生物，在处理污水的过程中随着时间的推移，填料表面的生物膜却极易脱落，造成装置内堵塞的现象，限制了该技术的普及应用。由于反应器中的溶氧分布的不均匀性，大部分溶氧被有机物氧化微生物利用，不利于硝化反应的产生，因此在正常操作条件下装置的脱氮功能很弱。
发明内容
本发明的目的是提供三相生物流化床和生物固定床联用的一种好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺。其特征在于：所述联合处理污水新工艺是采用了生物流化床和生物固定床串联的工艺，即先按照一个流化床和一个固定床串连使用，或一个固定床和一个流化床串连使用，或多个流化床和固定床循环交替使用，而流化床和固定床之间采用溢流隔板连接组合起来；然后在流化床和固定床中添加两种不同的多孔生物载体，通过在不同层次上的好氧—厌氧反复耦合，从而实现处理污水中的有机物和氮化合物的同时，原位分解剩余污泥。流化床内采用空气曝气方式使载体和液体流动，固定床内的流动呈近似平推流的方式，在水平流动方向，每隔一间隔设置曝气装置，形成好氧—厌氧反复出现的状态。未被完全分解的有机物、氨氮和产生的剩余污泥进入到固定床，在固定床中有机物和氨氮进一步的分解，直至完全分解，实现在同一反应器中有机物分解、硝化和反硝化反应的同时进行。使废水中的有机物完全转化为CO2、H2O和N2。
所述在流化床中的多孔生物载体要能够悬浮在水中并形成好氧—厌氧耦合的环境，是均一尺寸的或是不同尺寸的载体组合；所述在固定床中的载体的空隙率在40％以上，这种多孔载体的内部形成生物膜时，在载体的表面和内部形成好氧—厌氧两种不同的环境。
所述多孔载体可以是天然载体或人工载体，是由煤渣、碎石、沙子、聚乙烯醇、聚亚氨酯或聚丙烯酰胺加工成的载体。
本发明的有益效果，与前面提到的工艺相比，本工艺具有如下优点：能高效去除污水中有机物和氮，同时实现SS(污水中的悬浮固体物质和剩余污泥)在固定床多样的环境下分解，使剩余污泥在反应过程中降解，从而可省去污泥沉淀和剩余污泥处理步骤，节省基础建设和运行费用。在固定床中实现了SS和处理水的强化分离，使得SS在固定床中被多孔载体不断的捕获，通过厌氧微生物和好氧微生物的协同作用将其硝化和降解，直到最后完全分解。
附图说明
图1a、b、c为固定床和流化床的串联方式框图。
图2为实验装置图。
具体实施方式
本发明是提供三相生物流化床和生物固定床联用的一种好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺。所述联合处理污水新工艺是采用了生物流化床和生物固定床串联的工艺，即先按照一个流化床和一个固定床串连使用，或一个固定床和一个流化床串连使用，或多个流化床和固定床循环交替使用(如图1a、b、c所示)。而流化床和固定床之间采用溢流隔板连接组合起来；然后在流化床和固定床中添加两种空隙率在20％以上的不同的多孔生物载体，通过在不同层次上的好氧—厌氧反复耦合，从而实现处理污水中的有机物和氮化合物的同时，原位分解剩余污泥。流化床内采用空气曝气方式使载体和液体流动，固定床内的流动呈近似平推流的方式，在水平流动方向，每隔一间隔设置曝气装置，形成好氧—厌氧反复出现的状态，未被完全分解的有机物、氨氮和产生的剩余污泥进入到固定床，在固定床中有机物和氨氮进一步的分解，直至完全分解，实现在同一反应器中有机物分解、硝化和反硝化反应的同时进行，使废水中的有机物完全转化为CO2、H2O和N2。
所述流化床中的多孔生物载体要能够悬浮在水中并形成好氧—厌氧耦合的环境，可以是均一尺寸的也可以是不同尺寸的载体组合；所述固定床中的载体的空隙率在40％以上，这种多孔载体的内部形成生物膜时，可以在载体的表面和内部形成好氧—厌氧两种不同的环境。这些多孔载体是天然载体或人工载体，是由由煤渣、碎石、沙子、聚乙烯醇、聚亚氨酯或聚丙稀酰胺加工成的载体。
好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺的过程是废水先流入流化床经过一定时间处理后，然后再和产生的污泥一起流入固定床(如图2所示)。当污水或经过流化床处理后的混合液(含剩余污泥及污水中的悬浮固体物质)流经固定床时，多孔载体内部由于流速差产生的颗粒捕获作用将SS收集在固定床多孔载体内部，内部的环境逐步由好氧变为厌氧，污泥在多孔载体的内部逐渐被浓缩、硝化，最终由于流体流动的作用流出载体，之后又有悬浮污泥进入载体的空穴内，在这种载体内部和水平流动方向好氧—厌氧反复出现过程中，形成高度发达好氧—厌氧微生物协同作用，其结果使废水中的有机物完全转化为CO2、H2O和N2，未被完全分解的有机物、氨氮和产生的剩余污泥进入到固定床，在固定床中有机物和氨氮进一步的分解，剩余污泥和处理水实现了分离，使得污泥在固定床中的停留时间足够长，最终达到分解的目的。其中流化床的体积为8L，载体的体积填充率为12.5％(v/v)；固定床体积为55.6L，载体的填充率为31.6％(v/v)。通过改变恒流泵的流量控制废水在固定床中的停留时间。通过调节空气流量控制装置内的溶解氧(DO)。本实验以总磷作为污泥溶解的指标，因为磷在代谢过程中被微生物吸收，在污泥溶解过程中被释放出来，所以通过测磷可以估算污泥的降解情况。
实施例1
实验条件：
当流化床停留时间为2h，固定床停留时间为11h，对于进水的CODGr在500～600mg/L，氨氮为20～25mg/L的合成废水，经过160天的连续运行情况表明，对有机物的去除可以达到85～99％，氨氮的去除可以达到35％，总氮的去除可以达到20％～30％。出水的CODGr＜60mg/L，出水的悬浮物(SS)＜20mg/L，pH在7～8之间。处理水中的COD、氨氮、SS和pH均达到国家一级排放标准。
实施例2
实验条件：
当流化床停留时间增加为4h，固定床停留时间仍为11h时，对于进水的CODGr在500～600mg/L，氨氮为20～25mg/L的合成废水，经过110天的连续运行情况表明：对于有机物的去除效率是85～99％，氨氮的去除效率可以达到40～50％，总氮的去除可以达到45％左右。出水的CODGr＜40mg/L，出水的悬浮物(SS)＜20mg/L，pH在7～8之间。处理水中的COD、氨氮、SS和pH均达到国家一级排放标准。
实施例3
实验条件：
控制停留时间、COD和氨氮的进口浓度和实例2相同，只是将固定床出口的液体用恒流泵回流到固定床的进口，主要目的是增加废水在反应器中的停留时间和流下距离，研究固定床流下距离对处理效果的影响。经过30天的连续运行情况表明：对于有机物的去除效率有所下降，但也高于70％，主要原因是回流增加了固定床中微生物的水平移动，死亡的微生物也增加；氨氮的去除效率有所提高，可以达到40～70％，总氮的去除可以达到50％～70％，出水的CODGr在110～120mg/L之间，出水的悬浮物(SS)在20～60mg/L之间，pH在7～8之间。试验结果表明增加固定床的流下距离有助于微生物降解并提高了对氮的去除效果。
Claims (3)
1.一种好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺，其特征在于：所述联合处理污水新工艺是采用了生物流化床和生物固定床串联的工艺，即先按照一个流化床和一个固定床串连使用，或一个固定床和一个流化床串连使用，或多个流化床和固定床循环交替使用，而流化床和固定床之间采用溢流隔板连接组合起来；然后在流化床和固定床中添加两种不同的多孔生物载体，通过在不同层次上的好氧—厌氧反复耦合，从而实现处理污水中的有机物和氮化合物的同时，原位分解剩余污泥，流化床内采用空气曝气方式使载体和液体流动，固定床内的流动呈近似平推流的方式，在水平流动方向，每隔一间隔设置曝气装置，形成好氧—厌氧反复出现的状态；未被完全分解的有机物、氨氮和产生的剩余污泥进入到固定床，在固定床中有机物和氨氮进一步的分解，直至完全分解，实现在同一反应器中有机物分解、硝化和反硝化反应的同时进行，使废水中的有机物完全转化为CO2、H2O和N2。
2.根据权利要求1所述好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺，其特征在于：所述在流化床中的多孔生物载体要能够悬浮在水中并形成好氧—厌氧耦合的环境，是均一尺寸的或是不同尺寸的载体组合；所述在固定床中的载体的空隙率在40％以上，这种多孔载体的内部形成生物膜时，在载体的表面和内部形成好氧—厌氧两种不同的环境。
3.根据权利要求1所述好氧—厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺，其特征在于：所述多孔生物载体为天然载体或人工载体，是由煤渣、碎石、沙子、聚乙烯醇、聚亚氨酯或聚丙烯酰胺加工成的载体。
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