CN1278955C - 一种复合菌酶阶层式污水净化装置 - Google Patents

Abstract

一种复合菌酶阶层式污水净化装置，它是一种工业及城市居民生活污水的净化装置。该装置包括有反应池，进水管，出水管，污泥排除管及输气管，在反应池内与水流方向垂直设置并喷涂有从菌团酶厌氧菌和好氧菌细胞膜提取的生物涂料的生物带，引导附着相应活菌，生物带的下方设置有与输气管相通的微孔曝气软管供氧。构成若干依次排列的具有厌氧、兼性厌氧、好氧三种反应区域的净化单元对污水进行阶层净化处理。由于复合酶菌活菌密度大，除污净化效率高，产出污泥特少。该装置结构简单，能耗低，投资少，用于改造或新建污水处理厂能够产生巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种复合菌酶阶层式污水净化装置

技术领域

本发明涉及的是一种复合菌酶阶层式污水净化装置，它是一种新型的工业污水及城市居民生活污水的净化装置。

技术背景

随着我国经济的迅速发展，工业污水及城市居民生活污水愈来严重。为了解决污水的净化问题，国家正在利用国债资金和国内、外各类贷款，扶持帮助各地加速建设污水处理厂。一些已经建成的城市污水处理厂并没有完全投入运行或者是达不到设计处理能力。国外的设备，是由高度发达的经济条件支撑的高能耗、高成本进行处理，并不适应我国的国情。

目前流行的活性污泥法生化处理工艺，它是提供产生活性污泥的条件，使其生长相适应的细菌来脱除污染物。每处理1公斤BOD(生化需氧量)约产生1公斤污泥，运行中需经常处理污泥，增加了投资和运行费用。由于脱除不同污染物所需的生物种类不同，生物学特性不同，需要用不同的填料在反应池中分别设置厌氧、兼性厌氧、好氧三个工艺区和回流通道，以强烈的曝气悬浊污泥并做为工艺区间回流的动力。其设备多、能耗高、投资大，运行费用高。

一种流行的序批式活性污泥法-即“SBR”法，简化了工艺流程和设备。它是在一个单体设备中通过依次控制不同微生物菌的环境参数完成上述三个工艺过程。由于它牺牲了各种微生物生长的最佳条件及其稳定性因素，净化效率并未达到良好状态。为保持污水处理的连续性，需多个单体设备交替进水周期性运行，利用率较低，占地面积大和投资高，同时产生的污泥量并没有减少。

一种“厌氧—缺氧—好氧”一体化的污水处理设备。该设备的主体为水平放置的彼此相邻的三个槽子，第一槽为厌氧槽，第二槽为缺氧槽，第三槽为好氧槽，污水从厌氧槽进入反应器内，依次向后溢流，厌氧槽及缺氧槽均设置搅拌器以强化传质过程，厌氧槽靠空气给氧。好氧槽还设置了气动生物转盘，以提高净化效率；同时，在反硝化过程仍然依靠好氧槽出水回流到缺氧槽来实现。该工艺并未从根本上克服前述工艺的缺陷，相反，厌氧槽及缺氧槽的搅拌增加了动力设备和能耗，使投资增大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种复合菌酶阶层式污水净化装置，在反应池中设置多道喷涂生物涂料的生物带，引导复合菌酶的活菌高密度附着，形成多个好氧、兼性厌氧和厌氧区域的处理单元，无需活性污泥启动，除污效率高，污泥产出特少。该装置结构简单、能耗低、投资少，适于在我国新建污水处理厂或对建成污水处理厂的改造。

一种复合菌酶阶层式污水净化装置，包含有反应池，进水管，出水管，污泥排除管及输气管，其特征在于在反应池内与水流方向垂直间隔地排列有生物带支架，生物带支架固定在反应池中与水流方向平行的侧壁上，中间不留间隙，支架下部的支柱座落在反应池底部上。支架内设置有生物带，生物带由A、A-B、B三层耐腐蚀的惰性纤维材料层构成，在生物带纤维材料上分别喷涂有从复合菌酶好氧菌和厌氧菌细胞膜提取的生物涂料。所述的A层是疏松纤维材料为好氧区域，在好氧区域附着有好氧细菌。所述的B层是致密纤维材料为厌氧区域，在厌氧区域附着有厌氧细菌。所述的A-B过渡层是由疏松过渡到致密的纤维材料层为兼性厌氧区域，在兼性厌氧区域附着有兼性厌氧细菌。生物带的各层面与水流方向垂直，污水穿过生物带。生物带的下方设置有微孔曝气软管分别与输气管相连，输气管穿过反应池壁与供气设备相通。

微孔曝气软管固定在生物带A层的下方，微孔曝气软管由高分子材料制成，管壁上设有若干小气孔，小气孔在管壁内呈曲线形蜂窝状分布，孔径内大外小。

在反应池中的污水中，含有复合菌酶净水剂。根据反应池的容积和污水流量，确定所需生物带的面积和复合菌酶净水剂的用量，以保持活菌密度。

复合菌酶一方面利用污水中的碳源和磷，消耗水中的含碳有机物一一将碳水化合物、脂肪、有机酸等转变为二氧化碳和水，将磷转化为能量物质ATP；另一方面利用上述转化过程中产生的能量，将氮源转化为氮气；两个过程在水中交互发生，互相衔接，最终使污染基因变为水、氮气和二氧化碳，完成了污染基团的物质转换循环。

由于生物带上的活菌密度大，除污效率高，无需在反应池中培养活性污泥，等待其缓慢地生长各种活菌，可缩短反应池启动时间。与活性污泥法相比可降低产泥量95-99％。节省降低设备投资和清理费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的I-I剖视图。

图3为图2的II-II(放大)剖视图。

图4为生物带的结构示意图。

其中1、反应池，2、生物带支架，3、生物带，4、微孔曝气软管，5、进水管，6、出水管，7、挡板，8、连接架，9、供气设备，10、污泥排除管，11、小气孔，12、输气管。

实施例说明

一种复合菌酶阶层式污水净化装置，包含有反应池1，进水管5，出水管6，污泥排除管10，输气管12。在反应池1与水流方向垂直间隔排列有若干个长方体形的生物带支架2，支架2内设置有生物带3，支架2由硬质惰性材料的角钢件构成的框架，支架的前、后角钢安装在反应池1与水流方向平行的侧壁上，中间不留间隙，支架2的支柱座落在反应池1底部上。在生物带3的下方通过连接架8设置有微孔曝气软管4，微孔曝气软管4分别与输气管12相连，输气管12穿过反应池壁与供气设备9相通。

在生物带支架2的框架内设置有生物带3。由框架的前、后的角钢固定在反应池的侧壁上，下部由支柱座落在反应池的底壁上。微孔曝气软管4固定在生物带3的A层正下方。它是由连接架8(即卡箍)固定在生物带支架2的支柱上的。微孔曝气管4在水中放出的微气泡上浮时，能进入到纤维生物带3的A层中，为好氧反应区域提供充足的氧气。由于生物带的层面与水流方向为垂直设置，污水的流动必须穿透流过生物带3，进行强制性的净化反应。

生物带3有A、A-B、B三层耐腐蚀的惰性纤维材料层构成；A层为疏松纤维材料，比表面积为500-1000M²/M³。B层为致密纤维材料，比表面积为1500-3000M²/M³。A-B过渡层为疏松过渡到致密的纤维材料层，该结构形成了巨大的表面积，在水中与有机污物的接触面很大。生物带3的外形呈柔性布条状，可依外部环境的要求不同而改变其大小和外形。

在生物带3纤维材料的A层、A-B层和B层上，分别喷涂由从菌团酶好氧菌和厌氧菌细胞膜提取的两种特殊的生物涂料。A-B层为这两种特殊的生物涂料混合层。这两种涂料对菌团酶活菌具有特殊的亲和力。当菌团酶活菌净水剂投加到反应池中，数小时后即可复活。在污水中复活的菌团酶活细菌会在这种亲和力的引导下迅速附着在生物带上，不同的细菌占据生物带的不同的反应区域。生物带的每一横截面又可分为A层-好氧区域、A-B结合层-兼性厌氧区域和B层-厌氧区域；在相应的区域内，好氧区域附着有好氧细菌、兼性厌氧区域附着有兼性厌氧细菌以及厌氧区域附着有厌氧细菌，分别与污染物基团进行净化反应，在整个反应池内成为一个挨一个三种反应区的复合体。

污水经过格栅沉砂池、沉淀池、除去杂物后进入反应池1反复多次地通过每个生物带3的A层、A-B层及B层三种反应区域的净化单元，由复合菌酶起着净化作用。从前一排生物带中逃逸出来的污染基团会在后边的生物带中被复合菌酶截住再净化，反应池中三种生化反应连续多次地进行，如此阶层式处理，提高了净化效率。在最后的一个生物带3的下部设有挡板7，以防止菌团酶的流失。

在反应池1中的污水中含有的复合菌酶净水剂，它是根据反应池的容积和污水的流量，从而确定所需生物带的面积和复合菌酶净水剂的用量。复合菌酶净水剂为一种微生物和酶的干制品，它是从自然界普遍存在的野生菌种中优选出来的全谱微生物组合物。

净水剂中包含有几个系列的活菌：硝化细菌、反硝化细菌、短程反硝化细菌、氨化细菌、聚磷菌等，含有多种酶体系。它们可以在不同的底物(-蛋白质、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、大分子有机物、小分子有机物等)条件下，在一定的时间(一般为几个小时)和一定的启动浓度值时表达出不同的酶体系，并进行厌氧、兼性厌氧、好氧等不同的生化反应。由于菌团酶活菌本身来自于极端恶劣的自然环境，未经任何生物工程修饰，因而适应性强，且耐盐度高。

在好氧区域中，好氧细菌将氨氮转化为硝基氨，并把小分子有机物转化为CO₂和H₂O(把可溶的无机磷转化为细胞体内的ATP)；在厌氧区域中，厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气(把难降解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物)。最终将污染基团分解转化成逸出水体的N₂、CO₂和H₂O。

菌团酶硝化细菌与传统硝化细菌不同，为好氧化性异样型芽孢杆菌，在碳源(碳水化合物、脂肪、有机酸等)丰富时，能充分利用这类物质分解过程中所产生的能量，作为进行生命活动所需的能源，将NH₄ ⁺-N转化成NO₂ ^-、NO₃ ^-，同时消耗大量的有机物，将有机物转化为CO₂和H₂O，使水体中的COD同时得以降低。

反硝化菌利用硝化菌的反应产物NO₃ ^-进行反硝化反应，将其转变成为N₂挥发到空气中。

氨化细菌能快速分泌出一种特定的胞外酶，可降解分子量较大的有机氮化物，形成能被硝化细菌利用的含氮化合物。

复合菌中的聚磷菌是一种特殊的细菌；在厌氧区，聚磷菌打开体内储藏的高能磷酸键释放出磷及能量，利用此能量，聚磷菌将污水中的易生物降解有机物(在厌氧菌的作用下降解的发分子有机物转化的产物—小分子的挥发性脂肪酸<VFA>)摄入体内以PHB形式贮藏。到了好氧区，聚磷菌通过所贮藏的PHB的代谢产生能量，用之超量摄取污水中的磷，生成新的细胞物质，即所谓的“超量吸磷”，使其体内的含磷量大大超过2.3％。

经试验结果表明，聚磷菌在厌氧条件每吸收1mol乙酸并将之转化为PHB需消耗1mol ATP；而到了好氧区，由1mol乙酸转化的PHB完全分解能产生11mol ATP，此能量用于超量磷吸收，这个过程连续相继发生。结果是污水中的碳源和有机物在不断的消耗去除，而水体中的磷也因为聚磷菌的大量繁殖和活动被聚集、消耗，最终是降低了水中的含磷量。与此同时，复合菌酶中的其他细菌在生命活动过程中也在不断的消耗磷，组成新的细胞体。聚磷菌在生物带3上不断的繁殖、附着和聚集，从环境中吸收磷。当这种聚集达到一定程度时，可将生物带3提出水面，经干燥后去除灰分，即可达到除磷的目的。

用生物除磷，实际上是通过能在好氧条件下超量吸收磷的细菌(聚磷菌)来完成的。磷是细菌结构的必须组成成分，普通细菌的细胞结构的含磷量约为其重量的2.3％，而聚磷菌体内磷的含量可达到8％，甚至更多。

微孔曝气软管4采用新型的高分子材料(如聚乙烯或聚苯乙烯材料)等制成，具有耐酸、耐碱性好的特点，它起到输气和曝气的两种作用。在微孔曝气软管4的管壁密布有小气孔11，小气孔11在管壁内呈曲线形蜂窝状分布，孔径内大外小。在一定压力的条件下，气流通过小气孔11才能张开，进行向外喷射曝气。在不曝气时受静水压力作用下，小气孔11关闭，避免污泥堵塞气孔。由于材料特殊，小气孔还可随供气量的增减而改变大小。根据需要，可调整供气设备9的供气量，从而调控微气泡的气量。穿过小气孔的气流在水中形成连续不断的微气泡，直径为1-2毫米，上升速度慢，气泡均匀，与水发生氧交换的表面积大，氧溶解效率高，因而大大节约了电能。每吨污水的曝气电耗约为0.01--0.03度，仅为传统方法的五分之一至十分之一。

举例说明采用本装置改造后的污水处理实例：

该污水处理厂的排污水量4万吨/日，反应池中的有效水深为3.0米，利用原来的反应池中的格栅、平流斗底沉砂池、污水泵房、污泥浓缩池和原有的供气系统，在原有的反应池中加装本装置为：

安装有60排生物带，每一生物带的面积为225平方米，共13500平方米；均匀撒入的复合菌酶净水剂500kg，进水PH值为6.5～8.8。

采用本装置处理后的出水符合国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定的一级排放标准。

采用本装置可减少电力消耗89.5％左右，运行半年即可从所节约的电费中收回改造投资。

综上所述，使用本装置改造或新建污水处理厂能够产生巨大的经济效益和社会效益。

本装置的优点如下：

1.投资少。反应池的结构简单，占地少(3亩/万吨)；无大型机械设备；产泥量只有传统工艺的1～5％，资金、基建和设备投资大约只有传统工艺的60～70％。

2.净化效率高。生物带中活菌密度大，污染基团通过多排生物带时多次经过好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应，分解彻底迅速，除污效率高。

3.能耗低。污水处理过程无需活性污泥，无需强曝气搅拌水体，悬浮污泥，仅增氧设备有少量耗电。

4.运行费用低。设备少、维护费用少、电耗小、吨水运行费用低。

5.无异味。净化反应在常温下开放式进行，无臭味逸出，厂区不必远离城区，可节约大量的城市管网建设费用，尤其是老污水处理厂改造，无需搬迁新建。

6.工期短。在现有污水处理厂的反应池中实施仅需1个月左右，新建工期只需6个月。

Claims (4)

1、一种复合菌酶阶层式污水净化装置，包含有反应池，进水管，出水管，污泥排除管及输气管，其特征在于在反应池内与水流方向垂直间隔地排列有生物带支架，生物带支架固定在反应池中与水流方向平行的侧壁上，中间不留间隙，支架下部的支柱座落在反应池底部上；支架内设置有生物带，生物带由A、A-B、B三层耐腐蚀的惰性纤维材料层构成，在生物带的纤维材料上分别喷涂有从复合菌酶好氧菌和厌氧菌细胞膜提取的生物涂料；所述的A层是疏松纤维材料为好氧区域，在好氧区域附着有好氧细菌，所述的B层是致密纤维材料为厌氧区域，在厌氧区域附着有厌氧细菌，所述的A-B过渡层是由疏松过渡到致密的纤维材料层为兼性厌氧区域，在兼性厌氧区域附着有兼性厌氧细菌；生物带的各层面与水流方向垂直，污水穿过生物带；在生物带的下方设置有微孔曝气软管分别与输气管相连，输气管穿过反应池壁与供气设备相通。

2、根据权利要求1所述的一种复合菌酶阶层式污水净化装置，其特征在于生物带A层疏松纤维材料的比表面积为500-1000M²/M³；B层的致密纤维材料的比表面积为1500-3000M²/M^3。。

3、根据权利要求1所述的一种复合菌酶阶层式污水净化装置，其特征在于在反应池的污水中含有复合菌酶净水剂。

4、根据权利要求1所述的一种复合菌酶阶层式污水净化装置，其特征在于微孔曝气软管固定在生物带A层的下方，微孔曝气软管由高分子材料制成，管壁上设有若干小气孔，小气孔在管壁内呈曲线形蜂窝状分布，孔径内大外小。

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