CN1939847B

CN1939847B - 畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置及方法

Info

Publication number: CN1939847B
Application number: CN2006100802192A
Authority: CN
Inventors: 柳志舜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: CN1939847A; JP2006314991A; JP4409532B2

Abstract

本发明涉及畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置和方法，所述装置包括设有原水流入口(12)和滤网(11)的滤池(10)，滤池(10)后方的流量调节池(20)，曝气池(70)及其一侧由隔壁(52)构成的厌氧池(50)，浓缩池(90)及脱水装置(100)，其特征在于：将隔壁(52)一体设置成使其上端高于污水水面，厌氧池(50)内部设置低速旋转并带多个叶片(81)的搅拌器(80)，下部与曝气池(70)内部连通，上部设置处理水流出口(53)；曝气池(70)下侧设置多个进气口(110)，进气口(110)上侧通过支撑台(121)设置球状容器(120)，球状容器(120)下侧以及上侧外缘分别设置金属网(122)和(123)。

Description

畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置及方法

技术领域

本发明涉及到畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置及方法，即，在曝气池中一体设置其内形成有污泥(sludge)层的厌氧池，在好氧状态下氧化分解污染物，然后在兼性厌氧(facultative anaerobic)以及厌氧状态中进行去除有机物和除氮；并通过去除含过量磷的污泥而达到除磷的效果，根据畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水所含污染物以及所要求达到的水质，将上述工艺流程设为单阶段或多阶段，从而提高处理效率，而且通过使设置在厌氧池内的搅拌器的网状(mesh)或条状(bar)叶片(Impeller)低速旋转，对厌氧池内部进行均匀搅拌；上述曝气池下侧设有用于提供污水处理用氧气的多个进气口，进气口上方设置内部填充有微生物活性剂的椭圆形球状容器，球状容器的下侧以及上部外缘上形成金属网(wire mesh)；上述污水顺利流入球状容器内部以及流出外部，通过控制厌氧池和曝气池内部的整个反应，使污染物的处理和氮气的排出更加容易，且便于对厌氧性污泥进行管理。

背景技术

通常，在各种污水、废水处理中，为了防止氮和磷等物质引起的绿潮和红潮现象出现，都要求去除废水所含有的有机物及氮和磷等营养物质。

因此，上述污水处理中，通过一定的下水及废水处理装置，对下水及废水进行净化后排出，而这时产生的污泥则通过厌氧消化工艺或浓缩工艺，并经过一定的脱水工艺进行脱水，然后埋入地下或进行焚烧处理。

对于上述现有的污水处理方法，本发明人在韩国专利登记第10-0369924号中公开。

其技术构成如图1和图2所示，即，包括一侧形成有原水进入口12，其中间设置有滤网(Screen)11的滤池10；设置在上述滤池10后方，使污水的水质浓度均匀并调节污水流入量的流量调节池20；引入上述污水并维持一定氧气分压的曝气池70；对在上述曝气池70产生的污泥进行浓缩的浓缩池90；对上述经过浓缩的污泥进行脱水，以形成块状污泥的脱水装置100。

这时，将上述曝气池70一侧形成厌氧池50的隔壁52设置成其上端高于污水水面，且倾斜设置隔壁52，使上述厌氧池50的上部比下部宽，上述隔壁52的下部与曝气池壁面分离，以使厌氧池50的下部与曝气池70内部连通，在由上述隔壁52形成的厌氧池50上部，设置有处理水流出口53。

这样，通过流入上述曝气池70的污水经过曝气池70内部流入厌氧池50下部，具有一定重量的污泥则由厌氧池50内部的兼性厌氧以及厌氧污泥层过滤，并重新循环到曝气池70底部，厌氧池50上部形成有液状层并不断通过处理水流出口排出至下一阶段。这时，上述曝气池70反复进行曝气期间和停歇期间，在曝气期间，曝气池70内部的污水与活性污泥发生混合并曝气，在停歇期间，污泥则沉淀在曝气池70的底部，在下一曝气期间，污泥重新与流入的污水混合。

这样，通过设置多个由进行曝气、沉淀和混合过程的曝气池70和厌氧池50所构成的反应池，在各个曝气池70中的污泥具有与流入的污水浓度所对应的最佳活性度，从而提高污水处理效率，从曝气池70排出的污泥经浓缩池90浓缩后，通过脱水装置100进行脱水，最后成为块状污泥而排出。

但是，上述厌氧池中的具有一定重量的污泥被兼性厌氧、厌氧污泥层缓慢过滤，并重新循环到曝气池70底部时，在厌氧池内部发生部分反应，微生物导致硝化反应速度缓慢，使氮气无法顺利放出，还导致厌氧性污泥浮出，从而无法对上述污泥进行处理。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，其目的在于提供一种畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置及方法，即，在曝气池中一体设置其内形成有污泥层的厌氧池，在好氧状态下氧化分解污染物，然后在兼性厌氧以及厌氧状态中进行去除有机物和除氮；并通过去除含过量磷的污泥而达到除磷的效果，根据畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水所含污染物以及所要求达到的水质，将上述工艺流程设为单阶段或多阶段，从而提高处理效率，而且通过使设置在厌氧池内的搅拌器的网状或条状叶片低速旋转，对厌氧池内部进行均匀搅拌；上述曝气池下侧设有用于提供污水处理用氧气的多个进气口，进气口上方设置内部填充有微生物活性剂的椭圆形球状容器，球状容器的下侧以及上部外缘上形成金属网；上述污水顺利流入球状容器内部以及流出外部，通过控制厌氧池和曝气池内部的整个反应，在好氧状态中进行污染物的氧化分解，以及在厌氧状态中去除有机物、氮和磷，从而对好氧性以及厌氧性污泥进行处理。

作为达到上述目的的手段，本发明中的畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置包括：设有原水流入口和滤网的滤池；设置在上述滤池后方，使污水的水质浓度均匀并调节污水流入量的流量调节池；引入上述污水并维持一定氧气分压的曝气池；对在上述曝气池产生的污泥进行浓缩的浓缩池；对上述经过浓缩的污泥进行脱水，以形成块状污泥的脱水装置，其特征在于：

将于上述曝气池一侧形成厌氧池的隔壁一体设置成其上端高于污水水面，并将隔壁倾斜设置，使上述厌氧池的上部比下部宽，在其上部设置处理水流出口；上述隔壁的下部与曝气池壁面分离，以使厌氧池的下部与曝气池内部连通；在上述厌氧池内部设置有低速旋转并带有多个叶片的搅拌器，以使反应均匀；位于上述曝气池下侧的用于污水流动的多个进气口上侧，通过支撑台设置有椭圆形的球状容器；上述球状容器下侧以及上侧外缘分别设置金属网，从而起到搅拌作用，使上述污水流入填充有微生物活性剂的球状容器内部并通过金属网向外流出。

本发明特征在于：设在上述厌氧池内部使反应均匀的低速旋转叶片呈网状或条状，而且一个或一个以上的上述球状容器设置在曝气池内部。

本发明的畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理方法，该污水处理方法包括：从原水流入口流入滤池的污水中，通过滤网去除大型的杂物及悬浮物的阶段；将经过上述滤网的污水引入流量调节池并以特定流量排出，在上述流量调节池中储存、混合污水以使污水水质均匀的阶段；上述经过均匀化的污水流入曝气池，并维持特定氧气分压，在好氧状态进行污染物氧化和分解的曝气阶段；将上述曝气过程中产生的液状层，通过处理水流出口排出，而对污泥进行浓缩脱水的阶段；其特征在于：

上述曝气阶段中，曝气池一侧设置用于形成厌氧池的隔壁，上述厌氧池的下部与曝气池连通，厌氧池的上部设置处理水流出口；在上述厌氧池内部设置有低速旋转并带有多个叶片的搅拌器，以使反应均匀；厌氧池内部形成兼性厌氧及厌氧污泥并进行搅拌，以维持兼性厌氧及厌氧状态；曝气池内部通过设置在下侧的进气口提供的空气，维持特定氧气分压的好氧状态；污水通过金属网流入到设置在进气口上侧并填充有微生物活性剂的椭圆形球状容器内部，然后向外流出，从而通过活性化的好氧性微生物进行污染物氧化和分解，同时通过兼性厌氧污泥层中的兼性厌氧微生物和厌氧污泥层中的厌氧微生物，去除有机物、氮和磷。

本发明特征在于，上述厌氧池内部中，使反应均匀的网状或条状叶片的转速为0.1m/min～30m/min。

另外，本发明的特征在于，填充在上述球状容器内的微生物活性剂包括：33重量％的存在于土壤中的有机物、53.4重量％的SiO₂、7.8重量％的Al₂O₃、4.0重量％的Fe₂O₃、0.5重量％的Na₂O、0.3重量％的K₂O、0.5重量％的CaO和0.5重量％的MgO。

根据本发明的畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置及方法，在曝气池中一体设置其内形成有污泥层的厌氧池，在好氧状态下氧化分解污染物，然后在兼性厌氧以及厌氧状态中进行去除有机物和脱氮；并通过去除摄取过量磷的污泥而达到除磷的效果，根据畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水所含污染物以及所要求达到的水质，将上述工艺流程设为单阶段或多阶段，从而提高处理效率，而且通过使设置在厌氧池内的搅拌器的网状或条状叶片低速旋转，对厌氧池内部进行均匀搅拌；上述曝气池下侧设有用于提供污水处理用氧气的多个进气口，进气口上方设置内部填充有微生物活性剂的椭圆形球状容器，球状容器的下侧以及上部外缘上形成金属网；上述污水顺利流入球状容器内部以及流出外部，使球状容器内部的微生物活性剂和污水中的微生物接触，在上述曝气池中，经过活性化的好氧微生物对污染物进行氧化及分解，而在厌氧池中，兼性厌氧及厌氧微生物对有机物、氮和磷进行去除反应，从而加速氮气的排出，而且便于对好氧污泥和厌氧污泥进行管理。

附图说明

图1为现有的污水处理装置结构示意图；

图2为现有污水处理装置中的曝气池和厌氧池的示意图；

图3为本发明的畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置中的曝气池和厌氧池示意图；

图4为本发明的厌氧池内部的搅拌器叶片结构示意图；

图5为本发明的曝气池内部下侧的球状容器示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的理想实施例进行详细说明。

图3为本发明的畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水的处理装置中的曝气池和厌氧池示意图；图4为本发明的厌氧池内部的搅拌器叶片结构示意图；图5为本发明的曝气池内部下侧的球状容器示意图；以下结合图1及图2对本发明进行说明。

将上部形成有处理水流出口53的厌氧池50下部连接到曝气池70的中低部位，在滤池10中去除大型的杂物及悬浮物，而流入流量调节池20中的畜牧业废水和粪尿等高氮浓度污水经过均匀化后，以特定量持续流入曝气池70中。

流入上述曝气池70中的畜牧业废水和粪尿等污水经过曝气池70内部后流入厌氧池50下部，其混合液中的活性污泥被厌氧池50中的污泥层过滤，从而在厌氧池50上部形成经过过滤、分离的液状层，并通过处理水流出口53持续排出到下一阶段。

另外，如图4所示，上述厌氧池50内部设有搅拌器80，其带有多个低速旋转的网状或条状叶片81，其以0.1m/min～30m/min的转速，优选0.1m/min～2m/min的低转速对厌氧池内部进行搅拌，从而使厌氧池内部反应均匀，提高氮气的排出及厌氧污泥的处理效率。

在上述厌氧池50内部低速旋转的叶片可形成网状，以便对厌氧污泥进行搅拌，或将上述叶片81做成条状，可对较大的厌氧污泥进行粉碎。

在好氧状态和无氧及厌氧状态下的污染物处理反应和原理如下。

畜牧业废水和粪尿等污水中的氮以有机氮(Org-N)、氨气型氮(NH₃-N)、亚硝酸型氮(NO₂-N)和硝酸型氮(NO₃-N)形式存在，在未经处理的畜牧业废水和粪尿等污水中的主要存在形式为有机氮和氨气型氮。即，经过在污染初期，主要以氨气型氮存在，随着污染的回复，在好氧状态氧化为硝酸型氮的硝化(Nitrification)过程。

畜牧业废水和粪尿等污水处理工艺中，生物性硝化由，将氨气型氮氧化成亚硝酸型氮的亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)，以及将亚硝酸型氮氧化成硝酸型氮的硝化杆菌(Nitrobacter)两种微生物进行。这些微生物在异养生物(Heterotrophic Organisms)氧化有机化合物时取得能量，而且还从无机化合物中取得能量，故为自养生物(Autotrophic Organisms)。

氨气型氮的硝化过程包括两个阶段。第一阶段为，由亚硝化单胞菌将氨气型氮转换为亚硝酸型氮的阶段；第二阶段为，由硝化杆菌将亚硝酸氮转换为硝酸型氮的阶段，上述两个阶段用化学式表示如下：

NH₄ ⁺+1.5O₂→NO₂ ^-+H₂O+2H⁺

NO₂ ^-+0.5O₂→NO₃ ^-

上述反应式中，氧元素为氨气型氮和亚硝酸氮的生化性氧化的电子供体。氧为亚硝化单胞菌和硝化杆菌所能利用的唯一电子供体。所以，为了进行硝化过程，好氧条件是必需的，脱氮工艺就是将经过氧化的硝酸根离子(Nitrate ion)置换为NO、N₂O和N₂。

参与脱氮的微生物有无色杆菌Achromobacter)、芽孢杆菌(Bacillus)、短杆菌(Brevibacterium)、肠杆菌(Enterobacter)、乳酸杆菌(Lactobacillus)、微球菌(Micrococcus)、Paracalobactrum、假单胞菌(Pseudomonas)和螺旋菌(Spirillum)等。这些微生物为异养生物。这些微生物分好氧性、兼性好氧性和厌氧性等，在自然界中80％以上为兼性好氧微生物，这些微生物在对有机物进行氧化时，使用氧原子作为电子供体，在处于无氧或缺氧状态时，进行无氧呼吸，利用结合状态的氧元素(NO₃ ^-、SO₄ ^2-等)作为最终电子供体。这种不存在氧气(分子状态的氧)，只存在化学结合状态的氧元素时的状态叫做缺氧条件(Anoxic condition)，以区别厌氧条件(Anaerobic condition)。在缺氧条件下，氧元素存在状态可控制兼性厌氧微生物的呼吸，这是因为使用分子相氧气作为最终电子供体与使用化学结合的氧元素相比，所产生的能量更多，故兼性厌氧(缺氧)微生物喜欢使用分子相氧气。因此，脱氮时不应存在分子状态的氧。

除磷工艺中，反应池需要维持周期性的厌氧/好氧状态，即，使用磷释放(Phosphorus release)和过度摄取(Luxury uptake)来进行除磷。

除磷微生物(PAOs)在厌氧条件下，利用细胞内的无机磷(Poly-P)分解时所产生的能量，摄入乙酸(Acetic acid)等有机酸后传递到PHA(多羟基乙酸酯，Poly Hydroxy Acetate)，将游离的正磷酸(Ortho-P)释放到溶液中，这种现象叫做磷释放(Phosphorus release)。如从厌氧条件转到好氧条件，除磷微生物将所储存的PHA进行分解，合成出ATP(腺苷三磷酸，Adenosine Tri-Phosphate)，并利用ATP从溶液中摄取正磷酸，合成为无机磷后储存在细胞内。

另外，重要的是，与在好氧状态中发生磷的过度摄取一样，当存在氧元素之外的其他电子受体(Electron acceptor)，如NO₃ ^-等物质时，即使不存在氧元素，磷的释放也会受到阻碍。为了有效进行厌氧池中的磷的释放，必须去除NO₃ ^-。

本发明中的畜牧业废水和粪尿等污水处理装置，在曝气池70中，根据流入的畜牧业废水和粪尿等污水的特性，设定不同的间歇曝气时间，从而在曝气时间中，流入水中的氨气型氮通过氧和硝酸型菌氧化为硝酸型氮，对从厌氧池50下部流入并形成在厌氧池50内部的兼性厌氧及厌氧污泥，使用搅拌器80的网状或条状叶片81，以0.1m/min～30m/min的低速进行旋转搅拌，从而使上述厌氧池50的整个内部发生反应，以排出氮气，并将曝气池70中氧化的硝酸型氮(NO₃-N)置换为氮气(N₂↑)而去除。

另外，除磷过程是，Poly-P微生物在厌氧状态下，利用单链脂肪酸释放磷之后，在曝气期间中，又过渡摄取磷，过渡摄取的磷的量多于厌氧期间中释放的磷的量，从而去除流入水中的磷，而系统中的除磷通过剩余污泥的废弃来完成。

在A²/O工艺等主工序(main-stream process)中，为了除氮，必须将曝气池70中含有硝酸型氮的污泥混合液内循环(internal recycle)到缺氧池60中，在最终沉淀池80中经过固液分离的污泥需要向前工序移送污泥(return activated sludge，RAS)，以补充各反应池的微生物量，或向厌氧池50搬送污泥。在本发明中，被形成在厌氧池50中的污泥层所过滤，这样，可维持曝气池70中的高污泥浓度(高浓度微生物)，从而在建设畜牧业废水和粪尿等污水处理设施时，可减少占地面积，降低建设费用，并可有效处理有机物浓度及C/N比低的污水，以及含有高浓度氮、磷和有机物的畜牧业废水和粪尿等污水。

本发明的污水处理装置从污水流入口12至流量调节池20的结构与现有的装置相同，不同在于，将曝气池70一侧构成厌氧池50的隔壁52一体设置成其上端高于畜牧业废水和粪尿等污水的水面，并对通过厌氧池50下部流入并形成在厌氧池50内部的兼性厌氧及厌氧污泥层，使用搅拌器80的网状或条状叶片81，以0.1m/min～30m/min的低速进行旋转搅拌。

位于上述曝气池下侧的用于污水流动的多个进气口110上侧，通过支撑台121设置有椭圆形的球状容器120；上述球状容器120下侧以及上侧外缘分别设置金属网122和123，这样，通过上述进气口110的喷射空气起到搅拌作用，即，上述污水通过下部的金属网122，流入填充有微生物活性剂的球状容器120内部后，再通过设置在上述球状容器120上部外缘的金属网123向外流出。

另外，从金属网123上侧的盖子向上述球状容器120内部填充微生物活性剂，以提高微生物处理畜牧业废水和粪尿等污水的能力，该生物活性剂由33重量％的存在于土壤中的有机物、53.4重量％的SiO₂、7.8重量％的Al₂O₃、4.0重量％的Fe₂O₃、0.5重量％的Na₂O、0.3重量％的K₂O、0.5重量％的CaO和0.5重量％的MgO组成。

如上所述，通过搅拌器80对形成在厌氧池50内部的兼性厌氧及厌氧污泥层进行搅拌，同时使曝气池70的球状容器120内部的微生物活性剂和污水中的微生物接触，在上述曝气池70中，经过活性化的好氧性微生物对污染物进行氧化及分解，而在厌氧池50中，兼性厌氧及厌氧微生物对有机物、氮和磷进行去除反应，从而加速氮气的排出，而且便于对好氧污泥和厌氧污泥进行管理。

本说明书中对理想实施例进行了详细说明，但本发明的技术内容并不仅限定于所述实施例，本专业技术人员完全可以在本发明技术思想范围内，对其进行各种各样的变更或变形。

Claims

1.一种包括畜牧业废水和粪尿在内的高氮浓度污水的处理装置，其包括：设有原水流入口(12)和滤网(11)的滤池(10)；设置在所述滤池(10)后方，使污水的水质浓度均匀并调节污水流入量的流量调节池(20)；引入从流量调节池(20)引入的高氮浓度污水并维持特定氧气分压的曝气池(70)；对在所述曝气池(70)产生的污泥进行浓缩的浓缩池(90)；对所述经过浓缩的污泥进行脱水，形成块状污泥的脱水装置(100)，所述污水处理装置的特征在于：

将位于所述曝气池(70)一侧构成厌氧池(50)的隔壁(52)一体设置成使其上端高于污水水面，并将隔壁(52)倾斜设置，使所述厌氧池(50)的上部比下部宽，在其上部设置处理水流出口(53)；所述隔壁(52)的下部与曝气池(70)壁面分离，以使厌氧池(50)的下部与曝气池(70)内部连通；在所述厌氧池(50)内部设置有低速旋转并带有多个叶片(81)的搅拌器(80)，以使反应均匀；位于所述曝气池(70)下侧并促进污水流动的多个进气口(110)上侧，通过支撑台(121)设置有椭圆形的球状容器(120)；所述球状容器(120)下侧以及上侧外缘分别设置金属网(122，123)，从而起到搅拌作用，使曝气池(70)中的污水流入所述球状容器(120)内部并通过金属网向外流出。

2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于：

所述叶片(81)为网状的低速旋转叶片，能使厌氧池(50)内部反应均匀。

3.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于：

所述叶片(81)为条状的低速旋转叶片，能使厌氧池(50)内部反应均匀。

4.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于：

一个或多个所述球状容器(120)设置在曝气池(70)内部下方。

5.一种采用权利要求1至4任一项所述的处理装置对包括畜牧业废水和粪尿在内的高氮浓度污水进行处理的方法，其包括：从原水流入口流入滤池的污水中，通过滤网去除大型的杂物及悬浮物的阶段；将经过所述滤网的污水引入流量调节池并以特定流量排出，在所述流量调节池中储存、混合污水以使污水水质均匀的阶段；使经过均匀化的所述污水流入曝气池，并维持特定氧气分压，在好氧状态进行污染物的氧化和分解的曝气阶段，所述曝气阶段中产生的混合液中的活性污泥被厌氧池中的污泥层过滤，从而从厌氧池上部过滤、分离，并通过在厌氧池上部设置的处理水流出口排出；对曝气池产生的污泥进行浓缩脱水的阶段，其中：

在上述曝气阶段中，曝气池一侧设置用于形成厌氧池的隔壁，上述厌氧池的下部与曝气池连通，厌氧池的上部设置处理水流出口；在上述厌氧池内部设置有低速旋转并带有多个叶片的搅拌器，在曝气池中设置有椭圆形的球状容器，在厌氧池内部形成厌氧污泥并进行搅拌；曝气池内部维持特定氧气分压的好氧状态；通过设置在厌氧池内部的搅拌器的搅拌，和污水通过金属网流入及流出位于曝气池下方的进气口上侧的椭圆形的球状容器，以及通过在所述球状容器内部填充微生物活性剂，在曝气池内部的好氧状态下通过微生物活性剂对污染物进行氧化分解，并在厌氧池内部维持兼性厌氧污泥层及厌氧污泥层的兼性厌氧及厌氧状态；从而在厌氧状态下进行有机物、氮和磷的去除。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

在所述厌氧池内部，旋转叶片的转速为0.1m/min～30m/min。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

填充在所述球状容器内的微生物活性剂是由33重量％的存在于土壤中的有机物、53.4重量％的SiO₂、7.8重量％的Al₂O₃、4.0重量％的Fe₂O₃、0.5重量％的Na₂O、0.3重量％的K₂O、0.5重量％的CaO和0.5重量％的MgO组成。