CN104016490A - 多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器及其用途，该处理器是由收水系统、一级廊道、二级廊道、三级廊道依次串联而成；一级廊道和三级廊道包括生物滤墙，滤墙上布满孔洞，孔洞的孔径从上到下逐渐变大；两个生物滤墙的孔洞内均填充陶瓷环填料；三个廊道中都布有生物悬浮球填料和微孔曝气器。本发明采用微孔曝气，档板的安装使水流缓慢折线流动，有利于生长缓慢的硝化菌生长繁殖，形成生物膜；采用生物滤墙设置不同功能菌群的过渡地带，避免了不同种类的微生物，特别是自养型微生物在竞争中被淘汰。本发明在反硝化廊道之前嵌接生物滤墙和设置微曝气系统，可有效提高生物膜的微生物协同硝化-反硝化能力。

Description

多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器及其用途

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器及其用途。

背景技术

目前，中国的农村集镇或近郊城镇居民生活污水在经过二级化粪池处理后直接排入河涌或沟渠，造成水体中COD、氨氮超标，这是造成水体富营养化的关键因素。

河涌和池塘中水华出现、藻类爆发与水体中过多的氮磷有关，如果把水体中的可生物利用的氨素(氨氮、硝态氮和亚硝态氮)控制在低水平范围内，氮素成为了藻类生长的制约因素，藻类可在源头上得到有效控制。

广州市环保局在官网上公布2013年11月广州市50条(54段)河涌水质监测信息。结果显示，有5条河涌水质出现严重下降，为5月份广州市公布河涌水质数据以来最差，为黄埔涌(海珠)、沙基涌(荔湾)、沙涌(荔湾)、新市涌(白云)、海口涌(白云)。此外，广州有多条河涌氨氮超标严重，白云区白海面河涌氨氮超标竟达到26.8倍，即氨氮高达约50mg/L。水体中过量的氨氮和亚硝氮对水生生物特别是鱼类的生长产生毒害作用。因此，工业废水和生活废水在排入受纳水体前，一定要经过严格脱氮处理，达到安全的排放标准。

传统的脱氮工艺是通过硝化和反硝化两个独立的过程来实现的，分别由硝化菌和反硝化菌在不同的反应器中(空间上)，或者同一反应器中制造间歇的好氧和厌氧环境(时间上)实现氮的去除。

传统的脱氮工艺在大中型污水处理厂发挥着重要作用，但是对于小规模的工业废水和城市污水来说，传统工艺投资费用高、占地面积大、运行管理难度高。

近年来，随着人们对生物脱氮过程认识的深入，出现了一些新的生物脱氮理论，例如好氧反硝化、自养反硝化、异养硝化、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化等，由此也产生了一系列相应工艺，例如SND、SHARON、ANAMMOX等。对于利用好氧反硝化的脱氮工艺由于微生物菌种驯化时间长，控制条件有待完善。

近年来，国内出现了一体化生物膜反应器的应用和专利。如张永明等发明了利用生物膜法修复水体的方法及专用生物膜反应器，其关键部件为一种薄壁大孔道蜂窝状陶瓷作为生物膜载体，将该载体悬挂于反应器，通过在反应器底部曝气，形成了气升式内循环生物反应器。俞汉青等发明的生物膜反应器兼具生物接触氧化池和生物滤池的作用，在曝气装置的推动作用下，废水在内筒和外筒之间形成环流，并依次经过生物接触氧化池用填料和生物滤池用滤料的净化处理。又如王荣昌等发明的硝化反硝化一体式污水脱氮生物膜反应器，该反应器呈柱体结构，自上而下由收水系统、曝气反应区、缺氧区和沉淀区串联组成一体，曝气反应区内充满悬浮填料。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器(地埋式和可移动式)，该污水处理器采用多廊道和滤墙嵌接，能满足不同进水水质和停留时间的要求，可拼接不同硝化段和反硝化段廊道，占地少。利用地埋式生物膜污水处理器内液位水头重力自流出水，即进水水位比出水水位高15-25cm，具体水位差需根据待处理水体的流动阻力和水头损失设计。在脱氮技术上采用了好氧反硝化菌作为反硝化区生物膜的优势菌群，利用污水中的有机物作为碳源，并通过在有氧条件下进行反硝化的微生物脱氮功能，去除在第一级廊道中氨氮通过好氧硝化生成的硝态氮，有别于传统的厌氧反硝化技术。该反应器可灵活调节工艺条件，并保证在微好氧条件下进行脱氮，避免了采用厌氧反硝化菌脱氮造成出水水质差，或在好氧条件下出水，但需进行回流厌氧反硝化脱氮，从而增加能耗的缺陷。

本发明的另一目的在于提供上述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器在处理污水中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，是由收水系统、一级廊道、二级廊道、三级廊道依次串联而成；

一级廊道、二级廊道、三级廊道的长度比例为(2-3):1:(4-5)；若污水中的硝态氮含量与氮氮含量的比值大于0.5时，一级廊道、二级廊道、三级廊道的长度比例优选2:1:5；

各廊道之间以隔板隔开；隔板可以是开孔的，也可以是不开孔的；各廊道之中有挡板，档板的高度高于廊道间的隔板，同时这些档板与反应器底部留有一定的间隔；

所述的收水系统由进水管和进水调节池组成，进水调节池与一级廊道的生物滤墙间有隔板隔开，该隔板上有大量穿孔以使生活污水可从穿孔中流出并实现均匀布水；进水调节池一端连接进水管，另一侧通过隔板的穿孔流向生物滤墙；

所述的一级廊道和三级廊道包括位于其各自廊道前端的生物滤墙，两个廊道中生物滤墙的结构是一样的，即生物滤墙上布满孔洞，孔洞的孔径从上到下逐渐变大，这样设计的意义是可以减少局部水头损失，避免由于水流短路而导致水流从隔板上部流出；孔洞的孔径范围是0.5-3cm；两个生物滤墙的孔洞内均填充陶瓷环填料；

一级廊道和三级廊道中，生物滤墙与有效廊道的长度比例为1:4；所述的有效廊道是指，一级廊道或三级廊道除去生物滤墙的部分；

一级廊道生物滤墙的厚度优选20-50cm；

三个廊道中都布有生物悬浮球填料和微孔曝气器；各个廊道的底部设有排泥阀；

所述的生物悬浮球填料的比表面积大于1000m²/m³；在一级廊道和二级廊道中，生物悬浮球填料的填充率占廊道有效容积的40-50％；在三级廊道中，生物悬浮球填料的填充率占廊道有效容积的50-60％；

所述的生物悬浮球填料是由抽真空处理后的聚氨酯生物填料和陶瓷环组成，装在以聚丙烯为材料的多面空心球内。聚氨酯生物填料开孔率大于90％，比表面积为5000m²/m³。所述的陶瓷环是内部沿着轴心开孔的圆柱体，陶瓷环微孔的孔径为5-30μm，比表面积约为1500-2000m²/g。陶瓷环有两个作用，调整生物悬浮球的重量，使其在水中的比重在0.98-0.95，处于悬浮的状态；陶瓷环是用石灰石、粉煤灰废渣烧结而成，能在水中起调节pH值的作用，由于硝化作用消耗氨氮，pH值下降，陶瓷环则可维持水体中酸碱度平衡。

所述的微孔曝气器与反应器底部的曝气装置连接，其作用是调节各个廊道中的溶解氧含量；

本发明反应器各个廊道的内壁设有卡口，可按污水和微生物的种类，根据所需停留时间的不同，调整档板的数量和滤墙的厚度。

在本发明的反应器中，一级廊道和二级廊道起微生物硝化作用，把水体中的氨氮转化为硝态氮。由于硝化菌一般为好氧自养菌，微生物生长世代周期较长，所以采用较长的水力停留时间，设置两级廊道。一级廊道内的生物滤墙的主要作用是物理截留大分子污染物。三级廊道内的生物滤墙的作用是拦截硝化菌，作为硝化菌和反硝化菌的共生长地带，同时起硝化和反硝化作用，减轻后续廊道的脱氮负荷。

上述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器用于污水处理时，其放置可采用可移动式(即将处理器摆放在地面上，用工程塑料做设备外壳)，也可采用地埋式(污水利用重力自流)；

上述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器用于污水处理，包括以下步骤：

挂膜阶段：三个廊道间的隔板为不开孔隔板；三个廊道曝气量(以气水比计)依次为0.5-0.9、0.4-0.5和0.3-0.4；一级廊道和二级廊道投加硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的10-20％；三级廊道投加好氧反硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的10-15％；在所有廊道投加微量元素微生物生长剂，投加量为所在廊道水体总体积的1％；本发明的反应器适用于生活污水BOD₅/CODcr的比值大于0.35，若所处理的污水其C/N比低于3，则需外加碳源(工业级的葡萄糖和废蔗糖液)至C/N比大于3；加入待处理的污水后，随着污水中的有机污染物不断降解，微生物不断生长繁殖，生物膜逐步增厚，经过10-30天，形成成熟的工作正常的生物膜；

运行阶段：三个廊道间的隔板为开孔式的；三个廊道曝气量依次为1-2、1.5-1.8和0.8-1，三个廊道的水力停留时间(h)分别为：2-3、1.5-2.5和2.3-4，流速控制在2m/s以内；微量元素微生物生长剂投加量为该廊道水体总体积的0.5％，在运行初期投加一至两次。本污水处理器的污泥来源于脱落的生物膜，当附着在填料表面的生物膜增厚到3mm以上，受到水力的流涮作用而发生剥落形成污泥，每两月清理污泥一次。

本发明所采用的好氧反硝化菌是将常见的菌种(不动杆菌属Acinetobactersp.、克雷伯氏菌属Klebsiella sp.和假单胞菌属Pseudomonas sp.)驯化后得到的，驯化方法请见以下文献：

Jiang R,Huang S B,Yang J.Biological removal of NOx from simulated flue gasin an aerobic biofilter[J].Global Nest Journal,2008,10(2):240-247.

所述的微量元素微生物生长剂，其pH值为7.0；每升微量元素微生物生长剂中含有EDTA50.0g、KI0.2g、ZnSO₄2.7g、CaCl₂5.5g、MnCl₂·4H₂O5.06g、FeSO₄·7H₂O5.0g、(NH₄)₆Mo₇O₂·4H₂O1.1g、CuSO₄·5H₂O1.57g、CoCl₂·6H₂O1.57g，余量为水。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明采用通用的硝化菌和自行驯化的好氧反硝化菌接种，在有氧环境下用异养微生物反硝化代谢途径去除硝基氮，硝基氮来源于水体或在前段廊道经过微生物硝化代谢产物，避免出水由于溶解氧不足造成厌氧细菌滋生可能产生恶臭，减少处理工序。

(2)本发明采用微孔曝气，档板的安装使水流缓慢折线流动，有利于生长缓慢的硝化菌生长繁殖，形成生物膜。

(3)本发明采用生物滤墙设置不同功能菌群的过渡地带，避免了不同种类的微生物，特别是自养型微生物在竞争中被淘汰，有效提高生物膜的微生物协同硝化-反硝化能力。

(4)本发明在反硝化廊道(即三级廊道)之前嵌接生物滤墙和设置微曝气系统，可有效提高生物膜的反硝化能力。曝气量0.6-0.9(液气比)，填料的填充率则提高到50％，并在挂膜阶段和运行期周期性投加微生物微量元素生长剂，既为填料的悬浮状态提供足够动力，又保证氧气高效传递，同时生物膜的异养好氧反硝菌代谢旺盛，降解硝态氮和有机物的能力增加。

(5)本发明反应器的各廊道可根据进水水质和有机物浓度等进行嵌接式安装，从而在让硝化阶段和反硝化阶段的停留时间可方便调节。

(6)本发明的处理器采用地埋式安装时，各廊道的进出水口的高度根据水力流态在填料区和生态滤墙的水头阻力设计，可达到水体自流至出口，减少水动力方面的能耗。

附图说明

图1是本发明的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器的俯视图；

图2是本发明的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器的剖面图；

其中，1-进水管；2-进水调节池；3-生物滤墙；4-档板；5-一级廊道；6-二级廊道；7-生物滤墙；8-三级廊道；9-陶瓷环填料；10-生物悬浮球填料。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，如图1-2所示，是由收水系统、一级廊道5、二级廊道6、三级廊道8依次串联而成；

一级廊道5、二级廊道6、三级廊道8的长度比例为2:1:4；

各廊道之间以隔板隔开；隔板可以是开孔的，也可以是不开孔的；各廊道之中有挡板4，档板4的高度高于廊道间的隔板，同时这些档板4与反应器底部留有一定的间隔；

所述的收水系统由进水管1和进水调节池2组成，进水调节池2与一级廊道的生物滤墙3间有隔板隔开，该隔板上有大量穿孔以使生活污水可从穿孔中流出并实现均匀布水；进水调节池2一端连接进水管1，另一侧通过隔板的穿孔流向生物滤墙3；

所述的一级廊道5和三级廊道8包括位于其各自廊道前端的生物滤墙，两个廊道中生物滤墙的结构是一样的，即生物滤墙上布满孔洞，孔洞的孔径从上到下逐渐变大；孔洞的孔径范围是0.5-3cm；两个生物滤墙的孔洞内均填充陶瓷环填料9；

一级廊道5和三级廊道8中，生物滤墙与有效廊道的长度比例为1:4；所述的有效廊道是指，一级廊道5或三级廊道8除去生物滤墙的部分；

一级廊道生物滤墙3的厚度为20-50cm；

三个廊道中都布有生物悬浮球填料10和微孔曝气器；各个廊道的底部设有排泥阀；

所述生物悬浮球填料10的比表面积大于1000m²/m³；在一级廊道5和二级廊道6中，生物悬浮球填料10的填充率占廊道有效容积的40-50％；在三级廊道8中，生物悬浮球填料10的填充率占廊道有效容积的50-60％；

所述的微孔曝气器与反应器底部的曝气装置连接，其作用是调节各个廊道中的溶解氧含量；

本发明反应器各个廊道的内壁设有卡口，可按污水和微生物的种类，根据所需停留时间的不同，调整档板4的数量和生物滤墙的厚度。

实施例2

利用实施例1的处理器处理农村生活污水，处理规模是50m³/天，生活污水来源主要是厨房及洗漱用水，待处理的污水污染物CODcr350-450mg/L，BOD₅100-120mg/L，氨氮25-40mg/L，总氮30-45mg/L，动植物油类25-35mg/L。经沉砂和隔油预处理后，进入本处理器的污染物CODcr300-400mg/L，BOD₅80-100mg/L，氨氮25-35mg/L，硝态氮5-10mg/L，总氮30-40mg/L，动植物油类5mg/L。处理步骤如下：

(1)设备制备阶段：该设备放置方式采用地埋式，长方形的廊道壁旁有插槽，三个廊道的长度比例为3:1:4，一级廊道和三级廊道中滤墙与有效廊道的长度比例为1:4。

(2)挂膜阶段：三个廊道间的隔板是不开孔的。三级曝气量(以气水比计)依次为0.9、0.5和0.4，一级和二级廊道投加硝化菌液，投加量为廊道内水体体积的20％；三级廊道投加好氧反硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的10％，在所有廊道投加微量元素微生物生长剂1％(生长剂体积占廊道内待处理水体的体积)。加入待处理的污水。

(3)运行阶段：三个廊道间的隔板换成开孔式的。三级曝气量(以气水比计)依次为1.5、1.8和1，三个廊道的水力停留时间(h)分别为：2、1.5和3，微量元素微生物生长剂投加量为1％(生长剂体积占廊道内待处理水体的体积)，在运行初期投加两次。每两月清理污泥一次。

运行费用是0.8-1.2元/m³/天，处理后出水指标如下：COD＝45mg/L，氨氮＝5mg/L，总氮＝6mg/L，细菌总数＝5600CFU/mL，COD去除率达85％，氨氮去除率是75％，出水溶解氧>2mg/L。可见，本发明的处理器可处理小规模集中排放的、经过隔油预处理的农村生活污水。

实施例3

利用实施例1的处理器处理校园生活污水，处理规模是600m³/天。校园生活污水来源较单一，主要是洗漱用水，待处理的污水污染物CODcr200-250mg/L，BOD₅80-100mg/L，氨氮20-25mg/L，总氮30-45mg/L，动植物油类8mg/L。经沉砂预处理后，进入本处理器的污染物CODcr150-200mg/L，BOD₅70-90mg/L，氨氮18-22mg/L，硝态氮5-10mg/L，总氮25-35mg/L，动植物油类4mg/L。处理步骤如下：

(1)设备制备阶段：该设备放置方式采用在地面安装，用水泵把污水泵入进水管，长方形的廊道壁旁有插槽，三个廊道的长度比例为2:1:5，一级和三级廊道中滤墙与有效廊道的长度比例为1:4。

(2)挂膜阶段：三个廊道间的隔板是不开孔。三级曝气量(以气水比计)依次为0.9、0.5和0.4。一级廊道和二级廊道投加硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的15％；三级廊道投加好氧反硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的10％，在所有廊道投加微量元素微生物生长剂1％(生长剂体积占廊道内待处理水体的体积)。加入待处理的污水。

(3)运行阶段：三个廊道间的隔板换成开孔式的。三级曝气量依次为1、1.2和1.2，三级廊道的水力停留时间(h)分别为2、1.5和2，微量元素微生物生长剂投加量为1％(生长剂体积占廊道内待处理水体的体积)，在运行初期投加两次。每两月清理污泥一次。

运行费用是0.4-0.5元/m³/天，处理后出水指标如下：COD＝45mg/L，氨氮＝4.5mg/L，总磷＝0.5mg/L，细菌总数＝6000CFU/mL，,COD去除率达85％，氨氮去除率是80％，出水溶解氧>2mg/L。可见，本发明的处理器可处理小规模集中排放的、经过隔油预处理的、污染程度较轻的生活污水。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，其特征在于：是由收水系统、一级廊道、二级廊道、三级廊道依次串联而成；

各廊道之间以隔板隔开；隔板可以是开孔的，也可以是不开孔的；各廊道之中有挡板，档板的高度高于廊道间的隔板，同时这些档板与反应器底部留有一定的间隔；

所述的一级廊道和三级廊道包括位于其各自廊道前端的生物滤墙，两个廊道中生物滤墙的结构是一样的，即生物滤墙上布满孔洞，孔洞的孔径从上到下逐渐变大；两个生物滤墙的孔洞内均填充陶瓷环填料；

三个廊道中都布有生物悬浮球填料和微孔曝气器。

2.根据权利要求1所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，其特征在于：所述一级廊道、二级廊道、三级廊道的长度比例为(2-3):1:(4-5)。

3.根据权利要求1所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，其特征在于：所述的收水系统由进水管和进水调节池组成，进水调节池与一级廊道的生物滤墙间有隔板隔开，该隔板上有大量穿孔；进水调节池一端连接进水管，另一侧通过隔板的穿孔流向生物滤墙。

4.根据权利要求1所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，其特征在于：所述生物滤墙上孔洞的孔径范围是0.5-3cm。

5.根据权利要求1所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，其特征在于：一级廊道和三级廊道中，生物滤墙与有效廊道的长度比例为1:4；所述的有效廊道是指，一级廊道或三级廊道除去生物滤墙的部分。

6.根据权利要求1所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器，其特征在于：在一级廊道和二级廊道中，生物悬浮球填料的填充率占廊道有效容积的40-50％；在三级廊道中，生物悬浮球填料的填充率占廊道有效容积的50-60％。

7.权利要求1-6任一项所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器在污水处理中的应用。

8.根据权利要求7所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器在污水处理中的应用，其特征在于：该处理器在使用时可采用可移动式放置，也可采用地埋式放置。

9.根据权利要求7所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器在污水处理中的应用，其特征在于：该处理器在使用时包括以下步骤：

挂膜阶段：三个廊道间的隔板为不开孔隔板；三个廊道曝气量(以气水比计)依次为0.5-0.9、0.4-0.5和0.3-0.4；一级廊道和二级廊道投加硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的10-20％；三级廊道投加好氧反硝化菌液，投加量为该廊道水体总体积的10-15％；在所有廊道投加微量元素微生物生长剂，投加量为该廊道水体总体积的1％；若所处理的污水其C/N比低于3，则外加碳源至C/N比大于3；加入待处理的污水后，经过10-30天，形成生物膜；

运行阶段：三个廊道间的隔板为开孔式的；三个廊道曝气量依次为1-2、1.5-1.8和0.8-1，三个廊道的水力停留时间(h)分别为：2-3、1.5-2.5和2.3-4，流速控制在2m/s以内；微量元素微生物生长剂投加量为该廊道水体总体积的1％，在运行初期投加一至两次。

10.根据权利要求9所述的多廊道嵌接滤墙生物膜污水处理器在污水处理中的应用，其特征在于：所述的微量元素微生物生长剂，其pH值为7.0；每升微量元素微生物生长剂中含有EDTA50.0g、KI0.2g、ZnSO₄2.7g、CaCl₂5.5g、MnCl₂·4H₂O5.06g、FeSO₄·7H₂O5.0g、(NH₄)₆Mo₇O₂·4H₂O1.1g、CuSO₄·5H₂O1.57g、CoCl₂·6H₂O1.57g，余量为水。