CN102001785B - 生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器及应用方法，特征是反应器由A、B隔壁分隔成依次连接的升流式生物接触氧化滤池、竖流式沉淀池及下流式曝气生物滤池，升流式生物接触氧化滤池底部设有可调式间歇曝气装置，环行布水管，溢流管，悬浮填料床；竖流式沉淀池设有中心排水管，排泥管，中心排水管与溢流管连通；下流式曝气生物滤池内设有上、下段蛭石滤料床，上段蛭石滤料床下方设置反冲洗曝气装置，并设置出水管；应用方法包括步骤：(1).升流式生物接触氧化滤池启动，(2)竖流式沉淀池运行，(3)升流式生物接触氧化滤池间歇曝气，(4)下流式曝气生物滤池启动并运行。本发明的优点是：同步脱氮除磷且效率提高，SS降低，占地少，投资低。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域的污水处理工艺，尤其涉及一种生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器及应用方法。
背景技术
20世纪70年代，由于水体富营养化问题的日益严重，越来越多的国家和地区制定了严格的污水氮、磷排放标准，氮、磷的考核指标也由单一的氨氮和磷酸盐发展到总氮和总磷。我国现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级标准的A标准(城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求)要求TP小于1mg/L，氨氮小于5mg/L，总氮小于15mg/L，污水处理技术的发展历程也进入氮磷营养盐去除阶段。
在现有的污水处理工艺技术中，用于城市污水处理进行脱氮除磷的污水处理工艺可以分为两大类：一类为按空间进行分割连续流活性污泥法，例如AB法、氧化沟法、A2O法；另一类为按时间进行分割的间歇式活性污泥法，又称序批式活性污泥法，近年来，已发展成多种改良型，例如在传统SBR(Sequencing Batch Reactor)法基础上出现ICEAS(Intermittent Cyclic ExtendedAeration System)法、CAST(Cyclic Activated Sludge System)法、Unitank法和MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)法等。经多年工程应用实践，上述污水处理工艺已经成熟。但是，由于投资和运行成本较高，目前该类工艺针对处理水量小于50m3/d的小型社区或村镇的生活污水处理工程应用较少。
生物膜法是污水生物处理的主要工艺之一，微生物以膜状固着在某种载体的表面上呈附着生长状态。生物膜法是与传统的活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，在污水处理中的应用源远流长，近年又得到较多的研究与应用，这主要是因为它与传统的活性污泥法相比具有以下诸特点：微生物相多样化，生物的食物链长，并能存活世代时间较长的微生物；微生物量多，处理能力大，使净化功能显著提高；污泥沉降性能良好，易于固液分离；剩余污泥产量少，降低污泥处理与处置费用；耐冲击负荷高，对水质、水量变动具有较强的适应性，并能处理低浓度的废水；易于运行管理，减少污泥膨胀问题。因此，在此基础上形成了生物滤池、生物转盘、生物接触氧化和生物流化床等工艺。
生物滤池属于非淹没式附着生长好氧生物处理工艺，在生物滤池中，一般采用砾石或塑料制品作为生物膜载体，废水均匀滴洒在反应器顶部载体表面，当废水流经载体表面的生物膜时，废水得以净化。
生物接触氧化也称之为淹没式生物滤池，近10余年来在国内外得到了较为广泛的研究与应用，用于处理生活污水和某些工业的有机废水，并取得了良好的处理效果。所谓淹没式生物滤池，就是在池内充填惰性填料，已经预先充氧曝气的污、废水浸没并流经全部填料，废水中的有机物与填料上的生物膜广泛接触，在微生物的新陈代谢作用下污染物得到去除。
曝气生物滤池(简称BAF)是在普通生物滤池的基础上，引入给水滤池过滤机理而形成的污水生物处理新工艺。其突出的特点是将生物氧化、生物絮凝、生物吸附过滤结合在一起，再通过对滤料的冲洗、再生，实现滤池的周期性运行。
在实际污水处理工程应用中，生物膜法力图应用各种微生物组成的生态系统在不同的反应条件下，达到去除有机物和营养盐的目的。但是，由于功能不同的微生物在同一系统中混合生长，尤其是世代周期长的自养硝化菌与异养菌的混合生长，不可避免地存在着硝化菌与聚磷菌之间污泥泥龄的矛盾、反硝化与释磷过程对碳源的竞争，以及回流污泥中硝酸盐成分对厌氧区释磷的影响等使系统本身存在固有的缺陷，往往很难达到同步高效除磷和脱氮的效果。另外，生物膜反应器出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散水中使处理水的澄清度降低，SS较高，一般在10mg/L以上。
发明内容
本发明的目的在于针对上述不足，在现有工艺基础上进行改进，根据生物脱氮除磷技术原理、将生物接触氧化滤池、曝气生物滤池两种污水处理工艺有机结合并从结构上进一步改进，同时附加竖流式沉淀池，从而提供出一种生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器及应用方法，实现了同步脱氮除磷。并通过两级生物滤池及一级固液分离沉淀池，使处理水的澄清度提高，SS降低，同时还具有占地面积小、投资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击负荷能力强的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述反应器由A、B隔壁分隔成依次连接的升流式生物接触氧化滤池、竖流式沉淀池及下流式曝气生物滤池，所述升流式生物接触氧化滤池底部设有使该池处于好氧、厌氧交替状态的可调式间歇曝气装置及引入进水的环行布水管，其上部设有一根以上溢流管，环行布水管与溢流管之间设有悬浮填料床；所述竖流式沉淀池中与溢流管对应设有竖直中心排水管，下部设有排泥管，中心排水管上口与对应溢流管连通，下口位于A隔壁下部，竖流式沉淀池通过A隔壁底沿与反应器底面间的开口与升流式生物接触氧化滤池连通；所述下流式曝气生物滤池通过用做出水堰的B隔壁上沿与竖流式沉淀池连通，其池内上部和下部分别设有上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床，上段蛭石滤料床下方设置反冲洗曝气装置，在下流式曝气生物滤池内形成上部好氧区及下部缺氧区，下段蛭石滤料床下方设置出水管。
所述上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的材料采用粒径为0.5-1cm的蛭石，上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的体积比为1∶1-2∶1。
所述悬浮填料床是由设置于升流式生物接触氧化滤池内的上、下孔板及散布其间的若干
的悬浮填料球构成，悬浮填料床的体积占升流式生物接触氧化滤池容积的40-60％。
所述中心排水管的直径为5-10cm。
所述中心排水管的下口设有圆锥面折射板。
一种上述生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器的应用方法，其特征在于包括如下步骤：
(1).升流式生物接触氧化滤池启动：该滤池的容积负荷为1.4-2.6kgCOD/kg·d，投放接种污泥液，由可调式间歇曝气装置连续曝气5-7天，对悬浮填料床进行挂膜培养，挂膜成功后，开始连续进出水；
(2)竖流式沉淀池运行，升流式生物接触氧化滤池的出水经溢流管进入竖流式沉淀池的中心排水管，进行固液分离，并经排泥口排出多余的悬浮污泥；
(3)升流式生物接触氧化滤池内可调式间歇曝气装置间歇曝气，使池内处于好氧、厌氧交替状态，曝气时间为1-2小时，气水体积比为1.5∶1-3∶1，静置时间为1-4小时，生活污水在升流式生物接触氧化滤池的停留时间为2-6小时，排泥口每隔1-3天排泥一次；
(4)下流式曝气生物滤池启动：控制升流式生物接触氧化滤池进水流量，确使下流式曝气生物滤池的滤速在1-2m/h，下流式曝气生物滤池的容积负荷为0.5-1.2kgCOD/kg·d，下流式曝气生物滤池的水力停留时间为1-2小时，反冲洗曝气装置曝气的气水体积比为0.5∶1-1∶1，处理后的生活污水经出水口排出。
所述溢流管流速≤100mm/s，中心排水管的流速≤40mm/s。
本发明的有益效果是：(1)本发明克服了自养硝化菌与异养细菌、聚磷菌在泥龄上存在的矛盾，避免了硝酸盐和亚硝酸盐对聚磷菌的抑制和竞争，根据生物脱氮除磷技术原理、将生物接触氧化滤池、曝气生物滤池两种污水处理工艺有机结合并从结构上进一步改进，并附加竖流式沉淀池，提供出一种生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器及应用方法，从而实现同步脱氮除磷，尤其，升流式生物滤池采用球形悬浮填料制成的悬浮填料床，下流式曝气生物滤池采用两段式蛭石填料床，较现有的生物滤池具有更高的脱氮除磷效率。通过两级生物滤池及一级固液分离沉淀池，达到生活污水中氮和磷同时最优去除的效果，同时有效地控制了装置出水的SS，SS与现有技术比明显降低，出水水质高。(2)升流式生物滤池采用间歇曝气方式，培养的生物膜对间歇运行有较强的适应力，水力负荷、容积负荷显著高于传统污水处理工艺。(3)本发明采用了一体化设计，减少了构筑物数量，大大简化工艺流程，不但能够减少成本投入；同时还可以减少占地面积，减少征地费用。综上所述，本发明具有良好的COD、氨氮、TN和TP的去除能力，对缓解水体的富营养化具有重大意义，特别是在处理水量小于50m3/d的小型社区或村镇的生活污水处理工程中将会发挥更为重要的作用。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是图1的俯视图。
图中：1生物接触氧化滤池，2竖流式沉淀池，21A隔壁，22B隔壁，3下流式曝气生物滤池，31出水堰，4悬浮填料床，5溢流管，61上段蛭石填料床，62下段蛭石填料床，7反冲洗曝气装置，8出水管，9环形布水管，10可调式间歇曝气装置，11排泥口，12折射板，13中心排水管，14开口。
以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
具体实施方式
实施例1
图1～图2示出一种生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述反应器由A、B隔壁21、22分隔成依次连接的升流式生物接触氧化滤池1、竖流式沉淀池2及下流式曝气生物滤池3，上述升流式生物接触氧化滤池底部设有使该池处于好氧、厌氧交替状态的可调式间歇曝气装置10及引入进水的环行布水管9，升流式生物接触氧化滤池上部设有一根以上溢流管5，本例中设置了三根溢流管，环行布水管9与溢流管5之间设有悬浮填料床4；上述竖流式沉淀池2中与溢流管5对应设有竖直中心排水管13，下部设有排泥管11，中心排水管13上口与对应的溢流管5连通，下口位于A隔壁21下部，竖流式沉淀池2通过A隔壁底沿与反应器底面间的开口14与升流式生物接触氧化滤池连通；上述下流式曝气生物滤池3通过用做出水堰31的B隔壁22上沿与竖流式沉淀池2连通，其池内上部和下部分别设有上段蛭石滤料床61与下段蛭石滤料床62，上段蛭石滤料床61下方设置反冲洗曝气装置7，在下流式曝气生物滤池内形成上部好氧区及下部缺氧区，下段蛭石滤料床62下方设置出水管8。
上述上段蛭石滤料床61与下段蛭石滤料床62的材料采用粒径为0.5-1cm的蛭石，上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的体积比为1∶1-2∶1。上述悬浮填料床4是由设置于升流式生物接触氧化滤池1内的上、下孔板41、43及散布其间的若干
的悬浮填料球42构成，悬浮填料床的体积占升流式生物接触氧化滤池容积的40-60％。上述中心排水管的直径为5-10cm。上述中心排水管13的下口设有圆锥面折射板12。这里，中心排水管具有消能作用，使溢流管5流出的污水动能降低趋于平稳，以易于固液分离，圆锥面折射板则起到折水上流的作用。悬浮填料球为塑料材质，是市售产品。
以下通过两个运行实例说明实施例1中的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器的应用方法。
实施例2-1
本实施例选取天津市某生活区废水，废水水质如下：pH在6-8之间，SS为158.3mg/L，COD为204mg/L，氨氮为29.5mg/L，TN为31.7mg/L，TP为3.1mg/L。处理水量Q＝100L/h。
悬浮填料床的体积占升流式生物接触氧化滤池容积的40％，采用了
的悬浮填料球，上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的体积比为1∶1，蛭石粒径为0.5cm；中心排水管的直径为5cm。
上述生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器的应用方法包括如下步骤：
(1).升流式生物接触氧化滤池1启动：该滤池的容积负荷为1.4kgCOD/kg·d，投放接种污泥液，接种污泥液采用污水处理厂好氧池回污泥液流，由可调式间歇曝气装置10连续曝气5天，对悬浮填料床进行挂膜培养，挂膜成功后，开始连续进出水；
(2)竖流式沉淀池2运行，升流式生物接触氧化滤池1的出水经溢流管5进入竖流式沉淀池2的中心排水管13，进行固液分离，并经排泥口11排出多余的悬浮污泥；控制溢流管5的流速≤80mm/s，控制中心排水管的流速≤20mm/s。
(3)生活污水由环形布水管连续进入升流式生物滤池1，进行间歇式好氧缺氧生物处理。可调式间歇曝气装置10开始间歇曝气，使池内处于好氧、厌氧交替状态，曝气时间为1小时，控制池内的气水体积比为1.5∶1，静置时间为1小时，生活污水在升流式生物接触氧化滤池的停留时间为2小时，在厌氧/好氧交替运行条件下驯化出聚磷菌一类的微生物，以生物膜的形式固定在多孔状结构的悬浮填料床4上。生物除磷包括厌氧释磷和好氧吸磷两个过程，聚磷菌能够过量的，在数量上超过其生理需要的，从外部环境中摄取磷，并将磷以聚合磷的形式贮存在体内，生物除磷宜采用较短的污泥龄，一般为3.5-7天。死亡的高磷生物不断从球形悬浮填料表面脱落，形成高磷污泥，通过竖流式沉淀池2底部的排泥口11排出池外，每隔1天排泥一次，达到从废水中除磷的效果。
(4)下流式曝气生物滤池3启动：固液分离后的上清液呈寡营养型水质，SS和有机物浓度较低，且大部分有机物为长链或者环状分子结构，不易被异养微生物降解。上清液经过竖流式沉淀池2上部的出水堰31进入到下流式曝气生物滤池3，控制升流式生物接触氧化滤池进水流量，确使下流式曝气生物滤池的滤速在1m/h，污泥龄控制在10～25天。下流式曝气生物滤池的容积负荷为0.5kgCOD/kg·d，水力停留时间为1小时，反冲洗曝气装置7采用中间曝气的方式，使下流式曝气生物滤池内形成上部好氧区及下部缺氧区，曝气的气水体积比为0.5∶1。蛭石填料床与好氧区与缺氧区对应分为上段蛭石填料床61及下段蛭石填料床62两段。基于生长在粒状蛭石填料上的高浓度硝化细菌生物膜和反硝化细菌生物膜发挥的生物氧化分解、过滤截留和絮凝网捕作用，在反应器上部好氧过程中，气水处于逆流，有机物被微生物氧化分解，NH4 +-N被氧化成NO4 +-N；在反应器下部缺氧过程中，生物膜实现反硝化。所以下流式曝气生物滤池拥有良好的去除有机物、悬浮物和TN的能力。处理后的生活污水经出水口8排出。至此，一个循环完成；如此周而复始连续运行，进行生活污水处理。
经依据国标测试方法对出水水质测定：升流式生物滤池COD去除率为93.2％，氨氮去除率为96％，总氮去除率为43.5％，总磷去除率为78.2％。溢流管出水的SS为6mg/L。下流式曝气生物滤池COD去除率为31.6％，氨氮去除率为68％，总氮去除率为81.2％，总磷去除率为19.7％。出水堰出水的SS为3mg/L。最终出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准。本实施例非常适合用于中小水量的生活污水处理。
实施例2-2
本实施例选取天津市某污水处理厂未处理原水，废水水质如下：pH在6-8之间，SS为325.0mg/L，COD为324mg/L，氨氮为36.1mg/L，TN为42.7mg/L，TP为5.7mg/L，处理水量Q＝5m3/h。
悬浮填料床的体积占升流式生物接触氧化滤池容积的60％，采用了
的悬浮填料球，上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的体积比为2∶1，蛭石粒径为1cm；中心排水管的直径为10cm。
本实施例的操作方法及反应机理及同实施例1的步骤(1)～(4)，区别在于：步骤(1)中，升流式生物滤池容积负荷为2.6kgBOD/kg·d，可调式间歇曝气装置10连续曝气7天；步骤(2)中，控制溢流管5的流速≤100mm/s，控制中心排水管的流速≤40mm/s；步骤(3)中，可调式间歇曝气装置10曝气时间为2小时，控制池内的气水体积比为3∶1，静置时间为4小时，生活污水在升流式生物接触氧化滤池的停留时间为6小时，每隔3天排泥一次；步骤(4)中，下流式曝气生物滤池的容积负荷为1.2kgCOD/kg·d，水力停留时间为2小时，反冲洗曝气装置7曝气的气水体积比为1∶1。
经依据国标测试方法对出水水质测定：升流式生物滤池COD去除率为91.5％，氨氮去除率为94％，总氮去除率为38.4％，总磷去除率为75.8％。溢流管出水SS为6.4mg/L。下流式曝气生物滤池COD去除率为43.1％，氨氮去除率为75％，总氮去除率为82.4％，总磷去除率为21.9％。出水堰出水SS为3.5mg/L。最终出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A排放标准。本实施例非常适合中小水量的生活污水处理。
以上所述，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明的内容作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述反应器由A、B隔壁分隔成依次连接的升流式生物接触氧化滤池、竖流式沉淀池及下流式曝气生物滤池，所述升流式生物接触氧化滤池底部设有使该池处于好氧、厌氧交替状态的可调式间歇曝气装置及引入进水的环行布水管，其上部设有一根以上溢流管，环行布水管与溢流管之间设有悬浮填料床；所述竖流式沉淀池中与溢流管对应设有竖直中心排水管，下部设有排泥管，中心排水管上口与对应溢流管连通，下口位于A隔壁下部，竖流式沉淀池通过A隔壁底沿与反应器底面间的开口与升流式生物接触氧化滤池连通；所述下流式曝气生物滤池通过用做出水堰的B隔壁上沿与竖流式沉淀池连通，其池内上部和下部分别设有上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床，上段蛭石滤料床下方设置反冲洗曝气装置，在下流式曝气生物滤池内形成上部好氧区及下部缺氧区，下段蛭石滤料床下方设置出水管。
2.根据权利要求1所述的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的材料采用粒径为0.5-1cm的蛭石，上段蛭石滤料床与下段蛭石滤料床的体积比为1∶1-2∶1。
3.根据权利要求1或2所述的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述悬浮填料床是由设置于升流式生物接触氧化滤池内的上、下孔板及散布其间的若干
的悬浮填料球构成，悬浮填料床的体积占升流式生物接触氧化滤池容积的40-60％。
4.根据权利要求3所述的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述中心排水管的直径为5-10cm。
5.根据权利要求4所述的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器，其特征在于所述中心排水管的下口设有圆锥面折射板。
6.一种如权利要求5所述的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器的应用方法，其特征在于包括如下步骤：
(1).升流式生物接触氧化滤池启动：该滤池的容积负荷为1.4-2.6kgCOD/kg·d，投放接种污泥液，由可调式间歇曝气装置连续曝气5-7天，对悬浮填料床进行挂膜培养，挂膜成功后，开始连续进出水；
(2)竖流式沉淀池运行，升流式生物接触氧化滤池的出水经溢流管进入竖流式沉淀池的中心排水管，进行固液分离，并经排泥口排出多余的悬浮污泥；
(3)升流式生物接触氧化滤池内可调式间歇曝气装置间歇曝气，使池内处于好氧、厌氧交替状态，曝气时间为1-2小时，气水体积比为1.5∶1-3∶1，静置时间为1-4小时，生活污水在升流式生物接触氧化滤池的停留时间为2-6小时，排泥口每隔1-3天排泥一次；
(4)下流式曝气生物滤池启动：控制升流式生物接触氧化滤池进水流量，确使下流式曝气生物滤池的滤速在1-2m/h，下流式曝气生物滤池的容积负荷为0.5-1.2kgCOD/kg·d，下流式曝气生物滤池的水力停留时间为1-2小时，反冲洗曝气装置曝气的气水体积比为0.5∶1-1∶1，处理后的生活污水经出水口排出。
7.根据权利要求6所述的生活污水处理用复合式生物膜一体型反应器的应用方法，其特征在于所述溢流管流速≤100mm/s，中心排水管的流速≤40mm/s。
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