CN107760582A - 高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统及处理方法，该一体化处理系统包括依次连接的调节池、恒温厌氧反应装置、常温厌氧池和多段式分级好氧装置以及用于控制中恒温厌氧反应装置温度的太阳能温控系统，还包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置，微生物强化装置通过旁路进料管与中恒温厌氧反应装置连接。与现有技术相比，本发明利用微生物强化装置对微生物进行强化培养，然后进入中恒温厌氧反应装置进行厌氧反应，并控制厌氧反应在35～37℃的中恒温，从而有效避免厌氧处理过程出现阶段酸化的问题；整个一体化处理系统使有机污染物转化率得到显著提高，大大缩短了废水处理周期，而且整个系统运行稳定。

Description

高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统及处理方法。

背景技术

高浓度有机废水的主要特点是有机物浓度高、成分复杂、色度高、有异味，如果直接排放，进入受纳水体，将导致水体缺氧，水生物死亡，对环境造成严重污染。随着国内人口不断增长，大量富含有机物的生活废水和部分工业废水排入河流、湖泊，导致水体含氧量大幅下降，造成了河流、湖泊普遍呈现有机污染严重。且由于长期不加治理，大量的污染物沉积在河流、湖泊底部，导致河流、湖泊底泥淤积。底泥中的还原性物质产生大量的化学耗氧使河流、湖泊底泥形成厌氧环境，在厌氧微生物作用下逐步腐化，变黑、发臭。

当前全国重点流域地表水有机污染普遍，特别是流经城市的河段有机污染较严重，多数城市地下水也受到了一定程度的点状或面状污染。目前，高浓度有机废水的处理方式主要采用厌氧和好氧相结合的生物处理技术。但传统厌氧消化工程投资大、操作管理严格、运行维护费用高，而且在实际运行中存在一些安全隐患，这些不足大大限制了厌氧消化工艺在我国污泥处置中的推广普及。现有技术中，厌氧反应系统主要存在以下问题：1)中恒温厌氧反应装置内的温度分布不均匀，发酵温度难以稳定地控制，使得厌氧反应效率低；2)厌氧菌的生长繁殖速度较慢，不仅使得系统启动周期较长，还会导致局部产酸菌过多、pH下降而影响甲烷菌群、乙酸菌群生长，从而破坏厌氧三阶段连续反应的进程，例如导致乙酸积累少，出现厌氧反应过程中的阶段酸化问题，故需要向厌氧反应器投加石灰等化学药剂。以上问题导致目前的高浓度有机废水的厌氧反应效果差，有机污染物转化率低，厌氧反应系统难以真正运行；另一方面，现有技术采用的好氧处理方式存在以下问题是：(1)常规的好氧工艺是直接作用在填料上，而且长时间的好氧曝气会导致好氧微生物在系统内产生过曝，产生内源呼吸，微生物甚至面临解体的危险；(2)在废水处理过程中，采用一级好氧池，但当污染物浓度较高时，全部废水进入好氧池，对于单级的好氧池来说，微生物更趋向于适应高浓度污染物的废水优势生长，针对低浓度的污染物的微生物群落生长受到抑制，导致废水处理效率不理想；(3)虽然当前也有人提出微污泥处理方法，但是处理能力有限。在常规的好氧处理工艺中，污泥产率系数大约为0.3kgVSS/kgBOD，并且活性污泥法中剩余污泥的排放以及常规生物膜法中生物膜的脱落、更替，都会有大量的剩余污泥产生。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种恒温控制、有机污染物转化率高并且周期短、运行稳定的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统及处理方法。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，包括依次连接的调节池、中恒温厌氧反应装置、常温厌氧池、多段式分级好氧装置以及用于控制中恒温厌氧反应装置温度的太阳能温控系统，还包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置，所述微生物强化装置的出料口通过旁路进料管与所述中恒温厌氧反应装置连接。

其中，所述微生物强化装置包括微生物反应器、与所述微生物反应器连通的用于存储专用培养基的培养基投料罐和用于存储功能菌剂的功能菌剂投料罐；

所述中恒温厌氧反应装置包括厌氧反应器、设置于厌氧反应器的污水循环泵和布水器，所述污水循环泵的输出端通过出水管与所述布水器的进水口连通；所述微生物强化装置的出料口通过旁路进料管与所述厌氧反应器连通。

其中，所述太阳能温控系统包括太阳能集热装置、热水储存箱、热水循环泵、设置于厌氧反应器内壁的加热管、温度传感器以及控制器，控制器分别与温度传感器和热水循环泵电连接；所述加热管的一端与所述热水循环泵的出水口连接，所述加热管的另一端与所述太阳能集热装置的进水口连接，所述太阳能集热装置的出水口与所述热水储存箱的进水口连通，所述热水储存箱的出水口与所述热水循环泵的进水口连通，所述热水循环泵与所述控制器电连接。

其中，所述厌氧反应器和微生物反应器内均设置有多个生物接触反应单元，每个生物接触反应单元包括若干个生物膜填料组件。

其中，所述生物膜填料组件包括空心球体、固定于所述空心球体中心的柔性填料、固定于所述空心球体内壁的多个叶片以及贯穿所述空心球体和所述柔性填料的中心的中轴管；所述空心球体的外壁开设有若干个槽孔以使所述外壁形成多个曲面交错相连的镂空状曲面结构，所述多个叶片沿所述空心球体的圆周分布设置，每个叶片设置有凹槽。

其中，所述空心球体为聚丙烯材料注塑一体成型的空心球体，所述柔性填料为纤维材质的球形填料。

其中，所述厌氧反应器的顶部设置有集气罩，所述集气罩的出气口连接沼气净化装置。

其中，所述多段式分级好氧装置包括逐级依次设置的多个好氧池，相邻好氧池之间通过溢流管连通，每个好氧池设置有曝气装置和填料。

本发明还提供高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理方法，包括以下步骤：

(a)调节池内的高浓度有机废水或泥浆分别输送至微生物强化装置和中恒温厌氧反应装置；同时，复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂和专用培养基按一定比例投料至微生物强化装置，控制微生物强化装置在反应温度为35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖；

(b)将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧处理；厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理；

(c)中恒温厌氧反应装置每处理完一批混合物料所产生的沼液卸料至常温厌氧池，在常温下继续厌氧反应一段时间后，再输送至多段式分级好氧装置进行连续多级的接触氧化处理。

其中，步骤a中，所述复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为10⁴mg/L计，所述功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.1％～0.2％，所述功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:10～20；

所述复合微生物菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、蛭弧菌、巨大芽孢杆菌、放线曲霉和嗜酸乳杆菌，所述生物酶制剂包括甲烷单加氧酶、氨单加氧酶、卤素水解酶和烷基单加氧酶，所述地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为1～2:1～2:3～4:1～2:2.5～4:1～2.5:1～2:1～2.5:2～3:2～3:2.5～4；

步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比1～2:8～9；所述高浓度有机废水的含水率为92～95％。

本发明的有益效果：

本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，包括依次连接的调节池、恒温厌氧反应装置、常温厌氧池和多段式分级好氧装置以及用于控制中恒温厌氧反应装置温度的太阳能温控系统，还包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置，微生物强化装置的出料口通过旁路进料管与中恒温厌氧反应装置连接；其处理方法包括步骤a、调节池内的高浓度有机废水或泥浆分别输送至微生物强化装置和中恒温厌氧反应装置；同时，复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂和专用培养基按一定比例投料至微生物强化装置，控制微生物强化装置在反应温度为35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖；步骤b、将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧处理；厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理；步骤c、中恒温厌氧反应装置每处理完一批混合物料所产生的沼液卸料至常温厌氧池，在常温下继续厌氧反应一段时间后，再输送至多段式分级好氧装置进行连续多级的接触氧化处理。当厌氧反应器一次性注满需处理的混合物料后，即开始发生厌氧反应，本发明的一体化处理系统解决了现有技术无法解决的以下技术问题：

(1)在中恒温的厌氧处理过程中，由太阳能温控系统对厌氧反应器内的水体加热，并结合污水循环泵进行内部循环搅拌，使混合液的热量分别更均匀，从而实现了35～37℃的中恒温控制；

(2)利用微生物强化装置对微生物进行强化培养，高浓度有机废水或泥浆与功能菌剂、专用培养基三者形成的混合液为微生物菌种提供充足的营养源，并控制温度在35～37℃的中恒温，使特效微生物在最优化的生长条件下获得快速增殖和驯化，然后通过旁路进入厌氧反应器，加快特效微生物菌种在后续厌氧反应器的增殖速度，快速建立其优势菌群地位，进而大大缩短厌氧反应器的启动周期；

(3)现有技术中，厌氧反应器内的微生物菌种，由于产酸菌与甲烷菌的生长速率不同，可能会导致局部产酸菌过多、pH下降而抑制甲烷菌和乙酸菌群的生长，从而破坏厌氧三阶段连续反应的进程，本发明的厌氧反应器在启动时即通过旁路输送经过微生物强化装置强化培养的微生物菌群，再结合污水循环泵进行内部循环搅拌，从而控制整个厌氧反应器中厌氧反应的相对均衡，有效避免出现厌氧阶段酸化的问题，厌氧效果好，使有机污染物转化率得到显著提高，大大缩短了废水处理周期，而且整个系统运行稳定。

(4)多段式分级好氧装置采用多级好氧池进行废水污染物负荷分级好氧处理，使好氧池内的废水好氧均匀，微生物均匀地得到营养物，增强各微生物群落的适应性，级数越多，微生物针对各级污染物负荷下的处理效果越好，通过不同微生物群落针对各级污染物负荷的联合处理，大大提高了废水的处理效率；

(5)本发明不仅可以用于处理有机污染物浓度高的生活/工业废水，还可以用于处理污泥、污粪、餐厨等固体废弃物，只需要在进入中恒温厌氧反应装置前，将固体废弃物粉碎制成含水率在92～95％的泥浆即可，因而本发明具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的结构示意图。

图2为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的中恒温厌氧反应装置的结构示意图。

图3为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的微生物强化装置的结构示意图。

图4为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的太阳能温控系统的结构示意图。

图5为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的生物膜填料组件的结构示意图。

图6为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的生物膜填料组件的另一角度的结构示意图

图7为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的生物膜填料组件的内部结构示意图。

图8为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的多段式分级好氧装置的结构示意图。

图9为本发明的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统的好氧池的结构示意图。

附图标记说明：

调节池1；

微生物强化装置2、微生物反应器21、生物反应槽211、培养基投料罐22、功能菌剂投料罐23、旁路进水管24；

中恒温厌氧反应装置3、厌氧反应器31、污水循环泵32、布水器33、进料管34、旁路进料管35、出料管36、溢料管37、水封稳压管38、集气罩39；

常温厌氧池4；

生物接触反应单元5、生物膜填料组件51、空心球体511、槽孔5111、曲面5112、加强曲面5113、叶片512、长叶片组5121、短叶片组5122、凹槽5123、柔性填料513、中轴管514、圆形叶片515、挂绳52；

太阳能温控系统6、太阳能集热装置61、热水管62、热水储存箱63、温度传感器64、热水循环泵65、加热管66、控制器67；

多段式分级好氧装置7、好氧池71、溢流管72、鼓风机73、总风管74、支路风管741、曝气头75、填料76、导流墙77、网箱78、控制阀79；

沼气净化装置8、沼渣处理装置9。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，如图1所示，包括依次连接的调节池1、中恒温厌氧反应装置3、常温厌氧池4、多段式分级好氧装置7以及用于控制中恒温厌氧反应装置3的反应温度稳定在35～37℃中恒温的太阳能温控系统6，还包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置2，微生物强化装置2的出料口通过旁路进料管35与中恒温厌氧反应装置3连接。调节池1通过机械搅拌使高浓度有机废水调匀，使其进入后续处理段保持平衡的水量，污染浓度波动小。本发明不仅可以用于处理有机污染物浓度高的生活/工业废水，还可以用于处理污泥、污粪、餐厨等固体废弃物，当用于处理固体废弃物时，先将固体废弃物粉碎，然后在调节池1内进一步搅拌混合制成含水率在92～95％的泥浆即可。经过调节池1调匀后的高浓度有机废水或泥浆通过泵抽入微生物强化装置2和中恒温厌氧反应装置3，二者进料保持同步。每次抽入为非连续性的一次性操作，即一次抽入直至注满中恒温厌氧反应装置3为止，待中恒温厌氧反应装置3进行中恒温厌氧反应完全后，下一次进料时再次抽入，即序批次地进行。

如图2所示，中恒温厌氧反应装置3包括厌氧反应器31、设置于厌氧反应器31的污水循环泵32和布水器33，污水循环泵32的输出端通过出水管与布水器33的进水口连通。污水循环泵32起到对高浓度有机废水的循环搅拌作用污水循环泵32起到对混合物料的循环搅拌作用，布水器33设置于厌氧反应器31的上部，厌氧反应器31内的高浓度有机废水厌氧反应器31内的混合物料通过污水循环泵32的进水管吸入，加压后通过污水循环泵32的出水管进入布水器33，从而均匀地从厌氧反应器31的顶部排出，形成内循环。根据每批次厌氧反应器31内的高浓度有机废水厌氧反应器31内的混合物料处理量，污水循环泵32每天分多个启停周期，例如每个启停周期为8小时，包括开启4小时、停机4小时/周期。厌氧反应器31设置有进料管34、出料管36和旁路进料管35，微生物强化装置2的出料口通过旁路进料管35与厌氧反应器31连通。

具体的，厌氧反应器31的顶部设置有集气罩39，集气罩39的出气口连接沼气净化装置8。沼气中有H₂S、水分等杂质，需通过沼气净化装置8除去杂质。集气罩39收集沼气后，通过沼气管输送到后续的沼气净化装置8及储存利用系统。沼气管上设有气压阀，设置气压值为3～5kPa，当池内沼气压力高于此限值，气压阀即打开，沼气从池内通过沼气管输送出去。

厌氧反应器31的顶部还设置有溢料管37和水封稳压管38，其中：溢料管37连接出料管36，高浓度有机废水在厌氧反应器31内经一段时间的厌氧反应，剩余物质为沼液和少量的沼渣，通过调节池1进料，使厌氧反应器31上层沼液及沼渣升高液位，通过顶部的溢料管37溢出，然后沿着出料管36输送至下一工序的常温厌氧池4。水封稳压管38用于水封稳压，使沼气不会逸散至常温厌氧池4，同时形成稳定的大气压力，避免厌氧反应器31与常温厌氧池4之间产生倒吸，稳定液位不变。厌氧反应器31的底部设置有与出料管36连通的排空管，排空管上设有阀门，在需要对厌氧反应器31排空时，打开阀门，底部渣料即可排出，并经过沼渣处理装置9进行沼渣的后续处理。

如图3所示，微生物强化装置2包括微生物反应器21、与微生物反应器21连通的用于存储专用培养基的培养基投料罐22和用于存储功能菌剂的功能菌剂投料罐23。微生物反应器21设置有进水口和出料口，进水口连接旁路进水管24，高浓度有机废水或泥浆由旁路进水管24输送至微生物反应器21内，同时功能菌剂投料罐23和培养基投料罐22分别向微生物反应器21内投加定量的功能菌剂(包括微生物菌种和生物酶制剂)和专用培养基，微生物反应器21内还设置有四个生物反应槽211，高浓度有机废水或泥浆、功能菌剂和专用培养基进入生物反应槽211内形成混合液。

培养基投料罐22与微生物反应器21的连接管路上以及功能菌剂投料罐23与微生物反应器21的连接管路上均设置有计量泵，可精确控制功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:10～20，且功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.1％～0.2％。功能菌剂和专用培养基采用与进料联动，同步启停的方式投加，实现序批次地自动化控制。

太阳能温控系统6的加热根据污水循环泵32的启停规律来启停，以保证在加热时有循环流体进行均匀的热交换。见图4，太阳能温控系统6包括太阳能集热装置61、热水储存箱63、热水循环泵65、设置于厌氧反应器31内壁的加热管66、温度传感器64以及控制器，控制器分别与温度传感器64和热水循环泵65电连接，加热管66的一端与热水循环泵65的出水口连接，加热管66的另一端与太阳能集热装置61的进水口连接，太阳能集热装置61的出水口通过热水管62与热水储存箱63的进水口连通，热水储存箱63的出水口与热水循环泵65的进水口连通，热水循环泵65与控制器67电连接。工作时，太阳能集热装置61通过吸收太阳辐射加热自来水，加热后的自来水通过热水管62进入热水储存箱63，通过热水循环泵65将热水储存箱63的热水输送至加热管66，各个反应器内的混合液流经加热管66通过热交换被加热，加热管66内的热水经换热后温度降低，回到太阳能集热装置61重新加热循环利用，该过程中温度传感器64将检测到的温度信号反馈至控制器67，进而控制器67控制热水循环泵65的流量，以实现稳定精确地控制厌氧反应器31内的温度为中恒温35～37℃，为厌氧反应提供最适的温度，提高厌氧反应器31处理高浓度有机废水的效率，而且利用太阳能加热具有节能环保的优点。

具体的，加热管66设置为不锈钢盘管，加热管66可设置在厌氧反应器31的侧壁和/或底壁，使厌氧反应器31内的混合液与加热管66内的热水进行充分地热交换。温度传感器64设置在厌氧反应器31的出料口的上方。

具体的，微生物反应器21和厌氧反应器31均设置有保温层，热水储存箱3设置有保温层，热水储存箱3用于储存热水，可以保证系统在阴雨天气也能够维持中恒温状态。

当厌氧反应器31一次性注满需处理的混合物料后，即开始发生厌氧反应，本发明在厌氧处理过程中，解决了现有技术无法解决的技术问题：(1)由太阳能温控系统6对厌氧反应器31内的水体加热，并结合污水循环泵32进行内部循环搅拌，使混合液的热量分别更均匀，从而实现了35～37℃的中恒温控制；(2)利用微生物强化装置2对微生物进行强化培养，高浓度有机废水或泥浆与功能菌剂、专用培养基三者形成的混合液为微生物菌种提供充足的营养源，并并控制温度在35～37℃的中恒温，使特效微生物在最优化的生长条件下获得快速增殖和驯化，然后通过旁路进入厌氧反应器，加快特效微生物菌种在后续厌氧反应器的增殖速度，快速建立其优势菌群地位，进而大大缩短厌氧反应器的启动周期；(3)现有技术中，厌氧反应器内的微生物菌种，由于产酸菌与甲烷菌的生长速率不同，可能会导致局部产酸菌过多、pH下降而抑制甲烷菌和乙酸菌群的生长，从而破坏厌氧三阶段连续反应的进程，本发明的厌氧反应器在启动时即通过旁路输送经过微生物强化装置强化培养的微生物菌群，再结合污水循环泵进行内部循环搅拌，从而控制整个厌氧反应器中厌氧反应的相对均衡，有效避免出现厌氧阶段酸化的问题，厌氧效果好，使有机污染物转化率得到显著提高，大大缩短了废水处理周期，而且整个系统运行稳定；(4)厌氧反应器31内部搅拌过程还有利于厌氧反应中沼气的逸出。

本实施例中，厌氧反应器31和微生物反应器21的生物反应槽211内均挂设有多个生物接触反应单元5(见图2和图3)，每个生物接触反应单元5包括若干个生物膜填料组件51。作为优选的实施方案，本实施例的每个生物接触反应单元5是由若干个生物膜填料组件51串联而成。如图5至图7所示，生物膜填料组件51包括空心球体511、固定于空心球体511中心的柔性填料513、固定于空心球体511内壁的多个叶片512以及贯穿空心球体511和柔性填料513的中心的中轴管514，空心球体511的外壁开设有若干个U型槽孔5111以使外壁形成多个曲面5112交错相连的镂空状曲面结构。外壁沿径向的圆周上设置有加强曲面5113，加强曲面5113与外壁上的其他曲面5112相连接。空心球体511为聚丙烯材料注塑一体成型的空心球体511，一体成型结构易于加工，空心球体511提供外形支撑与连接，其直径优选设置为12～18cm，曲面5112的宽度设置为1.8～2.2cm，但根据实际使用需要，空心球体511的直径大小以及曲面5112的宽度可任意调节。

具体的，多个叶片512沿空心球体511的圆周分布设置，每个叶片512设置有凹槽5123。多个叶片512包括长叶片组5121和短叶片组5122，长叶片组5121固定在位于非径向端的曲面5112内壁上，短叶片组5122固定在位于径向端的曲面5112内壁上。长叶片组5121设置有呈上下间隔设置的两层凹槽5123，短叶片组5122设置有一层凹槽5123。在叶片512上增加了凹槽5123结构，由此增大了填料的比表面积，有利于废水在生物膜填料组件51内的均匀分布，使微生物在填料表面易于挂膜，并且叶片512和凹槽5123结构还具有切割气泡的功能(用于好氧中有曝气的情况)，改善填料内的通气效果。作为优选的实施方案，叶片512的长度设置为2.5～4.5cm，相邻叶片512的间距设置为1.5～2.5cm，两层凹槽5123的间距设置为1.5～2cm的效果较佳。

具体的，柔性填料513为纤维材质的球形填料。球形填料的体积占空心球体511的三分之一，直径为4～6cm时较佳。纤维材质优选腈纶、丙纶、涤纶丝作为原料，经扎结形成球形填料，其性能指标满足以下条件时效果较佳：密度1.08～1.48g/cm、球径4～6cm、吸湿率0.35-0.55％、空隙率86％～90％。该柔性填料513蓬松卷曲且柔软，使微生物吸附效果好，挂膜快，通过柔性填料513逸散功能可加快外部空心球体511上的叶片512与凹槽5123上的成膜速度，而且将柔性填料513固定于空心球体511的内部，不会上浮水面。柔性填料513通过中轴管514固定于空心球体511的中心，柔性填料513的上方和下方均设置有用于固定柔性填料513的圆形叶片516，圆形叶片516与中轴管514固定连接。该中轴管514可穿设挂绳52(如尼龙绳)或其他用于串联生物膜填料组件51的挂件，从而将多个生物膜填料组件51串起来后进行有序排列，即得到生物接触反应单元5，其废水处理效果显著。在确定生物膜填料组件51的数量与生物膜填料组件51的间距时，需根据废水处理设施的水深情况、水质特点、处理效果等因素制定分布原则。

工作时，高浓度有机废水或泥浆、功能菌剂和专用培养基组成的混合液在微生物反应器21的生物反应槽211内缓慢流过生物膜填料组件51，混合液通过不停地与生物膜填料组件51的接触，微生物菌种吸附在填料表面形成生物膜，并控制温度为中恒温，从而使混合液内的微生物菌种快速增殖，最后将经过微生物强化后的混合液通过旁路进料管34输送至厌氧反应器31进行后续的废水处理，并进一步通过厌氧反应器31内的生物膜填料组件51。当每批次反应结束后，高浓度有机废水或泥浆停止输入至微生物反应器21和厌氧反应器31，同时功能菌剂投料罐23和培养基投料罐22也停止投料，生物反应槽211内剩余的混合液和生物膜填料组件51上的微生物菌种继续繁殖。生物膜填料组件51具有成膜快，布水布气性较好的优点，使投加的微生物菌种易于吸附在填料表面并快速增殖，提高微生物菌种的繁殖速度，进而实现厌氧反应器31内中稳定的高效的厌氧菌群占主导优势，并在每次序批进料时预留充足的成熟乙酸菌、甲烷菌群，以避免出现阶段酸化问题，厌氧处理效果得到显著改善。

本实施例中，如图8和图9所示，多段式分级好氧装置7包括逐级依次设置的八个好氧池71，废水依次经过连续多级的接触氧化处理。相邻好氧池71之间通过溢流管72连通，废水进入上一级好氧池71并到达一定的水位后会经过溢流管72进入下一级的好氧池71。好氧池71设置有曝气装置，曝气装置包括与鼓风机73连通的总风管74，总风管74连接若干支路风管741，支路风管741延伸至好氧池71的底部，且支路风管741的底端连接曝气头75，每个支路风管741与总风管74连接处设置有控制阀79。好氧池71的中部设置有填料76，并由网箱78限制在一定区域内，避免填料76随曝气气流在好氧池71内随意游动。每一级好氧池71池体中间的底部均设置导流墙77，两边水流在此处连通。

工作时，废水进入多段式分级好氧装置7之后，设置多个级别的好氧池71，废水分级流入，在好氧池71内均匀好氧；游离在废水中稀疏的细菌附着在填料76表面，随着细菌的繁殖逐渐形成生物膜，在溶解氧和有机物都充足的条件下，微生物迅速繁殖，通过生物膜与废水的接触，废水中的有机物被微生物利用而降解去除；当生物膜长到一定厚度时，溶解氧无法扩散到内层生物膜，内层的厌氧菌开始繁殖，形成长期稳定的微生物附着菌落，因水流流速低、曝气不直接作用于生物膜上，冲刷力度低，且微生物产泥系数低，极少产生剩余污泥。与现有技术相比，多段式分级好氧装置7具有以下优点：(1)采用不直接作用于生物膜的曝气方式，使好氧池71内均匀曝气，不会产生过曝，避免了微生物发生剧烈内源呼吸而解体的现象；(2)采用多段式污染物负荷分级处理的方法，有益于形成适应各自污染物负荷的优势微生物群落，针对各级污染物负荷的净化效率大大提高；(3)直接利用废水中的微生物自然附着形成微生物膜，且稳定性较好，微生物产泥系数低，剩余污泥少。

实施例2：

本实施例的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理方法，是采用实施例1的反应装置进行的，该方法用于处理高浓度有机废水，其包括以下步骤：

(a)调节池内的高浓度有机废水或泥浆分别输送至微生物强化装置和中恒温厌氧反应装置；同时，复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂和专用培养基按一定比例投料至微生物强化装置，控制微生物强化装置在反应温度为35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖；

(b)将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧处理；厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理；

(c)中恒温厌氧反应装置每处理完一批混合物料所产生的沼液卸料至常温厌氧池4，在常温下继续厌氧反应一段时间后，再输送至多段式分级好氧装置进行废水污染物负荷分级好氧处理，处理后的水从出水口排出。

步骤a中，复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为10⁴mg/L计，功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.1％，功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:10。

复合微生物菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、蛭弧菌、巨大芽孢杆菌、放线曲霉和嗜酸乳杆菌；生物酶制剂包括甲烷单加氧酶、氨单加氧酶、卤素水解酶和烷基单加氧酶。其中，地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为1:1:3.3:1:3:1.6:1:1.8:2:2.4:3；

步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比1:9。

实施例3：

本实施例的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理方法，主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

步骤a中，复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为10⁴mg/L计，功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.2％，功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:20；

地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为1:1:3:1:3:1:1:2:2:2:4；

步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比2:8。

实施例4：

本实施例的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理方法，主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：

步骤a中，复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为10⁴mg/L计，功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.15％，功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:15；

地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为2:1:4:2:4:2.5:2:1:3:3:2.5；

步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比1.5:8.5。

实施例5：

本实施例的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水的处理方法，主要技术方案与实施例2的相同，不同之处在于：本实施例的方法是用于处理污泥、污粪、餐厨等固体废弃物，即高浓度有机废水替换为泥浆，同时，该方法在步骤a之前还包括：

步骤a0、固体废弃物的预处理：

将固体废弃物经过粉碎后，输送至调节池，然后在调节池内将粉碎的固体废弃物经搅拌混合制成含水率为92～95％的泥浆；

在步骤b和c之间还包括：

步骤c0、脱水处理：

将中恒温厌氧反应装置内的混合液输送至固液分离装置进行脱水处理，脱水处理后产生沼液和沼渣；

其中沼液经步骤c继续下一工序的处理，沼渣则通过沼渣处理装置进行后续的处理。

本发明不仅可以用于处理工业废水，还可以用于处理污泥、污粪、餐厨等固体废弃物，对有机污染物的处理效果好，因而具有广阔的应用前景。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：包括依次连接的调节池、中恒温厌氧反应装置、常温厌氧池、多段式分级好氧装置以及用于控制中恒温厌氧反应装置温度的太阳能温控系统，还包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置，所述微生物强化装置的出料口通过旁路进料管与所述中恒温厌氧反应装置连接。

2.根据权利要求1所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述微生物强化装置包括微生物反应器、与所述微生物反应器连通的用于存储专用培养基的培养基投料罐和用于存储功能菌剂的功能菌剂投料罐；

所述中恒温厌氧反应装置包括厌氧反应器、设置于厌氧反应器的污水循环泵和布水器，所述污水循环泵的输出端通过出水管与所述布水器的进水口连通；所述微生物强化装置的出料口通过旁路进料管与所述厌氧反应器连通。

3.根据权利要求2所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述太阳能温控系统包括太阳能集热装置、热水储存箱、热水循环泵、设置于厌氧反应器内壁的加热管、温度传感器以及控制器，控制器分别与温度传感器和热水循环泵电连接；所述加热管的一端与所述热水循环泵的出水口连接，所述加热管的另一端与所述太阳能集热装置的进水口连接，所述太阳能集热装置的出水口与所述热水储存箱的进水口连通，所述热水储存箱的出水口与所述热水循环泵的进水口连通，所述热水循环泵与所述控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述厌氧反应器和微生物反应器内均设置有多个生物接触反应单元，每个生物接触反应单元包括若干个生物膜填料组件。

5.根据权利要求4所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述生物膜填料组件包括空心球体、固定于所述空心球体中心的柔性填料、固定于所述空心球体内壁的多个叶片以及贯穿所述空心球体和所述柔性填料的中心的中轴管；所述空心球体的外壁开设有若干个槽孔以使所述外壁形成多个曲面交错相连的镂空状曲面结构，所述多个叶片沿所述空心球体的圆周分布设置，每个叶片设置有凹槽。

6.根据权利要求5所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述空心球体为聚丙烯材料注塑一体成型的空心球体，所述柔性填料为纤维材质的球形填料。

7.根据权利要求2所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述厌氧反应器的顶部设置有集气罩，所述集气罩的出气口连接沼气净化装置。

8.根据权利要求1所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：所述多段式分级好氧装置包括逐级依次设置的多个好氧池，相邻好氧池之间通过溢流管连通，每个好氧池设置有曝气装置和填料。

9.高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)调节池内的高浓度有机废水或泥浆分别输送至微生物强化装置和中恒温厌氧反应装置；同时，复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂和专用培养基按一定比例投料至微生物强化装置，控制微生物强化装置在反应温度为35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖；

(b)将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧处理；厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理；

(c)中恒温厌氧反应装置每处理完一批混合物料所产生的沼液卸料至常温厌氧池，在常温下继续厌氧反应一段时间后，再输送至多段式分级好氧装置进行连续多级的接触氧化处理。

10.根据权利要求9所述的高浓度有机废水及固体废弃物的一体化处理系统，其特征在于：步骤a中，所述复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为10⁴mg/L计，所述功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.1％～0.2％，所述功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:10～20；

所述复合微生物菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、蛭弧菌、巨大芽孢杆菌、放线曲霉和嗜酸乳杆菌，所述生物酶制剂包括甲烷单加氧酶、氨单加氧酶、卤素水解酶和烷基单加氧酶，所述地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为1～2:1～2:3～4:1～2:2.5～4:1～2.5:1～2:1～2.5:2～3:2～3:2.5～4；

步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比1～2:8～9；所述泥浆的含水率为92～95％。