申请日2014.11.10
公开(公告)日2015.01.21
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30
摘要
本发明提供一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统及方法，该系统是由厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成的复杂食物链及微生物系统;主体为水深5~6m的反应池，池内布满3.5~4m高比表面积大的填料，填料上层水深0.5~1.0m;反应池出水侧底部均布有一排曝气设施，通入空气使出水端保持2mg/L左右溶解氧，且溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势;本发明污水处理方法在通气的条件下，通过厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类的共同作用，使反应系统中同时发生碳化、硝化、反硝化、吸收和吸附反应，以除去污水中的COD、BOD、NH3-N、总氮、总磷及其它污染物。具有能耗及成本低、管理难度小、占地面积相对较小的优点。
权利要求书
1.一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统，其特征在于：由厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成的复杂食物链及微生物系统;主体为有效水深5~6m的一级或二级反应池，池内布满3.5~4m高的比表面积较大的弹性填料，填料上层水深0.5~1.0m;一级反应池出水侧底部或二级反应的进水端均布有一排曝气设施，通入空气使出水端保持2mg/L左右溶解氧，并且溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势;以形成前端上层兼氧，至池内2/3处始为好氧状态;
所述厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类在复合系统内按高度分布，下层以附着于填料下层的厌氧菌为主，中上层以附着于填料上的兼性菌和厌氧菌为主，浅层以好氧菌和附着于浅层填料架上的藻类为主，其中浅层距离水面1~1.5m。
2.根据权利要求1所述接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统，其特征在于：所述一级或二级反应池均为矩形，其矩形尺寸为：长15-20m，宽8-15m，高5-6m。
3.一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，其特征在于：采用初沉池、水解酸化池和接触水解-藻类微曝气复合反应系统对污水进行处理;具体步骤包括：
1)将污水引入初沉池，以去除污水中的悬浮物;
2)经初沉池去除悬浮物的污水进入水解酸化池进行水解酸化，将污水中难降解的有机物水解为易生物降解的小分子物质;
3)经步骤2)处理的污水引入权利要求1所述接触水解-藻类微曝气复合反应系统进行处理;通过厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类的共同作用，使反应系统中同时发生营养物的碳化、硝化、反硝化、吸收和吸附反应，以除去污水中的污染物COD、BOD、NH3-N、氮和磷。
4.根据权利要求3所述接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，其特征在于，所述接触水解-藻类微曝气复合反应系统的水力停留时间为16~18h。
5.根据权利要求1所述接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，其特征在于，所述复合反应系统中的溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势，其中进水浅层溶解氧浓度为0~0.2mg/L，进水端1/3~2/3处溶解氧浓度为0.2~0.5mg/L，进水端浅层末端1/3即出水端处溶解氧浓度为0.5~4mg/L。
6.根据权利要求1所述接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，其特征在于，所述藻类微曝气复合反应系统在环境温度高于15℃时运行效果良好，高于20℃时运行效果最佳，阳光充足时运行效果更好;且藻类产量越高处理效果越好。
说明书
一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统及方法。
背景技术
水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。然而随着科技水平的不断发展，在生产和生活中产生大量的污水，这些污水被排入江河中，带来了严峻的水污染问题，严重威胁着人类的健康。由此可见，启动污水处理系统刻不容缓。
现有的传统污水处理工艺，通常采用水解酸化+接触氧化、活性污泥法、污水的土地处理、人工湿地等方法，用来处理生活污水或经预处理后的工业污水。但目前这些处理方法，存在如下不足：
(1)传统活性污泥法污水处理工艺能耗大，总磷、总氮处理效果不稳定;在处理过程中会伴随产生大量污泥，带来污泥处理及处置成本高的问题;而且污泥处理过程中还存在臭味等气体污染源;此外设备较多、管理难度较大也是该处理工艺的不足之处。
(2)水解酸化+接触氧化处理方法中也存在着能耗高，总磷的去除效果较差的问题，同样存在着污泥处理及处置方面的难题，但设备数量少于传统活性污泥法。
(3)污水的土地处理或人工湿地等方法虽然能耗低、设备较少，但占地面积大，而且湿地还存在植物收割、清於等管理。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的提供一种能耗低、成本低、占地面积相对较小的接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统。
本发明还提供一种管理难度小和成本低的接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统，其特征在于：由厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成复杂食物链及微生物系统;主体为有效水深5~6m的一级或二级反应池，池内布满3.5~4m高的比表面积较大的弹性填料，填料上层水深0.5~1.0m;一级反应池出水侧底部或二级反应的进水端均布有一排曝气设施，通入空气使出水端保持2mg/L左右溶解氧，并且溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势;以形成前端上层兼氧，至池内2/3处始为好氧状态;
所述厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类在复合系统内按高度分布，下层以附着于填料下层的厌氧菌为主，中上层以附着于填料上的兼性菌和厌氧菌为主，浅层以好氧菌和附着于浅层填料架上的藻类为主，其中浅层距离水面1~1.5m;
进一步，本发明还提供一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，采用初沉池、水解酸化池和接触水解-藻类微曝气复合反应系统对污水进行处理;具体步骤包括：
1)将污水引入初沉池，以去除污水中的悬浮物;
2)经初沉池去除悬浮物的污水进入水解酸化池进行水解酸化，将污水中难降解的有机物水解为易生物降解的小分子物质;
3)经步骤2)处理的污水引入权利要求1所述接触水解-藻类微曝气复合反应系统进行处理;通过厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类的共同作用，使反应系统中同时发生营养物的碳化、硝化、反硝化、吸收和吸附反应，以除去污水中的污染物COD、BOD、NH3-N、氮和磷。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统，具有以下显著特征：
(1)结构特征：所述复合反应系统主要构成为;有效水深H=5-6m的矩形池，HRT=17-19h，池内悬挂3.5m高比表面积较大的弹性填料，填料上层水深0.5-1m;复合反应系统一级出水侧底部均布一排曝气器。
(2)微生物组成特征：该反应器特征是下层为厌氧污泥及附着于填料上的厌氧微生物，中上层为附着于填料上的厌氧、兼性菌，浅层(离水面约1m)范围为好氧菌及附着于浅屋填料架上的藻类，构成了一个复杂的食物链、微生物系统。
(3)溶解氧特征：整个反应系统溶解氧浓度呈递减或递增趋势，沿水流方向溶解氧呈递增现象，进水浅屋溶解氧范围为0-0.2mg/L，进水端1/3-2/3处溶解氧浓度为0.2—0.5mg/L,，进水端浅层末端1/3(出水端)溶解氧浓度为0.5-4mg/L。
(4)反应特征：该系统通过泥层及附着于填料上的厌氧菌、兼性菌、浅层好氧菌、藻类等，共同发生厌氧、水解、好氧、藻类光合作用及吸附吸收等复合反应。
(5)温度的影响特征：该系统在15度以上反应效果较好，在15度以上随着温度的升高，反应效果更好。
综上，该系统耗电量仅为传统生物膜法或活性污泥法的1/10或者更低，大大降低了污水处理过程中的能源消耗问题，从而降低了污水处理成本;另一方面占地面积比污水土地处理剂人工湿地处理技术占地面积要小得多，大大节省了占地面积。
2、本发明接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，作用机理主要是：反应池下部为厌氧反应，上层沿水流方向前2/3段处为兼氧和好氧反应，沿水流方向后1/3处为好氧反应。反应池上部附着大量藻类，通过藻类的光合作用同时也可以提供少量溶解氧，而且藻类也对污水中的污染物起着降解、吸附等作用。因此通过复合系统的污水同时发生着厌氧、兼氧、好氧、藻类光合作用等多重复杂的化学及生物反应，通过这些反应去除污水中的污染物COD、BOD、NH3-N、氮和磷。
(1)采用的设备数量少，仅为传统活性污泥法或者生物膜法的1/5，省去了污水处理设施后期管理的难度及费用;除了初沉污泥外，后续设施基本不需排泥，无污泥产生，减少了传统活性污泥法及生物膜法处理污泥的困难;不仅如此，本发明污泥处理费用仅占整个污水处理成本的1%，与传统法污泥处理费用占整个污水处理成本的10%~20%相比，大大节约了成本。
(2)与传统活性污泥法及生活膜法的相比：a、能耗大大降低;b、设备投入及后期维护管理费用大大降低;c、不产生污泥，减少了传统方法中因污泥处理、处置而带来的麻烦及降低了处理费用，反应器在反应过程中，仅生产藻类，而藻类比较容易脱除水份和易于处理，体积量比传统方法的污泥量要小得多。
(3)本发明去除COD、BOD等有机污染物的去除率最佳时可达90%以上，对氨氮的去除率最佳可达90%以上，对总磷的去除率效果较为稳定和显著，最佳时可达90%以上，同时对金属元素，色度等均有不同程度的去除效果。
3、本发明接触水解-藻类微曝气复合反应方法管理容易，无任何难度，特别适合用于乡镇或者小企业的污水处理。对COD、BOD等有机污染物的去除率最佳时可达90%以上，对氨氮的去除率最佳可达90%以上，对总磷的去除率效果较为稳定和显著，最佳时可达90%以上，同时对金属元素，色度等均有不同程度的去除效果。
4、本发明接触水解-藻类微曝气复合反应系统中使用的藻类极易脱水，在夏季2~3天即可自然干燥，干燥后的灌类体积小，重量轻，体积量比传统方法的污泥量要小得多，易于处理。
综上，本发明具有能耗低、无污泥产生、避免污泥产生带来的二次污染、设备设入少、管理难度小、处理成本低等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施例为经预处理及水解酸化后的60%的生活污水及40%的园区工业污水。特征污染物为COD、BOD、NH3-N、TN、TP等，本发明主要对COD、NH3-N、TP、TN、水温、溶解氧等进行处理和监测分析。其中，厌氧法、水解酸化、好氧法均为现在成熟的常规的而且独立的处理技术。本技术特点在于将澡类处理技术引入污水处理系统，将厌氧、水解、好氧、藻类等多种处理方法同时控制在一个反应系统内，形成一个复合的反应系统。
一、一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理系统，有效水深5-6m矩形池，池内布满比表面积较大的弹性填料，填料上层水深0.5-1.0m，出水端底部均匀分布一排曝气设施，使出水端保持2mg/L左右溶解氧，因此该复合反应系统形成前端上层兼氧，至池内2/3处始为好氧，下层为厌氧;该系统下层为污泥及附着于填料上的厌氧微生物，中上层为附着于填料上的厌氧、兼性菌，浅层(离水面约1m)范围为好氧菌及附着于浅屋填料架上的藻类，构成了一个复杂的食物链及微生物系统。
整个反应系统溶解氧浓度呈递减或递增趋势，沿水流方向溶解氧呈递增现象，进水浅层溶解氧范围为0-0.2mg/L，进水端1/3-2/3处溶解氧浓度为0.2—0.5mg/L，进水端浅层末端1/3(出水端)溶解氧浓度为0.5-4mg/L;通过泥层及附着于填料上的厌氧菌、兼性菌、浅层好氧菌、藻类等，共同发生厌氧、水解、好氧、藻类光合作用及吸附吸收等复合反应。
因此，通过复合系统的污水同时发生着厌氧、兼氧、好氧、藻类光合作用等多重复杂的化学及生物反应，通过这些反应去除污水中的污染物COD、BOD、NH3-N、氮和磷。本发明接触水解-藻类微曝气复合反应系统具有能耗低、无污泥产生、避免污泥产生带来的二次污染、设备设入少、管理难度小、处理成本低等优点。
实施例1：由厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成复杂食物链及微生物系统;复合反应系统主体为有效水深5m的一级反应池，池内布满3.5m高的比表面积较大的弹性填料，填料上层水深0.5m;一级反应池出水侧底部均布有一排曝气设施，通入空气使出水端保持2mg/L左右溶解氧，进水端1/3~2/3处溶解氧浓度为0.2 mg/L，进水端浅层末端1/3即出水端处溶解氧浓度为0.5 mg/L，即溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势;以形成前端上层兼氧，至池内2/3处始为好氧状态。
所述厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类在复合系统内按高度分布，下层以附着于填料下层的厌氧菌为主，中上层以附着于填料上的兼性菌和厌氧菌为主，浅层以好氧菌和附着于浅层填料架上的藻类为主，其中浅层距离水面1m。
实施例2：由厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成复杂食物链及微生物系统;复合反应系统主体为有效水深5.5m的一级反应池，池内布满3.5m高的比表面积较大的弹性填料，填料上层水深1m;一级反应池出水侧底部均布有一排曝气设施，通入空气使出水端保持2mg/L左右溶解氧，其中进水浅层溶解氧浓度为0.1 mg/L，进水端1/3~2/3处溶解氧浓度为0.4 mg/L，进水端浅层末端1/3即出水端处溶解氧浓度为2 mg/L。即溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势;以形成前端上层兼氧，至池内2/3处始为好氧状态。
所述厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类在复合系统内按高度分布，下层以附着于填料下层的厌氧菌为主，中上层以附着于填料上的兼性菌和厌氧菌为主，浅层以好氧菌和附着于浅层填料架上的藻类为主，其中浅层距离水面1.5m。
实施例3：由厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成复杂食物链及微生物系统;复合反应系统主体为有效水深6m的一级反应池和二级反应池，池内布满3.5m高的比表面积较大的弹性填料，填料上层水深1m;复合反应系统在二级反应的进水端均布有一排曝气设施通入空气，通入空气使出水端保持2mg/L左右溶解氧，进水端1/3~2/3处溶解氧浓度为0.2 mg/L，进水端浅层末端1/3即出水端处溶解氧浓度为0.5 mg/L，进水端浅层末端1/3即出水端处溶解氧浓度为4 mg/L。即溶解氧浓度沿水流方向呈梯度递增趋势;以形成前端上层兼氧，至池内2/3处始为好氧状态;
所述一级或二级反应池均为矩形，其矩形尺寸为：长15-20m，宽8-15m，高5-6m。
所述厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类在复合系统内按高度分布，下层以附着于填料下层的厌氧菌为主，中上层以附着于填料上的兼性菌和厌氧菌为主，浅层以好氧菌和附着于浅层填料架上的藻类为主，其中浅层距离水面1m。
本发明采用厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类构成了复合反应系统内部复杂的食物链及微生物系统，通过厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类的共同作用，使反应系统中同时发生营养物的碳化、硝化、反硝化、吸收和吸附反应，以除去污水中的污染物COD、BOD、NH3-N、氮和磷。其中，厌氧菌、兼性菌、好氧菌和藻类的分布随高度而变化，下层以厌氧污泥和附着于填料下层的厌氧菌为主，中上层以附着于填料上的兼性菌和厌氧菌为主，浅层以好氧菌和附着于浅层填料架上的藻类为主，其中浅层距离水面1m-1.5m。
另外，接触水解-藻类微曝气复合反应系统在15℃时运行效果良好，高于20℃时运行效果最佳，在15度以上随着温度的升高，反应效果更好;本发明复合反应系统受光照影响很大，在阳光充足的地区反应效果佳，在西南地区11-1月份期间，反应效果随光照的变化稍有下降;藻类含量也是影响本发明复合反应系统的一个重要因素，藻类含量越高处理效果越好。
二、一种接触水解-藻类微曝气复合污水处理方法，采用初沉池、水解酸化池和接触水解-藻类微曝气复合反应系统对污水进行处理，从而去除污水中的污染物;具体步骤包括：
1)将污水引入初沉池，以去除污水中大颗粒和比重较大的悬浮物;
2)经初沉池去除悬浮物的污水进入水解酸化池进行水解酸化，将污水中难降解的有机物水解为易生物降解的小分子物质, 这样有利于进入接触水解—藻类微曝气复合反应系统进行充分反应;
3)经步骤2)处理的污水引入接触水解-藻类微曝气复合反应系统进行一级反应处理，水力停留时间为16-18h。
二、检测方法与结果：
为了验证本发明的污水处理效果，采用本发明处理系统方法和传统污水处理方法进行对照，并对水质进行了检测，检测结果见表1。其中检测方法为：
COD：GB/T11914-1989重铬酸盐法;
NH3-N：HJ537-2009蒸馏中和滴定法;
TP：GB/T11893-1989钼铵酸分光光度法;
TN：HJ639-2012碱性过硫酸钾紫外分光光度法;
温度：GB/T 温度计测定法。
