申請日2013.11.29

　　公開(公告)日2014.03.05

　　IPC分類號C02F3/00; C02F3/30

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種一體化生物脫氮裝置其處理廢水的方法，所述生物脫氮裝置包括好氧反應池、沉淀池、廢水池、進水泵、鼓風機、污泥回流泵和曝氣器，所述好氧反應池內(nèi)添加有懸浮填料，所述懸浮填料為表面和內(nèi)部均分布有與表面貫通的孔洞的球體或柱體，所述懸浮填料表面孔洞的直徑為1μm～20mm，所述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm～10mm;本發(fā)明通過裝填懸浮填料使得硝化、反硝化可以在同一個好氧反應池內(nèi)完成，這樣節(jié)省了傳統(tǒng)A/O生物脫氮工藝的缺氧池、缺氧池內(nèi)的攪拌器以及好氧池混合液回流泵系統(tǒng)，因此本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，能耗低等優(yōu)點，利用本發(fā)明處理廢水的方法可以在好氧反應池內(nèi)獲得75%左右的脫氮效率。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種一體化生物脫氮裝置，所述生物脫氮裝置包括好氧反應池、沉淀 池、廢水池、進水泵、鼓風機、污泥回流泵和曝氣器，所述好氧反應池側(cè)面 分別設有進水口和出水口，所述好氧反應池底部設有污泥回流入口，所述好 氧反應池內(nèi)部底端設有曝氣器;所述沉淀池頂端設有排水口、沉淀池底端設 有污泥回流出口;所述好氧反應池進水口通過進水泵與廢水池連通，所述好 氧反應池出水口通過管路與沉淀池連通，所述曝氣器通過管路與鼓風機連通， 所述污泥回流入口通過污泥回流泵與污泥回流出口連通，其特征在于：所述 好氧反應池內(nèi)添加有懸浮填料，所述懸浮填料為表面和內(nèi)部均分布有與表面 貫通的孔洞的球體或柱體，所述懸浮填料表面孔洞的直徑為1μm～20mm，所 述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm～10mm。

　　2.如權(quán)利要求1所述一種一體化生物脫氮裝置，其特征在于所述懸浮填 料由聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、尼龍、錦綸或聚胺酯制成。

　　3.如權(quán)利要求1所述一種一體化生物脫氮裝置，其特征在于所述懸浮填 料密度為0.88～1.28g/cm3。

　　4.如權(quán)利要求1所述一種一體化生物脫氮裝置，其特征在于所述懸浮填 料投影直徑為50mm～150mm。

　　5.如權(quán)利要求1所述一種一體化生物脫氮裝置，其特征在于所述懸浮填 料表面孔洞的直徑為10μm～15mm，所述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm ～8mm，密度為0.88～0.98g/cm3。

　　6.如權(quán)利要求1所述一種一體化生物脫氮裝置，其特征在于所述懸浮填 料的投加量為1.5～6kg/m3。

　　7.如權(quán)利要求1所述一種一體化生物脫氮裝置，其特征在于所述出水口 處設有網(wǎng)狀隔板，所述網(wǎng)孔直徑為25mm～100mm。

　　8.一種利用權(quán)利要求1所述一體化生物脫氮裝置處理廢水的方法，其特 征在于所述方法為：

　　首先在好氧反應池內(nèi)注入1/4～1/3的清水，并開啟鼓風機曝氣，再將活性 污泥接種到好氧反應池內(nèi)，曝氣1～2天后，將懸浮填料加入好氧反應池，然 后開啟進水泵，將廢水泵入好氧反應池形成廢水混合液，此時調(diào)節(jié)鼓風機曝 氣量大小，控制好氧反應池內(nèi)廢水混合液的DO值不低于2mg/L，處理后的 廢水通過出水口進入沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀后的廢水由排水口排出，沉淀產(chǎn) 生的污泥由污泥回流出口經(jīng)過回流泵進入好氧反應池，控制反應池內(nèi)污泥濃 度為2～3g/L，污泥回流流量與進水流量比例為0.5～1:1，所述懸浮填料為表 面和內(nèi)部均分布有與表面貫通的孔洞的球體或柱體，所述懸浮填料表面孔洞 的直徑為1μm～20mm，所述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm～10mm，所述 懸浮填料投影直徑為50mm～150mm，所述懸浮填料的投加量為1.5～6kg/m3。

　　9.如權(quán)利要求8所述利用一體化生物脫氮裝置處理廢水的方法，其特征 在于所述反應池內(nèi)污泥濃度為2～3g/L，污泥回流流量與進水流量比例為1:1。

　　說明書

　　一種一體化生物脫氮裝置及其處理廢水的方法

　　(一)技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種廢水處理裝置及處理方法，特別涉及一種一體化生物脫氮裝置及其處理廢水的方法，可去除有機物、有機氮、氨氮、硝態(tài)氮等多種污染物，適用于處理工業(yè)廢水、城市污水。

　　(二)背景技術(shù)

　　傳統(tǒng)生物脫氮方法主要由硝化反應(氮氧化終端產(chǎn)物為硝酸鹽)和反硝化反應(氮還原終端產(chǎn)物為氮氣)構(gòu)成。硝化反應需要氧氣，是一個好氧過程;而反硝化反應不需要氧氣，是一個缺氧過程。因此，一般來說，生物脫氮工藝是一個從時間上(如序批式反應器)或空間上(如前置反硝化)將硝化反應和反硝化反應分開進行的一種生物脫氮技術(shù)。

　　硝化反應是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的過程。硝化反應包括兩個基本的反應步驟，第一階段是由亞硝酸菌(亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺旋桿菌屬和亞硝化球菌屬等)將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，稱為亞硝化反應;第二階段是由硝酸菌(硝酸桿菌屬、螺菌屬和球菌屬等)將亞硝酸鹽進一步氧化為硝酸鹽。亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，它們利用CO2、CO32-和HCO3-等作為碳源，通過與NH3、NH4+和NO2-的氧化還原反應獲得能量。反硝化反應是將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程。反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物，其反應需在缺氧條件下進行。反應過程中反硝化菌利用各種有機基質(zhì)作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體而進行缺氧呼吸。

　　傳統(tǒng)生物脫氮工藝一般采用A/O工藝，即由缺氧池-好氧池-沉淀池構(gòu)成，同時包括2個回流系統(tǒng)：好氧池混合液回流到缺氧池、沉淀池污泥回流到缺氧池。第一個回流系統(tǒng)是將好氧池氨的氧化產(chǎn)物硝態(tài)氮回流到缺氧池使反硝化菌將其還原為氮氣，氮的去除率取決與回流比，為了達到較高 的脫氮效率，回流比一般控制在3以上，這樣大水量的回流導致工藝運行能耗較高，而且脫氮效率難以理想。

　　為了提高生物處理能力和反應池內(nèi)微生物數(shù)量，生物接觸氧化技術(shù)得以開發(fā)利用，主要是在反應池內(nèi)投加生物載體，這樣微生物不僅僅懸浮在水體中而且大部分微生物可棲息在載體表面生長。目前應用多的填料有固定式填料和懸浮填料，類型及材質(zhì)種類很多。大量的研究及工程應用表明，生物載體可以顯著提高微生物數(shù)量，去除效率也可以得到明顯提升。但是目前開發(fā)的生物載體對于在好氧池內(nèi)的生物脫氮效率非常有限。

　　為了簡化傳統(tǒng)生物脫氮工藝、提高生物脫氮效率、降低能耗，本研究開發(fā)了一種能夠在好氧池內(nèi)形成缺氧環(huán)境的生物載體，該生物載體投入到好氧池內(nèi)，可以同時實現(xiàn)硝化和反硝化反應，脫氮效率可以達到甚至超過傳統(tǒng)生物脫氮工藝。

　　所開發(fā)的生物載體內(nèi)部擁有缺氧環(huán)境區(qū)域和好氧環(huán)境區(qū)域，有利于好氧的硝化菌和不需要氧氣的反硝化菌同時生存于同一個載體上，同時同步可實現(xiàn)硝化反硝化反應，將水體中的氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮。載體外部的好氧狀態(tài)對于載體內(nèi)部的缺氧環(huán)境不產(chǎn)生影響。因此，使用這種新型載體的生物技術(shù)，即可構(gòu)成一種新的一體化生物脫氮方法及工藝。

　　(三)發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明目的是提供一種一體化生物脫氮裝置及其處理廢水的方法，解決傳統(tǒng)生物脫氮工藝構(gòu)筑物多、操作復雜等問題，可實現(xiàn)取締傳統(tǒng)生物脫氮工藝中的缺氧池、其中的攪拌系統(tǒng)和混合液回流系統(tǒng)，實現(xiàn)廢水中的氮同步硝化、反硝化的新生物處理技術(shù)。

　　本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

　　本發(fā)明提供一種一體化生物脫氮裝置，所述生物脫氮裝置包括好氧反應池、沉淀池、廢水池、進水泵、鼓風機、污泥回流泵和曝氣器，所述好 氧反應池側(cè)面分別設有進水口和出水口，所述好氧反應池底部設有污泥回流入口，所述好氧反應池內(nèi)部底端設有曝氣器;所述沉淀池頂端設有排水口、沉淀池底端設有污泥回流出口;所述好氧反應池進水口通過進水泵與廢水池連通，所述好氧反應池出水口通過管路與沉淀池連通，所述曝氣器通過管路與鼓風機連通，所述污泥回流入口通過污泥回流泵與污泥回流出口連通，所述好氧反應池內(nèi)添加有懸浮填料，所述懸浮填料為表面和內(nèi)部均分布有與表面貫通的孔洞的球體或柱體(所述填料的形狀不固定，孔的大小可以不均勻)，所述懸浮填料表面孔洞的直徑徑為1μm～20mm，所述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm～10mm。

　　進一步，所述懸浮填料由聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、尼龍、錦綸或聚胺酯制成。

　　進一步，所述懸浮填料密度為0.88～1.28g/cm3。

　　進一步，所述懸浮填料形狀不限，投影直徑為50mm～150mm。

　　進一步，所述懸浮填料表面孔洞的直徑為10μm～15mm，所述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm～8mm，密度為0.88～0.98g/cm3。

　　進一步，所述懸浮填料的投加量為1.5～6kg/m3。

　　進一步，所述出水口處設有網(wǎng)狀隔板，所述網(wǎng)孔直徑為25mm～100mm。

　　本發(fā)明還提供一種利用所述一體化生物脫氮裝置處理廢水的方法，所述方法為：首先在好氧反應池內(nèi)給入1/4～1/3的清水，并開啟鼓風機曝氣，再將活性污泥接種到好氧反應池內(nèi)，曝氣1～2天后，將懸浮填料加入好氧反應池，然后開啟進水泵，將廢水泵入好氧反應池形成廢水混合液，此時調(diào)節(jié)鼓風機曝氣量大小，控制好氧反應池內(nèi)廢水混合液的DO值不低于2mg/L，處理后的廢水通過出水口進入沉淀池，經(jīng)沉淀池沉淀后的廢水由排水口排出，沉淀產(chǎn)生的污泥由污泥回流出口經(jīng)過回流泵進入好氧反應 池，控制反應池內(nèi)污泥濃度為2～3g/L，污泥回流流量與進水流量比例為0.5～1:1，所述懸浮填料為表面和內(nèi)部均分布有與表面貫通的孔洞的球體或柱體，所述懸浮填料表面孔洞的直徑為1μm～20mm，所述懸浮填料內(nèi)部孔洞的直徑為10μm～10mm，所述懸浮填料投影直徑為50mm～150mm，所述懸浮填料的投加量為1.5～6kg/m3。

　　進一步，所述反應池內(nèi)污泥濃度為2～3g/L，污泥回流流量與進水流量比例為1:1。

　　本發(fā)明所述一體化生物脫氮裝置中，所述好氧反應池底部裝設有曝氣器為水體充氧，所述的曝氣器為管式、盤式曝氣器，材質(zhì)不限。所述沉淀池為輻流式沉淀池、平流式沉淀池、豎流式沉淀或斜板沉淀池中的任一種，所述網(wǎng)狀隔板設置在反應池和沉淀池之間，攔截懸浮填料，防止填料流入沉淀池。

　　本發(fā)明所述的一體化生物脫氮裝置處理廢水的方法過程中，廢水的有機物氧化、氨氮氧化和硝態(tài)氮還原均在同一個好氧反應池內(nèi)完成，通過曝氣器進入的空氣動力不僅為水體充氧而且可以使懸浮填料在水體中運動，分布在懸浮填料和水體中的微生物攝取廢水中有機物、氮和溶解氧進行新陳代謝活動，廢水得到徹底處理后自動流入沉淀池，停留足夠時間后，廢水中的微生物沉淀到池底，而上清液經(jīng)沉淀池排水口排出，沉淀到池底的微生物通過污泥循環(huán)泵送入到好氧反應池，以維持好氧池內(nèi)穩(wěn)定的微生物量。

　　鼓風機曝氣使得好氧反應池內(nèi)泥水中溶解氧濃度升高，當充氧后的水體會擴散進入懸浮填料內(nèi)部，由于懸浮填料內(nèi)外表面的網(wǎng)絲(即孔壁)上均附著有微生物，隨著填料內(nèi)部的深入，外表面的微生物會優(yōu)先吸收水體中的溶解氧，此時，外表面的微生物主要以攝氧的好氧微生物為主。進入懸浮填料內(nèi)部的水體中的溶解氧很低甚至無氧，內(nèi)部微生物逐漸演變?yōu)槿?氧微生物和厭氧微生物。懸浮填料外表面和外部沒有附著在填料上的微生物主要是好氧微生物，一部分好氧微生物可以分解有機物，一部分微生物為硝化菌可以將氨氮氧化為硝態(tài)氮;懸浮填料內(nèi)部的微生物為缺氧微生物和厭氧微生物，缺氧微生物在攝取有機物的同時將硝態(tài)氮還原為氮氣從而達到脫氮的目的，厭氧微生物可以進行無氧呼吸將有機物分解為脂肪酸等小分子有機物、二氧化碳等。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：通過裝填懸浮填料使得硝化、反硝化可以在同一個好氧反應池內(nèi)完成，這樣節(jié)省了傳統(tǒng)A/O生物脫氮工藝的缺氧池、缺氧池內(nèi)的攪拌器以及好氧池混合液回流泵系統(tǒng)，因此本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，能耗低等優(yōu)點，利用本發(fā)明處理廢水的方法可以在好氧反應池內(nèi)獲得75%左右的脫氮效率(現(xiàn)有A/O工藝脫氮技術(shù)也在75%左右，而好氧池內(nèi)生物脫氮效率不高于10%，見參考文獻：(吳成強,王國棟,李紅巖，楊敏.反硝化污泥床和好氧生物膜一體化生物反應器.中國環(huán)境科學,2003,23(6):640～643.)和(祝貴兵,彭永臻,周利,馬勇,張新蘭.優(yōu)化分段進水生物脫氮工藝設計參數(shù),2004,20(9):64-64.)。