申请日2019.07.03
公开(公告)日2019.09.10
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F101/16; C02F101/10
摘要
基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，属于污、废水处理领域。包括依次连接的厌氧水解酸化池(1)、硝化池(2)、反硝化池(3)和沉淀池(4)，前三个池中设有圆盘笼式结构，笼中装填生物活性填料，形成具有不同性能的笼式生物转盘，这些转盘在驱动系统的驱动下在各自的反应池中进行旋转，好氧池(硝化池)的硝化生物转盘一半浸没在水中，一半暴露在空气中，通过旋转实现充氧和对水的搅拌，反硝化池和厌氧水解池中的转盘全部浸没在水中，通过旋转实现对水的搅拌。在反硝化池中设置了药剂混合搅拌装置，同时借助反硝化反应池中反硝化生物转盘的旋转搅拌功能，实现化学除磷的反应和絮凝过程实现除磷。
权利要求书
1.一种基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，其特征在于，包括依次连接的厌氧水解酸化池(1)、硝化池(2)、反硝化池(3)和沉淀池(4);厌氧水解酸化池(1)中安装水解酸化生物转盘(6)，水解酸化生物转盘(6)内装水解酸化生物活性填料;硝化池(2)中安装硝化生物转盘(7)，硝化生物转盘(7)内装硝化生物活性填料;反硝化池(3)中安装反硝化生物转盘(8)，反硝化生物转盘(8)内装反硝化生物活性填料;反硝化池(3)的起始端安装有投药装置(5)，投加化学除磷药剂或有机物补充药剂;所述的水解酸化生物转盘(6)、硝化生物转盘(7)、反硝化生物转盘(8)均为笼状圆盘腔体结构(5)笼状圆盘腔体结构(5)即圆盘的结构外壳为带孔的或网状的笼子，笼子腔体内填有各自对应的生物活性填料;同时转盘的中间设有轴向孔，用于转动轴穿过或与转动轴固定，转动轴带动笼状转盘转动;硝化池(2)即好氧池的硝化生物转盘一半浸没在液体中，一半暴露在空气中，通过旋转实现充氧和对水池中液体的搅拌，反硝化池(3)和厌氧水解酸化池(1)中的转盘均全部完全浸没在液体中，通过旋转实现对池中液体的搅拌。
2.按照权利要求1所述的一种基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，其特征在于，水解酸化生物转盘(6)、硝化生物转盘(7)、反硝化生物转盘(8)均通过转动轴带动旋转，转动轴由转盘驱动装置(9)驱动;转动轴由转盘驱动装置(9)通过调速轮驱动转轴;不同反应池的转轴通过齿轮或调速轮进行连接驱动。
3.按照权利要求1所述的一种基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，其特征在于，反硝化池中(3)起始端设有药剂混合区(14)，投药装置(5)投出的药剂首先进入药剂混合区(14)中。
4.按照权利要求1所述的一种基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，其特征在于，厌氧水解酸化池(1)中安装多个同轴并列的水解酸化生物转盘(6);硝化池(2)中安装多个同轴并列的硝化生物转盘(7);反硝化池(3)中安装多个同轴并列的反硝化生物转盘(8)。
5.按照权利要求1所述的一种基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，其特征在于，在反硝化池(3)中设置了药剂混合搅拌装置，同时借助反硝化反应池(3)中的反硝化生物转盘(8)的旋转搅拌功能，实现化学除磷的反应和絮凝过程实现除磷。
6.采用权利要求1-5任一项所述的装置进行污水处理的方法，其特征在于，原水按顺序进入水解酸化厌氧池、好氧硝化池、反硝化池(同时化学除磷反应)、沉淀池，通过这个流程完成氨氮氧化、反硝化脱氮、有机物消耗和除磷过程。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，针对污、废水中的三大类污染物质(C、N、P)按照流程先后顺序，首先，利用水解酸化生物活性填料建立厌氧反应工艺过程，使原污、废水中的大分子有机物进行水解过程，使长链、大分子物质分解成小分子有机物，并且在此过程中尽可能地释放有机氮，为后续流程氨氮氧化及去除提供较好的氨氮氧化条件和尽可能多的小分子有机物电子受体;第二，利用硝化生物活性填料建立好氧硝化反应工艺过程;该反应过程由于是由硝化生物活性填料组成，该工艺段中没有其他活性污泥存在，所以该部分生物过程只能进行氨氮的氧化;第三，利用反硝化生物活性填料建立缺氧反硝化工艺过程，在该反硝化过程中，生化反应的核心主体是反硝化包埋填料中的反硝化细菌，反应底物是上一个硝化过程的产物亚硝酸盐和硝酸盐，以及原水中的有机物和经过水解酸化过程产生的小分子有机物作为电子受体参与反硝化过程;同时借助第三部分反硝化反应池，在进水端投加化学除磷药剂，使之在反硝化过程中，借助反硝化转盘转动的搅拌同时完成化学除磷的反应过程;在该部分中针对碳氮比偏低的污水，还可以利用除磷化学药剂投加系统附带投加有机碳源，用以补充反硝化过程有机物的不足;第四部分为最终沉淀池，该部分的设置是为了使化学除磷形成的磷酸盐化合物，以及前面生物系统形成的絮体实现沉淀，以保障最终出水水质。
说明书
基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置
技术领域
本发明属于污、废水处理领域，特别涉及基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置。
背景技术
目前在污、废水处理领域所使用的工艺技术多为活性污泥法，该类方法的核心物质是处理系统中的生物活性污泥，其中的细菌按性能可以粗略分为有机物降解细菌、硝化细菌、反硝化细菌、除磷细菌四大类。在现状运行的活性污泥处理中属于单泥系统，所述及的各类细菌在活性污泥中是混合存在的，系统运行过程中，活性污泥经过厌氧、缺氧、好氧三个主要处理工艺过程，分别完成三大类污染物质(C、N、P)的去除，最后经过沉淀池进行泥水分离实现污泥(细菌)的收集和水的排放，其中部分活性污泥通过回流的方式再次进入污水处理系统的前端，从而实现活性污泥在系统中的保留和系统中一定污泥量的维持。
这样的活性污泥处理系统运行操作复杂，稳定运行需要具有较高技术水平的专业人员去管理，对于技术能力较强的大型污水处理厂还可以实施，而对于如村镇、居民小区、企事业单位自有的小型污水处理厂或小型装置就很难保障稳定运行。
针对上述问题就需要创造出一种运行方式简单，处理系统中细菌生物量保持能力强，适应外界人为管理变化和原水水质、水量变化而产生的冲击负荷变化的技术装置，以适应上述用户的需求。
具体分析需要解决下面几个问题：
1.脱氮有机物不足问题：传统活性污泥法中，好氧处理工艺段因为有机物降解菌和硝化细菌同时存在，好氧异养菌具有较强的溶解氧争夺能力。在氧化过程中，原污水中的有机物首先被大量氧化之后才能够实现较好的氨氮氧化，该过程导致系统在反硝化过程中有机物大量缺失，导致本来反硝化有机物(反硝化电子受体)缺乏的城市污水，在脱氮过程中要投入大量的外加反硝化碳源。另外，在硝化过程中，硝化细菌的世代周期较活性污泥中其他细菌都长，在工艺设计中为了保障硝化细菌的生长繁殖，污泥龄一般最少考虑为3天，尽管如此，硝化细菌数量在整个污泥系统中存在的比例仍然很小(目前城市污水处理厂氨氮的氧化效率仅为15-20mg/L)，为了保障出水氨氮指标，城市污水处理厂好氧处理时间最少要保持在6小时以上，其他废水有的甚至要达到几天时间。这种工况条件下，污水处理有机物负荷和氨氮负荷都很低，过低的负荷导致夏季高温和低温季节的污泥膨胀，污泥膨胀导致污泥上浮和沉淀池中大量的污泥流失、出水水质恶化。
2.系统复杂的供氧问题：大型污水处理厂为了实现很好的供氧，需要为好氧池配备复杂的供气系统，在小型的污水处理厂及装置中配备供气装置系统，需要很好的管理和维护，溶解氧过高会消耗活性污泥，过低有导致溶解氧不足，若想达到理性状态需要配备复杂的控制系统(溶解氧探头、PLC控制单元、风机系统等)。
3.稳定的磷元素去除问题：活性污泥法生物除磷过程中，摄磷菌经过厌氧和好氧工艺段后，摄磷菌体内摄取了过量的磷，此时尽快排除系统才能够保障系统较好除磷效果，但是，单污泥系统中为了保障硝化细菌较长的污泥龄要求，导致摄磷菌在沉淀池中停留时间过长，污泥在沉底池中形成缺氧状态，许多摄磷菌细胞体内的磷会有释放，从而导致生物除磷效果变差，所以在小型处理系统中，若要保持稳定的生物除磷，管理更为复杂。
针对上述小型污水处理厂或装置中存在的问题，依托生物活性填料和生物转盘形式，再结合化学除磷的方法，就能够实现处理系统的简单化。这也是解决现有活性污泥法固有存在问题的较好的技术途径。
发明内容
针对上述存在的问题，依照细菌生态稳定性原理，从细菌菌群分离培养入手，已经先后实现了硝化细菌菌群、反硝化细菌菌群、水解酸化细菌菌群的分离，完成了以上述菌群为核心，以细菌包埋为技术方法的高效生物活性填料的制作。制作出硝化生物活性填料、反硝化生物活性填料和水解酸化生物活性填料。这些生物活性填料使污水处理系统中各类细菌菌群能够独立存在，利用这些生物活性填料能够形成简洁稳定的处理系统。
为了解决现有问题，本发明提供的基于生物活性填料的三级转盘式污水处理装置，其特征在于，包括依次连接的厌氧水解酸化池(1)、硝化池(2)、反硝化池(3)和沉淀池(4);厌氧水解酸化池(1)中安装水解酸化生物转盘(6)，水解酸化生物转盘(6)内装水解酸化生物活性填料;硝化池(2)中安装硝化生物转盘(7)，硝化生物转盘(7)内装硝化生物活性填料;反硝化池(3)中安装反硝化生物转盘(8)，反硝化生物转盘(8)内装反硝化生物活性填料;反硝化池(3)的起始端安装有投药装置(5)，投加化学除磷药剂或有机物补充药剂;所述的水解酸化生物转盘(6)、硝化生物转盘(7)、反硝化生物转盘(8)均为笼状圆盘腔体结构(5)(即圆盘的结构外壳为带孔的或网状的笼子)，笼子腔体内填有各自对应的生物活性填料;同时转盘的中间设有轴向孔，用于转动轴穿过或与转动轴固定，转动轴带动笼状转盘转动;硝化池(2)即好氧池的硝化生物转盘一半浸没在液体中，一半暴露在空气中，通过旋转实现充氧和对水池中液体的搅拌，反硝化池(3)和厌氧水解酸化池(1)中的转盘均全部完全浸没在液体中，通过旋转实现对池中液体的搅拌。
水解酸化生物转盘(6)、硝化生物转盘(7)、反硝化生物转盘(8)均通过转动轴带动旋转，转动轴由转盘驱动装置(9)驱动;转动轴由转盘驱动装置(9)通过调速轮驱动转轴;不同反应池的转轴通过齿轮或调速轮进行连接驱动;反硝化池中(3)起始端设有药剂混合区(14)，投药装置(5)投出的药剂首先进入药剂混合区(14)中。
在反硝化池(3)中设置了药剂混合搅拌装置，同时借助反硝化反应池(3)中的反硝化生物转盘(8)的旋转搅拌功能，实现化学除磷的反应和絮凝过程实现除磷。
厌氧水解酸化池(1)中安装多个同轴并列的水解酸化生物转盘(6)，如2-10个;硝化池(2)中安装多个同轴并列的硝化生物转盘(7)，如2-10个;反硝化池(3)中安装多个同轴并列的反硝化生物转盘(8)，如2-10个。
运行方式为：原水按顺序进入水解酸化厌氧池、好氧硝化池、反硝化池(同时化学除磷反应)、沉淀池，通过这个流程完成氨氮氧化、反硝化脱氮、有机物消耗和除磷过程，针对污、废水中的三大类污染物质(C、N、P)按照流程先后顺序，首先，利用水解酸化生物活性填料建立厌氧反应工艺过程，使原污、废水中的大分子有机物进行水解过程，使长链、大分子物质分解成小分子有机物，并且在此过程中尽可能地释放有机氮，为后续流程氨氮氧化及去除提供较好的氨氮氧化条件和尽可能多的小分子有机物电子受体;第二，利用硝化生物活性填料建立好氧硝化反应工艺过程;该反应过程由于是由硝化生物活性填料组成，该工艺段中没有其他活性污泥存在，所以该部分生物过程只能进行氨氮的氧化;第三，利用反硝化生物活性填料建立缺氧反硝化工艺过程，在该反硝化过程中，生化反应的核心主体是反硝化包埋填料中的反硝化细菌，反应底物是上一个硝化过程的产物亚硝酸盐和硝酸盐，以及原水中的有机物和经过水解酸化过程产生的小分子有机物作为电子受体参与反硝化过程;同时借助第三部分反硝化反应池，在进水端投加化学除磷药剂，使之在反硝化过程中，借助反硝化转盘转动的搅拌同时完成化学除磷的反应过程;在该部分中针对碳氮比偏低的污水，还可以利用除磷化学药剂投加系统附带投加有机碳源，用以补充反硝化过程有机物的不足;第四部分为最终沉淀池，该部分的设置是为了使化学除磷形成的磷酸盐化合物，以及前面生物系统形成的絮体实现沉淀，以保障最终出水水质。
本发明的技术优势：
本技术方法发明，主要包括：采用以水解酸化细菌包埋生物活性填料为核心建立的厌氧水解酸化部分;以硝化细菌包埋生物活性填料为核心建立的硝化部分;以反硝化细菌包埋生物活性填料为核心建立的反硝化部分;以上述三类生物活性填料为核心，以圆盘转笼式结构形式将填料填充于转笼中(生物转盘)，分别形成水解酸化、硝化和反硝化生物转盘。厌氧水解酸化部分、硝化部分和反硝化部分中仅有生物活性填料，没有活性污泥。针对污水中的磷的去除，利用反硝化生物转盘池，通过投加化学药剂的方式进行化学除磷。整个化学除磷过程利用反硝化池完成，除磷药剂(或包括补充的有机碳源)与污水的混合是在设置于反硝化池前端的药剂混合区进行(药剂混合区搅拌桨外缘线速度不小于0.5m/s)，除磷的絮凝反应是在整个反硝化区完成，该絮凝反应过程同时又借助了反硝化生物转盘网状结构转动时对水能够实现一定强度的搅拌来实现。这样使整个系统都不用依赖活性污泥，实现污水中有机物、氮和磷的去除。其中有机物部分是利用反硝化生物过程实现去除，硝化充氧通过转盘在空气中旋转曝气过程实现，从而使该系统实现了最大化的简化和节能。更为重要的是由于利用了三种生物活性填料从而使系统不存在活性污泥，使系统更具有稳定性和抵抗外来冲击负荷的能力，从而也实现了系统运行和管理的简单化。整个系统可以只在除磷投药系统中通过在出水端(或进水端)加装一个流量计，通过PLC控制投药量就可以实现稳定的除磷。
该系统由于生物活性填料的利用，结合生物转盘的形式，同时利用化学除磷的稳定，实现了傻瓜式运行，极大地减小了对高水平技术管理人员的依赖。系统运行过程中只要保障加药箱中有足够的药剂，稳定连续的进水，就可以实现免管理。
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