申请日2005.07.25
公开(公告)日2006.03.22
IPC分类号C02F3/12; C02F9/14
摘要
组合式交替流一体化生物反应器及利用其处理污水的方法，涉及一种污水处理装置及利用该装置进行污水处理的方法。现有的水处理反应器存在构筑物间距大、增加占地面积的弊端，现有的污水处理方法存在出水水质不稳定、处理负荷较低和废水处理效率低的弊端。本发明提供一种组合式交替流一体化生物反应器，该反应器在空间上分为8部分，包含活性污泥曝气池1、生物接触氧化池2和曝气生物滤池3，具有结构简单，占地空间小的优点;本发明的水处理方法分为八个时段，各时段配合工作，污水处理效率得到极大的提高，出水水质稳定，水处理负荷提高，利于推广应用。
权利要求书
1.一种组合式交替流一体化生物反应器，它包括活性污泥曝气池(1)， 其特征在于它还包括生物接触氧化池(2)和曝气生物滤池(3)，由活性污泥曝 气池(1)、生物接触氧化池(2)和曝气生物滤池(3)组成的一体化生物反应器在 结构上分为八个部分，按水流顺序依次为第一活性污泥曝气池(1-1)、第二 活性污泥曝气池(1-2)、第一生物接触氧化池(2-1)、第二生物接触氧化池 (2-2)、第三活性污泥曝气池(1-3)、第四活性污泥曝气池(1-4)、第一曝气生 物滤池(3-1)和第二曝气生物滤池(3-2)，上述各池容积比例依次为1.5∶2.5∶ 1∶1∶2.5∶1.5∶1∶1;
所述第一活性污泥曝气池(1-1)、第二活性污泥曝气池(1-2)、第一生物接 触氧化池(2-1)、第二生物接触氧化池(2-2)、第三活性污泥曝气池(1-3)和第 四活性污泥曝气池(1-4)的底部依次通过孔洞连通，第四活性污泥曝气池(1-4) 与第一曝气生物滤池(3-1)之间以及第一活性污泥曝气池(1-1)与第二曝气生 物滤池(3-2)之间采用进水导流管(9-1)连通，所述第一曝气生物滤池(3-1)与 第二曝气生物滤池(3-2)之间通过顶部水下潜孔相连通;
所述第一活性污泥曝气池(1-1)、第二活性污泥曝气池(1-2)、第一生物接 触氧化池(2-1)、第二生物接触氧化池(2-2)、第三活性污泥曝气池(1-3)和第 四活性污泥曝气池(1-4)上都设有进水点(8);
所述生物接触氧化池(2)内设有球型悬浮生物填料(10)，或者软性填料、 半软性填料、组合填料;所述曝气生物滤池(3)内设有双层滤料，上层为陶 粒滤料(11)，粒径范围5～8mm，下层为颗粒活性炭滤料(12)，粒径范围2～ 5mm;
在所有池中都设置有溶解氧含量在线检测仪(4)，在第一活性污泥曝气 池(1-1)和第四活性污泥曝气池(1-4)内设置有氧化还原电位在线检测仪(5)和 水下搅拌器(6)。
2.根据权利要求1所述的组合式交替流一体化生物反应器，其特征在 于第一活性污泥曝气池(1-1)和第四活性污泥曝气池(1-4)上设有三角堰集水 槽(7)。
3.一种利用组合式交替流一体化生物反应器处理污水的方法，其特征 在于该污水处理方法利用组合式交替流一体化生物反应器进行，反应器是 由活性污泥曝气池(1)、生物接触氧化池(2)和曝气生物滤池(3)组成的八部 分;每个污水处理周期包括二个运行过程完全相同但方向完全相反的主体 运行阶段，每个主体运行阶段又由连续的四个时段组成;
第一主体运行阶段依次包括以下四个时段：
第一时段：第一活性污泥曝气池(1-1)处于沉淀状态，废水首先通过第 一进水点(8-1)进入第一活性污泥曝气池(1-1)，废水进入第一活性污泥曝气 池(1-1)后该池改为曝气状态，然后废水依次通过处于曝气状态的第二活性 污泥曝气池(1-2)、第一生物接触氧化池(2-1)、第二生物接触氧化池(2-2)和 第三活性污泥曝气池(1-3)，再通过处于沉淀状态的第四活性污泥曝气池(1-4) 进行泥水分离，泥水分离后的废水经过进水导流管(9-1)进入第一曝气生物 滤池(3-1)内下层滤料的底部，然后废水升流穿过双层滤料从第一曝气生物 滤池(3-1)的上部出水进入处于过滤状态的第二曝气生物滤池(3-2)，废水经 过第二曝气生物滤池(3-2)中双层滤料的过滤作用后通过底部的出水导流管 (9-2)排放;
第二时段：第一活性污泥曝气池(1-1)处于闷曝气状态;废水通过第二 进水点(8-2)进入一直处于曝气状态的第二活性污泥曝气池(1-2)，再依次通 过一直处于曝气状态的第一生物接触氧化池(2-1)、第二生物接触氧化池(2-2) 和第三活性污泥曝气池(1-3)，后续过程与第一时段相同;
第三时段：第一活性污泥曝气池(1-1)和第二活性污泥曝气池(1-2)都处 于闷曝气状态;废水通过第三进水点(8-3)进入一直处于曝气状态的第一生 物接触氧化池(2-1)，再依次通过第二生物接触氧化池(2-2)和第三活性污泥 曝气池(1-3)，后续过程与第一时段相同;
第四时段：第一活性污泥曝气池(1-1)处于沉淀状态，第二活性污泥曝 气池(1-2)仍处于闷曝气状态;废水仍然通过第三进水点(8-3)进入第一生物 接触氧化池(2-1)，后续过程与第三时段相同;
第二主体运行阶段依次包括以下四个时段，按顺序为第五时段、第六 时段、第七时段和第八时段：
第五时段：废水首先通过第四进水点(8-4)进入处于沉淀状态的第四活 性污泥曝气池(1-4)，废水进入第四活性污泥曝气池(1-4)后该池改为曝气状 态，然后废水依次通过处于曝气状态的第三活性污泥曝气池(1-3)、第二生 物接触氧化池(2-2)、第一生物接触氧化池(2-1)和第二活性污泥曝气池(1-2)， 再通过处于沉淀状态的第一活性污泥曝气池(1-1)进行泥水分离，泥水分离 后的废水经过进水导流管(9-1)进入第二曝气生物滤池(3-2)内双层滤料的底 部，然后废水升流穿过双层滤料从第二曝气生物滤池(3-2)的上部出水进入 处于过滤状态的第一曝气生物滤池(3-1)，废水经过第一曝气生物滤池(3-1) 中双层滤料的过滤作用后通过底部的出水导流管(9-2)排放;
第六时段：第四活性污泥曝气池(1-4)处于闷曝气状态;废水通过第五 进水点(8-5)进入一直处于曝气状态的第三活性污泥曝气池(1-3)，再依次通 过一直处于曝气状态的第二生物接触氧化池(2-2)、第一生物接触氧化池(2-1) 和第二活性污泥曝气池(1-2)，后续过程与第五时段相同;
第七时段：第四活性污泥曝气池(1-4)和第三活性污泥曝气池(1-3)都处 于闷曝气状态;废水通过第六进水点(8-6)进入一直处于曝气状态的第二生 物接触氧化池(2-2)，再依次通过第一生物接触氧化池(2-1)和第二活性污泥 曝气池(1-2)，后续过程与第五时段相同;
第八时段：第四活性污泥曝气池(1-4)处于沉淀状态，第三活性污泥曝 气池(1-3)仍处于闷曝气状态;废水仍然通过第六进水点(8-6)进入第二生物 接触氧化池(2-2)，后续过程与第七时段相同。
4.根据权利要求3所述的利用组合式交替流一体化生物反应器处理污 水的方法，其特征在于控制各时段的运行时间为：第一、五时段的运行时 间为1.5h～3.0h，第二、第六时段的运行时间为0.5h～1.5h，第三、第七时 段的运行时间为0.5h～1.0h，第四、第八时段的运行时间为0.5h。
5.根据权利要求3所述的利用组合式交替流一体化生物反应器处理污 水的方法，其特征在于通过控制反应器内微生物在厌氧、缺氧、好氧的不 同状态下从而进一步实现对废水的脱氮和除磷，具体过程如下：
第一时段，第一活性污泥曝气池(1-1)厌氧，第二活性污泥曝气池(1-2) 缺氧，第一生物接触氧化池(2-1)、第二生物接触氧化池(2-2)和第三活性污 泥曝气池(1-3)处于好氧状态，第四活性污泥曝气池(1-4)沉淀，第一曝气生 物滤池(3-1)缺氧，第二曝气生物滤池(3-2)池处于过滤状态;
第二时段、第三时段、第四时段中，将第一曝气生物滤池(3-1)改为好 氧状态，其他状态与第一时段相同;
第五时段，第四活性污泥曝气池(1-4)厌氧，第三活性污泥曝气池(1-3) 缺氧，第二生物接触氧化池(2-2)、第一生物接触氧化池(2-1)和第二活性污 泥曝气池(1-2)处于好氧状态，第一活性污泥曝气池(1-4)沉淀，第二曝气生 物滤池(3-2)缺氧，第一曝气生物滤池(3-1)池处于过滤状态;
第六时段、第七时段、第八时段中，将第二曝气生物滤池(3-2)改为好 氧状态，其他状态与第五时段相同。
6.根据权利要求5所述的利用组合式交替流一体化生物反应器处理污 水的方法，其特征在于控制各时段的运行时间为：第一、第五时段的运行 时间为1.0h～2.0h，第二、第六时段运行时间为1.0h～2.0h，第三、第七时 段运行时间为0.5h～1.5h，第四、第八时段运行时间为0.5h。
说明书
组合式交替流一体化生物反应器及利用其处理污水的方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理装置及污水处理方法。
背景技术：
目前污水处理厂普遍占地面积较大，处理能力1万m3/d的工业废水处 理厂占地面积需要5～6公顷，这相当于一家中型企业的占地面积，对于土 地资源紧张、地价昂贵的大中型城市，污水处理的占地面积已经成为影响 工业废水处理普及率的重要因素，越来越多的企业在治理污水时将占地面 积列为与投资、运行成本同样重要的经济指标。传统的污水处理工艺各处 理单元分设，构筑物间距较大，还要进行污泥回流，必然增大基建及管路 设备投资，增加占地面积。而单池运行工艺(如SBR)又必须间歇运行。上 世纪90年代以来，采用多池交替流进出水的生物反应器开始出现，目前最 常见的交替流反应器是比利时史格斯(SEGHERS)公司提出的UNITANK反应 器，UNITANK反应器不仅具有SBR系统的主要特点，还可以像传统活性污泥 法那样在恒定水位下连续流运行，其最显著的特点就是使污水处理单元一 体化，不但能自动实现污泥的回流、而且不用单设二次沉淀池，实现恒水 位连续运行，从而节省占地面积、投资与运行费用。
UNITANK工艺目前在城市污水处理中应用较多，但在工业废水处理中 的应用较少。我们通过长期研究发现UNITANK工艺存在下列缺点和不足：
①UNITANK反应器采用交替进出水导致反应器出水水质不稳定，反应 器出水水质随着进出水的变化存在周期性波动，影响了处理效果。 UNITANK工艺在处理低浓度的城市生活污水时，虽然出水的波动性不大， 可以满足排放要求，但是对于较高浓度的工业废水，其出水波动性明显放 大，出水不能满足排放要求。
②UNITANK反应器处理负荷较低，COD容积负荷一般为0.8～ 1.2kgCOD/m3.d，处理城市污水时COD去除效率一般可以达到90%，对于 工业废水处理效果和稳定性较差，出水水质达标率较低。处理工业废水时 COD去除效率一般为75%～85%。
③UNITANK反应器目前在东南亚地区应用较多，在新加坡、马来西亚、 越南等地陆续建立了一些污水处理厂，我国是在澳门首先建立了UNITANK 城市污水处理厂。这些地区气候温暖，有利于生物处理的进行，而对于我 国北方寒冷地区，由于冬季寒冷漫长，气温偏低，微生物活性较差，致使 废水处理效率降低。
④UNITANK反应器同步脱氮除磷的效果不高，一般总氮去除率不超过 70%，总磷去除率不超过60%。当前水体富营养化程度逐渐加大，氮、磷 污染日益严重，在去除废水有机污染的同时提高对污水中氮、磷的去除效 果已经成为城市污水处理的发展趋势。
目前其它一些交替流处理工艺基本是在UNITANK工艺的基础上发展 而成的，采用三点交替进出水，边池进水时间较长，水力停留时间和闷曝 时间较短，进出水切换后反应器初期出水浓度过高，影响了处理效果，这 些工艺处理工业废水时普遍处理负荷很低，一旦提高处理负荷出水水质波 动加大，造成出水水质恶化。
发明内容：针对现有的水处理反应器存在构筑物间距大、增加占地面 积的弊端，针对现有的污水处理方法存在出水水质不稳定、处理负荷较低 和废水处理效率低的问题，本发明提供一种占地面积小、出水水质稳定、 处理负荷和效率高的组合式交替流一体化生物反应器及利用其处理污水的 方法。
组合式交替流一体化生物反应器包括活性污泥曝气池1，它还包括生物 接触氧化池2和曝气生物滤池3，由活性污泥曝气池1、生物接触氧化池2 和曝气生物滤池3组成的一体化生物反应器在结构上分为八个部分，按水 流顺序依次为第一活性污泥曝气池1-1、第二活性污泥曝气池1-2、第一生 物接触氧化池2-1、第二生物接触氧化池2-2、第三活性污泥曝气池1-3、第 四活性污泥曝气池1-4、第一曝气生物滤池3-1和第二曝气生物滤池3-2， 上述各池容积比例依次为1.5∶2.5∶1∶1∶2.5∶1.5∶1∶1;所述第一活性 污泥曝气池1-1、第二活性污泥曝气池1-2、第一生物接触氧化池2-1、第二 生物接触氧化池2-2、第三活性污泥曝气池1-3和第四活性污泥曝气池1-4 的底部依次通过孔洞连通，第四活性污泥曝气池1-4与第一曝气生物滤池 3-1之间以及第一活性污泥曝气池1-1与第二曝气生物滤池3-2之间采用进 水导流管9-1连通，所述第一曝气生物滤池3-1与第二曝气生物滤池3-2之 间通过顶部水下潜孔相连通;所述第一活性污泥曝气池1-1、第二活性污泥 曝气池1-2、第一生物接触氧化池2-1、第二生物接触氧化池2-2、第三活性 污泥曝气池1-3和第四活性污泥曝气池1-4上都设有进水点8;所述生物接 触氧化池2内设有球型悬浮生物填料10，或者软性填料、半软性填料、组 合填料;所述曝气生物滤池3内设有双层滤料，上层为陶粒滤料11，粒径 范围5～8mm，下层为颗粒活性炭滤料12，粒径范围2～5mm;在所有池 中都设置有溶解氧含量在线检测仪4，在第一活性污泥曝气池1-1和第四活 性污泥曝气池1-4内设置有氧化还原电位在线检测仪5和水下搅拌器6。
利用组合式交替流一体化生物反应器处理污水的方法，该污水处理方 法利用组合式交替流一体化生物反应器进行，反应器是由活性污泥曝气池 1、生物接触氧化池2和曝气生物滤池3组成的八部分;每个污水处理周期 包括二个运行过程完全相同但方向完全相反的主体运行阶段，每个主体运 行阶段又由连续的四个时段组成;第一主体运行阶段依次包括以下四个时 段：第一时段：第一活性污泥曝气池1-1处于沉淀状态，废水首先通过第 一进水点8-1进入第一活性污泥曝气池1-1，废水进入第一活性污泥曝气池 1-1后该池改为曝气状态，然后废水依次通过处于曝气状态的第二活性污泥 曝气池1-2、第一生物接触氧化池2-1、第二生物接触氧化池2-2和第三活 性污泥曝气池1-3，再通过处于沉淀状态的第四活性污泥曝气池1-4进行泥 水分离，泥水分离后的废水经过进水导流管9-1进入第一曝气生物滤池3-1 内下层滤料的底部，然后废水升流穿过双层滤料从第一曝气生物滤池3-1 的上部出水进入处于过滤状态的第二曝气生物滤池3-2，废水经过第二曝气 生物滤池3-2中双层滤料的过滤作用后通过底部的出水导流管9-2排放;第 二时段：第一活性污泥曝气池1-1处于闷曝气状态;废水通过第二进水点 8-2进入一直处于曝气状态的第二活性污泥曝气池1-2，再依次通过一直处 于曝气状态的第一生物接触氧化池2-1、第二生物接触氧化池2-2和第三活 性污泥曝气池1-3，后续过程与第一时段相同;第三时段：第一活性污泥曝 气池1-1和第二活性污泥曝气池1-2都处于闷曝气状态;废水通过第三进水 点8-3进入一直处于曝气状态的第一生物接触氧化池2-1，再依次通过第二 生物接触氧化池2-2和第三活性污泥曝气池1-3，后续过程与第一时段相同; 第四时段：第一活性污泥曝气池1-1处于沉淀状态，第二活性污泥曝气池 1-2仍处于闷曝气状态;废水仍然通过第三进水点8-3进入第一生物接触氧 化池2-1，后续过程与第三时段相同;第二主体运行阶段依次包括以下四 个时段，按顺序为第五时段、第六时段、第七时段和第八时段：第五时段： 废水首先通过第四进水点8-4进入处于沉淀状态的第四活性污泥曝气池 1-4，废水进入第四活性污泥曝气池1-4后该池改为曝气状态，然后废水依 次通过处于曝气状态的第三活性污泥曝气池1-3、第二生物接触氧化池2-2、 第一生物接触氧化池2-1和第二活性污泥曝气池1-2，再通过处于沉淀状态 的第一活性污泥曝气池1-1进行泥水分离，泥水分离后的废水经过进水导 流管9-1进入第二曝气生物滤池3-2内双层滤料的底部，然后废水升流穿过 双层滤料从第二曝气生物滤池3-2的上部出水进入处于过滤状态的第一曝 气生物滤池3-1，废水经过第一曝气生物滤池3-1中双层滤料的过滤作用后 通过底部的出水导流管9-2排放;第六时段：第四活性污泥曝气池1-4处于 闷曝气状态;废水通过第五进水点8-5进入一直处于曝气状态的第三活性 污泥曝气池1-3，再依次通过一直处于曝气状态的第二生物接触氧化池2-2、 第一生物接触氧化池2-1和第二活性污泥曝气池1-2，后续过程与第五时段 相同;第七时段：第四活性污泥曝气池1-4和第三活性污泥曝气池1-3都处 于闷曝气状态;废水通过第六进水点8-6进入一直处于曝气状态的第二生 物接触氧化池2-2，再依次通过第一生物接触氧化池2-1和第二活性污泥曝 气池1-2，后续过程与第五时段相同;第八时段：第四活性污泥曝气池1-4 处于沉淀状态，第三活性污泥曝气池1-3仍处于闷曝气状态;废水仍然通 过第六进水点8-6进入第二生物接触氧化池2-2，后续过程与第七时段相同。
本发明的反应器和利用该反应器处理污水的方法具有以下优点：1.构 筑物结构紧凑、一体化。所有的池体可采用方形，和传统处理工艺的圆池 相比，一体化方形池可以共用池壁，既有利于保温又能相应节省土建费用 和占地面积，共用水平底板则可以提高结构的稳定性。采用本发明可以减 少污水处理占地面积40%～45%。2、系统取消了二沉池及污泥收集和回流 系统，节省了投资和运行费用。3、可根据好氧过程的DO检测与缺氧和厌 氧过程的ORP在线检测，通过改变供气量、切换进出水阀门、改变好氧与 缺氧及厌氧的反应时间等，高水平地实现系统的时间和空间控制，在高效 地去除污水中的有机物的同时进行脱氮除磷，本工艺总氮去除率可以达到 80%，总磷去除率达到70%。4、系统在恒水位下运行，结合了SBR法和 传统活性污泥法连续进水工艺的特点，水力负荷稳定，不但充分利用反应 池的有效容积，而且可以降低对管道、阀门和水泵等水力设施或设备的要 求，从而降低系统的成本。恒水位下运行，省去价格昂贵的滗水器，出水 堰的构造更加简单。5、采用多点交替进水的运行方式，可以相应改善系统 各段的COD容积负荷，提高容积利用率，提高反应器整体的处理负荷，同 时可以改善污泥的沉降性能，更能通过抑制丝状菌生长来控制污泥膨胀。 本反应装置COD容积负荷可以达到3.0kgCOD/m3.d，比其他处理装置的 COD容积负荷提高1倍以上。6、由于采用了组合处理工艺，系统内参与 净化的微生物种类具有多样性，可以提高对不同污染物质的净化效果，使 反应器出水波动小，出水水质比较稳定，可以用来处理较高浓度的工业废 水，对进水COD浓度2500mg/L～3000mg/L的工业废水，出水COD小于 250mg/L。7、在低温条件下仍然可以保持较好的处理效果，适合北方寒冷 地区使用。本发明可以达到的主要性能指标：组合式交替流一体化生物反 应器容积负荷可以达到3.0kgCOD/m3.d，COD去除率可以达到90～95%， 总氮去除率达到80%以上，总磷去除率70%以上，对进水COD浓度2500 mg/L～3000mg/L的工业废水，出水COD小于250mg/L。本发明针对原有 UNITANK反应器及其它交替流反应器的缺点和不足，将生物膜处理技术与 交替流技术相结合，对反应器的结构进行了大幅度改进，增加了生物悬浮 填料和曝气生物滤池，将多种工艺进行了优化组合，同时对进出水运行方 式进行了调整，提高了反应器的处理负荷、去除效率和一体化程度，形成 了组合式交替流一体化生物处理工艺，利于推广应用。