申请日2017.08.30
公开(公告)日2017.11.24
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34
摘要
基于细菌包埋固定化与活性污泥混合A2O污水处理装置与方法，属于污、废水处理领域。采用以活性污泥为核心建立的厌氧区a、以反硝化细菌包埋生物活性填料和活性污泥为核心建立的缺氧区b、以硝化细菌包埋生物活性填料和活性污泥为核心建立的好氧区c和沉淀池d等四部分组成。系统中活性污泥仅具有有机物降解和除磷功能，活性污泥随水流流动在沉淀池实现泥、水分离过程，活性污泥参与整个系统循环，而反硝化活性填料(2)和硝化活性填料(3)分别存在于缺氧部分和硝化部分不参与活性污泥循环，活性污泥部分就不用考虑硝化细菌长世代周期需要而必须保持较长污泥龄的要求了，因此，单污泥系统所存在的问题就迎刃而解了。
权利要求书
1.基于细菌包埋固定化与活性污泥混合A2O污水处理装置，其特征在于，四大类细菌分成两种形式存在于系统中，一类是硝化生物活性填料和反硝化生物活性填料;另一类也即由有机物降解细菌和摄磷细菌组成的活性污泥，系统是在生物活性填料和活性污泥同时存在的状态下运行。其中硝化细菌、反硝化细菌是以细菌包埋固定化形式存在，有机物降解菌和摄磷细菌是以活性污泥形式存在;包括依次连接的厌氧区a、缺氧区b、好氧区c和沉淀池d。厌氧区a分布填充活性污泥(1)，缺氧部分b分布填充活性污泥(1)和反硝化细菌包埋生物活性填料(2)，好氧区c分布填充活性污泥(1)和硝化细菌包埋生物活性填料(3)，同时好氧区c完成有机物好氧氧化降解和氨氮氧化后的部分泥、水混合液(8)被循环至缺氧区b进行反硝化脱氮，剩余部分进入沉淀池d进行泥、水分离，沉淀池d分离的活性污泥(1)被部分循环至厌氧区a;厌氧区a、缺氧区b、好氧区c、沉淀池d的活性污泥(1)是循环的，反硝化细菌包埋生物活性填料(2)、硝化细菌包埋生物活性填料(3)是固定在各自的反应区不随活性污泥(1)进行循环的。
2.按照基于细菌包埋固定化的独立污泥系统A2O污水处理装置，其特征在于，厌氧区a、缺氧区b、好氧区c、沉淀池d的活性污泥(1)是循环的，反硝化细菌包埋生物活性填料(2)、硝化细菌包埋生物活性填料(3)是均分布在各自的反应区不进行循环的。
3.采用权利要求1或2的装置进行污水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：将拟处理的污、废水通过原水进水管路进入厌氧区a，污、废水中的长链和大分子有机物进行降解使之转化成小分子有机物，同时完成有机氮转化成无机氨的过程，同时，在厌氧区a活性污泥中的摄磷菌在厌氧状态下过度释放细胞体内的磷，吸收积累小分子有机物作为能量储存，以备在后续的好氧过程中过度的摄取磷;之后泥、水混合液缺氧区b，在缺氧状态下反硝化活性填料中的反硝化细菌利用好氧区c回流回来的氨氮氧化所形成的亚硝酸氮和硝酸氮以及厌氧区a所形成的有机物作为电子受体进行反硝化，实现污、废水中氮的脱除;之后泥、水混合液进入好氧区c，好氧区c部分是好氧反应过程，在好氧状态下活性污泥中的有机物降解异养菌首先完成绝大部分有机物的好氧氧化降解，然后硝化包埋生物活性填料中的硝化细菌对污、废水中的氨氮实施氧化，使之氧化为亚硝酸氮和硝酸氮，在好氧反应过程中，活性污泥中已经在厌氧区a中完成磷过度释放的摄磷菌在此氧化释放细胞体内储存的有机物进行过度吸收磷实现生物除磷过程;在完成有机物好氧氧化降解和氨氮氧化后即反应末端，部分泥、水混合液(8)将被回流至缺氧区b进行反硝化，另一部分泥、水混合液进入沉淀池d进行泥水分离，形成出水(6)和沉淀活性污泥，沉淀活性污泥一部分被作为回流污泥回送至厌氧区a以实现系统的活性污泥的保留，另一部分作为剩余污泥排除系统。
说明书
基于细菌包埋固定化与活性污泥混合A2O污水处理装置与方法
技术领域：
本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种基于细菌包埋固定化的独立污泥系统A2O污水处理工艺技术。
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执行的是单泥系统，上面所述及的各类细菌在活性污泥中是混合存在的。处理系统运行过程中，活性污泥经过厌氧、缺氧、好氧三个主要处理工艺过程，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细菌的收集和排放，然后通过回流的方式活性污泥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。
这样的活性污泥运行方式，直接导致由不同生理特性和世代周期的四大类细菌所组成的活性污泥在同一个程序过程中进行工作，很难更好地发挥各自的特性，致使已经诞生100多年的活性污泥法，到目前为止处理能力的提高十分有限，而且由于运行工况调节手段的制约，导致运行中经常出现各种各样的问题。
上述系统所表现的突出问题有：
首先，由于单污泥系统方式运行，各类细菌必须在同一工况下运行，导致具有不同生理特性和世代周期的四大类细菌不能满足各自所需要的生理特性条件，典型的是硝化细菌，由于硝化细菌世代周期长较其他三大类细菌长增长速率低，在污水处理厂运行过程中，要保持最小3天的污泥龄才能够保障系统中硝化细菌的有效增殖，这种工况条件下，其他细菌数量也会相应的增长，而处理系统中的活性污泥总量又不能无限增大(城市污水处理厂污泥浓度一般控制在3500-5000mg/L)。这样的工况带来的结果是，活性污泥系统中硝化细菌数量有限，致使考虑脱氮除磷处理系统运行污泥运行负荷很低(城市污水处理厂污泥浓度3700-4500mg/L条件下氨氮氧化速率仅能够达到15-20mg/L)。这样长时间低负荷运行，导致A2O污水生物处理厂污水处理能力有限，低负荷运行所带来的另外一个问题是夏季和低温季节的污泥膨胀，大量活性污泥随出水流失现象严重。
其次，在生物除磷方面，摄磷菌厌氧状态释放磷，在好氧状态摄磷菌过度吸收磷，完成过度吸磷的摄磷细菌必须尽快排除系统，才能够保障生物除磷的有效性，但是，为了考虑硝化细菌的长世代周期和长污泥龄要求，导致这部分完成摄磷的细菌不能够及时排除，从而产生由于泥龄过长而出现的生物除磷效果差和不稳定等，这些问题的出现均是由单一污泥体系所决定的。
再次，就是由于是单污泥系统，活性污泥中硝化细菌所占比例受污泥总量的限制始终处于偏小状态，污水处理厂夏季运行水温较高硝化效率能够得到保障，而到了低温季节水温低于16℃时，处理系统整个硝化效率明显下降，导致低温季节污水处理厂不得不大幅度降低污水处理负荷以保障出水氮指标达到排放要求，这极大地影响了污水处理厂的处理能力。
发明内容：
针对上述存在的问题，我们依照细菌生态稳定性原理，从细菌菌群分离培养入手，经过7年的时间，先后实现了硝化细菌菌群、反硝化细菌菌群的分离，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。制作出的硝化生物活性填料氨氧化速率达到120mg/L.h、反硝化生物活性填料硝态氮脱除速率达到300mg/L.h。这些生物活性填料使污水处理系统中的硝化细菌和反硝化细菌得以从活性污泥系统中分离出来，利用这些生物活性填料能够形成更为高效和系统运行稳定的处理系统。
技术方法及原理：针对污、废水中的三大类污染物质(C、N、P)，让四大类细菌分成两种形式存在于系统中，一类是硝化生物活性填料和反硝化生物活性填料;另一类也即由有机物降解细菌和摄磷细菌组成的活性污泥，系统是在生物活性填料和活性污泥同时存在的状态下运行。其中硝化细菌、反硝化细菌是以细菌包埋固定化形式存在，有机物降解菌和摄磷细菌是以活性污泥形式存在。
基于细菌包埋固定化的独立污泥系统A2O污水处理装置，其特征在于，四大类细菌分成两种形式存在于系统中，一类是硝化生物活性填料和反硝化生物活性填料;另一类也即由有机物降解细菌和摄磷细菌组成的活性污泥，系统是在生物活性填料和活性污泥同时存在的状态下运行。其中硝化细菌、反硝化细菌是以细菌包埋固定化形式存在，有机物降解菌和摄磷细菌是以活性污泥形式存在;包括依次连接的厌氧区a、缺氧区b、好氧区c和沉淀池d。厌氧区a分布填充活性污泥(1)，缺氧部分b分布填充活性污泥(1)和反硝化细菌包埋生物活性填料(2)，好氧区c分布填充活性污泥(1)和硝化细菌包埋生物活性填料(3)，同时好氧区c完成有机物好氧氧化降解和氨氮氧化后的部分泥、水混合液(8)被循环至缺氧区b进行反硝化脱氮，剩余部分进入沉淀池d进行泥、水分离，沉淀池d沉淀形成的沉淀活性污泥(5)被部分循环至厌氧区a。
厌氧区a、缺氧区b、好氧区c、沉淀池d的活性污泥(1)是循环的，反硝化细菌包埋生物活性填料(2)、硝化细菌包埋生物活性填料(3)是均分布在各自的反应区不进行循环的。
采用上述装置进行基于细菌包埋固定化的独立污泥系统A2O污水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将拟处理的污、废水通过原水进水管路(4)进入厌氧区a，污、废水中的长链和大分子有机物进行降解使之转化成小分子有机物，同时完成有机氮转化成无机氨的过程，同时，在厌氧区a活性污泥中的摄磷菌在厌氧状态下过度释放细胞体内的磷，吸收积累小分子有机物作为能量储存，以备在后续的好氧过程中过度的摄取磷;之后泥、水混合液进入缺氧区b，在缺氧状态下反硝化活性填料中的反硝化细菌利用好氧区c回流回来的氨氮氧化所形成的亚硝酸氮和硝酸氮以及厌氧区a所形成的有机物作为电子受体进行反硝化，实现污、废水中氮的脱除;之后泥、水混合液进入好氧区c，好氧区c部分是好氧反应过程，在好氧状态下活性污泥中的有机物降解异养菌首先完成绝大部分有机物的好氧氧化降解，然后硝化包埋生物活性填料中的硝化细菌对污、废水中的氨氮实施氧化，使之氧化为亚硝酸氮和硝酸氮，在好氧反应过程中，活性污泥中已经在厌氧区a中完成磷过度释放的摄磷菌在此氧化释放细胞体内储存的有机物进行过度吸收磷实现生物除磷过程;在完成有机物好氧氧化降解和氨氮氧化后即反应末端，部分泥、水混合液(8)将被回流至缺氧区b进行反硝化，另一部分泥、水混合液进入沉淀池d进行泥水分离，形成出水(6)和沉淀活性污泥(5)，沉淀活性污泥(5)一部分被作为回流污泥回送至厌氧区a以实现系统的活性污泥的保留，另一部分作为剩余污泥排除系统。
本发明的基于细菌包埋固定化的独立污泥系统A2O污水处理工艺技术方法，采用以活性污泥(1)为核心建立的厌氧区a、以反硝化细菌包埋生物活性填料(2)和活性污泥(1)为核心建立的缺氧区b、以硝化细菌包埋生物活性填料(3)和活性污泥(1)为核心建立的好氧区c和沉淀池d等四部分组成。其中厌氧区a中仅有活性污泥，而缺氧区b和好氧区c既有生物活性填料又有活性污泥。系统中活性污泥仅具有有机物降解和除磷功能，活性污泥随水流流动在沉淀池实现泥、水分离过程，活性污泥参与整个系统循环，而反硝化活性填料(2)和硝化活性填料(3)分别存在于缺氧部分和硝化部分不参与活性污泥循环，反硝化和硝化生物化学作用完全依托各部分生物活性填料中包埋的细菌，生物除磷部分和有机物降解的生化能力依托活性污泥中的摄磷菌和异养菌。
上述系统设置方式就从根本上实现了反硝化细菌、硝化细菌同活性污泥的相对独立，活性污泥部分就不用考虑硝化细菌长世代周期需要而必须保持较长污泥龄的要求了，因此，单污泥系统所存在的问题就迎刃而解了。
本发明的主要部分：
厌氧部分1：该部分的核心材料是活性污泥(1)，该部分不存在生物活性填料。在污水处理过程中，该部分借助具有有机物降解能力的活性污泥(1)对污、废水中的长链和大分子有机物进行降解，使之转化成小分子有机物以备为缺氧区反硝化过程提供更多的有效电子受体和缺氧区摄磷菌进行磷释放时对小分子有机物细胞内聚集储能的需求，同时在有机物得到降解的前提下释放了有机氮，从而使整个系统对氮的去除更加有效彻底。
缺氧部分2：该部分的核心材料为反硝化细菌包埋生物活性填料(2)和活性污泥(1)。反应体系中存在包埋的反硝化细菌，在缺氧状态下反硝化细菌利用好氧硝化过程3回流回来的氧化氨氮所形成的亚硝酸氮和硝酸氮以及厌氧部分1所形成的有机物作为电子受体进行反硝化，实现污、废水中氮的脱除。同时，在该部分活性污泥中的摄磷菌还进行磷的释放并进行小分子有机物细胞内的储能聚集。
好氧部分3：该部分的核心材料是硝化细菌包埋生物活性填料(3)和活性污泥，反应体系中存在于包埋填料中的硝化细菌，在有充分的溶解氧提供的前提下，对污、废水中的氨氮实施氧化，使之氧化为亚硝酸氮和硝酸氮，同时在该部分活性污泥中的异养菌在好氧状态下进行有机物氧化降解。完成有机物好氧氧化降解和氨氮氧化后的大部分泥、水混合液(8)被循环至缺氧区进行反硝化脱氮，剩余部分进入沉淀区进行泥、水分离。
沉淀池：该部分功能是实现活性污泥(1)和水的分离，通过该部分的沉淀浓缩实现活性污泥同水分离实现处理的最终出水(6)和形成沉淀污泥(5)。沉淀污泥(5)一部分作为回流污泥(7)被回送至厌氧区a以实现系统的活性污泥(1)的保留，另一部分作为剩余污泥(9)排除系统。
技术方法装置特征：
本发明技术方法其特征在于，主要包括：采用活性污泥(1)为核心建立的厌氧区a;以反硝化细菌包埋生物活性填料(2)和活性污泥为核心建立的缺氧区b;以硝化细菌包埋生物活性填料(3)和活性污泥为核心建立的好氧区c;和沉淀池d等四部分组成。
其中厌氧部分1中仅有活性污泥，而缺氧区b和好氧区c既有生物活性填料又有活性污泥。系统中活性污泥仅具有有机物降解和除磷功能，活性污泥随水流流动，在沉淀池实现泥、水分离过程，活性污泥参与整个系统循环，而反硝化活性填料(2)和硝化活性填料(3)分别存在于缺氧部分和硝化部分不参与活性污泥系统循环，反硝化和硝化生物化学作用完全依托各部分生物活性填料中包埋的细菌，生物除磷部分和有机物降解的生化能力依托活性污泥中的摄磷菌和异养菌。
本发明可以实现：
首先，上述由a、b、c和d，以及反硝化细菌包埋生物活性填料(2)和硝化细菌包埋生物活性填料(3)所组成的系统，由于活性污泥中不含或很少含有硝化细菌、反硝化细菌，所以不用考虑硝化细菌较长污泥龄的生长需求，泥龄仅控制在几个小时即可，从而使污泥系统不会出现由长污泥龄、低污泥负荷所引起的污泥膨胀和污泥的大量流失，同时在这样的系统状态下可以考虑高污泥浓度和高污泥负荷(由于该部分不用考虑脱氮)，从而使生物除磷效率和稳定性得到很大的提高。
其次，本系统中的缺氧区b和好氧区c在冬季低温季节出现硝化和反硝化效率低下时可以通过反硝化、硝化生物活性填料投加的方式快速实现缺氧区b反硝化效率和好氧区c氨氧化反应效率的提高。