一种固定化微生物处理高氨氮及有机废水系统的制作方法

本实用新型涉及废水处理领域，特别是指一种固定化微生物处理高氨氮及有机废水系统。

背景技术：

自1970年，活性污泥法及各种形式的生物膜法成为废水处理的标准工艺流程，其工艺流程由一系列好氧池、缺氧池、填料塔组成，以处理有机污染物，主要包括5日生物需氧量、化学需氧量、含氮污染物、有机氮、无机亚硝酸盐、硝酸盐以及总磷，其中，总磷采用生物除磷，除磷菌吸收大量磷后，以污泥的形式被排出，总磷得到处理；工艺流程的末端一般还设有消毒工艺单元，以消灭出水中的致病菌和病毒。

活性污泥法或生物膜出水可达到美利坚联合国的“二级出水标准”，也可直排地表、可作为工业回用水或灌溉水；活性污泥法的核心部分是“活性污泥”，处理池的“活性污泥”需要维持在一定浓度，活性污泥含各种各样的菌种，也称混合液悬浮固体或生物膜；混合液悬浮固体湿重测量单位是毫克每升（mg/L），干重测量单位是磅；生物膜的测量单位是膜厚（mm）；混合液悬浮固体在沉淀池沉淀，而后一部分回流到处理池，一部分作为废弃活性污泥排出。初沉池作废排出的混合液悬浮固体称为废弃固体；废弃活性污泥及废弃固体生成量不固定，但通常是每降1kg5日生物需氧量(干重)，产生0.5-0.8kg废弃活性污泥及废弃固体。

废水的微生物处理法种类繁多，这里就取应用最多的活性污泥法工艺流程作为背景技术来介绍（活性污泥法中，出水沉淀后，从出水中分离出来的混合液悬浮固体浓度在1,500-5,000mg/L之间；生物膜法，从出水中分离出来的混合液浓度则在5,000-10,000mg/L之间）：

活性污泥法工艺单元依次包括但不限于：（1）进水泵房；（2）粗格栅：去除直径大于25mm的固体；（3）细格栅：去除直径大于6-3mm的固体；（4）沉砂池：沉淀沙粒、比较重的固体；（5）初沉池（可选）：进一步去除可沉淀固体颗粒；（6）处理池，或为全好氧池，或由曝气池、厌氧池混合组成，包括不同形式的回流；（7）终沉池（或膜滤池或氧沙滤池）：通过沉淀或过滤，去除出水中的混合液悬浮固；（8）消毒池：排出前，消灭出水中的病原菌或病毒；

辅助工艺单元包括：（9）泥泵：用于去除废弃活性污泥或初沉池的废弃固体；（10）养分添加泵：常用于工业废水处理，工业废水的氮、磷含量通常不足以支撑微生物的生长繁殖；（11）废弃活性污泥的稳定化处理：稳定化方式包括厌氧消化、好氧消化或机械稳定；（12）废弃活性污泥及废弃固体脱水处理：将重量脱水至原来的18%-25%，后运至垃圾填埋场；（13）废弃活性污泥及废弃固体稳定化处理用地，污泥含水率在2%-4%；

活性污泥法很关键的运行参数是处理池的混合液悬浮固体浓度，浓度太低，混合液悬浮固体会漂浮，从终沉池溢出；浓度太高，水力停留时间会延长，出水水质也会受影响；以及，废弃污泥活性污泥及废弃固体的处置费用较高，一般会占到投资成本及运行成本的30%-40%。活性污泥法有很多种应用形式，根据水质、应用形式、出水要求的不同，活性污泥法处理池的水力停留时间在6个小时至3天之间。

前述活性污泥法依靠废水中微生物的生长繁殖，形成一定规模菌群，通过菌群对污染物的摄食，完成废水的净化。但如果废水为有毒废水，或含有有毒污染物，微生物的生长过程会受到干扰；废水中的有毒物质包括但不限于：a.过高的溶解性固体或盐度（>5,000mg/L）；b.石油烃；c.碳氢化合物；d.挥发性及半挥发性化合物；e.工业废水组分；f.木榴油或五氯苯酚等木工厂使用的化学药剂。

因此，需要研究出一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种固定化微生物处理高浓度氨氮及有机废水系统，其对有机物、氨氮、总氮去除率高，有机污泥产生少。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种固定化微生物处理高浓度氨氮及有机废水系统，其包括至少两个曝气池以及和曝气池配合的反应罐，反应罐内设有固定化微生物载体，所述固定化微生物载体含有微生物；所述曝气池包括相互连通的第一曝气池和第二曝气池，所述反应罐包括第一反应罐和第二反应罐；第一曝气池通过连接管道与第二曝气池相连通，第二曝气池通过回流泵和回流管道与第一曝气池相连通；所述第一曝气池设有废水进水管道，第一曝气池的底部通过循环泵和第一循环管道与第一反应罐的进水口相连，第一反应罐的出水口通过第一出水管道与第一曝气池相连通；所述第二曝气池设有总出水管道，第二曝气池的底部通过循环泵和第二循环管道与第二反应罐的进水口相连，第二反应罐的出水口通过第二出水管道与第二曝气池相连通。

所述第一反应罐的进水口设在第一反应罐的底部，第一反应罐的出水口设在第一反应罐的上部，所述第一反应罐的固定化微生物载体内的微生物为碳源菌。

所述第二反应罐的进水口设在第二反应罐的底部，第二反应罐的出水口设在第二反应罐的上部，所述第二反应罐的固定化微生物载体内的微生物为硝化菌和反硝化菌。

所述曝气池还包括一个第三曝气池，所述第三曝气池连通第一曝气池和第二曝气池，第一曝气池的底部通过循环泵和第三循环管道与第一反应罐的进水口相连，所述第一反应罐的出水口还通过一第三出水管道与第三反应罐相连。

所述曝气池还包括一个第三曝气池，所述反应罐还包括一个第三反应罐，所述第三曝气池连通第一曝气池和第二曝气池，第一曝气池的底部通过循环泵和第三循环管道与第三反应罐的进水口相连，所述第三反应罐的出水口通过一第三出水管道与第三反应罐相连。

所述第三反应罐的进水口设在第三反应罐的底部，第三反应罐的出水口设在第三反应罐的上部，所述第三反应罐的固定化微生物载体内的微生物为碳源菌。

所述固定化微生物载体为惰性多孔介质。

所述一种固定化微生物处理高浓度氨氮及有机废水系统可处理的废水水质范围为COD为25mg/L至100000mg/L，NH₃-N为5mg/L至5000mg/L。

采用上述结构后，本实用新型通过曝气池、反应罐的设置及相互配合，将各个曝气池的水反复经循环泵抽引分别进入反应罐再流回到曝气池中，使废水不断得到净化，具有以下优点：

（1）本实用新型启动快，固定化微生物载体使用寿命长，如有中断使用，微生物进入休眠状态，再运行时恢复快；

（2）基本无有机污泥产生，产生的少量污泥容易处理，节省污泥设施投入及污泥处理成本；

（3）对COD、NH₃-N、TN去除率高，出水优于传统生物法（如各种活性污泥法、生物膜法）；

（4）后续无需物理法、化学法处理难降解有机污染物，节省投资和运行成本。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例结构示意图；

图3为本实用新型第三实施例结构示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

本实用新型所述一种固定化微生物处理高氨氮及有机废水系统可以单独将废水原水引入进行净化处理，也可按需灵活应用于废水处理工艺中，即对废水原水进行了一些前期预处理后，再将废水引入本实用新型内，所净化处理后的产水亦可根据实际需要再进行过滤消毒等后期处理；关于可能选择的前期预处理及后期处理等环节，可以为常规的处理方式，在此不作赘述。

第一实施例：

如图1所示，本实用新型揭示了一种固定化微生物处理高氨氮及有机废水系统， 其包括至少两个相互连接的曝气池以及和分别和曝气池配合的反应罐，所述反应罐内设有固定化微生物载体。

具体的，所述曝气池包括第一曝气池1和第二曝气池2，所述第一曝气池1通过一连接管道与第二曝气池2相连；所述反应罐包括第一反应罐3和第二反应罐4。

其中所述第一曝气池1设有一个废水进水管道11以供废水进入，第一曝气池1底部通过循环泵12和第一循环管道13与第一反应罐3底部的进水口31相连，第一反应罐3上部设有一出水口32，该出水口32通过第一出水管道33与第一曝气池1相连，使得废水从第一曝气池1经过第一反应罐3后回流到第一曝气池1。所述第一反应罐3内的固定化微生物载体内的微生物为碳源菌，可以繁殖出好氧异养微生物降解有机污染物，有效降低废水的COD（化学含氧量）数值，实际可根据水中有机污染物组分和浓度情况，可以针对性地选用一种或多种微生物植入固定化微生物载体内。

所述第二曝气池2底部通过循环泵22和第二循环管道23与第二反应罐4底部的进水口41相连，第二反应罐4上部的出水口42再通过第二出水管道43与第二曝气池2相连。所述第二曝气池2还通过一回流泵21和回流管道24与第一曝气池1相连，可以将处理后的废水回流到第一曝气池1内。所述第二反应罐内2的固定化微生物载体内的微生物为硝化菌和反硝化菌，用以去除NH₃-N（氨氮）和TN（总氮）。第二曝气池2还设有一总出水管道25，用以排放处理之后达标的废水。

本实用新型的工艺流程为：

（A）去除COD：废水从废水进水管道11进入第一曝气池1，第一曝气池1通过循环泵12将废水自下而上泵入第一反应罐3，出水再回至第一曝气池1中，第一反应罐内1的碳源菌可以不断繁殖出有力的碳源菌，并流入第一曝气池1内，通过碳源菌降解有机污染物，通过不断循环来降低COD；

（B）去除NH₃-N：经过流程（A）处理后的废水通过连接管道流入第二曝气池2，第二曝气池2通过循环泵22将废水自下而上泵入第二反应罐4，出水再回流至第二曝气池2中。第二反应罐4内的硝化菌、反硝化菌，不断繁殖出硝化菌、反硝化菌，并流入第二曝气池2内。在第二反应罐4和第二曝气池2中，硝化菌通过硝化作用将NH₃-N转化为硝酸氮，去除NH₃-N；

（C）去除TN：第二曝气池2通过回流泵21将处理后的硝酸氮和反硝化菌等回流至第一曝气池1，由于第一曝气池1内有机污染物浓度最高，溶解氧消耗量大，废水处于缺氧状态，反硝化菌于此利用有机污染物作为碳源进行反硝化作用，将硝酸氮转化为氮气，去除TN。同时由于第一反应罐3和第二反应罐4的内部载体存在局部的缺氧环境，反硝化菌也可以在第一反应罐3内部和第二反应罐4内部进行反硝化脱氮。

（D）出水：经过上述流程（A）（B）（C）不断循环后，第二曝气池2水质达标之后即可从第二曝气池2的总出水管道25出水。

在上述的工艺流程中，由于碳源菌、硝化菌、反硝化菌等微生物因为水流循环而分布在第一曝气池1和第二曝气池2中，这些微生物为单细胞，密度与清水密度相近（单个微生物的重量在10-10-10-9mg之间，一般用cfu作为微生物的量制单位，微生物的长度通常在0.1-0.5微米之间），因此不会形成污泥沉淀于曝气池底部，减少了污泥量。

而且其中所述固定化微生物载体为惰性多孔介质，使用寿命长，最高可长达15年，系统无进水时固定化微生物载体内的微生物可以处于休眠状态，因此系统如有中断使用，再运行时不需要重新培养微生物，使得再运行时恢复快，而传统的活性污泥法系统需要重新培养污泥，十分耗时。

对于难降解的有机物污染物，常规工艺经常采用生物法、物理法、化学法结合的处理工艺，即以生物法为工艺核心，在生物法前端采用物理法、化学法作为前处理（预处理），或在后端采用物理法、化学法作为后处理（深度处理），或兼有前处理、后处理，才能满足处理目标，而本实用新型可以直接将难降解有机物污染物处理至相当低的浓度，无需物理、化学法即可满足处理标准。

第二实施例：

在本实用新型的第二实施例中，其是在第一实施例的基础上在第一曝气池1和第二曝气池2之间增加一个第三曝气池5，可以实现对高COD浓度的废水进行处理；

具体的，所述第三曝气池连接第一曝气池1和第二曝气池2；第三曝气池5底部通过循环泵51和第三循环管道52与第一反应罐3底部进水口31相连，第一反应罐上部的出水口32通过出水管道34与第一曝气池1和第三曝气池5相连，将通过第一反应罐3的废水流入第一曝气池1和第三曝气池5。

因此，在流程（A）去除COD中，还包括第一曝气池1的废水流入第三曝气池5，所述第三曝气池5的废水通过循环泵51将废水自下而上泵入第一反应罐3，第一反应罐3的出水再回至第一曝气池1和第三曝气池5中。所以第一反应罐3内的碳源菌可以不断繁殖出有力的碳源菌，并流入第一曝气池1和第三曝气池5内，通过碳源菌降解有机污染物，通过不断循环达到降低废水的COD（化学含氧量）。

第三实施例：

在本实用新型的第三实施例中，其是在第一实施例的基础上在第一曝气池1和第二曝气池2之间增加一个第三曝气5池和一个第三反应罐6，可以实现对更高COD浓度的废水进行处理。

具体的，所述第三曝气池5连接第一曝气池1和第二曝气池2；第三曝气池5底部通过循环泵51和第三循环管道52与第三反应罐6底部进水口61相连，第三反应罐6上部的出水口62通过第三出水管道63与第三曝气池5相连。所述第三反应罐6内的固定化微生物载体内的微生物为碳源菌。

因此，在流程（A）去除COD中，还包括第一曝气池1的废水流入第三曝气池5，所述第三曝气池5的废水通过循环泵51将废水自下而上泵入第三反应罐6，第三反应罐6的出水再回至第三曝气池5中，第三反应罐6内的碳源菌可以不断繁殖出有力的碳源菌，并流入第三曝气池内5，通过碳源菌降解有机污染物，通过不断循环达到降低COD。

实际应用中，对于某生活废水项目，废水进水水质为COD=250~350mg/L，NH₃-N=40~50mg/L，TN=45~65mg/L，SS=250~350mg/L，SS为悬浮物含量，采用本实用新型，曝气池总停留时间10~16h，出水水质COD≤20mg/L，NH₃-N≤1mg/L，TN≤5mg/L，SS≤20mg/L。曝气池污泥产量为0.18~0.44吨干污泥/吨废水，为传统活性污泥法的10%~30%，大大降低了污泥的产生。

对于某养猪场废水项目，废水进水的水质为COD=6000~9000mg/L，NH₃-N=600~800mg/L，TN=700~900mg/L，SS=600~900mg/L，采用本实用新型，曝气池总停留时间3~4 d，出水水质COD≤100mg/L，NH₃-N≤5mg/L，TN≤10mg/L，SS≤80mg/L。

经过实际测试，本实用新型可以处理高浓度氨氮及有机废水，可处理的污染物浓度范围：COD为25mg/L至100000mg/L，NH₃-N为5mg/L至5000mg/L；COD、NH₃-N去除率达95%以上。

综上，本实用新型通过曝气池、反应罐的设置及相互配合，将各个曝气池的水反复经循环泵抽引分别进入反应罐再流回到曝气池中，使废水不断得到净化，具有以下优点：

（1）本实用新型启动快，固定化微生物载体使用寿命长，如有中断使用，微生物进入休眠状态，再运行时恢复快；

（2）基本无有机污泥产生，产生的少量污泥容易处理，节省污泥设施投入及污泥处理成本；

（3）对COD、NH₃-N、TN去除率高，出水优于传统生物法（如各种活性污泥法、生物膜法）；

（4）后续无需物理法、化学法处理难降解有机污染物，节省投资和运行成本。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。