专利名称：基于反硝化作用的水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够生物脱氮的水处理系统，该系统依靠微生物去除水中的氮组分。
水中的氮组分是水体富营养化的一个重要原因。按照已知的用于脱氮的水处理系统，一部分通过好氧处理容器处理后的水被返回到上流的厌氧容器，这样，水中的氮组分在好氧处理容器中依靠硝化微生物进行硝化，而后在上流的厌氧处理容器中被异养反硝化微生物气化。
然而，按照这样一种传统的水处理系统，为了对下流端好氧处理容器中的氨氮进行硝化，好氧过程必须具有长达10小时数量级的停留时间。同时，为了使反硝化过程进行完全，上流端厌氧处理容器中的停留时间必须达到4～5小时。照此，系统将大到不受欢迎的程度，同时占地面积大。此外，当待处理的水中缺乏反硝化过程所必须的有机碳组分时，就必须向水中投加诸如甲醇之类的含碳物质。为了将好氧处理容器中处理后的水回流或再循环回厌氧处理容器，需要布置诸如管道和泵之类的设备，这样将使系统不希望地复杂化。
回顾现有技术的这些问题，本发明的主要目标就是提供一种排列简单紧凑的、能够进行反硝化作用的水处理系统。
本发明的第二个目标是提供一种能够在最短时间内将水处理到高纯度的水处理系统。
本发明的第三个目标是提供一种适合于处理生活污水的水处理系统。
按照本发明，可以通过提供一种基于反硝化作用的水处理系统来实现这些目标，该系统包括好氧处理容器用于有机物的分解和固定以及氮组分的硝化，这种硝化作用以硝化微生物将氮组分氧化为硝酸盐氮为基础；厌氧处理容器它连接在好氧处理容器的下流端，内有浮动的滤层用于实现反硝化过程，这种反硝化过程以硝酸盐氮的气化为基础。厌氧处理容器的浮动滤料层包含大量的载体，微生物可以填充在这些载体中，由此，培养在载体上的硫酸盐还原微生物就可以降低硫含量，并产生硫化物，而培养在载体上的硫化反硝化微生物(sulfurdenitrification microbe)利用这些硫化物将硝酸盐氮气化。典型的是，好氧处理容器包含由泡沫塑料颗粒组成的浮动滤层，而厌氧处理容器中的载体也包含由泡沫塑料颗粒形成的浮动滤层。
按照本系统，会发生如下所述的反硝化过程。硝化微生物将污水中所含的作为氮组分之一的氨氮氧化成为硝酸盐氮。更具体地说，由于亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属等微生物活动的作用，会发生如下的化学反应由于硝化杆菌属、硝化囊菌属等微生物活动的作用，会发生如下的化学反应另外，由于污水中的有机物可以被好氧微生物分解和固定，因此BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)和SS(悬浮固体)的含量将减少。
在下流段的厌氧处理容器中，由于脱硫脱硫弧菌或类似的硫酸盐还原微生物进行的硫酸盐呼吸过程，污水中硫的含量如硫酸盐将还原成硫化氢。这个反应可用下式表示象贝日阿托氏菌属和发硫菌属之类的硫化反硝化微生物可以将硫酸盐还原所产生的硫化氢氧化为硫酸盐，与此同时，在好氧处理容器中的硝化过程所产生的硝酸盐氮在厌氧处理容器中被转化为氮气。这个反应可用下式表示
此反硝化过程所产生的氮气最终被释放到大气中。另外，在厌氧处理容器中同时还会发生异养反硝化微生物利用残余的有机物进行的反硝化过程。
这样，按照本发明，在厌氧处理容器中，利用含有其中填充微生物的大量载体的滤层，可以将有用的微生物维持在高活性状态，而且反硝化过程可以在无需任何碳源的情况下进行。因此，就可以省却投加含碳物质的设备。同时，由于厌氧处理容器可以安放在好氧处理容器的下流端，就无需安置管道和泵来循环硝化后的液体。硫酸盐还原过程需要水中有一定的含硫量，但污水中通常含有和氮含量相当的硫，因此通常无需增加含硫量。如果污水的含硫量不足的话，为了维持处理过程的稳定，最好提供一种硫源。
上述载体最好由容易保留微生物的多孔材料组成。这些载体在水中有可能完全沉在水底，或形成固定滤层，或者利用流化形成流化床，但最好使载体有适于在水中飘浮的比重，以形成浮动滤层。和固定滤层相比，浮动滤层可以提高污水和微生物接触的效率，增强微生物的活性，结果就会大大减少所需的处理时间。而且，和流化床相比，浮动滤层中的生物膜从载体上脱落并和污水混和的可能性更小，这样就可以省却后沉淀处理。浮动滤料可以由例如纤维材料组成，但最好由块状的泡沫塑料组成，因为它们更耐久而且被水冲走的可能性更小。
按照本发明的优选实施方案，浮动滤层具有较大的深度，因此，硫酸盐还原微生物和硫化反硝化微生物可以分别培养在浮动滤层的上部和底部，彼此之间基本上相互独立。这样就可以将两组不同的微生物中的每一组都维持在高活性水平，从而提高总体的水处理效率。
参照附图，本发明如下所述，其中
图1为实施本发明的水处理系统的示意图。
图1描述了按照本发明构造的水处理系统。在这个水处理系统中，待处理的污水首先通过滤网1，在那里垃圾可以被去除掉，而后顺序通过好氧处理容器2和厌氧处理容器3得到净化。
在好氧处理容器2和厌氧水处理容器3中，用于阻止滤料被水冲走的维持隔栅8和9将处理容器内部分成上下两部分，浮动滤层4或5由大量块状的浮动滤料组成，维持隔栅克服了滤料的浮力，将滤层维持在它的下面。
这种情况下的浮动滤料由泡沫塑料或类似的颗粒(例如，直径为10-30mm的颗粒)组成，为了使其具有合适大小的浮力，其比重比水的比重略小或近似于水的比重。微生物通过在滤料表面形成生物膜而粘附其上，并在滤料内部生长繁殖。
在好氧处理容器2和厌氧处理容器3中，污水都是从处理容器的下部流进，上部流出，自下而上流经滤层4和5。然而，在每个处理容器中，其它可能的流向都在本发明的范围以内，这一点本领域的技术人员很容易理解。
处理容器2和3的下部分别带有反冲水管6和7。好氧处理容器2的反冲水管6具有双重用途维持浮动滤层总是处于曝气状态，反冲滤层以预防随时可能发生的阻塞；并接收空气、重氧或类似的供应。而厌氧处理容器3的反冲水管7仅仅被用来反冲滤层，为了避免破坏该处理容器中的厌氧状态，最好供应惰性气体如氮气。
好氧处理容器2的浮动滤层4中培养着好氧微生物，这些好氧微生物吸取水中的有机物，分解并固定它们。浮动滤层4中有硝化微生物，这些硝化微生物硝化水中高浓度的含氮物质，促进硝化过程或从氮组分到硝酸盐氮的氧化。
厌氧处理容器3的浮动滤层5中培养着硫酸盐还原微生物和硫化反硝化微生物。硫酸盐还原微生物细菌促进硫酸盐还原反应，减少水中硫的含量，硫化反硝化微生物利用上述反应所产生的硫化物进行反硝化，将好氧处理容器2中所产生的硝酸盐气化。在这种结合之中，浮动滤层5具有相对较大的深度(例如3米)，这样，硫酸盐还原微生物和硫化反硝化微生物就可以分别主要生长在滤层的上部和下部，硫酸盐还原和硫反硝化这两个过程就可以以一定顺序发生。浮动滤层5能够促进利用残余有机物进行的异养反硝化过程和利用上面提到的微生物进行的反硝化过程。如工业污水常有这样的情况污水中含有相对少量的硫酸盐还原微生物和硫化反硝化微生物，此时，最好预先培养这些微生物。
尽管以这样的实施方案描述了本发明，即好氧处理和厌氧处理的每个过程都使用单一的处理容器，但本发明并不仅限于这一实施方案，而是可以根据污水的水质，采取其它多种方式。例如，在污水中氨氮含量丰富的情况下，好氧和厌氧处理过程的每个过程都可以使用两个处理容器。上述水处理系统实际用来处理污水。此时污水是由主要污染源为生活污水的河水组成的。在每个好氧和厌氧处理容器中，停留时间都是一个小时。如下表所示，已经获得的结果表明，由厌氧处理引起了T-N(总含氮量)的显著减少，而在如此短的时间内所获得的高度反硝化也是本发明有效性的有力证明。BOD和SS也都在好氧处理中降低到了相当低的程度，而后又通过厌氧处理得到进一步的降低。T-S(总含硫量)没有发生大的变化。
表1
这样，按照本发明，无需投加含碳物质的设备，因为反硝化过程不需要任何碳源，同时也无需将硝化后液体从好氧处理容器再循环回厌氧处理容器的设备，而该设备中可能包括管道设备和泵。因此，本发明可以简化整个系统的结构，同时降低各种费用，其中包括能源费。
特别是，当用浮动滤料作为微生物的载体时，可以提高污水和微生物之间的接触效率，增强微生物的活性。所以，可以在1～3小时这样相对较短的时段内获得高度反硝化。由此，本发明可以显著降低处理时间，并通过紧凑的设计缩小必要的占地面积。此外，无需后沉淀处理，这也使系统结构进一步得到了简化。
尽管已经根据其优选实施方案对本发明进行了描述，但对于本领域的技术人员来讲，很明显，在本发明的范围以内有可能存在不同的变更或改进，本发明的范围如所附的权利要求。
权利要求
1.基于反硝化作用的水处理系统，包括好氧处理容器用来分解和固定有机物，并对氮组分进行硝化，这种硝化作用基于利用硝化微生物将所述氮组分氧化为硝酸盐氮；以及厌氧处理容器连接在所述好氧处理容器的下流端，内有浮动滤层用来进行基于所述硝酸盐氮的气化的反硝化；所述厌氧处理容器中的所述浮动滤层包含大量载体，微生物填充在这些载体之中，通过生长在所述载体上的硫酸盐还原微生物可以还原硫的含量，并产生硫化物，生长在所述载体上的硫化反硝化微生物利用这些硫化物将硝酸盐氮气化。
2.如权利要求1所述的水处理系统，其中所述好氧处理容器包含浮动滤层。
3.如权利要求1所述的水处理系统，其中所述载体包含由泡沫塑料颗粒形成的浮动滤层。
4.如权利要求3所述的水处理系统，其中所述浮动滤层深度大，因此，所述硫酸盐还原微生物和所述硫化反硝化微生物可以分别生长在所述浮动滤层的上部和底部，彼此之间基本上相互独立。
全文摘要
为了使紧凑简单结构的水处理系统能够进行反硝化,在好氧处理容器2的下流提供了厌氧处理容器3,在厌氧处理容器中形成含大量载体的滤层5,微生物填充在这些载体之中,由此,通过生长在滤层中的硫酸盐还原微生物可以还原硫组分,并产生硫化物,硫化反硝化微生物利用这些硫化物将硝酸盐氮气化。特别要指出的是,载体最好包含能够在水中飘浮的塑料泡沫块形式的浮动滤料。
文档编号C02F3/30GK1241540SQ99108469
公开日2000年1月19日 申请日期1999年6月16日 优先权日1998年6月19日
发明者平根健 申请人:大和工业株式会社