专利名称：适合北方地区入河口水污染控制方法
适合北方地区入河口水污染控制方法技术领域
本发明属于城乡结合部入河口水污染控制污水技术领域，涉及一种简易有效的生物膜法处理工艺。
背景技术：
综合式生物膜反应器，是指生物膜载体在水流或气流作用下而不断运动(搅动、膨胀、流化、紊动或循环等)的生物膜反应器，它属于流动床生物膜反应器的一种高效的污水处理工艺。它既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性。与活性污泥法及其它生物膜法相比，流动床生物膜反应器是活性污泥和生物膜法的联合工艺，取二者之长，避二者之短。和流动床生物膜工艺相比:①好氧生物滤池不能充分利用池容；②生物转盘经常出现机械设备问题；③淹没式生物滤池难以使负荷均匀分布在载体的表面；④流化床不稳定。与多数的生物膜反应器相比，流动床生物膜反应器克服了这些缺点，利用了整个池容，和活性污泥反应器一样，与活性污泥相比，它不需要任何污泥回流，和其他生物膜反应器一样。
在国外，流动床生物膜工艺在入河口水污染控制中已进入使用阶段，如日本M市流入沼湖排水河治理设施，日本千叶县排水沟渠的净化设施等，而我国的流动床生物膜工艺基本上还处于小试和中试研究阶段，如夏四清、张文虎、马建勇、王学江等做的相关研究，直接应用于入河口治理还没有相关研究。
生物膜的表面上吸附着一层很薄的水膜，相对于外侧运动着的水流，水膜是静止的。水流中的有机物可被生物膜氧化。由于水膜中有机物浓度比流动水层中的低，于是流动水层中的有机物可通过水流的紊动和浓度差扩散作用进入水膜中，并进一步扩散到生物膜中去，不断被生物膜吸附、吸收和降解。同时，空气中的氧不断溶入水中，通过流动水层和水膜进入生物膜，被微生物用来氧化有机物和进行本身的新陈代谢。微生物在分解有机物的过程中，本身不断增殖，使生物膜不断变厚，传递进来的氧很快被表层微生物消耗掉，生物膜的内层得不到氧的供应，使厌氧微生物在生物膜内侧大量滋长，形成厌氧层，而有机物的分解主要依靠好氧层的作用。微生物的代谢产物如水、二氧化碳、氨以及其他无机盐则沿相反方向，从生物膜经过水膜进入流动水层或空气中。当生物膜的厚度不大时，好氧层与厌氧层之间可以维持平衡关系，厌氧层产生的代谢产物如有机酸、醇类、硫化氢等在透过好氧层时，可被进一步降解除 去，取得满意的出水水质。但当厌氧层逐渐加厚，厌氧层的代谢产物增多，特别是气态产物不断逸出，削弱了生物膜的固着力，这时的生物膜称为老化了的生物膜，很容易从载体或填料上脱落下来。同时，在原来的位置又生长出新的生物膜。通过这种不断循环更新达到处理污水的目的。
与活性污泥法相比，生物膜法具有许多优点。主要表现在:(I)由于存在许多生长繁殖速度缓慢的硝化细菌，因此具有较高的脱氮能力；(2)生物膜中存在的微生物多样且丰富，包括好氧菌、厌氧菌、真菌和藻类等，使其在去除污染物时表现出一定的广谱性；(3)大量微生物生长和占据了整个反应器的空间，单位体积生物量比活性污泥法高，因此单位体积处理能力更大；(4)膜法中的食物链比活性污泥法长，产生的污泥大都被生物消耗，因此剩余污泥量少；(5)系统操作维护方便，能耗低，无需污泥回流；(6)因系统的微生态复杂，对水力和有机负荷变化的承受能力强，操作运行稳定。
目前国内综合式生物膜反应器应用于入河口水污染治理的报导不多，。这种工艺应用于北方寒冷地区城乡结合部入河口水污染控制在国内还没有相关报道。而生物膜反应器性能的好坏很大程度上归于反应器内载体上生物膜中微生物的活性高低，而这又主要取决于反应器内载体的性能及影响微生物生长的环境特征，所以载体性能及环境特征最终影响着生物膜反应器的功效。
鉴于中国北方地区的四季温差变化大，城乡结合部河渠的水污染重，入河口水流量大等特点，对反应器中载体性能及其环境特征的研究尤为重要。本处理工艺直接应用于入河口中，考察了其处理生产生活混合污水的能力，并确定了工艺运行各个时期的最佳运行参数。发明内容
一种适用于北方地区治入河口水污染控制工艺及方法，处理水量大、出水水质好且稳定、耐寒、抗冲击负荷能力强，成本低。此综合式生物膜反应器处理工艺可以直接应用于北方地区的河渠污染治理，且去除效果良好。
所采用的技术方案
城乡结合部入河口污水的水质特点:cod、bod5、tp、tn及NH/-N可分别是V类标准值的3 4、6 7、18 19、24 28、4 23倍。
1.适合北方地区入河口水污染控制方法，其特征在于:采用的系统包括缺氧池，第一好氧池，第二好氧池，在第一好氧池和第二好氧池，每隔3.5-4.5米设置独立的曝气管，在缺氧池、第一好氧池、第二好氧池中投加分散悬浮式阶梯环填料，投配率为池容积的30% ；
在运行过程中可划分为:挂膜启动期、设计流量进水期、低温维持期及冲击负荷期四个阶段；
挂膜启动期，日平均水温T需在12°C _20°C，充满系统容积的1/2 ;在这期间，将耐冷菌投入各反应池；
在挂膜起动期操作分三个步骤；
第一步，间断进水；在最初十五日内，每池每日定时排掉部分旧水:即总水量的1/5 1/3，并向池中补 充新鲜污水；第一好氧池和第二好氧池适当曝气，气水比为2:1 ;
第二步，连续进水，连续曝气；进水流量选择为最大设计流量的40%，第一好氧池和第二好氧池气水比为6:1，水温12°C -20°C，保证水力总停留时间为6.5h ;运行七日，出水COD去除率可达55-60% ；
第三步，提高工艺的进水量，进水为设计进水量的60%，好氧池气水比由6:1降为5:1 ;缺氧池曝气，使出池水的溶解氧达3-4mg/L以上；两个好氧池出池水的溶解氧分别达8-10mg/L和5-7mg/L，总的水力停留时间为4.3h，持续时间7日；
此时，出水COD总去除率55-60% ;出水氨氮最高去除率达53-55% ;当C0D、氨氮的去除率都达50-55%，认为挂膜成功；
设计流量进水期，此时期水温需在10°C _20°C，增加进水量为设计进水量的80% ；第一好氧池和第二好氧池的气水比都降到3:1 4:1,这期间好氧池出池水的溶解氧浓度为6 6.5mg/L，氧供给充足；此时水力总停留时间为2.9h ；5天后，调整进水量，为100%即正常连续进水，气水比仍为3:1 4:1 ;这时第一好氧池和第二好氧池出池水的溶解氧浓度为5.8-6.2mg/L ;这时缺氧池采用不曝气或少曝气方法,保证缺氧池出池水的溶解氧小于2.5-2.8mg/L ;稳定运行一周到10天，认为正常连续进水；
低温维持期，具体做法，在水温4 8°C时，进水量为设计水量的2/3，气水比为3:1 4:1，氨氮指标降解率达到45-50%，COD、BOD5及SS都降到55-60%以下，COD出水浓度升高到65-70mg/L ;当水温进一步降低到O 4°C时，在改变进水量，同时又要调节曝气量；即进水量调节到设计进水量的1/2，好氧池选用气水比调到4:1 5:1 ;水力停留时间需保持在5.5 6h之间，此时COD和NH4+-N的去除率可分别达到65 76%和57% 71% ；
冲击负荷期，进水量为设计水量的100%连续进水，气水比控制为3:1 4:1。
本发明主要采用综合式生物膜反应器处理工艺对北方地区城乡结合部入河口污水进行处理，并能够去除污水中COD、BOD5, NH4+-N、TN、SS,效果良好。
具体实施方式
适合北方地区入河口水污染控制方法，其核心在于:缺氧池，第一好氧池，第二好氧池，依次连接推流式多级净化方式。在第一好氧池中主要去除易降解的COD等物质，在第二好氧池中，则起到脱氮以及降解剩余COD的作用。好氧阶段二级推流方法使除去有机物异氧菌与去除氨氮的硝化菌分在两个好氧池内。不仅很好地抑制了脱氮过程中微生物利用易降解底物排斥微生物对其他底物的降解现象，提高了脱氮性能；还进一步加强了 COD去除效果。气路布置形成缺氧-好氧循环:从生物学角度微生物有如人一样，如24小时不间断活动，不到几天就承不住了，同样要有活动和休眠的时间。微生物依自身需要寻求适于自己状态的场所，在休眠时他们到氧含量较少的地方。
本工艺在气路布置，在第一好氧池和第二好氧池，每隔3.5-4.5米设置独立的曝气管，这样在曝气管上部的溶解氧含量高，两曝气管的中间部分溶解氧氧含量相对较低，使得水流在推流过程中形成多个缺氧-好氧循环生物环境，这种多级净化方式大大提高了污水处理的效果。在缺氧池、第一好氧池、第二好氧池中投加分散悬浮式阶梯环填料(广州市锴新环保设备有限公司，型号 65 X C 50mm)，其最佳投配率为池容积的30%，此填料孔径大、孔隙大，在处理大水量不堵塞，适宜入河口污水处理。填料使用的材质及形状(居有生物亲和性、弱的剪切力、好的传质性能)此时既保证了反应器中良好的流化状态。由于填料位置变动，水平时氧气进入不到填料内部，形成缺氧空间，当处于垂直位置时，溶解氧达到饱和状态，形成缺氧-好氧循环生物环境。在反应器内纵横两方向构成一个有细菌、真菌藻类、原生动物、后生动物等多个营养复杂系统，促进了生化降解反应进行。
综合式生物膜反应器处理工艺，在运行过程中可划分为:挂膜启动期、设计流量进水期、低温维持期及冲击负荷期四个主要过程。
挂膜启动期，其特征在于日平均水温T需在12°C -20°C，一般在中午水温较高时段进水，充满系统容积的1/2,并适当曝气。在这期间,将耐冷菌(日皮研，vibrio hollisae(弧菌体)1706B)投入各反应池。在挂膜起动期操作分三个步骤。第一步，间断进水。在最初十五日内，每池每日定时排掉部分旧水:即总水量的1/5 1/3，并向池中补充新鲜污水。第一好氧池和第二好氧池适当曝气，气水比为2:1(气水比:每小时的气体量和污水量的比，现场较易控制)，曝气强度不易太大以免冲刷掉己挂在填料上的生物膜。缺氧池内进行瞬时曝气只起搅拌作用。这样连续十五日后，可观察到填料的内表面附着生长了一层黄褐色的生物膜，手感粘稠且质薄。第二步，连续进水，连续曝气。给微生物提供一个稳定供给营养和氧气的生存环境。进水流量选择为最大设计流量的40%，第一好氧池和第二好氧池气水比为6:1，水温12°C _20°C，保证水力总停留时间(进入处理池再出处理池)为6.5h。运行七日，出水COD去除率可达55-60%。此时池内生物膜生长较快，填料表面己覆满一薄层棕褐色月旲状物，手触表面有粘桐感。工艺的处理效果明显提闻。第二步，提闻工艺的进水量。进水为设计进水量的60%,好氧池气水比由6:1降为5:1。缺氧池曝气,使出池水的溶解氧达3-4mg/L 以上。
两个好氧池出池水的溶解氧分别达8-10mg/L和5_7mg/L,总的水力停留时间为4.3h，持续时间7日。此时，出水COD总去除率55-60%。二氧池硝化处理效果也很好，出水氨氮最高去除率可达53-55%。当C0D、氨氮的去除率都达50-55%，可以认为挂膜成功。
设计流量进水期，此时期水温需在10°C -20°C，增加进水量为设计进水量的80%。第一好氧池和第二好氧池的气水比都降到3:1 4:1,这期间好氧池出池水的溶解氧浓度为6 6.5mg/L，氧供给充足。此时水力总停留时间为2.9h:缺氧池1.3h，第一好氧池为0.84h，第二好氧池为0.76h。工艺整体运行状态良好。稳定(进水量、总水力停留时间、气水比一定)5天后，调整进水量，为100%即正常连续进水，气水比仍为3:1 4:1。这时第一好氧池和第二好氧池出池水的溶解氧浓度为5.8-6.2mg/L。缺氧池出池水的溶解氧浓度3-4mg/L时，会影响工艺反硝化能力，这时缺氧池采用不曝气或少曝气方法，保证缺氧池出池水的溶解氧小于2.5-2.8mg/Lo
总之，在此阶段缺氧池溶解氧浓度、第一好氧池和第二好氧池的溶解氧浓度在上所示的范围内时，工艺处理效果最佳。稳定一周到10天，可以认为正常连续进水。
低温维持期，我国北方在进入的冬季以后，日平均水温会降到8°C以下，水温一般在O 8°C。此时，系统 污染指标的去除率都会有所下降。水温恢复到8°c以上，并不再回落低温维持期结束。在低温维持期应采取减少进水量方法，达到延长第一好氧池、第二好氧池的硝化停留时间。具体做法，在水温4 8°C时，进水量为设计水量的2/3，气水比为3:1 4:1，氨氮指标降解率达到45-50%，COD、BOD5及SS都降到55-60%以下，COD出水浓度升高到65-70mg/L。当水温进一步降低到O 4°C时，具体做法:在改变进水量，同时又要调节曝气量。即进水量调节到设计进水量的1/2，好氧池选用气水比调到4:1 5:1，此时去除率可达50%，处理效果不受气温的影响。
水力停留时间需保持在5.5 6h之间，此时COD和NH4+_N的去除率可分别达到65 76% 和 57% 71%。
北京地区低温维持其是从12月份开始到第二年的2月底止。
冲击负荷期，低负荷阶段，100%正常连续进水，气水比为3:1 4:1时。进水COD为100 150mg/L，出水浓度全部在60mg/L以下，COD去除率达到76%，取得很好的去除效果。进水浓度在这个范围变化时，去除率基本不变保持稳定。高负荷阶段，100%正常连续进水，气水比为3:1 4:1时，当进水COD浓度波动较大时160 300mg/L，致使出水COD浓度高于60mg/L，去除率下降至65%。但运行一段时间3_5天后，COD去除率又有所回升，达到78%左右。这说明综合式生物膜反应器有适应冲击负荷能力。一般认为，低的有机负荷驯化出的生物膜处理能力较差，相对较高的有机负荷使得生物膜的生物量随进水浓度调整，COD去除率又恢复正常而且处理率也提高。总之，此生物膜反应器的处理能力随进水COD浓度的提1 而增强。
经综合式生物膜反应器处理后，出水的可生化性B0D5/C0D值由约为0.45 0.65下降至0.30以下，出水几乎没有颜色，说明综合式生物膜反应器具有高效的处理废水能力。 ·
权利要求
1.适合北方地区入河口水污染控制方法，其特征在于:采用的系统包括缺氧池，第一好氧池，第二好氧池，在第一好氧池和第二好氧池，每隔3.5-4.5米设置独立的曝气管，在缺氧池、第一好氧池、第二好氧池中投加分散悬浮式阶梯环填料，投配率为池容积的30% ； 在运行过程中可划分为:挂膜启动期、设计流量进水期、低温维持期及冲击负荷期四个阶段； 挂膜启动期，日平均水温T需在12°C _20°C，充满系统容积的1/2 ;在这期间，将耐冷菌投入各反应池； 在挂膜起动期操作分三个步骤； 第一步，间断进水；在最初十五日内，每池每日定时排掉部分旧水:即总水量的1/5 .1/3，并向池中补充新鲜污水；第一好氧池和第二好氧池适当曝气，气水比为2:1 ; 第二步，连续进水，连续曝气；进水流量选择为最大设计流量的40%，第一好氧池和第二好氧池气水比为6:1，水温12°C -20 V，保证水力总停留时间为6.5h ;运行七日，出水COD去除率可达55-60% ； 第三步，提高工艺的进水量，进水为设计进水量的60%，好氧池气水比由6:1降为.5:1 ;缺氧池曝气，使出池水的溶解氧达3-4mg/L以上；两个好氧池出池水的溶解氧分别达.8-10mg/L和5-7mg/L，总的水力停留时间为4.3h，持续时间7日； 此时，出水COD总去除率55-60% ;出水氨氮最高去除率达53-55% ;当C0D、氨氮的去除率都达50-55%，认为挂膜成功； 设计流量进水期，此时期水温需在10°C -20°C，增加进水量为设计进水量的80% ;第一好氧池和第二好氧池的气水比都降到3:1 4:1,这期间好氧池出池水的溶解氧浓度为.6 6.5mg/L，氧供给充足；此时水力总停留时间为2.9h ；5天后，调整进水量，为100%即正常连续进水，气水比仍为3:1 4:1 ;这时第一好氧池和 第二好氧池出池水的溶解氧浓度为5.8-6.2mg/L ;这时缺氧池采用不曝气或少曝气方法,保证缺氧池出池水的溶解氧小于.2.5-2.8mg/L ;稳定运行一周到10天，认为正常连续进水； 低温维持期，具体做法，在水温4 8°C时，进水量为设计水量的2/3，气水比为3:1 .4:1，氨氮指标降解率达到45-50%，COD、BOD5及SS都降到55-60%以下，COD出水浓度升高到65-70mg/L ;当水温进一步降低到O 4°C时，在改变进水量，同时又要调节曝气量；即进水量调节到设计进水量的1/2，好氧池选用气水比调到4:1 5:1 ;水力停留时间需保持在.5.5 6h之间，此时COD和NH:-N的去除率可分别达到65 76%和57% 71% ； 冲击负荷期，进水量为设计水量的100%连续进水，气水比控制为3:1 4:1。
全文摘要
适合北方地区入河口水污染控制方法属于污水技术领域。采用的系统包括缺氧池，第一好氧池，第二好氧池，在第一好氧池和第二好氧池，每隔3.5‐4.5米设置独立的曝气管，在缺氧池、第一好氧池、第二好氧池中投加分散悬浮式阶梯环填料，投配率为池容积的30%；在运行过程中可划分为挂膜启动期、设计流量进水期、低温维持期及冲击负荷期四个阶段；本发明主要采用综合式生物膜反应器处理工艺对北方地区城乡结合部入河口污水进行处理，并能够去除污水中COD、BOD5、NH4+‐N、TN、SS，效果良好。
文档编号C02F9/14GK103214145SQ20131010801
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月24日 优先权日2013年3月24日
发明者张文熊, 白文荣, 刘晶冰, 井琦, 冯惠谦 申请人:北京工业大学