本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种活性污泥生物膜复合式污水处理装置及处理方法。
背景技术：
污水生物处理法包括活性污泥法和生物膜法。
活性污泥法：是指活性污泥和污水混合，通过曝气、搅拌使反应器中保持一定溶解氧及悬浮微生物浓度，利用微生物的代谢作用去除水中有机污染物的一种方法。分为厌氧活性污泥法、缺氧活性污泥法和好氧活性污泥法。厌氧活性污泥法：溶解氧质量浓度一般小于0.2mg/l，主要作用是水解酸化、产甲烷、释放磷等；缺氧活性污泥法：溶解氧质量浓度一般为0.2mg/l～0.5mg/l，主要作用是反硝化脱氮，同时消耗碳源脱除有机污染物；好氧活性污泥法：溶解氧质量浓度一般不小于2mg/l，主要作用是降解有机物、将氨态氮转化为硝态氮和亚硝态氮以及摄磷、除磷。搅拌方式分别为：好氧通过曝气器；厌氧和缺氧通过潜水搅拌机。进水方式一般采用顶部自流。
生物膜法：微生物附着在载体表面，在污水流经的过程中，以水中有机污染物作为营养物，将其吸附和转化，以达到去除污染物质的一种方法。分为厌氧生物膜法、缺氧生物膜法和好氧生物膜法。搅拌方式分别为：好氧通过曝气器；厌氧和缺氧通过布水装置。进水方式一般通过底部穿孔管及池体外部旋转布水器。
然而，活性污泥法存在脱氮效率低、容积负荷低、耐冲击能力差、污泥浓度有限、污泥易膨胀、导致系统异常甚至崩溃、排泥量大、占地面积大等缺点。生物膜法存在生物载体安装紧密、空间效率低、厌氧/缺氧搅拌阻力大，好氧充氧效率低、厌氧/缺氧底部进水方式需设置基建和运行维护成本较高的布水装置等缺点。
如何使活性污泥法与生物膜法有机结合，提高对污染物的降解能力，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明针对如何使活性污泥法与生物膜法有效结合，提高对污染物的降解能力的问题，提供一种活性污泥生物膜复合式污水处理装置及处理方法。
本发明提供的一种活性污泥生物膜复合式污水处理装置，所述活性污泥-生物膜复合式污水处理装置包括搅拌机、生物载体组件以及生物载体支架；
所述搅拌机为潜水式搅拌机，所述搅拌机安装于污水池底部；
所述生物载体组件以150mm～220mm的间距固定在所述生物载体支架上；
所述生物载体支架安装于所述污水池中，所述生物载体支架顶部距离所述污水池顶1.0m～1.4m，所述生物载体支架底部距离所述污水池底0.6m～1.0m。
在其中一个实施例中，所述生物载体组件包括生物载体、塑料环片、套管以及中心绳，所述生物载体安装于塑料环片上形成花盘，所述花盘以所述套管为间隔安装于所述中心绳上。
在其中一个实施例中，所述生物载体为聚乙烯/醛化维纶复合丝。
在其中一个实施例中，所述花盘直径为130mm～170mm；所述花盘间距为60mm～120mm。
在其中一个实施例中，厌氧部分所述花盘间距为60mm～100mm；缺氧部分所述花盘间距为60mm～100mm；好氧部分所述花盘间距为100mm～120mm。
在其中一个实施例中，所述活性污泥-生物膜复合式污水处理装置的进水方式为自流式进水。
在其中一个实施例中，两台所述搅拌机安装于所述污水池的对角处或四台所述搅拌机安装于所述污水池的四角处。
在其中一个实施例中，所述污水池底设有钢筋笼，所述搅拌机安装于所述钢筋笼中。
本发明还提供了一种活性污泥生物膜复合式处理方法，所述活性污泥-生物膜复合式处理方法采用如上所述的活性污泥生物膜复合式污水处理装置。
上述活性污泥生物膜复合式污水处理装置及处理方法，在搅拌机的作用下，一方面使活性污泥悬浮于污水中，另一方面还能使活性污泥填充到生物载体的空隙中，经过层层覆盖，形成生物膜，从而生物膜和悬浮活性污泥共存于污水中，不仅充分利用池内空间，而且为微生物的大量增殖和共存提供有利条件，可使污泥浓度达到10000mg/l以上，大大提高了装置的抗冲击负荷能力和降解污染物的能力。污水中的有机污染物通过与活性污泥和生物膜充分接触，经微生物的代谢作用而被降解，达到净化水质的目的。进一步地，活性污泥与生物膜之间互相作用的水动力条件有利于生物膜的及时脱落，并促进新生物膜的形成，使装置始终处于高效稳定运行状态。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
本发明提供的一种活性污泥生物膜复合式污水处理装置，包括搅拌机、生物载体组件以及生物载体支架。其中，搅拌机为潜水式搅拌机，搅拌机安装于污水池底部；生物载体组件以150mm～220mm的间距固定在生物载体支架上；生物载体支架安装于污水池中，生物载体支架顶部距离污水池顶1.0m～1.4m，生物载体支架底部距离污水池底0.6m～1.0m。
上述活性污泥生物膜复合式污水处理装置及处理方法，在搅拌机的作用下，一方面使活性污泥悬浮于污水中，另一方面还能使活性污泥填充到生物载体的空隙中，经过层层覆盖，形成生物膜，从而生物膜和悬浮活性污泥共存于污水中，不仅充分利用池内空间，而且为微生物的大量增殖和共存提供有利条件，可使污泥浓度达到10000mg/l以上，大大提高了装置的稳定性、抗冲击负荷能力以及降解污染物的能力，处理效果好，投资运行费用低。污水中的有机污染物通过与活性污泥和生物膜充分接触，经微生物的代谢作用而被降解，达到净化水质的目的。进一步地，活性污泥与生物膜之间互相作用的水动力条件有利于生物膜的及时脱落，并促进新生物膜的形成，使装置始终处于高效运行状态。
进一步可选地，根据污水池的大小，设计生物载体支架的尺寸，优选地，生物载体支架顶部距离所述污水池顶1.2m，生物载体支架底部距离污水池底0.8m，生物载体支架的高度为1.8m。可选地，以槽钢为主梁，螺纹钢为悬梁搭建生物载体支架。优选地，悬梁间距为0.2m以使生物载体组件具有合适的间距，既能提高形成的生物膜处理污水中污染物的效率，又有利于污水在生物载体组件之间流动，减少流动阻力。
作为一种可选实施方式，生物载体组件包括生物载体、塑料环片、套管以及中心绳，生物载体安装于塑料环片上形成花盘，花盘以套管为间隔穿设于中心绳上，最终，生物载体组件呈一根根固定有花盘的长条状结构。
上述生物载体组件的生物载体呈丝状固定在塑料环片上，使生物载体丝均匀地向四周辐射地呈现在塑料环片上形成花盘，生物载体分布均匀不缠绕。
可选地，上述塑料环片中间设有花形塑料枝条，既能挂膜，又能有效地切割气泡，提高氧的转移速率和利用率，使水、气、生物膜得到充分的接触交换，使水中的有机物得到高效的处理。
优选地，上述套管位于相邻两个花盘之间套设在中心绳上以使相邻花盘之间具有适宜的间距，以利于污水中污染物向花盘上的生物膜内扩散，继而被生物膜的微生物充分利用和降解。可选地，套管长度为60mm～120mm。
可选地，中心绳可以是尼龙绳。优选地，生物载体组件两端预留300mm～400mm的中心绳用于固定生物载体组件，例如生物载体组件两端预留350mm长的中心绳用于将生物载体组件固定在生物载体支架的悬梁上。可选地，生物载体组件的长度为3000mm～4000mm。由于生物载体组件通过生物载体支架固定在污水池中，由于生物载体支架距离污水池底0.8m，通过生物载体支架固定的生物载体组件距离污水池底亦为0.8m。
进一步可选地，根据污水池的容积确定生物载体组件的数量-根数，并按照150mm～220mm的间距将其固定在支撑框架上。除使用生物载体组件本身两端预留的中心绳绑扎以外，为避免因水流的冲击导致生物载体组件松散、脱落等情况的发生，优选使用塑料扎带进一步固定。
可选地，生物载体为聚乙烯/醛化维纶复合丝，可选地，花盘重2.8g，其中，生物载体-聚乙烯/化维纶丝重1.6g。
作为一种可选实施方式，花盘直径为130mm～170mm；花盘间距为60mm～120mm。优选地，花盘直径为150mm；进一步优选地，厌氧部分花盘间距为60mm～100mm；缺氧部分花盘间距为60mm～100mm；好氧部分花盘间距为100mm～120mm。
作为一种可选实施方案，活性污泥生物膜复合式污水处理装置的进水方式为自流式进水。进水方式采用自流式进水，无需在污水池的池底铺设穿孔管及池体外部旋转布水器，因此无动力消耗；无需建设和维护穿孔管、旋转布水器以及水泵等设施、设备，因此可降低基建、维护费用。
作为一种可选实施方式，两台所述搅拌机安装于污水池的对角处或四台搅拌机安装于污水池的四角处。上述搅拌机的安装方式能在污水池形成完整涡流的最佳流态，以使污水在污水池中大范围扰动，提高污水处理效率。搅拌机的选型以单台重量轻、便于操作、维护为原则。进一步优选地，搅拌机设置在污水池底部侧壁上，搅拌机叶片上的水力荷载及震动得以减少，使搅拌机叶轮产生流场最大化，从而创造最佳的流态，产生更稳定的泥水混合和搅拌效果。同时，呈对角或四角布置的潜水搅拌机，叶轮在旋转的过程中推动池底水流形成环流，并搅动池内活性污泥使其处于悬浮状态，环流的推动作用更有利于污染物均匀地分布在悬挂在污水池内的生物载体上，使活性污泥和生物膜的生化反应更加充分，以达到最大程度地分解污水中有机污染物的目的，从而提高装置的负荷、耐冲击能力和降低动力消耗。
进一步可选地，污水池底设有钢筋笼，搅拌机安装于钢筋笼中。搅拌机位于池底部钢筋笼内，可以避免搅拌机在运行过程中被生物载体组件缠绕引发故障；优选地，搅拌机可升降，使用高度介于800mm～1000mm之间。选用的潜水搅拌机可以是不锈钢主机，不锈钢主机的搅拌机耐腐蚀性好，可以确保搅拌机的使用寿命。
本发明的第二大方面还提供了一种活性污泥-生物膜复合式处理方法，该活性污泥生物膜复合式处理方法采用上述的活性污泥生物膜复合式污水处理装置。
实施例1
将聚乙烯/醛化维纶复合丝固定在直径为150mm的塑料环片上形成花盘，将花盘通过长度为100mm的套管间隔固定在中心绳上制得生物载体组件，生物载体组件两端预留350mm的中心绳。
在污水池对角底部的侧壁上固定潜水式搅拌机。设计生物载体支架的高度为1.8m，生物载体支架上的悬梁间距为0.2m，生物载体支架的长、宽根据污水池的长宽确定。将生物载体支架固定在污水池中，生物载体支架底部距离污水池底0.8m，生物载体支架顶部距离污水池顶1.2mm。
将生物载体组件通过两端预留的中心绳固定在生物载体支架的悬梁上，进一步通过塑料扎带固定。由于悬梁的间距为0.2m，则每个生物载体组件与左右相邻的生物载体组件的距离均为0.2m。
使用上述活性污泥生物膜复合式污水处理装置进行污水处理时，向污水池中引入活性污泥，通过搅拌机搅拌使活性污泥悬浮并填充到生物载体花盘间隙，经过层层覆盖，形成生物膜，和悬浮污泥共存于污水中。按照国标方法测定活性污泥-生物膜复合式污水处理装置性能稳定时的水质指标，测定结果如表1所示。进一步按照下述方法测定污水池中的活性污泥浓度，活性污泥浓度是指污水池中悬浮固体数。
活性污泥浓度测定方法
样品采集：
实验室样品采集在干净的玻璃瓶内，采样之前用待采的水样清洗三次，然后采集具有代表性的水样100ml～200ml，盖严瓶塞。应尽快分析。
滤纸准备：
用扁嘴无齿镊子夹取定量滤纸放于事先恒重的称量瓶内，移入烘箱中于103℃～105℃烘干半小时后取出置于干燥器内冷却至室温，称其重量。反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.2mg，记录(w1)。将恒重的滤纸放在玻璃漏斗内。
试样测定：
用100ml量筒量取充分混合均匀的试样100ml，静止30分钟后读取沉淀后污泥所占的体积v(ml)。
倾去上述量筒中清液，用准备好的滤纸进行过滤量筒中的污泥，并用少量蒸馏水冲洗量筒，合并滤液。(为提高过滤速度，应采用真空泵进行抽滤。)将载有污泥的滤纸放在原恒重的称量瓶里，移入烘箱中于103℃～105℃下烘2～3小时后移入干燥器中，使冷却到室温，称其重量。反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.4mg为止，记录(w2)。
计算污泥浓度：
c污泥浓度(mg/l)＝(w2–w1)×106÷100
经过上述方法测定活性污泥生物膜复合式污水处理装置可使污泥浓度达到10000mg/l以上。
实施例2
将聚乙烯/醛化维纶复合丝固定在直径为130mm的塑料环片上形成花盘，将花盘通过长度为60mm的套管间隔固定在中心绳上制得生物载体组件，生物载体组件两端预留350mm的中心绳。
在污水池对角底部的侧壁上固定潜水式搅拌机。设计生物载体支架的高度为1.8m，生物载体支架上的悬梁间距为0.15m，生物载体支架的长、宽根据污水池的长宽确定。将生物载体支架固定在污水池中，生物载体支架底部距离污水池底0.6m，生物载体支架顶部距离污水池顶1.0mm。
将生物载体组件通过两端预留的中心绳固定在生物载体支架的悬梁上，进一步通过塑料扎带固定。由于悬梁的间距为0.15m，则每个生物载体组件与左右相邻的生物载体组件的距离均为0.15m。
使用上述活性污泥生物膜复合式污水处理装置进行污水处理时，向污水池中引入活性污泥，通过搅拌机搅拌使活性污泥悬浮并填充到生物载体花盘间隙，经过层层覆盖，形成生物膜，和悬浮污泥共存于污水中。
实施例3
将聚乙烯/醛化维纶复合丝固定在直径为170mm的塑料环片上形成花盘，将花盘通过长度为120mm的套管间隔固定在中心绳上制得生物载体组件，生物载体组件两端预留350mm的中心绳。
在污水池对角底部的侧壁上固定潜水式搅拌机。设计生物载体支架的高度为1.8m，生物载体支架上的悬梁间距为0.22m，生物载体支架的长、宽根据污水池的长宽确定。将生物载体支架固定在污水池中，生物载体支架底部距离污水池底0.8m，生物载体支架顶部距离污水池顶1.2mm。
将生物载体组件通过两端预留的中心绳固定在生物载体支架的悬梁上，进一步通过塑料扎带固定。由于悬梁的间距为0.22m，则每个生物载体组件与左右相邻的生物载体组件的距离均为0.22m。
使用上述活性污泥生物膜复合式污水处理装置进行污水处理时，向污水池中引入活性污泥，通过搅拌机搅拌使活性污泥悬浮并填充到生物载体花盘间隙，经过层层覆盖，形成生物膜，和悬浮污泥共存于污水中。
表1实施例1活性污泥生物膜复合式污水处理装置水质指标测定结果
对比例1
采用传统的悬浮污泥法处理污水，按照国标方法测定悬浮污泥法处理污水的水质指标，测定结果如表2所示。
表2对比例1悬浮污泥法处理污水的水质指标测定结果
对比例2
采用传统的生物膜法处理污水，按照国标方法测定生物膜法处理污水的水质指标，测定结果如表3所示。
表3对比例2生物膜法处理污水的水质指标测定结果
通过对表1至表3的数据分析，实施例1、对比例1以及对比例2的进出水指标以及投资费用如表4所示。
表4实施例1、对比例1以及对比例2的进出水指标以及投资费用
注：其中投资额以处理100万吨焦化厂产生的污水为例。
由上表可知：与传统的悬浮污泥法或生物膜法相比，本发明的活性污泥-生物膜复合式污水处理装置可处理的污水浓度更高，所需的稀释水数量更少，投资虽高于悬浮污泥法，但达到的处理效果更好。
进一步地研究发现，本发明的活性污泥生物膜复合式污水处理装置运行60天以及180天后，污水处理效果波动不大，说明本发明的活性污泥-生物膜复合式污水处理装置的处理效果稳定，抗冲击负荷能力以及降解污染物的能力好。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。