專利名稱：基于反硝化作用的水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠生物脫氮的水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)依靠微生物去除水中的氮組分。
水中的氮組分是水體富營養(yǎng)化的一個重要原因。按照已知的用于脫氮的水處理系統(tǒng)，一部分通過好氧處理容器處理后的水被返回到上流的厭氧容器，這樣，水中的氮組分在好氧處理容器中依靠硝化微生物進行硝化，而后在上流的厭氧處理容器中被異養(yǎng)反硝化微生物氣化。
然而，按照這樣一種傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)，為了對下流端好氧處理容器中的氨氮進行硝化，好氧過程必須具有長達10小時數(shù)量級的停留時間。同時，為了使反硝化過程進行完全，上流端厭氧處理容器中的停留時間必須達到4～5小時。照此，系統(tǒng)將大到不受歡迎的程度，同時占地面積大。此外，當待處理的水中缺乏反硝化過程所必須的有機碳組分時，就必須向水中投加諸如甲醇之類的含碳物質(zhì)。為了將好氧處理容器中處理后的水回流或再循環(huán)回厭氧處理容器，需要布置諸如管道和泵之類的設備，這樣將使系統(tǒng)不希望地復雜化。
回顧現(xiàn)有技術的這些問題，本發(fā)明的主要目標就是提供一種排列簡單緊湊的、能夠進行反硝化作用的水處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二個目標是提供一種能夠在最短時間內(nèi)將水處理到高純度的水處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的第三個目標是提供一種適合于處理生活污水的水處理系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，可以通過提供一種基于反硝化作用的水處理系統(tǒng)來實現(xiàn)這些目標，該系統(tǒng)包括好氧處理容器用于有機物的分解和固定以及氮組分的硝化，這種硝化作用以硝化微生物將氮組分氧化為硝酸鹽氮為基礎；厭氧處理容器它連接在好氧處理容器的下流端，內(nèi)有浮動的濾層用于實現(xiàn)反硝化過程，這種反硝化過程以硝酸鹽氮的氣化為基礎。厭氧處理容器的浮動濾料層包含大量的載體，微生物可以填充在這些載體中，由此，培養(yǎng)在載體上的硫酸鹽還原微生物就可以降低硫含量，并產(chǎn)生硫化物，而培養(yǎng)在載體上的硫化反硝化微生物(sulfurdenitrification microbe)利用這些硫化物將硝酸鹽氮氣化。典型的是，好氧處理容器包含由泡沫塑料顆粒組成的浮動濾層，而厭氧處理容器中的載體也包含由泡沫塑料顆粒形成的浮動濾層。
按照本系統(tǒng)，會發(fā)生如下所述的反硝化過程。硝化微生物將污水中所含的作為氮組分之一的氨氮氧化成為硝酸鹽氮。更具體地說，由于亞硝化單胞菌屬、亞硝化球菌屬等微生物活動的作用，會發(fā)生如下的化學反應由于硝化桿菌屬、硝化囊菌屬等微生物活動的作用，會發(fā)生如下的化學反應另外，由于污水中的有機物可以被好氧微生物分解和固定，因此BOD(生化需氧量)、COD(化學需氧量)和SS(懸浮固體)的含量將減少。
在下流段的厭氧處理容器中，由于脫硫脫硫弧菌或類似的硫酸鹽還原微生物進行的硫酸鹽呼吸過程，污水中硫的含量如硫酸鹽將還原成硫化氫。這個反應可用下式表示象貝日阿托氏菌屬和發(fā)硫菌屬之類的硫化反硝化微生物可以將硫酸鹽還原所產(chǎn)生的硫化氫氧化為硫酸鹽，與此同時，在好氧處理容器中的硝化過程所產(chǎn)生的硝酸鹽氮在厭氧處理容器中被轉(zhuǎn)化為氮氣。這個反應可用下式表示
此反硝化過程所產(chǎn)生的氮氣最終被釋放到大氣中。另外，在厭氧處理容器中同時還會發(fā)生異養(yǎng)反硝化微生物利用殘余的有機物進行的反硝化過程。
這樣，按照本發(fā)明，在厭氧處理容器中，利用含有其中填充微生物的大量載體的濾層，可以將有用的微生物維持在高活性狀態(tài)，而且反硝化過程可以在無需任何碳源的情況下進行。因此，就可以省卻投加含碳物質(zhì)的設備。同時，由于厭氧處理容器可以安放在好氧處理容器的下流端，就無需安置管道和泵來循環(huán)硝化后的液體。硫酸鹽還原過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當?shù)牧?，因此通常無需增加含硫量。如果污水的含硫量不足的話，為了維持處理過程的穩(wěn)定，最好提供一種硫源。
上述載體最好由容易保留微生物的多孔材料組成。這些載體在水中有可能完全沉在水底，或形成固定濾層，或者利用流化形成流化床，但最好使載體有適于在水中飄浮的比重，以形成浮動濾層。和固定濾層相比，浮動濾層可以提高污水和微生物接觸的效率，增強微生物的活性，結果就會大大減少所需的處理時間。而且，和流化床相比，浮動濾層中的生物膜從載體上脫落并和污水混和的可能性更小，這樣就可以省卻后沉淀處理。浮動濾料可以由例如纖維材料組成，但最好由塊狀的泡沫塑料組成，因為它們更耐久而且被水沖走的可能性更小。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，浮動濾層具有較大的深度，因此，硫酸鹽還原微生物和硫化反硝化微生物可以分別培養(yǎng)在浮動濾層的上部和底部，彼此之間基本上相互獨立。這樣就可以將兩組不同的微生物中的每一組都維持在高活性水平，從而提高總體的水處理效率。
參照附圖，本發(fā)明如下所述，其中

圖1為實施本發(fā)明的水處理系統(tǒng)的示意圖。
圖1描述了按照本發(fā)明構造的水處理系統(tǒng)。在這個水處理系統(tǒng)中，待處理的污水首先通過濾網(wǎng)1，在那里垃圾可以被去除掉，而后順序通過好氧處理容器2和厭氧處理容器3得到凈化。
在好氧處理容器2和厭氧水處理容器3中，用于阻止濾料被水沖走的維持隔柵8和9將處理容器內(nèi)部分成上下兩部分，浮動濾層4或5由大量塊狀的浮動濾料組成，維持隔柵克服了濾料的浮力，將濾層維持在它的下面。
這種情況下的浮動濾料由泡沫塑料或類似的顆粒(例如，直徑為10-30mm的顆粒)組成，為了使其具有合適大小的浮力，其比重比水的比重略小或近似于水的比重。微生物通過在濾料表面形成生物膜而粘附其上，并在濾料內(nèi)部生長繁殖。
在好氧處理容器2和厭氧處理容器3中，污水都是從處理容器的下部流進，上部流出，自下而上流經(jīng)濾層4和5。然而，在每個處理容器中，其它可能的流向都在本發(fā)明的范圍以內(nèi)，這一點本領域的技術人員很容易理解。
處理容器2和3的下部分別帶有反沖水管6和7。好氧處理容器2的反沖水管6具有雙重用途維持浮動濾層總是處于曝氣狀態(tài)，反沖濾層以預防隨時可能發(fā)生的阻塞；并接收空氣、重氧或類似的供應。而厭氧處理容器3的反沖水管7僅僅被用來反沖濾層，為了避免破壞該處理容器中的厭氧狀態(tài)，最好供應惰性氣體如氮氣。
好氧處理容器2的浮動濾層4中培養(yǎng)著好氧微生物，這些好氧微生物吸取水中的有機物，分解并固定它們。浮動濾層4中有硝化微生物，這些硝化微生物硝化水中高濃度的含氮物質(zhì)，促進硝化過程或從氮組分到硝酸鹽氮的氧化。
厭氧處理容器3的浮動濾層5中培養(yǎng)著硫酸鹽還原微生物和硫化反硝化微生物。硫酸鹽還原微生物細菌促進硫酸鹽還原反應，減少水中硫的含量，硫化反硝化微生物利用上述反應所產(chǎn)生的硫化物進行反硝化，將好氧處理容器2中所產(chǎn)生的硝酸鹽氣化。在這種結合之中，浮動濾層5具有相對較大的深度(例如3米)，這樣，硫酸鹽還原微生物和硫化反硝化微生物就可以分別主要生長在濾層的上部和下部，硫酸鹽還原和硫反硝化這兩個過程就可以以一定順序發(fā)生。浮動濾層5能夠促進利用殘余有機物進行的異養(yǎng)反硝化過程和利用上面提到的微生物進行的反硝化過程。如工業(yè)污水常有這樣的情況污水中含有相對少量的硫酸鹽還原微生物和硫化反硝化微生物，此時，最好預先培養(yǎng)這些微生物。
盡管以這樣的實施方案描述了本發(fā)明，即好氧處理和厭氧處理的每個過程都使用單一的處理容器，但本發(fā)明并不僅限于這一實施方案，而是可以根據(jù)污水的水質(zhì)，采取其它多種方式。例如，在污水中氨氮含量豐富的情況下，好氧和厭氧處理過程的每個過程都可以使用兩個處理容器。上述水處理系統(tǒng)實際用來處理污水。此時污水是由主要污染源為生活污水的河水組成的。在每個好氧和厭氧處理容器中，停留時間都是一個小時。如下表所示，已經(jīng)獲得的結果表明，由厭氧處理引起了T-N(總含氮量)的顯著減少，而在如此短的時間內(nèi)所獲得的高度反硝化也是本發(fā)明有效性的有力證明。BOD和SS也都在好氧處理中降低到了相當?shù)偷某潭?，而后又通過厭氧處理得到進一步的降低。T-S(總含硫量)沒有發(fā)生大的變化。
表1
這樣，按照本發(fā)明，無需投加含碳物質(zhì)的設備，因為反硝化過程不需要任何碳源，同時也無需將硝化后液體從好氧處理容器再循環(huán)回厭氧處理容器的設備，而該設備中可能包括管道設備和泵。因此，本發(fā)明可以簡化整個系統(tǒng)的結構，同時降低各種費用，其中包括能源費。
特別是，當用浮動濾料作為微生物的載體時，可以提高污水和微生物之間的接觸效率，增強微生物的活性。所以，可以在1～3小時這樣相對較短的時段內(nèi)獲得高度反硝化。由此，本發(fā)明可以顯著降低處理時間，并通過緊湊的設計縮小必要的占地面積。此外，無需后沉淀處理，這也使系統(tǒng)結構進一步得到了簡化。
盡管已經(jīng)根據(jù)其優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進行了描述，但對于本領域的技術人員來講，很明顯，在本發(fā)明的范圍以內(nèi)有可能存在不同的變更或改進，本發(fā)明的范圍如所附的權利要求。
權利要求
1.基于反硝化作用的水處理系統(tǒng)，包括好氧處理容器用來分解和固定有機物，并對氮組分進行硝化，這種硝化作用基于利用硝化微生物將所述氮組分氧化為硝酸鹽氮；以及厭氧處理容器連接在所述好氧處理容器的下流端，內(nèi)有浮動濾層用來進行基于所述硝酸鹽氮的氣化的反硝化；所述厭氧處理容器中的所述浮動濾層包含大量載體，微生物填充在這些載體之中，通過生長在所述載體上的硫酸鹽還原微生物可以還原硫的含量，并產(chǎn)生硫化物，生長在所述載體上的硫化反硝化微生物利用這些硫化物將硝酸鹽氮氣化。
2.如權利要求1所述的水處理系統(tǒng)，其中所述好氧處理容器包含浮動濾層。
3.如權利要求1所述的水處理系統(tǒng)，其中所述載體包含由泡沫塑料顆粒形成的浮動濾層。
4.如權利要求3所述的水處理系統(tǒng)，其中所述浮動濾層深度大，因此，所述硫酸鹽還原微生物和所述硫化反硝化微生物可以分別生長在所述浮動濾層的上部和底部，彼此之間基本上相互獨立。
全文摘要
為了使緊湊簡單結構的水處理系統(tǒng)能夠進行反硝化,在好氧處理容器2的下流提供了厭氧處理容器3,在厭氧處理容器中形成含大量載體的濾層5,微生物填充在這些載體之中,由此,通過生長在濾層中的硫酸鹽還原微生物可以還原硫組分,并產(chǎn)生硫化物,硫化反硝化微生物利用這些硫化物將硝酸鹽氮氣化。特別要指出的是,載體最好包含能夠在水中飄浮的塑料泡沫塊形式的浮動濾料。
文檔編號C02F3/30GK1241540SQ99108469
公開日2000年1月19日 申請日期1999年6月16日 優(yōu)先權日1998年6月19日
發(fā)明者平根健 申請人:大和工業(yè)株式會社