專利名稱：一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，它是一種新型的工業(yè)污水及城市居民生活污水的凈化裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)污水及城市居民生活污水愈來嚴(yán)重。為了解決污水的凈化問題，國(guó)家正在利用國(guó)債資金和國(guó)內(nèi)、外各類貸款，扶持幫助各地加速建設(shè)污水處理廠。一些已經(jīng)建成的城市污水處理廠并沒有完全投入運(yùn)行或者是達(dá)不到設(shè)計(jì)處理能力。國(guó)外的設(shè)備，是由高度發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)條件支撐的高能耗、高成本進(jìn)行處理，并不適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情。
目前流行的活性污泥法生化處理工藝，它是提供產(chǎn)生活性污泥的條件，使其生長(zhǎng)相適應(yīng)的細(xì)菌來脫除污染物。每處理1公斤BOD(生化需氧量)約產(chǎn)生1公斤污泥，運(yùn)行中需經(jīng)常處理污泥，增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用。由于脫除不同污染物所需的生物種類不同，生物學(xué)特性不同，需要用不同的填料在反應(yīng)池中分別設(shè)置厭氧、兼性厭氧、好氧三個(gè)工藝區(qū)和回流通道，以強(qiáng)烈的曝氣懸濁污泥并做為工藝區(qū)間回流的動(dòng)力。其設(shè)備多、能耗高、投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。
一種流行的序批式活性污泥法-即“SBR”法，簡(jiǎn)化了工藝流程和設(shè)備。它是在一個(gè)單體設(shè)備中通過依次控制不同微生物菌的環(huán)境參數(shù)完成上述三個(gè)工藝過程。由于它犧牲了各種微生物生長(zhǎng)的最佳條件及其穩(wěn)定性因素，凈化效率并未達(dá)到良好狀態(tài)。為保持污水處理的連續(xù)性，需多個(gè)單體設(shè)備交替進(jìn)水周期性運(yùn)行，利用率較低，占地面積大和投資高，同時(shí)產(chǎn)生的污泥量并沒有減少。
一種“厭氧—缺氧—好氧”一體化的污水處理設(shè)備。該設(shè)備的主體為水平放置的彼此相鄰的三個(gè)槽子，第一槽為厭氧槽，第二槽為缺氧槽，第三槽為好氧槽，污水從厭氧槽進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，依次向后溢流，厭氧槽及缺氧槽均設(shè)置攪拌器以強(qiáng)化傳質(zhì)過程，厭氧槽靠空氣給氧。好氧槽還設(shè)置了氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤，以提高凈化效率；同時(shí)，在反硝化過程仍然依靠好氧槽出水回流到缺氧槽來實(shí)現(xiàn)。該工藝并未從根本上克服前述工藝的缺陷，相反，厭氧槽及缺氧槽的攪拌增加了動(dòng)力設(shè)備和能耗，使投資增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，提供一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，在反應(yīng)池中設(shè)置多道噴涂生物涂料的生物帶，引導(dǎo)復(fù)合菌酶的活菌高密度附著，形成多個(gè)好氧、兼性厭氧和厭氧區(qū)域的處理單元，無需活性污泥啟動(dòng)，除污效率高，污泥產(chǎn)出特少。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、投資少，適于在我國(guó)新建污水處理廠或?qū)ǔ晌鬯幚韽S的改造。
一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，包含有反應(yīng)池，進(jìn)水管，出水管，污泥排除管及輸氣管，其特征在于在反應(yīng)池內(nèi)與水流方向垂直間隔排列有生物帶支架，支架固定在反應(yīng)池的側(cè)壁中間不留間隙，下部設(shè)有支柱座落在反應(yīng)池底部。支架內(nèi)設(shè)置有生物帶，在生物帶的下方設(shè)置有微孔曝氣軟管與輸氣管相連，輸氣管與供氣設(shè)備相通。
生物帶由三層耐腐蝕的惰性纖維材料層構(gòu)成。A層為疏松纖維材料，B層為致密纖維材料，A-B過渡層為疏松過渡到致密的纖維材料層。在生物帶的纖維材料上分別噴涂有從復(fù)合菌酶厭氧菌和好氧菌細(xì)胞膜提取的生物涂料。層面與水流方向垂直，污水流動(dòng)必須穿過生物帶。
生物帶的A層為好氧區(qū)域，附著有好氧細(xì)菌；A-B結(jié)合層為兼性厭氧區(qū)域，附著有兼性厭氧細(xì)菌；B層為厭氧區(qū)域，附著有厭氧細(xì)菌；分別與污染物基團(tuán)進(jìn)行凈化反應(yīng)。
用連接架將微孔曝氣軟管固定在生物帶A層的正下方，微孔曝氣軟管由新型高分子材料制成，管壁上設(shè)有若干小氣孔，小氣孔在管壁內(nèi)呈曲線形蜂窩狀分布，孔徑由內(nèi)大變小。
在反應(yīng)池中的污水中，含有復(fù)合菌酶凈水劑，根據(jù)反應(yīng)池容積和污水流量，確定所需生物帶的面積和復(fù)合菌酶凈水劑的用量，以保持活菌密度。
復(fù)合菌酶一方面利用污水中的碳源和磷，消耗水中的含碳有機(jī)物一一將碳水化合物、脂肪、有機(jī)酸等轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?，將磷轉(zhuǎn)化為能量物質(zhì)ATP；另一方面利用上述轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的能量，將氮源轉(zhuǎn)化為氮?dú)?；兩個(gè)過程在水中交互發(fā)生，互相銜接，最終使污染基因變?yōu)樗?、氮?dú)夂投趸?，完成了污染基團(tuán)的物質(zhì)轉(zhuǎn)換循環(huán)。
由于生物帶上的活菌密度大，除污效率高，無需在反應(yīng)池中培養(yǎng)活性污泥，等待其緩慢地生長(zhǎng)各種活菌，可縮短反應(yīng)池啟動(dòng)時(shí)間。與活性污泥法相比可降低產(chǎn)泥量95-99％。節(jié)省降低設(shè)備投資和清理費(fèi)用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的I-I剖視圖。
圖3為圖2的II-II(放大)剖視圖。
圖4為生物帶的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、反應(yīng)池，2、生物帶支架，3、生物帶，4、微孔曝氣軟管，5、進(jìn)水管，6、出水管，7、擋板，8、連接架，9、供氣設(shè)備，10、污泥排除管，11、小氣孔，12、輸氣管。
實(shí)施例說明一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，包含有反應(yīng)池1，進(jìn)水管5，出水管6，污泥排除管10，輸氣管12。在反應(yīng)池1內(nèi)與水流方向垂直間隔排列有若干個(gè)長(zhǎng)方體形的生物帶支架2，支架2內(nèi)設(shè)置有生物帶3，支架2由硬質(zhì)惰性材料的角鋼件構(gòu)成的框架，支架的前、后角鋼安裝在反應(yīng)池1的側(cè)壁上，中間不留間隙，支架2的下支柱座落在反應(yīng)池1底部上。在生物帶3的下方通過一連接架8設(shè)置微孔曝氣軟管4，微孔曝氣軟管4分別與輸氣管12相連，輸氣管12穿過反應(yīng)池壁與供氣設(shè)備9相通。
在生物帶支架2的框架內(nèi)設(shè)置有生物帶3。由框架的前、后的角鋼固定在反應(yīng)池的側(cè)壁上，下部由支柱座落在反應(yīng)池的底壁上。微孔曝氣軟管4固定在生物帶3的A層正下方，它是由連接架8(即卡箍)固定在生物帶支架2的支柱上的。微孔曝氣管4在水中放出的微氣泡上浮時(shí)，能進(jìn)入到纖維生物帶3的A層中，為好氧反應(yīng)區(qū)域提供充足的氧氣。由于生物帶的層面與水流方向?yàn)榇怪痹O(shè)置，污水的流動(dòng)必須穿透流過生物帶3，進(jìn)行強(qiáng)制性的凈化反應(yīng)。
生物帶3有三層耐腐蝕的惰性纖維材料層構(gòu)成；A層為疏松纖維材料，比表面積為500-1000M2/M3。B層為致密纖維材料，比表面積為1500-3000M2/M3。A-B過渡層為疏松過渡到致密的纖維材料層，其特殊的結(jié)構(gòu)形成了巨大的表面積，在水中與有機(jī)污物的接觸面很大。生物帶3的外形呈柔性布條狀，可依外部環(huán)境的要求不同而改變其大小和外形。
在生物帶3纖維材料的A層、A-B層和B層上，分別噴涂由從菌團(tuán)酶好氧菌和厭氧菌細(xì)胞膜提取的兩種特殊的生物涂料。A-B層為這兩種特殊的生物涂料混合層。這兩種涂料對(duì)菌團(tuán)酶活菌具有特殊的親和力。當(dāng)菌團(tuán)酶活菌凈水劑投加到反應(yīng)池中，數(shù)小時(shí)后即可復(fù)活。在污水中復(fù)活的菌團(tuán)酶活細(xì)菌會(huì)在這種親和力的引導(dǎo)下迅速附著在生物帶上，不同的細(xì)菌占據(jù)生物帶的不同的反應(yīng)區(qū)域。生物帶的每一橫截面又可分為A層-好氧區(qū)域、A-B結(jié)合層-兼性厭氧區(qū)域和B層-厭氧區(qū)域；在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，好氧區(qū)域附著有好氧細(xì)菌、兼性厭氧區(qū)域附著有兼性厭氧細(xì)菌以及厭氧區(qū)域附著有厭氧細(xì)菌，分別與污染物基團(tuán)進(jìn)行凈化反應(yīng)，在整個(gè)反應(yīng)池內(nèi)成為一個(gè)挨一個(gè)三種反應(yīng)區(qū)的復(fù)合體。
污水經(jīng)過格柵沉砂池、沉淀池、除去雜物后進(jìn)入反應(yīng)池1反復(fù)多次地通過每個(gè)生物帶3的A層、A-B層及B層三種反應(yīng)區(qū)域的凈化單元，由復(fù)合菌酶起著凈化作用。從前一排生物帶中逃逸出來的污染基團(tuán)會(huì)在后邊的生物帶中被復(fù)合菌酶截住再凈化，反應(yīng)池中三種生化反應(yīng)連續(xù)多次地進(jìn)行，如此階層式處理，提高了凈化效率。在最后的一個(gè)生物帶3的下部設(shè)有擋板7，以防止菌團(tuán)酶的流失。
在反應(yīng)池1中的污水中含有的復(fù)合菌酶凈水劑，它是根據(jù)反應(yīng)池的容積和污水的流量，從而確定所需生物帶的面積和復(fù)合菌酶凈水劑的用量。復(fù)合菌酶凈水劑為一種微生物和酶的干制品，它是從自然界普遍存在的野生菌種中優(yōu)選出來的全譜微生物組合物。
凈水劑中包含有幾個(gè)系列的活菌硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、短程反硝化細(xì)菌、氨化細(xì)菌、聚磷菌等，含有多種酶體系。它們可以在不同的底物(-蛋白質(zhì)、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、大分子有機(jī)物、小分子有機(jī)物等)條件下，在一定的時(shí)間(一般為幾個(gè)小時(shí))和一定的啟動(dòng)濃度值時(shí)表達(dá)出不同的酶體系，并進(jìn)行厭氧、兼性滅氧、好氧等不同的生化反應(yīng)。由于菌團(tuán)酶活菌本身來自于極端惡劣的自然環(huán)境，未經(jīng)任何生物工程修飾，因而適應(yīng)性強(qiáng)，且耐鹽度高。
在好氧區(qū)域中，好氧細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝基氨，并把小分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O(把可溶的無機(jī)磷轉(zhuǎn)化為細(xì)胞體內(nèi)的ATP)；在厭氧區(qū)域中，厭氧菌將硝基氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂脱鯕?把難降解的大分子有機(jī)物分解為可降解的小分子有機(jī)物)。最終將污染基團(tuán)分解轉(zhuǎn)化成逸出水體的N2、CO2和H2O。
菌團(tuán)酶硝化細(xì)菌與傳統(tǒng)硝化細(xì)菌不同，為好氧化性異樣型芽孢桿菌，在碳源(碳水化合物、脂肪、有機(jī)酸等)豐富時(shí)，能充分利用這類物質(zhì)分解過程中所產(chǎn)生的能量，作為進(jìn)行生命活動(dòng)所需的能源，將NH4+-N轉(zhuǎn)化成NO2-、NO3-，同時(shí)消耗大量的有機(jī)物，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，使水體中的COD同時(shí)得以降低。
反硝化菌利用硝化菌的反應(yīng)產(chǎn)物NO3-進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)變成為N2揮發(fā)到空氣中。
氨化細(xì)菌能快速分泌出一種特定的胞外酶，可降解分子量較大的有機(jī)氮化物，形成能被硝化細(xì)菌利用的含氮化合物。
復(fù)合菌中的聚磷菌是一種特殊的細(xì)菌；在厭氧區(qū)，聚磷菌打開體內(nèi)儲(chǔ)藏的高能磷酸鍵釋放出磷及能量，利用此能量，聚磷菌將污水中的易生物降解有機(jī)物(在厭氧菌的作用下降解的發(fā)分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物—小分子的揮發(fā)性脂肪酸<VFA>)攝入體內(nèi)以PHB形式貯藏。到了好氧區(qū)，聚磷菌通過所貯藏的PHB的代謝產(chǎn)生能量，用之超量攝取污水中的磷，生成新的細(xì)胞物質(zhì)，即所謂的“超量吸磷”，使其體內(nèi)的含磷量大大超過2.3％。
經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，聚磷菌在厭氧條件每吸收1mol乙酸并將之轉(zhuǎn)化為PHB需消耗1mol ATP；而到了好氧區(qū)，由1mol乙酸轉(zhuǎn)化的PHB完全分解能產(chǎn)生11mol ATP，此能量用于超量磷吸收，這個(gè)過程連續(xù)相繼發(fā)生。結(jié)果是污水中的碳源和有機(jī)物在不斷的消耗去除，而水體中的磷也因?yàn)榫哿拙拇罅糠敝澈突顒?dòng)被聚集、消耗，最終是降低了水中的含磷量。與此同時(shí)，復(fù)合菌酶中的其他細(xì)菌在生命活動(dòng)過程中也在不斷的消耗磷，組成新的細(xì)胞體。聚磷菌在生物帶3上不斷的繁殖、附著和聚集，從環(huán)境中吸收磷。當(dāng)這種聚集達(dá)到一定程度時(shí)，可將生物帶3提出水面，經(jīng)干燥后去除灰分，即可達(dá)到除磷的目的。
用生物除磷，實(shí)際上是通過能在好氧條件下超量吸收磷的細(xì)菌(聚磷菌)來完成的。磷是細(xì)菌結(jié)構(gòu)的必須組成成分，普通細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的含磷量約為其重量的2.3％，而聚磷菌體內(nèi)磷的含量可達(dá)到8％，甚至更多。
微孔曝氣軟管4采用新型的高分子材料(如聚乙烯或聚苯乙烯材料)等制成，具有耐酸、耐堿性好的特點(diǎn)，它起到輸氣和曝氣的兩種作用。在微孔曝氣軟管4的管壁密布有小氣孔11，小氣孔11在管壁內(nèi)呈曲線形蜂窩狀分布，孔徑內(nèi)大外小。在一定壓力的條件下，氣流通過小氣孔11才能張開，進(jìn)行向外噴射曝氣。在不曝氣時(shí)受靜水壓力作用下，小氣孔11關(guān)閉，避免污泥堵塞氣孔。由于材料特殊，小氣孔還可隨供氣量的增減而改變大小。根據(jù)需要，可調(diào)整供氣設(shè)備9的供氣量，從而調(diào)控微氣泡的氣量。穿過小氣孔的氣流在水中形成連續(xù)不斷的微氣泡，直徑為1-2毫米，上升速度慢，氣泡均勻，與水發(fā)生氧交換的表面積大，氧溶解效率高，因而大大節(jié)約了電能。每噸污水的曝氣電耗約為0.01--0.03度，僅為傳統(tǒng)方法的五分之一至十分之一。
舉例說明采用本裝置改造后的污水處理實(shí)例該污水處理廠的排污水量4萬噸/日，反應(yīng)池中的有效水深為3.0米，利用原來的反應(yīng)池中的格柵、平流斗底沉砂池、污水泵房、污泥濃縮池和原有的供氣系統(tǒng)，在原有的反應(yīng)池中加裝本裝置為安裝有60排生物帶，每一生物帶的面積為225平方米，共13500平方米；均勻撒入的復(fù)合菌酶凈水劑500kg，進(jìn)水PH值為6.5～8.8。
采用本裝置處理后的出水符合國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
采用本裝置可減少電力消耗89.5％左右，運(yùn)行半年即可從所節(jié)約的電費(fèi)中收回改造投資。
綜上所述，使用本裝置改造或新建污水處理廠能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本裝置的優(yōu)點(diǎn)如下1.投資少。反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地少(3畝/萬噸)；無大型機(jī)械設(shè)備；產(chǎn)泥量只有傳統(tǒng)工藝的1～5％，資金、基建和設(shè)備投資大約只有傳統(tǒng)工藝的60～70％。
2.凈化效率高。生物帶中活菌密度大，污染基團(tuán)通過多排生物帶時(shí)多次經(jīng)過好氧、兼性厭氧和厭氧三種反應(yīng)，分解徹底迅速，除污效率高。
3.能耗低。污水處理過程無需活性污泥，無需強(qiáng)曝氣攪拌水體，懸浮污泥，僅增氧設(shè)備有少量耗電。
4.運(yùn)行費(fèi)用低。設(shè)備少、維護(hù)費(fèi)用少、電耗小、噸水運(yùn)行費(fèi)用低。
5.無異味。凈化反應(yīng)在常溫下開放式進(jìn)行，無臭味逸出，廠區(qū)不必遠(yuǎn)離城區(qū)，可節(jié)約大量的城市管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用，尤其是老污水處理廠改造，無需搬遷新建。
6.工期短。在現(xiàn)有污水處理廠的反應(yīng)池中實(shí)施僅需1個(gè)月左右，新建工期只需6個(gè)月。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，包含有反應(yīng)池，進(jìn)水管，出水管，污泥排除管及輸氣管，其特征在于在反應(yīng)池內(nèi)與水流方向垂直間隔地排列有生物帶支架，支架固定在反應(yīng)池的側(cè)壁上中間不留間隙，下部設(shè)有支柱，支柱的地腳座落在反應(yīng)池底部；支架內(nèi)設(shè)置有生物帶，在生物帶的下方設(shè)置有微孔曝氣軟管分別與輸氣管相連，輸氣管穿過反應(yīng)池壁與供氣設(shè)備相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，其特征在于在反應(yīng)池的污水中含有復(fù)合菌酶凈水劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，其特征在于生物帶由三層耐腐蝕纖維材料層構(gòu)成；A層為疏松纖維材料，B層為致密纖維材料，A-B過渡層為疏松過渡到致密的纖維材料層，層面與水流方向垂直，污水流動(dòng)必須穿過該生物帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，其特征在于在生物帶的纖維材料上分別噴涂有從復(fù)合菌酶好氧菌和厭氧菌細(xì)胞膜提取的生物涂料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，其特征在于生物帶的A層為好氧區(qū)域；A-B結(jié)合層為兼性厭氧區(qū)域；B層為厭氧區(qū)域；在相應(yīng)的區(qū)域的凈化單元內(nèi)，好氧區(qū)域附著有好氧細(xì)菌、兼性厭氧區(qū)域附著有兼性厭氧細(xì)菌以及厭氧區(qū)域附著有厭氧細(xì)菌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，其特征在于微孔曝氣軟管固定在生物帶A層的下方，微孔曝氣軟管由新型高分子材料制成，管壁上設(shè)有若干小氣孔，小氣孔在管壁內(nèi)呈曲線形蜂窩狀分布，孔徑由內(nèi)大變小。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，其特征在于生物帶A層的疏松纖維材料的比表面積為500-1000M2/M3；B層的致密纖維材料的比表面積為150-3000M2/M3.。
全文摘要
一種復(fù)合菌酶階層式污水凈化裝置，它是一種工業(yè)及城市居民生活污水的凈化裝置。該裝置包括有反應(yīng)池，進(jìn)水管，出水管，污泥排除管及輸氣管，在反應(yīng)池內(nèi)與水流方向垂直設(shè)置并噴涂有從菌團(tuán)酶厭氧菌和好氧菌細(xì)胞膜提取的生物涂料的生物帶，引導(dǎo)附著相應(yīng)活菌，生物帶的下方設(shè)有與輸氣管相通的微孔曝氣軟管供氧。構(gòu)成若干依次排列的具有厭氧、兼性厭氧、好氧三種反應(yīng)區(qū)域的凈化單元對(duì)污水進(jìn)行階層凈化處理。由于復(fù)合酶菌活菌密度大，除污凈化效率高，產(chǎn)出污泥特少。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低，投資少，用于改造或新建污水處理廠能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C02F3/20GK1537815SQ20031010161
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者馬磊, 王 華, 馬 磊 申請(qǐng)人:馬磊, 王 華, 馬 磊