CN105585125A - 一种结构一体化生物膜反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构一体化生物膜反应器，其中部相对设置有两块导流板，两块导流板之间的空间形成好氧区，导流板的下端设置有朝向边壁倾斜的聚能板，聚能板与边壁之间设置有截留器，导流板、聚能板、截留器和边壁之间形成缺氧及厌氧区；好氧区内设置有好氧填料，缺氧及厌氧区内设置有缺氧及厌氧填料，该反应器中还设置有曝气装置和循环流量控制器，其中，好氧填料和缺氧及厌氧填料用于对污水进行生物膜法处理，曝气装置、聚能板和循环流量控制器用于使污水在好氧区和缺氧及厌氧区进行循环，对污水进行活性污泥法处理。本发明所提供的结构一体化生物膜反应器具有能耗低、占地小、效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种结构一体化生物膜反应器。
背景技术
生物膜法和活性污泥法同为污水处理的传统工艺，生物膜法具备同时能够去除污水中的碳、氮、磷的能力，出水质量好，单位污染物的能耗低等特点，但同时也存在不耐受冲击性负荷，单位体积的有机物负荷低等不足。生物膜法的典型应用是生物转盘、曝气生物滤池、悬丝调料曝气塔(池)和移动床生物膜反应器。
其中，移动床生物膜反应器(MovingBedBiofilmReactor，MBBR)吸收了传统流化床和生物接触氧化法两种工艺的优点，并兼具脱氮除磷效果。污水连续经过移动床生物膜反应器内的悬浮填料并逐渐在填料内外表面形成生物膜，通过生物膜上的微生物作用，使污水得到净化。
然而，这种移动床生物膜反应器只有在生物膜的下层和填料内部才能形成厌氧环境，难以有效地大量生长反硝化菌，因此脱除总氮的能力有限。同时，由于聚磷菌无法如活性污泥法中的污泥在好氧段与厌氧段循环，只能跟随填料运动而吸磷和释磷，不存在排除富磷的污泥，因此脱磷效果一般，难以实现在现有城镇污水处理进水水质条件下达到一级A排放标准的要求。
另一方面，传统的厌氧-缺氧-好氧法(Anaerobic-Anoxic-Oxic，A2O)工艺中，在活性污泥中菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。
然而，上述过程必须进行污泥和污水的循环，以保证氨氮的去除和脱磷的效果，无疑增加了污水处理的运行费用。同时，活性污泥不停地在好氧段、厌氧段和缺氧段循环，好氧菌和厌氧菌需要不断适应其生长的环境，既无法全流程保持细菌降解微生物的高效率，也难以富集出优势菌种。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构一体化生物膜反应器，结合活性污泥法和生物膜法的双重优势，通过一体化结构设计解决污水脱碳、脱碳和脱磷处理，并具有能耗低、占地小、效率高的优点。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种结构一体化生物膜反应器，所述结构一体化生物膜反应器的中部相对设置有两块导流板，两块所述导流板之间的空间形成好氧区，所述导流板的下端设置有朝向所述结构一体化生物膜反应器的的边壁倾斜的聚能板，所述聚能板与所述边壁之间设置有截留器，所述导流板、所述聚能板、所述截留器和所述边壁之间形成缺氧及厌氧区；
所述好氧区内设置有好氧填料，所述缺氧及厌氧区内设置有缺氧及厌氧填料，所述截留器用于使水流通过，并阻止所述缺氧及厌氧填料进入所述好氧区，所述结构一体化生物膜反应器的底部设置有曝气装置，所述曝气装置用于产生使水流上升的气压，所述聚能板用于将所述曝气装置产生的气体汇聚至所述好氧区；
所述导流板的上端设置有循环流量控制器，所述循环流量控制器用于调节所述好氧区和所述缺氧及厌氧区的水流量；
其中，所述好氧区中的好氧填料和所述缺氧及厌氧区中的缺氧及厌氧填料用于对污水进行生物膜法处理，所述曝气装置、所述聚能板和所述循环流量控制器用于使污水在所述好氧区和所述缺氧及厌氧区进行循环，对污水进行活性污泥法处理。
优选地，所述好氧区的截面宽度与所述缺氧及厌氧区的截面宽度的比值为2∶1或者1∶1。
优选地，所述好氧区的截面宽度与所述结构一体化生物膜反应器的截面宽度的比值为1∶2-1∶5。
优选地，所述导流板的下端与所述结构一体化生物膜反应器的底面之间的距离为40-80cm。
优选地，所述曝气装置与所述结构一体化生物膜反应器的底面之间的距离为20-40cm。
优选地，所述好氧区的高度占所述结构一体化生物膜反应器的高度的1/2-2/3。
优选地，所述曝气装置包括呈“丰”字型的曝气管，所述曝气管与设置在所述结构一体化生物膜反应器外部的风机相连，所述曝气管的各个交叉节点处均设置有阀门。
优选地，所述截留器包括多层玻璃钢穿孔件，所述玻璃钢穿孔件上的孔的孔径小于所述缺氧及厌氧填料的直径，并且多层所述玻璃钢穿孔件的孔密度从上至下依次减小，所述孔密度为单位面积内孔的数量。
优选地，所述结构一体化生物膜反应器还包括多个进水管和一个出水管，多个所述进水管设置在所述好氧区和/或所述缺氧及厌氧区的上方，所述出水管设置在所述好氧区的下方。
优选地，所述好氧填料采用密度为0.9-1的聚乙烯材料，所述好氧填料的填充比为10％-50％；
所述缺氧及厌氧填料采用密度为0.9-1的聚乙烯材料，所述缺氧及厌氧填料的填充比为10％-50％。
本发明采用以上技术方案，在结构一体化的生物膜反应器中有效地结合了活性污泥法工艺的脱氮除磷效果和移动床生物膜法培养优势菌种的特点，利用曝气装置曝气产生的能量作为水循环的动力，通过气升循环原理，使好氧区和缺氧及厌氧区形成不同的水流密度差异从而形成水位高差，并通过上端的循环流量控制器和下端的截留器，形成污水的循环，大大降低了污水循环的能耗。并且，本发明将传统的串联设计的厌氧-缺氧-好氧结构改变为一体化设计的空间结构，节省了占地面积，使好氧菌、厌氧菌等均大量附着在填料表面而没有随水流运动，避免了常规污泥的动力消耗和生物菌生存条件的改变导致的代谢效率下降，提高了污水处理效率。
附图说明
图1为本发明实施例中的结构一体化生物膜反应器的结构示意图。
图中：11、导流板；12、聚能板；13、截留器；14、好氧填料；15、缺氧及厌氧填料；16、曝气装置；17、循环流量控制器；18、风机；19、进水管；20、出水管。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种结构一体化生物膜反应器，如图1所示，所述结构一体化生物膜反应器的中部相对设置有两块导流板11，两块导流板11之间的空间形成好氧区，导流板11的下端设置有朝向所述结构一体化生物膜反应器的边壁倾斜的聚能板12，聚能板12与所述边壁之间设置有截留器13，并且导流板11、聚能板12、截留器13和所述边壁之间形成缺氧及厌氧区。
以图1为例，在好氧区的两侧形成两个缺氧及厌氧区，在所述缺氧及厌氧区中，根据溶解氧的情况可自然分层为厌氧区和缺氧区。
所述好氧区内设置有好氧填料14，所述缺氧及厌氧区内设置有缺氧及厌氧填料15，截留器13用于使水流通过，并阻止缺氧及厌氧填料15进入所述好氧区，所述结构一体化生物膜反应器的底部设置有曝气装置16，曝气装置16用于产生使水流上升的气压，聚能板12用于将曝气装置16产生的气体汇聚至所述好氧区。
导流板11的上端设置有循环流量控制器17，循环流量控制器17用于调节所述好氧区和所述缺氧及厌氧区的水流量。
其中，所述好氧区中的好氧填料14和所述缺氧及厌氧区中的缺氧及厌氧填料15用于对污水进行生物膜法处理，曝气装置16、聚能板12和循环流量控制器17用于使污水在所述好氧区和所述缺氧及厌氧区进行循环，对污水进行活性污泥法处理。可以看出，本发明通过结构一体化设计，在一个生物膜反应器中同时实现了生物膜法和活性污泥法对污水进行处理。
需要说明的是，这里的好氧填料14是指填料上设置有好氧菌，这里的缺氧及厌氧填料15是指填料上设置有缺氧及厌氧菌。
本发明在结构一体化的生物膜反应器中有效地结合了活性污泥法工艺的脱氮除磷效果和移动床生物膜法培养优势菌种的特点，利用曝气装置16曝气产生的能量作为水循环的动力，通过气升循环原理，使好氧区和缺氧及厌氧区形成不同的水流密度差异从而形成水位高差，并通过上端的循环流量控制器17和下端的截留器13，形成污水的循环，大大降低了污水循环的能耗，与传统工艺相比能够节能40％以上。
此外，本发明将传统的串联设计的厌氧-缺氧-好氧结构改变为一体化设计的空间结构，节省了占地面积，使好氧菌、厌氧菌等均大量附着在填料表面而没有随水流运动，避免了常规污泥的动力消耗和生物菌生存条件的改变导致的代谢效率下降，水中的有机物分别被好氧区和缺氧及厌氧区填料上的微生物捕获并降解，实现了高效脱碳脱氮除磷，提高了污水处理效率。
具体地，如图1所示，图中的大箭头表示水流方向，在两块导流板11之间所夹的好氧区，由于曝气装置16曝气产生上升气压，因此水流方向朝上，在导流板11外侧与所述结构一体化生物膜反应器的边壁之间的缺氧及厌氧区，形成水流下降区，根据溶解氧情况，自然分层为厌氧区和缺氧区。污水通过截留器13进入好氧区，截留器13是水流从缺氧及厌氧区进入好氧区的唯一通道。
在所述好氧区和所述缺氧及厌氧区按照预定比例布置悬浮填料，并在悬浮填料表面生长相应的微生物，即可分别得到好氧填料14和缺氧及厌氧填料15，有选择地去除水中的碳、氮、磷等营养物质。通过在好氧区与缺氧及厌氧区之间设置的循环流量控制器17，可实现各区域的流量调节。本发明的上述一体化结构设计，避免了来水从缺氧、厌氧到好氧的三步工序，一体化解决了污水脱碳、脱氮和除磷过程。
因此，本发明所提供的结构一体化生物膜反应器具有能耗低、占地小、效率高、工艺调整简易等优点。
优选地，所述好氧区的截面宽度与所述缺氧及厌氧区的截面宽度的比值为2:1或者1∶1。
优选地，所述好氧区的截面宽度与所述结构一体化生物膜反应器的截面宽度的比值为1:2-1∶5。如果将位于好氧区下方且位于曝气装置16上方的那部分区域称为曝气区，那么也就是说，所述曝气区的底部的截面宽度与顶部的截面宽度的比值为1∶2-1:5。
优选地，导流板11的下端与所述结构一体化生物膜反应器的底面之间的距离为40-80cm。
优选地，曝气装置16与所述结构一体化生物膜反应器的底面之间的距离为20-40cm。
优选地，所述好氧区的高度占所述结构一体化生物膜反应器的高度的1/2-2/3。或者说，所述曝气区的顶部的高度占整个生物膜反应器的高度的1/3-1/2。
需要说明的是，以上结构设计参数仅是本发明提供的优选参数，实际应用过程中，可以根据污水处理的具体情况进行调整和设置，此处不再赘述。
作为本发明的一种优选实施方式，曝气装置16包括呈“丰”字型的曝气管，如图1所示，所述曝气管与设置在所述结构一体化生物膜反应器外部的风机18相连，所述曝气管的各个交叉节点处均设置有阀门。风机18产生的气流经过阀门与各个分支的曝气管相连，根据实际需求的曝气量和溶解氧量控制不同位置的阀门开度。
另一方面，聚能板12也起到了汇聚气升能量的作用，因此本发明无需为增强气升效果而额外增加曝气量，进一步降低了能耗。
优选地，截留器13包括多层玻璃钢穿孔件，所述玻璃钢穿孔件上的孔的孔径小于缺氧及厌氧填料15的直径，并且多层所述玻璃钢穿孔件的孔密度从上至下依次减小，所述孔密度为单位面积内孔的数量。
本发明的一体化空间结构设计使好氧填料14和缺氧及厌氧填料15均位于各自的区域内，而不随水流进行移动，避免了常规污泥的动力消耗和生物菌生存条件的改变导致的代谢效率下降，提高了污水处理效率。
进一步地，如图1所示，所述结构一体化生物膜反应器还包括多个进水管19和一个出水管20，多个进水管19设置在所述好氧区和/或所述缺氧及厌氧区的上方，出水管20设置在所述好氧区的下方。优选地，可以在好氧区和两个缺氧及厌氧区的上方分别设置一个进水管19，多侧进水，节省进水时间。需要说明的是，出水管20优选设置在所述结构一体化生物膜反应器的边壁上，图1为剖视图，出水管20在图1所示的剖面图中原本不可见，所以采用虚线表示。
在本发明中，悬浮填料采用密度接近1的复合填料。优选地，好氧填料14和缺氧及厌氧填料15均可以采用密度为0.9-1的聚乙烯材料。亲水性非常好的高密度聚乙烯材料，具有比表面积大的特点，适应不同的生物生长过程，有利于氧气和营养物质的转换。此外，可以根据设计负荷来确定好氧区与缺氧及厌氧区的填充比，填充比一般优选在10％～50％。
综上所述，本发明结合了活性污泥法工艺的脱氮除磷效果和移动床生物膜法培养优势菌种的特点，利用曝气装置曝气产生的能量作为水循环的动力，通过气升循环原理，使好氧区和缺氧及厌氧区形成不同的水流密度差异从而形成水位高差，并通过上端的循环流量控制器和下端的截留器，形成污水的循环，大大降低了污水循环的能耗。并且，本发明将传统的串联设计的厌氧-缺氧-好氧结构改变为一体化设计的空间结构，节省了占地面积，使好氧菌、厌氧菌等均大量附着在填料表面而没有随水流运动，避免了常规污泥的动力消耗和生物菌生存条件的改变导致的代谢效率下降，提高了污水处理效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述结构一体化生物膜反应器的中部相对设置有两块导流板，两块所述导流板之间的空间形成好氧区，所述导流板的下端设置有朝向所述结构一体化生物膜反应器的的边壁倾斜的聚能板，所述聚能板与所述边壁之间设置有截留器，所述导流板、所述聚能板、所述截留器和所述边壁之间形成缺氧及厌氧区；
所述好氧区内设置有好氧填料，所述缺氧及厌氧区内设置有缺氧及厌氧填料，所述截留器用于使水流通过，并阻止所述缺氧及厌氧填料进入所述好氧区，所述结构一体化生物膜反应器的底部设置有曝气装置，所述曝气装置用于产生使水流上升的气压，所述聚能板用于将所述曝气装置产生的气体汇聚至所述好氧区；
所述导流板的上端设置有循环流量控制器，所述循环流量控制器用于调节所述好氧区和所述缺氧及厌氧区的水流量；
其中，所述好氧区中的好氧填料和所述缺氧及厌氧区中的缺氧及厌氧填料用于对污水进行生物膜法处理，所述曝气装置、所述聚能板和所述循环流量控制器用于使污水在所述好氧区和所述缺氧及厌氧区进行循环，对污水进行活性污泥法处理。
2.根据权利要求1所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述好氧区的截面宽度与所述缺氧及厌氧区的截面宽度的比值为2:1或者1:1。
3.根据权利要求1所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述好氧区的截面宽度与所述结构一体化生物膜反应器的截面宽度的比值为1:2-1:5。
4.根据权利要求1所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述导流板的下端与所述结构一体化生物膜反应器的底面之间的距离为40-80cm。
5.根据权利要求1所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述曝气装置与所述结构一体化生物膜反应器的底面之间的距离为20-40cm。
6.根据权利要求1所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述好氧区的高度占所述结构一体化生物膜反应器的高度的1/2-2/3。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述曝气装置包括呈“丰”字型的曝气管，所述曝气管与设置在所述结构一体化生物膜反应器外部的风机相连，所述曝气管的各个交叉节点处均设置有阀门。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述截留器包括多层玻璃钢穿孔件，所述玻璃钢穿孔件上的孔的孔径小于所述缺氧及厌氧填料的直径，并且多层所述玻璃钢穿孔件的孔密度从上至下依次减小，所述孔密度为单位面积内孔的数量。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，所述结构一体化生物膜反应器还包括多个进水管和一个出水管，多个所述进水管设置在所述好氧区和/或所述缺氧及厌氧区的上方，所述出水管设置在所述好氧区的下方。
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的结构一体化生物膜反应器，其特征在于，
所述好氧填料采用密度为0.9-1的聚乙烯材料，所述好氧填料的填充比为10％-50％；
所述缺氧及厌氧填料采用密度为0.9-1的聚乙烯材料，所述缺氧及厌氧填料的填充比为10％-50％。
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