CN102887589A - 一种纳米曝气生物膜反应器 - Google Patents

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王雷
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Abstract

一种纳米曝气生物膜反应器，主要结构为：进水调节池，通过水泵连接反应器的进水口；该反应器内填充有填料，生物膜生长在碳素纤维填料的表面；反应器上部连接纳米曝气机进水管，反应器的下部连接纳米曝气机曝气管；反应器的出水口通过一电磁阀门连接出水池。本发明的曝气使用纳米曝气装置，提高氧传质能力以及溶解氧浓度，改善氧气利用率很低的现状，同时降低了能源的浪费，用电量可节省到1/5。填料的选择是纳米填料碳素纤维，改善了传统生物膜反应器处理效率低、易堵塞、抗冲击能力差的缺点，创新生物膜反应器处理生活污水的方式，其氨氮、COD去除效果高达95％-98％，出水水质好，占地面积小。本发明设备适用于生活污水的处理。

Description

一种纳米曝气生物膜反应器
技术领域
本发明涉及一种污水处理的生物膜反应器，更具体地涉及一种纳米曝气、纳米填料的生物膜反应器。
背景技术
人们在日常生活中会产生大量的污水，这些污水含有大量的COD和氨氮，如果不经过处理直接排放到生态环境中，会导致水源的污染，同时会滋生大量细菌，成为疾病传染扩散的源头。
现有的生物膜反应器曝气方式陈旧，气泡上浮过程产生的剪切力常常冲散已经长好的生物膜，给挂膜过程带来阻力，其溶解氧浓度低，氧利用率不高，造成了能源不必要的浪费。
现有生物膜使用的填料挂膜效果差，微生物难以附着在填料表面，污泥产生量高，带来二次污染，且填料表面微生物结块，生长情况不稳定，难以形成具有良好去除微生物、高效脱氮、有利传质的菌胶团，很难高效快捷的去除污水内的COD和氨氮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米曝气生物膜反应器，可以提高去除污水内的COD和氨氮的效率。
为实现上述目的，本发明提供的纳米曝气生物反应器，其主要结构包括：
进水调节池，通过水泵连接反应器的进水口；
该反应器内填充有填料，生物膜生长在填料的表面；
反应器上部连接曝气机进水管，反应器的下部连接曝气机曝气管，将气泡与污水均匀混合泵入反应内，以实现曝气过程；
反应器的出水口连接出水池。
所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，曝气装置为纳米曝气机。
所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，填料为纳米级碳素纤维填料或组合填料，在反应器内呈上下形式的设置。
所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，反应器的一侧安装有温度控制仪，该温度控制仪连接并控制安置在反应器内部的感温控头和加热带。
所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，碳素纤维填料的表面形成的生物膜，其断面上由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。
所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，反应器底端开设有排泥口，该排泥口呈15-45度锥角。
所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，水泵、曝气装置和电磁阀门均连接至微电脑。
本发明的纳米曝气生物膜反应器中，曝气使用纳米曝气装置，提高氧传质能力以及溶解氧浓度，改善氧气利用率很低的现状，同时降低了能源的浪费，用电量可节省到1/5。填料的选择是纳米填料碳素纤维，改善了传统生物膜反应器处理效率低、易堵塞、抗冲击能力差的缺点，创新生物膜反应器处理生活污水的方式，其氨氮、COD去除效果高达95％-98％，出水水质好，占地面积小。
附图说明
图1是本发明的纳米曝气生物膜反应器结构示意图。
附图中主要组件符号说明：
1进水调节池；2出水池；3反应器；4填料；5曝气管；6电磁阀门；7温度控制仪；8感温探头；9加热带；10纳料曝气装置；11转子流量计；12进水管；13水泵；14排泥口。
具体实施方式
本发明的整个纳米曝气生物膜反应器，主要包括五个部分：进水系统、反应池、出水系统、加热系统和供气系统。
1)进水系统：由进水调节池1、水泵13和进水管路组成。进水调节池1的配水箱中储存需要处理的污水，通过水泵13将废水泵入反应器3中。水泵13开启和关闭由一微电脑(图中未示)控制。
2)反应器：由反应器3和其中的填料4构成。反应器内均匀放置填料，使生物膜生长填料上；填料4选用纳米级填料碳素纤维或组合填料，布设方式为上下布设，反应器不易堵塞。
3)出水系统：由出水池2、电磁阀门6组成，并由微电脑(图中未示)控制电磁阀门6的开启和关闭。
4)加热系统：由加热带9、温度控制仪7和感温探头8组成，以利于温度的调节，为微生物的生长提供适宜环境。
5)供气系统：由转子流量计11、纳米曝气机10、反应器上部的进水管12和反应器下部的曝气管5组成，纳米曝气机进水管连接在反应器上部，曝气管连接在反应器的下部，将纳米气泡与污水均匀混合泵入反应内，以实现曝气过程，并由微电脑(图中未示)控制纳米曝气机的运行时间，通过转子流量计来控制反应器的曝气量进而控制溶解氧。其中反应器底端还开设有排泥口14，为更利于均匀曝气以及底泥的收集，该反应器底部设计成15-45锥角，较佳地为30度锥角。
本发明具有传质效率高，抗冲击能力强，填料不易堵塞，能耗低等优点，其结构简单，容易管理，工程造价低，运行维护费用低，污水处理效果稳定适用于多种水质的处理。
本发明的纳米曝气生物膜反应器采用纳米曝气、填料进行设计。纳米曝气装置能产生大量的微气泡，当这些纳米气泡溶于水中时，水呈乳白色，增大了气液传质的比表面积，从而提高了气液传质的效率。而且纳米气泡缓慢的上升速度大大增加了气液接触面积、接触时间，有利于气泡溶于水中，增加水中溶解氧的浓度。从一定程度上克服了氧气难溶于水的缺点。这就使得利用纳米曝气在气液传质方面有了自己独特的优势。
微纳米气泡传质过程中对污水中的微细污染物颗粒有一定的气浮作用，曝气装置水底制造无数个极其微小、均匀的气泡，促使微纳米气泡均匀、稳定地在水中释放，把污水中的微细污染物颗粒利用气泡俘获在其表面或者粘附在一起带上水面，从而实现清水与污染物颗粒的分离。曝气装置产生气泡的数量、大小决定了治水的质量，超越了传统的气浮法。
本发明采用纳米填料碳素纤维，在碳素纤维表面形成的生物膜一个断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。在好氧区，好氧菌将氨氮转化为硝基氮，并把小分子有机物转化为二氧化碳和水(把可溶的无机磷转化为细胞体内的ATP)，在厌氧区，厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气(把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物)。最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N2、CO2和H2O。附着在炭素纤维上的大量微生物群，微生物群难以脱落，其上黏附的污染物难以溶出及扩散，抑制了环境的恶化。在水流的影响下，产生收缩运动，从而促进了污染物质的分解。
以下结合附图对本发明作详细说明。
请参阅图1。通过水泵13将生活污水从进水调节池1泵入反应器3内，生活污水流经布满生物膜的填料4，在微生物的作用下高效去除有机物，实现营养元素氮的硝化反硝化脱除，处理过的污水经过电磁阀门6排至出水池2中。
反应器内温度由温度控制仪7来调节，当感温探头8检测到温度高于所需温度时，温度控制仪7停止加热带9的加热过程。
反应器的曝气装置采用纳米曝气机10进行曝气，曝气机进水管12连接在反应器上部，曝气管5连接在反应器的下部，将纳米气泡与污水均匀混合泵入反应内，以实现曝气过程。曝气量由转子流量计11控制。反应器底端为30度锥角，更利于曝气管5的均匀曝气以及底泥的收集。最后，剩余底泥由排泥口14排出。
本发明的填料上挂膜的方法是：
首先将接种的底泥铺置于反应器底部，将微生物培养液加入反应器中曝气，微生物培养液的配方为：葡萄糖0.42g/L，K2HPO43.83mg/L，KH2PO44.57mg/L，NH4Cl95.35mg/L，MgSO40.15g/L和微量元素。其水质指标为：pH：7.86；ρ(CODCr)：300mg/L；ρ(NH4 +-N)：25mg/L；ρ(PO4 3--P)：5mg/L。
进水COD控制在300mg/L左右，氨氮浓度约为25mg/L，反应器运行周期为24h。连续使用普通曝气泵曝气一星期，待污泥形状渐渐变好，颜色逐渐由黑色变成黄褐色，并且具有清新泥土味，沉降性能良好，24h内COD和氨氮去除率稳定达至85％以上，反应器出水稳定，即可进行下一操作。
在污泥驯化完成后即可进行填料挂膜。将填料放进反应器，填料高度与水深比为0.7，闷曝24h，静置一段时间，然后排出部分悬浮态微生物及上清液，再加入上述的微生物培养液，继续曝气、静置，反复几次，直到填料表面附着一层薄薄的黄褐色有粘性的生物膜，表示填料挂膜成功。曝气过程中曝气量不宜过大，以不影响生物膜上微生物附着为好，若是过度曝气搅拌，会使生物难以附着在填料表面。填料挂膜过程大约持续一星期。

Claims (7)

1.一种纳米曝气生物膜反应器，主要结构为：
进水调节池，通过水泵连接反应器的进水口；
该反应器内填充有填料，生物膜生长在填料的表面；
反应器上部连接曝气机进水管，反应器的下部连接曝气机曝气管，将气泡与污水均匀混合泵入反应内，以实现曝气过程；
反应器的出水口通过一电磁阀门连接出水池。
2.根据权利要求1所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，曝气装置为纳米曝气机。
3.根据权利要求1所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，填料为纳米级碳素纤维填料或组合填料，在反应器内呈上下形式的设置。
4.根据权利要求1所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，反应器的一侧安装有温度控制仪，该温度控制仪连接并控制安置在反应器内部的感温控头和加热带。
5.根据权利要求1或3所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，碳素纤维填料的表面形成的生物膜，其断面上由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。
6.根据权利要求1所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，反应器底端开设有排泥口，该排泥口呈15-45度锥角。
7.根据权利要求1所述的纳米曝气生物膜反应器，其中，水泵、曝气装置和电磁阀门均连接至微电脑。
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