CN102951735B - 复合式折流水处理生物膜反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式折流水处理生物膜反应器，具有进水口、出水口和放空口其特征在于：在一个矩形的池体内，由进流隔板、出流隔板、平流板将反应器分隔成相对独立的缺氧区、好氧区和平流区；缺氧区包括水平设置的平流板和连接在平流板两端下侧的进流隔板和出流隔板，在进流隔板与出流隔板之间设置有若干折流板；平流板与池体等宽；隔板与池体等宽，与左右池壁及池底板有一定间距；折流板为多孔结构，上端与平流板相连，下端与池底板相接，其一侧与前或后池壁相接，另一侧与后或前池壁有一间隙，相邻折流板错位布置；好氧区设置在出流隔板与池壁之间，中间设置有多孔载体，下面装有曝气头；在好氧区一侧装有循环水泵。本发明好氧区和缺氧区分开独立控制，可减少相互干扰，处理效果更好，工艺便于操作，可应用到富营养化水体、养殖水体甚至工业废水的生物修复。

Description

复合式折流水处理生物膜反应器

技术领域

本发明涉及水处理技术，尤其涉及一种利用生物膜技术对废水进行脱氮除磷的生物反应器。

背景技术

工农业的快速发展和人们生活水平的不断提高，生活污水、农田排灌水、工业废水、水产养殖以及规模化饲养的畜禽粪便排入河道等引起的城市水体富营养化程度严重，有限的地表水资源正在遭受着不同程度的污染，水体生态环境日趋恶化，生物多样性遭到严重破坏，不仅影响了人类正常生活，还制约着经济发展。其中高氮废水处理一直是个难题。

由于生物修复具有经济、有效、环境友好、无二次污染的优点，并可实现污染的资源化利用，是比较可靠的方法。在生物修复方法中，藻类、水生动物和水生植物，或基于水生植物的人工湿地或土地系统虽有一定的效果，但其效率低、占地多、修复效果慢。而采用微生物的方法处理，效果好，效率高，尤其是其中的生物膜法对废水中有机物等的去除效率较高，现已被广泛地用于水及废水的处理过程中。随着污染物逐渐趋向成分更复杂、易积累难降解和毒性影响更长期，因而微生物修复就更显得重要。而采用活性污泥的反应器方法与生物膜反应器相比，前者在运行过程中污泥产生量较大，水质不稳定，易产生二次污染等运行问题。在生物膜法中，虽然生物滤池去除氨氮和有机物的效果比较好，却会使水中硝酸盐含量增加，含NO3-N高的废水排到环境中，又会引起二次污染。

对含氮废水的处理，国内外已开发了不少设备和技术。如中国专利101386446公开了一种气升式折流内循环反应器及其使用方法，所述内循环反应器是在箱体内由分隔板(1)分隔成上方平流区和下方折流区，在折流区内交替伸出折流板(3)，折流区内开设补料口(6)和监测与取样口(8)；箱体左侧外部配置充氧泵(10)，曝气头(11)接入折流区左侧。所述装置的使用方法，待处理污水输入箱体，根据废水性质调节进出水流量，形成内循环折流，从监测与取样口(8)测试溶解氧，并依据溶解氧浓度调节充氧泵(10)的曝气量，在折流区内形成好氧区和厌氧区，从排放口(7)放出多余的生物膜；经过处理的水从出水口(2)或排放口(7)排出。通过生物膜实现废水生物脱氮和除磷，反应器和工艺既便于操作又减少污泥产生量，利于推广应用。这种反应器对溶解氧高的水无法处理，如果曝气，整个反应器内溶解氧太高，不利于除氮，如不曝气，就无法运行，其中的曝气，只能调整反应器的溶解氧，并且生物膜量少，动力消耗大，污泥排放口多，因此开发一种新型生物反应器对复杂多变的废水处理十分必要。

发明内容

不少技术和设备所做的研究大部分都是集中在硝化这个阶段，氨氮转化为硝酸盐后仍留水体内产生危害。本发明提供一种针对高氮废水进行高效脱氮除磷的反应器，针对水体的污染物特征，采用更新型的生物膜复合式折流水处理生物膜反应器，这种反应器有普通生物膜反应器的优点，又具有明显的硝化反硝化的效果，能有效降低氮的二次污染及其它污染物。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种生物膜复合式折流水处理生物膜反应器，在一个矩形的池体内，设有相对独立的缺氧区、好氧区和平流区。 

缺氧区由水平设置的平流板和两侧垂直设置的进流隔板和出流隔板围成，设置成一相对独立的半封闭缺氧环境。在进流隔板和出流隔板之间设有平行设置的折流板，相邻折流板间隙为1-30厘米，进流隔板和出流隔板分别与平流板连接，所述隔板与池底板之间留有空隙，空隙为2-20厘米；折流板上部与平流板相连，折流板下部与池底板相连，而折流板宽度小于池体宽度，其一侧与池壁相接，另一侧与相对面的池壁有一间隙，此间隙为2-30厘米，所述相邻折流板错位布置，以供水曲折流过；

进流隔板与池底板之间的空隙可供进水及回流的水由此通过进入缺氧区，废水水平并交错通过折流板；出流隔板与池底板之间的空隙，可供经缺氧微生物降解后的水体进入好氧区的多孔载体底部。

折流板为板状的多孔材料，可用陶瓷或其它多孔硬性材料制成，多孔材料可有利于微生物附着；水通过左右通道曲折通过缺氧区，延长了废水处理接触反应的路程，以达到缺氧效果，又减少了能耗，不用上上下下，消耗势能；并且下面都是连通的，便于污泥通畅流出，不用设多个污泥排放口，减少了污泥排放口数量。

平流板上方为平流区，平流板和隔板的宽度与池宽同宽，进流隔板与相邻池壁（侧壁）之间留有空隙，空隙为1-20厘米，以供通过平流板沉淀的水回流，向下流入缺氧区。

由出流隔板与相邻池壁之间围成的区域为好氧区。在好氧区设置方形立式多孔载体，材料可用陶瓷或其它多孔硬性材料，主要形态是从下至上垂直贯穿的孔洞，孔洞可为圆形、三角形、方型、多边形，在气泡的气提作用下，使水快速通过载体，并从载体外返回载体底部，形成一个内循环，增强传质效果，载体可配置3-10组，在多孔载体的下部置有曝气头，通过曝气头向载体中曝气，可根据水质的污染情况和废水的溶解氧浓度，调整曝气时间。

出流隔板与池底的空隙使通过折流区的水从底部出来，进入好氧区，从下至上，随着气泡的作用通过载体，与载体上的微生物反应降解。池体好氧区外侧配置循环水泵，将池中一侧的水打向另一侧，进行循环，在不曝气时促进水的流动。

平流板上部的平流区，起浅流沉淀作用，靠池体缺氧区一侧池壁上部设置出水口，曝气处理后的水经过浅流沉淀排出。平流区水深控制在整个反应器水深度的1/5-1/3；池体缺氧区一侧池壁的下部设置进水口，进水口与第一块折流板的开口在同一侧。折流板的个数可为偶数也可为奇数，数量为5-30个。

好氧区的面积占池体的面积1/5-1/3。缺氧区内进口边第2块折流板与第3块折流板之间的平流板下部设置加料口。缺氧区中部的平流板下部设置监测与取样口；池底板上，靠近进水口的位置，设置放空口。

本发明有益效果：

1、生物降解区由相对独立的好氧区和缺氧区组成，好氧区内采用多孔状材料作为载体，缺氧区内的折流板由多孔板前后交错构成。当污染水体经过生物好氧区并在多孔状材料上的好氧生物膜的作用下进行硝化，当溶解氧消耗尽后进入折流缺氧区进行反硝化，部分水回流。如此反复循环，水体在反应器内不断经过硝化和反硝化，以实现氮磷等污染物的降解，处理效果好。

2、控制灵活，功能丰富，减少了污泥回流装置，降低了能耗，强化了传质过程，水力条件更好，处理水力势能消耗少，污泥产生量少，排空方便，不留死角，减少污泥排放口数量，在一个反应器具有独立的好氧区和缺氧区，可分别固定不同的微生物菌群，并且根据污水水质情况灵活独立控制，可有效去除氮，减少氮的二次污染，并可同时去除磷、有机污染物等其它污染。

3、通过曝气和循环水泵两种驱动方式，扩大了处理对象，对溶解氧极低和溶解氧高的污水都可以轻松处理，可以通过控制溶解氧的浓度，创造有利于反硝化的环境。对溶解氧高的水可用水泵进行内循环。其好氧区的曝气，为好氧微生物形成一个微型内循环，增强传质效果，并可通过加大曝气，脱除好氧载体的生物膜。

4、其好氧区生物量大，强化了好氧区效果，又不会干扰缺氧区的溶解氧的降低，同时可以通过驯化、筛选和培养出适应污染物的优势微生物菌种进行接种，固定微生物，增强去除效果。也可小范围独立使用，能有效降低废水中污染物质的浓度。

纵上所述，该反应器好氧区和缺氧区分开独立控制，可使相互干扰减少，处理效果更好，该反应器和工艺便于操作，可应用到富营养化水体及养殖水体甚至工业废水的生物修复方面。

附图说明

附图1是本发明的一种结构结构示意立面图；

附图2是图1的俯视图。

附图标记说明： 1、出水口，2、加料口，3、左池壁，4、污水进水口，5、放空口，6、进流隔板，7、折流板，8、池底板，9、曝气头，10、循环水泵，11、多孔载体，12、右池壁，13、出流隔板，14、平流板，15、取样口。

    图中的箭头方向为水流方向。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1、2所示的一种复合式折流水处理生物膜反应器，在一个矩形的池体内，由进流隔板6、出流隔板13、平流板14将反应器分为缺氧区、好氧区和平流区，平流板14上方为平流区，下部为缺氧区，出流隔板13右边区域为好氧区。

缺氧区由水平设置的平流板14和两侧垂直设置的进流隔板6和出流隔板13围成，设置成一相对独立的半封闭缺氧环境。在进流隔板6和出流隔板13之间设有平行设置的折流板7，相邻折流板间隙为15厘米，所述进流隔板6和出流隔板13分别与平流板14连接，所述隔板与池底板8之间留有空隙，空隙为10厘米；折流板7上部与平流板14相连，折流板7下部与池底板8相连，而折流板宽度小于池体宽度，其一侧与池壁相接，另一侧与相对面的池壁有一间隙，此间隙为12厘米，所述相邻折流板7错位布置，以供水曲折流过；进流隔板6与池底板8之间的空隙可供进水及回流的水由此通过进入缺氧区，废水水平并交错通过折流板；出流隔板13与池底板8之间的空隙，可供经缺氧微生物降解后的水体进入好氧区的多孔载体11底部。

折流板为采用陶瓷制成的板状多孔材料，所述孔洞为圆孔，多孔材料可有利于微生物附着；水通过左右通道曲折通过缺氧区，延长了废水处理接触反应的路程，以达到缺氧效果，又减少了能耗，不用上上下下，消耗势能；并且下面都是连通的，便于污泥通畅好流出，不用设多个污泥排放口，减少了污泥排放口数量。

平流板14上方为平流区，平流板14的宽度与池体宽度一致，进流隔板6与相邻左池壁3之间留有空隙，空隙为17厘米，以供通过平流板沉淀的水回流，向下流入缺氧区。 

由出流隔板13与右池壁12之间围成的区域为好氧区。在好氧区设置方形立式多孔载体11，采用陶瓷材料，主要形态是从下至上垂直贯穿的孔洞，孔洞为三角形，在气泡的气提作用下，使水快速通过载体，并从载体外返回载体底部，形成一个内循环，增强传质效果，载体配置4组，在多孔载体的下部置有曝气头9，通过曝气头向多孔载体11中曝气，可根据水质的污染情况和废水的溶解氧浓度，调整曝气时间。

出流隔板13与池底板8的空隙使通过折流区的水从底部出来，进入好氧区，从下至上，随着气泡的作用通过载体，与载体上的微生物反应降解。

好氧区外侧的右池壁12配置水泵10，将池中一侧的水打向另一侧，进行循环，在不曝气时促进水的流动。

平流板14上部的平流区，起浅流沉淀作用，靠池体缺氧区一侧的左池壁3上部设置出水口1，曝气处理后的水经过浅流沉淀经出水口1排出。平流区水深控制在整个反应器水深度的1/4；池体缺氧区一侧的左池壁3下部设置进水口4，进水口4与第一块折流板7的开口在同一侧。折流板的个数为25个。

好氧区的面积占池体的面积1/4。

缺氧区内进水口边第2块折流板与第3块折流板之间的平流板下部设置加料口。缺氧区中部的平流板下部设置监测与取样口15；

池底板8上，靠近进水口4的位置，设置放空口5。

所述反应器可间歇方式运行或连续方式运行。

间歇运行：

间歇运行时要将水全部排入，废水由进水口4一次性进入池体，水在循环水泵或曝气的驱动下经进流隔板6下面的空隙进入缺氧区，曲折流过折流板7，由缺氧微生物进行降解，再由出流隔板13的下部进入好氧区多孔载体底部，经过曝气，在好氧生物作用下，进行好氧处理，并流经平流区进行沉淀，部分水回流再向下流入缺氧区，等反应完全后再全部排出反应器。

连续方式运行：

废水由进水口4连续进入池体，经进流隔板6下面的空隙进入缺氧区，曲折流过折流板7，由缺氧微生物进行降解，再由出流隔板13的下部进入好氧区多孔载体11底部，经过曝气，在好氧生物作用下，进行好氧处理，最后经平流区的沉淀作用，将处理后的水经出水口1连续排出反应器，部分水回流再向下流入缺氧区。可根据进水的性质来调节水流量，以控制水力停留时间。

两种运行方式可根据水质的污染情况和废水的溶解氧浓度确定是否要启动曝气或间歇启动曝气，来调整整个反应器的溶解氧。根据进水性质经补料口2向反应器补充碳源，推进反硝化的进程。由平流板14的下部的监测与取样口15来测试水中溶解氧浓度或取样分析相关参数，调节曝气量来控制反应器内溶解氧环境。运行过程中根据生物膜脱落程度来排放从放空口5排放污泥。

生物膜形成采用自然形成或接种的方法：

自然形成：

反应器一直打入待处理水体并正常运行，一定时间后，当处理效果稳定后，折流板7及方形立式多孔载体11上自然分别挂上好氧生物膜和缺氧生物膜。

接种的方法：

先驯化、筛选和培养出适应污染物的好氧和厌氧优势微生物菌种，将干燥的折流板7和方形立式多孔载体11浸入好氧污泥，浸泡4-12小时后，把载体放入反应器，投加待处理水体间歇运行，停留时间为1-2天，当处理效果稳定后，挂膜完成再正式运行。

实施例2：

利用这种复合式折流水处理生物膜反应器处理富营养地表水，反应器相邻折流板间隙为30厘米，隔板与池底板8之间空隙为20厘米；折流板宽度与相对面的池壁间隙为30厘米，进流隔板6与相邻左池壁3之间隙为20厘米，折流板的数量为28，好氧区配置9组方形立式多孔载体11，平流区水深控制在整个反应器水深度的1/5；好氧区的面积占池体的面积1/3。采用间歇曝气和循环水泵10进行内循环，水中氨氮浓度为3-10mg/L，总氮浓度为5-20mg/L，采用连续运行方式，采用自然挂膜法，停留时间1小时，水中氨氮去除在99%以上，总氮去除在85%以上。

实施例3：

利用这种复合式折流水处理生物膜反应器处理甲鱼外塘养殖水，反应器相邻折流板间隙为10厘米，隔板与池底板8之间空隙为10厘米；折流板宽度与相对面的池壁间隙为15厘米，进流隔板6与相邻左池壁3之间隙为9厘米，折流板的数量为15，好氧区载体配置5组方形立式多孔载体11，平流区水深控制在整个反应器水深度的1/4；好氧区的面积占池体的面积1/4。不加曝气9，只用循环水泵10进行内循环，水中氨氮浓度为1-10mg/L，总氮浓度为2-32mg/L，采用连续运行方式，采用自然挂膜法，停留时间2-12小时，水中氨氮去除在90%以上，总氮去除在75%以上。

实施例4：

利用这种复合式折流水处理生物膜反应器处理温室甲鱼养殖水，反应器相邻折流板间隙为2厘米，隔板与池底板8之间空隙为3厘米；折流板宽度与相对面的池壁间隙为2厘米，进流隔板6与相邻左池壁3之间隙为2厘米，折流板的数量为6，好氧区载体配置3组方形立式多孔载体11，平流区水深控制在整个反应器水深度的1/5；好氧区的面积占池体的面积1/5。进行连续曝气9，水泵10进行内循环，运行采取间歇运行，打入温室甲鱼出水，对氨氮150-310mg/L，总氮200-350mg/L，COD150-250mg/L，总磷5-10mg/L的甲鱼废水。在反应器的自然挂膜阶段，挂膜期第2天反应器中COD去除率就达到60-70%，第6-7天氨氮去除率达到50%，10天后氨氮降到99%以上，总磷去除率80%以上。反应器对水中污染物质去除效果显著，可有效进行硝化和反硝化反应，使出水中各污染物质都得到了降低。

实施例5：

利用这种复合式折流水处理生物膜反应器处理温室甲鱼养殖水，相邻折流板间隙为5厘米，隔板与池底板8之间空隙为5厘米；折流板宽度与相对面的池壁间隙为6厘米，进流隔板6与相邻左池壁3之间隙为10厘米，折流板的数量为16个，好氧区载体配置3组方形立式多孔载体11，平流区水深控制在整个反应器水深度的1/5；好氧区的面积占池体的面积1/5。对氨氮40-150mg/L，总氮40-200mg/L的温室甲鱼养殖水，进行间歇曝气9，间歇运行，处理时间3天，水中氨氮去除在95%以上，总氮去除在80%以上。

实施例6：

利用这种复合式折流水处理生物膜反应器处理某工业废水，相邻折流板间隙为5厘米，隔板与池底板8之间空隙为6厘米；折流板宽度与相对面的池壁间隙为12厘米，进流隔板6与相邻左池壁3之间隙为15厘米，折流板的数量为12个，好氧区载体配置6组方形立式多孔载体11，平流区水深控制在整个反应器水深度的1/4；好氧区的面积占池体的面积1/5。进水氨氮20-50mg/L，总氮25-70mg/L的水，进行间歇曝气9，间歇运行，处理时间4-24小时，水中氨氮去除在99%以上，总氮去除在85%以上。

Claims (5)

1.一种复合式折流水处理生物膜反应器，其特征在于：

在一个矩形的池体内，由进流隔板（6）、出流隔板（13）、平流板（14）将反应器分隔成相对独立的缺氧区、好氧区和平流区；

所述平流板（14）上方为平流区，缺氧区由水平设置的平流板和连接在平流板两端下侧的进流隔板、出流隔板围成，出流隔板（13）与相邻池壁之间围成的区域为好氧区；

所述缺氧区包括水平设置的平流板（14）和连接在平流板两端下侧的进流隔板（6）和出流隔板（13），在所述进流隔板与出流隔板之间设置有若干折流板（7）；

所述平流板（14）与池体等宽；

所述隔板（6、13）与池体等宽，与左右池壁（3、12）及池底板（8）有一定间距；

所述折流板（7）为采用陶瓷制成的多孔结构的板材，孔洞为圆洞，上端与平流板（14）相连，下端与池底板（8）相接，其一侧与前或后池壁相接，另一侧与后或前池壁有一间隙，相邻折流板错位布置，以提供曲折流道；

所述好氧区设置在出流隔板（13）与相邻池壁之间，中间设置有多孔载体（11），所述多孔载体（11）为方形立式多孔载体，设有从下至上垂直贯穿的孔洞，所述孔洞为圆形、三角形、方型或六角型；

在所述多孔载体下面装有曝气头（9）；

在所述好氧区一侧的右或左池壁的下端装有循环水泵（10）；

在所述进流隔板（6）一侧的左或右池壁下端设有污水进水口（4），上端装有出水口（1），靠近进水口的池底板上设有一放空口（5），在缺氧区内进口边第2块折流板与第3块折流板之间的平流板下部设置加料口（2），在缺氧区中段设置有取样口（15）；

所述好氧区的面积占池体面积的1/5-1/3；

所述平流区水深控制在整个反应器水深度的1/5-1/3；

相邻折流板之间的距离相等；

所述折流板（7）数量为5-30个，相邻折流板之间的间距为1-30厘米。

2.根据权利要求1所述的复合式折流水处理生物膜反应器，其特征在于：所述好氧区的多孔载体（11）配置3-10组。

3.根据权利要求1或2所述的复合式折流水处理生物膜反应器，其特征在于：所述进流隔板（6）与相邻池壁的间距为1-20厘米，与池底板（8）之间的间距为2-20厘米。

4.根据权利要求1或2所述的复合式折流水处理生物膜反应器，其特征在于：所述折流板（7）与前或后池壁的间隙为2-30厘米。

5.根据权利要求1或2所述的复合式折流水处理生物膜反应器，其特征在于：所述污水进水口（4）与第一块折流板的开口在同一侧；所述污水进水口（4）与出水口（1）在池体的不同侧，相距最远。

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