CN105314730A - 一种污水河道自动水处理生化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水河道自动水处理生化反应器。它包括水上部分和水下部分，水上部分包括设在支架上的蓄电池、水泵、曝气机、自动控制箱和太阳能电池板；水下部分包括四周由钢板围起来由钢支架支撑固定的多层箱体结构，各层自上而下分别为：不锈钢丝网、生化层、吸磷层、有机质吸附层、细菌屋分解层、纳米管曝气层、不锈钢网架；多层箱体结构下方设底板，其与底板之间留有空隙，与水泵连接的水管可通入其中冲洗污泥；多层箱体结构上方设导流防污板；曝气机与纳米曝气管连接。本发明的生化反应器，其内填满大量多孔滤料，通过框架结构沉于水底，为水中微生物的生长提供了良好的生存环境，保障了水中微生物的多样性，增强了其净化能力。

Description

一种污水河道自动水处理生化反应器

技术领域

本发明属于河道污水治理技术领域，涉及一种污水河道自动水处理生化反应器。

背景技术

生物接触氧化工艺是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的好氧生物膜法工艺，其特点是在接触氧化池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水同浸没在污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷；污水中的部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，还有部分微生物则是絮状悬浮生长于水中。

用好氧微生物处理污水的一个关键环节是要保证有足够的氧气供微生物氧化水中的有机物。为保证氧气供应，一般采用鼓风曝气向污水中充氧的方法。生物膜在氧化有机物的过程中，由于溶解氧的浓度梯度方向与有机物的浓度梯度方向一致，造成生物膜的底部出现厌氧层，导致生物膜脱落而混入处理水中。因此，要设二沉池进行膜水分离，增加了处理的工序和处理成本。目前为止，还没有一种高效、经济、紧凑的生化处理系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效、经济、紧凑的的污水河道自动水处理生化反应器。

本发明的技术方案如下：

一种污水河道自动水处理生化反应器，其结构分为水上部分和水下部分，水上部分包括设在支架上的蓄电池，以及与蓄电池电气连接的水泵、曝气机和自动控制箱，还包括设在支架上与蓄电池连接的太阳能电池板；水泵、曝气机与自动控制箱内的PLC控制器电气连接；水下部分包括四周由钢板围起来的多层箱体结构，箱体结构中各层自上而下分别为：不锈钢丝网、生化层、吸磷层、有机质吸附层、细菌屋分解层、纳米管曝气层、不锈钢网架；多层箱体结构由钢支架支撑固定；多层箱体结构下方还设有四周固定在钢支架上的底板，多层箱体结构与底板之间留有空隙即去污泥冲洗层；与水泵连接的水管通入去污泥冲洗层；多层箱体结构上方设有架设在钢支架上的导流防污板；曝气机与纳米管曝气层的纳米曝气管连接。

本发明的污水河道自动水处理生化反应器中，对污水起到净化作用的主要是多层箱体结构，其四周由钢板围起来，上端由不锈钢丝网覆盖，下端由不锈钢网架支承，内部分为四层：生化层、吸磷层、有机质吸附层和细菌屋分解层。其中，细菌屋分解层填充的滤料是培养硝化细菌的生物滤材，如生物培菌球、生化棉、陶粒等。有机质吸附层填充的滤料是：活性炭、纤维球等。吸磷层填充的滤料是：玄武岩、沸石、富铁填料、钙质页岩、钢渣等。生化层填充的滤料是：生物球、过滤棉、EPS(可发性聚苯乙烯)滤珠等。此外，为防止处理器堵塞，并保证处理器的使用年限，生化层、吸磷层、有机质吸附层和细菌屋分解层每层滤料的填充密度在70-80％。

净化作用机理：接触氧化法降解水体中的污染物：通过太阳能蓄电池供电带动曝气机，使富氧气体充满箱体，箱体内各层次，分别起到有机质分解、磷的吸附、氮的转化消解等作用，最终去除水体中的COD、BOD、氮、磷等污染物质。

本发明的有益效果：

本发明的污水河道自动水处理生化反应器，其内填满大量多孔滤料如陶粒、沸石、火山岩、活性炭等，通过多层箱体结构及支承框架结构沉于水底，为水中微生物的生长提供了良好的生存环境，保障了水中微生物的多样性，增强了其净化能力。

本发明的污水河道自动水处理生化反应器内设有纳米曝气管，通过纳米充氧，使气泡在水中处于烟雾飘散状态，上升速度极慢，溶氧效果显著，从而大幅度提高了水中的含氧量，增加了水的流动性。

本发明的污水河道自动水处理生化反应器，装设有与蓄电池连接的太阳能电池板，在阳光充足的时候，可充分利用太阳能供电，节省了能源。

附图说明

图1是本发明一种污水河道自动水处理生化反应器的结构示意图。

图中：1、太阳能电池板2、蓄电池3、水泵4、曝气机5、自动控制箱6、导流防污板7、EPS滤珠生化层8、沸石吸磷层9、活性炭吸附层10、细菌屋分解层11、纳米管曝气层12、去污泥冲洗层13、底板14、木制或不锈钢支架15、钢支架16、不锈钢丝网17、不锈钢网架18、钢支架

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种污水河道自动水处理生化反应器，其结构分为水上部分和水下部分，水上部分包括设在木制或不锈钢支架14上的蓄电池2，以及与蓄电池电气连接的水泵3、曝气机4和自动控制箱5，还包括设在木制或不锈钢支架14上与蓄电池连接的太阳能电池板1；水泵3、曝气机4与自动控制箱5内的PLC控制器电气连接；水下部分包括四周由钢板围起来的多层箱体结构，箱体结构中各层自上而下分别为：不锈钢丝网16、EPS滤珠生化层7、沸石吸磷层8、活性炭吸附层9、细菌屋分解层10(内填生物培菌球)、纳米管曝气层11、不锈钢网架17；多层箱体结构由钢支架18支撑固定；多层箱体结构下方还设有四周固定在钢支架18上的底板13，多层箱体结构与底板之间留有空隙即去污泥冲洗层12；与水泵3连接的水管通入去污泥冲洗层12；多层箱体结构上方设有架设在钢支架15上的导流防污板6；曝气机4与纳米管曝气层11的纳米曝气管连接。

纳米管曝气层实际上是铺设在多层箱体结构下面的一层纳米曝气管，纳米管曝气是曝气的一种形式，纳米曝气管防堵性很好，污泥等有机质不会反渗入纳米孔内，也不会增加气体运行阻力。纳米曝气管气体运行阻力小，能提高氧利用率1-3倍，并节约电能、节省成本。

使用时，将生化反应器放入河道中，开启水泵3和曝气机4，与水泵3连接的水管可将底板13上面去污泥冲洗层12处的泥沙冲走，污水下部进入多层箱体结构，依次通过不锈钢网架17、纳米管曝气层11、细菌屋分解层10、活性炭吸附层9、沸石吸磷层8、EPS滤珠生化层7、不锈钢丝网16逐层进行净化，最后，从上部不锈钢丝网16与导流防污板6之间的空隙处流出。

作用机理：接触氧化法降解水体中的污染物：通过太阳能蓄电池供电带动曝气机，使富氧气体充满箱体，箱体内各层次，分别起到有机质分解、磷的吸附、氮的转化消解等作用，最终去除水体中的COD、BOD、氮、磷等污染物质。

实施例2

采用本发明实施例1所述生化反应器为试验装置，于2014年7月—10月在上海市崇明县向化镇一条污染物河道进行了现场试验。在1公里长的河道内，每隔100平方米安放一个本发明的生化反应器。

根据7月至10月连续对该河道断面的监测结果，该河段原水水质数据为：pH为7.75，DO为0.2mg·L^-1，浊度为30.6NTU，NH4⁺-N为8.37mg·L^-1，TN为9.37mg·L^-1，TP为0.89mg·L^-1，COD为44.7mg·L^-1，为劣V类水，有机污染严重。

试验主要考察本发明的生化反应器试验装置(以下简称本装置)的滤料挂膜情况和影响因素以及水质净化效果。

1)挂膜情况。本装置利用河水中原生微生物，不添加外源菌剂，采用动态的挂膜方式。本装置在河水中运行4d后，填料上逐渐发生变化，填料外观呈现淡绿色，镜检时发现膜上附着的多为藻类；启动1周后，膜上已有絮状粘附物，膜外观逐渐转变为泥黄色，镜检时发现填膜上的菌类开始增加，并开始以菌胶团的形式存在，藻类的数量也在逐渐减少；随着时间的推移，膜外观变为褐色，生物膜开始散发出泥腥味，藻类的数量继续减少，但种类有所增加，同时细菌的种类和数量也在不断增加；2周后填料上附着物增长较快，膜外观颜色由褐色转变为深黄褐色，肉眼可观察到膜上有个体较大的寡毛类环节动物出现，水生动物在数量和种类上逐渐增加；到第3周，膜上的生物相对趋于稳定，膜上的动物种类和数量进一步增加，优势动物的种类有累枝虫、轮虫、盖纤虫、楯纤虫、管盘虫和指鳃尾盘蚓等，标志着生物膜的成熟。

2)溶解氧变化。溶解氧对微生物的生长繁殖有重要影响，溶解氧含量与好氧微生物的生长量成正相关性，而对厌氧微生物的生长起抑制作用。如溶解氧低于1mg·L^-1，好氧微生物的增长将受到抑制，而缺氧微生物的生长将占主导地位。本装置采取的曝气方式为每隔2h曝气一次，每次曝气10min，总计每天曝气2h，该曝气方式能够使装置的水质净化效果达到最大化，装置内溶解氧的浓度范围控制在2.76-5.21mg·L^-1之间，满足好氧微生物代谢的需要。

3)温度和pH变化。温度是影响微生物生长的重要环境因子。在生物填料挂膜过程中，温度的影响主要体现在细菌增殖速度上，在适宜的温度范围内温度每提高10℃，酶促反应速度将提高1-2倍，因而微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。天然河流中大多数细菌的最适温度一般都在30℃左右，而本试验的挂膜期间，平均温度为27.55℃，非常有利于微生物的生长繁殖。挂膜期间pH值对微生物的影响主要体现在它影响微生物体内的酶。酶只有在适宜的pH值时才能发挥其最大活性，不适宜的pH值会使酶的活性降低，影响微生物细胞的生物化学过程，进而影响微生物的生理活性。本次试验的pH值在7.75左右，处于微生物的最适范围内。

4)COD去除效果。本试验河水COD值为44.7mg·L^-1。启动约1周后，试验装置对COD的去除率快速上升，到3周后的COD去除率基本达到峰值。这主要是由装置内生物膜量逐渐增加并达到稳定造成的。对COD的去除率为10-44.06％，平均去除率为30.36％。

5)NH4⁺-N的去除效果。本装置对NH4⁺-N的去除率达到5.23-55.07％，平均去除率为34.61％。在挂膜成功后，对NH4⁺-N的去除率在45％以上。填料的敷设促使水体中大量微生物得以附着，使系统中生物相更加丰富，形成了细菌、原生动物和后生动物为主的微生态结构。在生物处理过程中，亚硝化细菌将氨氮转化为亚硝态氮，硝化细菌将亚硝态氮转化为硝态氮，从而达到去除氨氮的目的。可以得出应用本装置对NH4⁺-N的去除起到了积极作用。

6)TP的去除效果。本试验中河水总磷浓度为0.89mg·L^-1，在挂膜形成后，试验装置上部出水总磷浓度为0.68mg·L^-1，去除率达到了23.6％。TP去除率较低，可能受到了厌氧条件下底泥中铁结合态磷的释放的影响。

Claims (6)

1.一种污水河道自动水处理生化反应器，其特征在于，它包括水上部分和水下部分，水上部分包括设在支架上的蓄电池，以及与蓄电池电气连接的水泵、曝气机和自动控制箱，还包括设在支架上与蓄电池连接的太阳能电池板；水泵、曝气机与自动控制箱内的PLC控制器电气连接；水下部分包括四周由钢板围起来的多层箱体结构，箱体结构中各层自上而下分别为：不锈钢丝网、生化层、吸磷层、有机质吸附层、细菌屋分解层、纳米管曝气层、不锈钢网架；多层箱体结构由钢支架支撑固定；多层箱体结构下方还设有四周固定在钢支架上的底板，多层箱体结构与底板之间留有空隙即去污泥冲洗层；与水泵连接的水管通入去污泥冲洗层；多层箱体结构上方设有架设在钢支架上的导流防污板；曝气机与纳米管曝气层的纳米曝气管连接。

2.如权利要求1所述的污水河道自动水处理生化反应器，其特征在于，生化层填充的滤料是：生物球、过滤棉或EPS滤珠。

3.如权利要求1所述的污水河道自动水处理生化反应器，其特征在于，吸磷层填充的滤料是：玄武岩、沸石、富铁填料、钙质页岩或钢渣。

4.如权利要求1所述的污水河道自动水处理生化反应器，其特征在于，有机质吸附层填充的滤料是：活性炭或纤维球。

5.如权利要求1所述的污水河道自动水处理生化反应器，其特征在于，细菌屋分解层填充的滤料是培养硝化细菌的生物滤材，包括生物培菌球、生化棉、陶粒中的一种。

6.如权利要求1所述的污水河道自动水处理生化反应器，其特征在于，生化层、吸磷层、有机质吸附层和细菌屋分解层，每层滤料的填充密度在70-80％。