CN107162316A

CN107162316A - 一体化废水处理光合细菌膜生物反应器

Info

Publication number: CN107162316A
Application number: CN201710355018.7A
Authority: CN
Inventors: 张光明; 彭猛; 杨安琪; 孟帆; 陈杨
Original assignee: Renmin University of China
Current assignee: Renmin University of China
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-09-15

Abstract

本发明提供一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，包括具有腔体的外壳、第一隔离板和第二隔离板；第一隔离板和第二隔离板将腔体由左至右依次分为预处理区、光合细菌降解区以及菌水分离区；其中，预处理区设置有与外界连通的进水口，菌水分离区内部设置有用于菌水分离的超滤平板膜组件，光合细菌降解区顶部对应的外壳为透光外壳且光合细菌降解区盛有光合细菌菌液；第一隔离板的上部设置有第一通孔区，第一通孔区用于连通预处理区和光合细菌降解区，第二隔离板的上部设置有第二通孔区，第二通孔区用于连通光合细菌降解区和菌水分离区。本发明结构简单，易于操作，稳定性强，而且能够以光合细菌处理技术实现废水中污染物的高效去除。

Description

一体化废水处理光合细菌膜生物反应器

技术领域

本发明涉及一种废水处理装置，尤其涉及一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，属于环境工程技术领域。

背景技术

随着经济的增长，工业废水的产量逐日增加，与此同时水资源也日益匮乏，因此，如何高效且低成本的处理工业废水成为水处理行业必须要面对的问题。

以食品加工废水为代表的多种高浓度有机废水中营养物含量高，且一般不含有毒有害物质，如果不经处理直接排入水体，大量营养元素将得不到回收利用，不仅浪费资源，且会消耗水中溶解氧，造成水体富营养化。由于这些废水可生化性好，一般采用生物法，但传统生物法需要消耗大量能量，工艺复杂，费用高，而且会产生大量剩余污泥、带来二次污染。而光合细菌污水处理技术作为近几年的新兴技术，因其工艺简单、在高负条件下有机物降解速率快、耗能少、无剩余污泥不造成二次污染，且菌体可回收等优点，受到广泛关注和研究。

现有光合细菌污水处理技术多采用序批式处理装置。例如，公开号为101712523A的专利公开了“基于光合细菌生物处理的膜生物反应器污水处理方法”，该专利中的反应器由光合细菌反应器、膜分离装置构成，实现了污水处理与菌体回收的目的。但是，采用该反应器处理高浓度有机废水时，无法实现废水连续处理，从而导致总体处理时间过长，菌体回收量小难以形成规模。

除此之外，连续式处理装置多见于对光合细菌的培养或光合细菌产氢上。公开号为203462039U公开了“一种光合细菌悬挂式连续管道培养装置”，公开号为104031834A公开了“一种光合细菌连续反应制氢方法”，都实现了一体化连续流光合细菌的培养或产氢，但上述发明公开的装置和方法因其目的不同，并且装置相对复杂且需密封处理，无法套用于光合细菌处理高浓度有机废水中。

为解决以上问题，本发明公开一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，本装置造价低廉、污染物去除效率高、经处理后废水可达标排放，此外，可同步实现光合细菌菌体的高效回收、极大地消减剩余污泥产生量。

发明内容

本发明提供一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，该反应器不仅结构简单，易于操作，稳定性强，而且能够以光合细菌处理技术实现废水中污染物的高效去除。

本发明提供一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，包括具有腔体的外壳、第一隔离板和第二隔离板；

所述第一隔离板和第二隔离板将所述腔体由左至右依次分为预处理区、光合细菌降解区以及菌水分离区；其中，所述预处理区设置有与外界连通的进水口，所述菌水分离区内部设置有用于菌水分离的超滤平板膜组件，所述光合细菌降解区顶部对应的外壳为透光外壳且所述光合细菌降解区盛有光合细菌菌液；

所述第一隔离板的上部设置有第一通孔区，所述第一通孔区用于连通所述预处理区和光合细菌降解区，所述第二隔离板的上部设置有第二通孔区，所述第二通孔区用于连通所述光合细菌降解区和菌水分离区。

进一步地，所述预处理区设置有排污口以及沉淀组件，其中，所述排污口与外界连通。

进一步地，所述预处理区还设置有与外界连通的加药泵，所述加药泵用于向所述预处理区输送pH调节剂。

进一步地，在所述透光外壳的外部设置有光源，所述光源的光照强度为1000-4000lux；

所述光合细菌降解区内部设置有恒温加热器，所述恒温加热器用于维持所述光合细菌降解区内部温度为15-25℃。

进一步地，所述光合细菌菌液在波长为660nm下的光密度大于0.6。

进一步地，所述超滤平板膜组件上设置有与外界连通的出水管。

进一步地，所述菌水分离区还设置有与外界连通的菌液排放口。

进一步地，所述第一通孔区占所述第一隔离板长度的20-30％，所述第二通孔区占所述第二隔离板长度的20-30％。

进一步地，所述预处理区占所述腔体体积的10-15％，所述光合细菌降解区占所述腔体体积的70-80％，所述菌水分离区占所述腔体体积的10-15％。

进一步地，所述腔体的体积为200-500L，所述壳体的厚度为0.5-1cm，所述壳体的材质为有机玻璃或钢材。

本发明的实施，至少具有如下优势：

1、本发明的反应器结构简单、占地面积小、易于搭建，操作难度低，在一个装置内实现了废水的处理，并且该反应器内部各部分相对独立，工作稳定性强；

2、本发明的反应器能够同时实现废水中污染物的高效去除，COD去除率高，处理后的水能够满足排放标准而直接进行排放，从而能够消减水体污染、促进水生态健康和水体安全；

3、本发明的反应器能够实现菌体的有效回收，大大节省了废水的处理成本。

附图说明

图1为本发明的一体化废水处理光合细菌膜生物反应器的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的一体化废水处理光合细菌膜生物反应器的内部结构示意图，请参考图1，本发明提供一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，包括具有腔体的外壳1、第一隔离板2和第二隔离板3；第一隔离板2和第二隔离板3将腔体由左至右依次分为预处理区4、光合细菌降解区5以及菌水分离区6；其中，预处理区4设置有与外界连通的进水口41，菌水分离区6内部设置有用于菌水分离的超滤平板膜组件61，光合细菌降解区5顶部对应的外壳为透光外壳51且光合细菌降解区5盛有光合细菌菌液；第一隔离板2的上部设置有第一通孔区21(虚线框内)，第一通孔区21用于连通预处理区4和光合细菌降解区5，第二隔离板3的上部设置有第二通孔区31(虚线框内)，第二通孔区31用于连通光合细菌降解区5和菌水分离区6。

本发明的反应器能够独立完成废水的处理流程，即废水的固体物分离、废水的光合细菌降解以及废水的菌水分离。其中，预处理区4用于完成废水的预处理(废水的固体物分离)，光合细菌降解区5用于对预处理后的水进行光合细菌降解，菌水分离区6用于对光合细菌降解后的废水进行菌水分离，从而实现废水的处理。

具体地，第一隔离板2与第二隔离3板将腔体分为三个区域，即预处理区4、光合细菌降解区5以及菌水分离区6，其中光合细菌降解区5处于预处理区4以及菌水分离区6之间，当预处理区4中的水位达到第一隔离板2上的第一通孔区21的高度时，预处理区4中的废水便会通过第一通孔区21自动流入光合细菌降解区5，同样的，当光合细菌降解区5中的水位达到第二隔离板3上的第二通孔区31的高度时，光合细菌降解区5中的废水便会通过第二通孔区31自动流入菌水分离区6，也就是说本发明中的第一隔离板2与第二隔离板3一方面能够实现预处理区4、光合细菌降解区5以及菌水分离区6的分离，一方面又能够实现预处理区4、光合细菌降解区5以及菌水分离区6的连通，从而满足了废水的一体化的连续处理。值得注意的是，第一通孔区21是指在第一隔离板2上部具有通孔的区域，第二通孔区31是指在第二隔离板3上部具有通孔的区域，本发明对第一通孔区21以及第二通孔区31中的通孔的个数不做限制，在图1中，第一通孔区21以及第二通孔区31中各自具有两个通孔。另外，由于第一隔离板2与第二隔离板3既有隔离作用又有连通作用，因此可以将第一通孔区21的长度设置为从第一隔离板2的一端起到第一隔离板2长度的20-30％，第二通孔区31的长度设置为从第二隔离板3的一端起到第二隔离板3长度的20-30％。

为了便于废水的注入，进水口41可以设置在预处理区4顶部空间附近的外壳上，同时，菌水分离区6内的超滤平板膜组件61能够实现光合细菌与水的分离，便于光合细菌菌液的回收以及水的排放，其中，超滤平板膜组件61可以通过购买获得，只要能够实现菌水分离的功效即可。值得注意的是，本发明将光合细菌降解区5顶部对应的外壳设置为透光外壳51，从而满足光合细菌进行降解所需的能量。当然，为了提高降解速率，还可以将光合细菌降解区5在外壳上对应的三个面(底面除外)都设置为透光的。

在具体进行废水处理时，废水先经过进水口41进入预处理区4，进入预处理区4的废水中的固体物颗粒会发生沉降吸附体积逐渐增大，从而沉积在预处理区4的底部，随着废水的进入，预处理区4的水位不断增高，当水位达到第一通孔区21时，沉降后的废水会经过第一通孔区21进入光合细菌降解区5。在光合细菌降解区5内，光合细菌菌液通过光照能够量对废水进行降解，由于废水会一直由进水口41进入预处理区4，因此光合细菌降解区5中的水位也会不断升高，当光合细菌降解区5中的水位上升至第二通孔区31时，降解后的废水会携带部分菌液一起经第二通孔区31进入菌水分离区6。在菌水分离区6内部，由于水能够进入超滤平板膜组件61，而光合细菌会被超滤平板膜组件61隔离在外，因此在菌水分离区6内能够实现菌水分离，从而，完成废水的处理。

本发明的反应器能够实现对废水的一体化连续处理，其中的各功能区域分工明确，并且在一定程度上互不影响相互独立，因此具备较强的工作稳定性。使用本发明反应器能够以光合细菌技术高效快速连续的对废水进行处理，处理后的废水能够达到排放标准从而直接排放。

可以想到的是，为了便于废水的排出，可以在超滤平板膜组件61上设置有与外界连通的出水管610，具体地该出水管610穿过壳体1而与外界连通，从而将处理后的在超滤平板膜组件61内的水进行排放。同时，还可以在菌水分离区6的底部附近的壳体上设置与外界连通的菌液排放口62，从而能够对被超滤平板膜组件61隔离的菌液进行回收，回收的菌液可以放入光合细菌降解区6重新使用，或者将其以菌液形式售卖，用于饲料添加剂。水产养殖饵料添加剂、符合菌肥的制备等等，从而能够降低废水处理的投资成本以及运行费用。

同时，还可以在预处理区4的底部附近的壳体开设一与外界连通的排污口42，对预处理区4内沉降的固体颗粒进行排放收集，从而减少废水处理过程中剩余污泥的排放，进一步降低废水处理对环境的影响。为了加快固体颗粒的聚集沉降速度，可以在预处理区4内设置一沉淀组件43，本发明不限定具体沉淀组件43的类型，只要能够加快固体颗粒的沉淀即可，图1中的沉淀组件43为斜板沉淀组件。为了进一步减少污染，还可以在预处理区4加设一加药泵44，当从进水口41进入的废水过酸或过碱时，可以通过加药泵44向预处理区4中注入相应的pH调节剂，使预处理区4中的废水的pH在7-8.5之间。

由于本发明的处理技术采用的是光合细菌处理技术，因此为了保证光合细菌的降解能力，可以在透光外壳51的外部设置光源52，并使光源52的光照强度为1000-4000lu，这样在白天进行废水处理时，通过透光外壳51既能接收来自外部的自然光，还能够额外接收光源52的能量。同时，还可以在光合细菌降解区5内部设置恒温加热器(未图示)，从而维持光合细菌降解区5内部温度为15-25℃，为光合细菌提供良好的生长与工作环境。为了保证光合细菌能够正常增殖与降解污染物，需要将本发明反应器的光合细菌降解区5中的光合细菌菌液的OD₆₆₀进行限定，本发明中的OD₆₆₀＞0.6。本发明对光合细菌菌液的菌种无特殊要求。

本发明对预处理区4、光合细菌降解区5以及菌水分离区7之间的体积比例并无特殊限制，优选的，可以使预处理区4占腔体体积的10-15％，光合细菌降解区5占腔体体积的70-80％，菌水分离区6占腔体体积的10-15％。

另外，为了保证废水的安全高效处理，可以将腔体的体积设置为200-500L，壳体的厚度为0.5cm，所述壳体的材质为有机玻璃或钢材。

对本发明的一体化废水处理光合细菌膜生物反应器进行如下测试：

采用本发明的一体化废水处理光合细菌膜生物反应器对废水进行处理，其中，腔体体积为300L，预处理区占腔体体积的10％，光合细菌降解区占腔体体积的70％，菌水分离区占腔体体积的20％。其中，设定的反应器的温度为25℃，光源强度为2000lux

本测试中采用的光合细菌为复合菌群，复合菌群中的各类菌均购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院中科院微生物研究所)，其中，沼泽红假单胞菌编号为No.1.8928，深红红螺菌编号为No.1.5005，拟杆菌编号为No.1.5133，梭杆菌编号为No.1.2528。另外，本测试中采用的菌液的OD₆₆₀＝0.8。

将COD浓度为5000mg/L的啤酒废水采用上述一体化废水处理光合细菌膜生物反应器处理，72小时后，在排水口接收到300L的被处理的COD浓度为74mg/L的出水，根据《GB-19821-2005》的规定，使用上述一体化废水处理光合细菌膜生物反应器处理的废水已达到排放标准，可以直接排放。

本发明的一体化废水处理光合细菌膜生物反应器不仅结构简单、易于搭建与操作、稳定性强、造价低廉，而且污染物去除效率极高，经处理后废水可达标排放。此外，可同步实现光合细菌菌体的高效回收、极大地消减剩余污泥产生量。因此，本发明的一体化废水处理光合细菌膜生物反应器对于消减水体污染、促进水生态健康和水体安全具有十分重要的意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种一体化废水处理光合细菌膜生物反应器，其特征在于，包括具有腔体的外壳、第一隔离板和第二隔离板；

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述预处理区设置有排污口以及沉淀组件，其中，所述排污口与外界连通。

3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述预处理区还设置有与外界连通的加药泵，所述加药泵用于向所述预处理区输送pH调节剂。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，在所述透光外壳的外部设置有光源，所述光源的光照强度为1000-4000lux；

5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述光合细菌菌液在波长为660nm下的光密度大于0.6。

6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述超滤平板膜组件上设置有与外界连通的出水管。

7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述菌水分离区还设置有与外界连通的菌液排放口。

8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述第一通孔区占所述第一隔离板长度的20-30％，所述第二通孔区占所述第二隔离板长度的20-30％。

9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述预处理区占所述腔体体积的10-15％，所述光合细菌降解区占所述腔体体积的70-80％，所述菌水分离区占所述腔体体积的10-15％。

10.根据权利要求1-9任一所述的反应器，其特征在于，所述腔体的体积为200-500L，所述壳体的厚度为0.5-1cm，所述壳体的材质为有机玻璃或钢材。