CN108328725A - 一种波导强化光传输的光生物污水处理系统 - Google Patents

一种波导强化光传输的光生物污水处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，包括：进水池，与进水池经管道连接的反应池，该反应池内设有数对上挡板及下挡板，将反应池分隔成附着反应区和悬浮反应区，附着反应区内竖直放置有若干光波导载体，悬浮反应区内底部装有曝气管，该曝气管与反应池外的进气泵相联构成曝气组件。本发明将生物附着载体和发光表面合二为一，使得整体结构紧凑，克服一般光生物反应器装置中光源利用效率低的缺点；悬浮和附着生物反应系统交替排布，处理效率高，可获得较高的藻类生物量。污水在挡板的引导下以折流的方式流动，处理效果好，操作运行简单且能耗低。

Description

一种波导强化光传输的光生物污水处理系统
技术领域
本发明属于污水处理技术与设备领域，尤其是涉及一种波导强化光传输的光生物污水处理系统。
背景技术
污水中有机物及氮磷含量高，造成了黑臭水体和富营养化等众多环境问题。全球经济的快速发展，能源消耗量日益增加，回收藻类生物质以实现废水资源化得到广泛的关注。将光生物反应器用于污水处理中可以妥善地解决污水的脱氮除磷和有机物去除问题，而且光生物反应器一般体积较小，运行方便，更加适合小型污水体系或原位污水处理体系。与此同时，光生物反应器中的藻类还可以固定CO2以减轻温室效应，对藻类进行回收可以有效地实现污水的资源化利用。光生物反应器的原理是利用菌藻共生技术处理污水。在菌藻共生系统中，藻类通过光合作用释放出氧气供给好氧型微生物进行代谢活动，而好氧型微生物对有机污染物进行氧化分解，代谢产物二氧化碳、无机氮、磷化合物又供给藻类作为光合作用的碳源和营养盐。
传统的光生物反应器，比如高效藻类塘，由于水深的限制及藻类细胞的互相遮挡，光的传输会受到很大的影响，因此传统的光生物反应器的水深一般较浅，占地面积大。光生物反应器中，菌藻共生体系的聚集状态可分为悬浮态和附着态。含悬浮态菌藻共生体系的光生物反应器中，藻类浓度较低，不便于回收。而含附着态菌藻共生体系，即菌藻生物膜的光生物反应器中，藻类与CO2接触不充分，生长受限，致使生物量少处理效果不理想。
目前，利用光生物反应器处理污水的系统已经存在。公开号为CN101891300A的中国专利公开了一种光生物污水处理设备。其将紫外光灯管置于同心玻璃圆管中提供光源，将光催化氧化和生物处理作用相结合，根据污水性质的不同，可采用不同的运行处理方式，适应于高浓度或难降解的高浓度和低浓度污水，以及低浓度和高浓度的生产或生活污水的处理，尽可能大的节省投资，降低运行成本，减少占地。但是其提供光源的装置复杂且防水要求高，并且曝气装置和生物膜纤维填料没有分开，不利于生物膜的生长。公开号为CN105110582A的中国专利公开了一种基于生物膜反应器和光生物反应器的污水处理系统。其利用生物膜反应器与光生物反应器相结合构建的污水净化系统，具有对污染物去除效率高、出水水质稳定、剩余污泥产量低、处理效率高等优点。但是太阳能光源系统的光能利用效率不高，光传输受限，并且其光反应中藻类成悬浮态不便于藻类的回收。
上述两项专利均为光生物反应器处理污水，实现高效地污染物去除。但前者供光装置复杂，并且存在曝气影响生物膜形成的缺点；后者的光传输受限且藻类回收困难。在高效利用光源、实现污水处理和藻类回收同步进行等方面，存在着一定的局限性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种波导强化光传输的光生物污水处理系统及其应用，能够高效去除水中有机物和氮磷等污染物、充分利用光源实现藻类回收。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，包括进水池和进水泵，进水阀，出水阀，设有上挡板和下挡板的反应池；所述的反应池被挡板分隔成附着反应区和悬浮反应区；所述的附着反应区内有若干光波导载体，所述的光波导载体包括光源和波导载体两个部分；将所述的光波导载体竖直地放置在附着反应区内；所述的悬浮反应区内底部装有曝气管，与进气泵相联构成曝气组件。
所述的波导载体为透明材质，可以作为生物膜生长的载体，可由聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等材料制作；
所述的波导载体侧面为锯齿状，锯齿状的凹陷处为光散射中心，为达到良好的聚光作用，凹陷处的深度为5-20mm，凹陷处形成的角度为80°-110°。
所述的光源可以为自然光源也可以为人工光源，选用人工光源时可以采用荧光灯或LED灯。
所述的上挡板上端竖直，下端倾斜，为便于引流，倾斜角度设为40°-50°，上挡板底部距池底10-20cm，所述的下挡板整体竖直，下挡板上端距池顶10-20cm。
所述的附着反应区和悬浮反应区交替分布，体积之比为1:1-2:3。
所述的曝气组件的进气主要以CO2为主，进气可以为经过过滤的工业废气。
所述的反应池的附着反应区和悬浮反应区均需要接种活性污泥和藻类，藻类可以为耐污能力强的小球藻或栅藻、铜绿微囊藻等。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明利用光波导载体强化光传输，克服了传统光生物反应器中光传输受限的缺陷；光波导载体表面为锯齿状，凹陷处可以作为光散射中心，集中光源提高利用效率，同时凹陷处也可以作为菌藻生物膜的附着点，发光表面和生物膜载体合二为一，使得整体结构紧凑，占地面积小。
2、本发明中附着反应区和悬浮反应区交替分布，分区利于藻类回收的实现；附着反应区的菌藻生物膜的生长不受曝气影响，可以获得较高的生物量，便于藻类回收；而悬浮反应区中菌藻共生体系充分与接触，获得充足的C源，实现CO2的固定。
3、本发明中反应池内的污水流态为折流，污水中的有机物以及氮磷等营养盐与菌藻系统之间反应充分，因此出水水质较高。
4.本发明中曝气的进气可以为过滤除粉尘后的烟道气等工业废气，实现废水废气同步治理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为光波导载体的结构示意图。
图中，1-进水阀，2-出水阀，3-反应池，31-附着反应区，32-悬浮反应区，4-上挡板，5-下挡板，6-曝气管，71-光源，72-光波导载体，8-进水池，9-进水泵，10-进气泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，该系统包括进水池8和进水泵9，进水阀1，出水阀2，设有上挡板4和下挡板5的反应池3；该反应池被挡板分隔成附着反应区31和悬浮反应区32；附着反应区31内有若干光波导载体；将光波导载体竖直地放置在附着反应区31内；悬浮反应区32内底部装有曝气管6，与进气泵10相联构成曝气系统。上挡板4上端竖直，下端倾斜，为便于引流倾斜角度设为45°，上挡板底部距池底20cm，下挡板5整体竖直，下挡板上端距池顶20cm。附着反应区31和悬浮反应区32交替分布，体积之比为1:1。
由图2所示，光波导载体为透明材质，包括光源71和波导载体72两个部分，可以作为生物膜生长的载体，由有机玻璃(PMMA)制成，另外也可以采用聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)等其他透明材质的材料制作得到。波导载体侧面为锯齿状，锯齿状的凹陷处为光散射中心，为达到良好的聚光作用，凹陷处的深度为5mm，凹陷处形成的角度为90°。采用LED灯作为光源。曝气系统的进气采用经过过滤除粉尘后的烟道气。
本实施例装置在使用前先接种活性污泥和小球藻，待波导载体的凹陷处形成菌藻生物膜后再打开进水阀和出水阀，实现连续地进出水。当进水COD浓度为500mg/L，进水氨氮浓度为60mg/L，进水总磷3mg/L时，出水COD浓度为48mg/L，出水氨氮浓度为8mg/L，出水总磷0.5mg/L时，COD、氨氮、总磷去除率为90.4％、86.7％，83.3％。
实施例2
一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其结构与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中，上挡板的下端的倾斜角度设置为40°，这是为了方便引流能够设置的最小的倾斜角度，另外，使用的波导载体侧面为锯齿状，锯齿状的凹陷处为光散射中心，为达到良好的聚光作用，凹陷处的深度为10mm，凹陷处形成的角度为80°。
实施例3
一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其结构与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中，上挡板的下端的倾斜角度设置为50°，这是为了方便引流能够设置的最大的倾斜角度，另外，使用的波导载体侧面为锯齿状，锯齿状的凹陷处为光散射中心，为达到良好的聚光作用，凹陷处的深度为20mm，凹陷处形成的角度为110°。
实施例4
一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其结构与实施例1大致相同，不同之处在于，本实施例中，交替分布的附着反应区和悬浮反应区的体积之比为2:3，采用自然光源作为光波导载体的光源。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，该处理系统包括：
进水池(8)，与进水池(8)经管道连接的反应池(3)，该反应池内设有数对上挡板(4)及下挡板(5)，将反应池(3)分隔成附着反应区(31)和悬浮反应区(32)，所述的附着反应区(31)内竖直放置有若干光波导载体，所述的悬浮反应区(32)内底部装有曝气管(6)，该曝气管(6)与反应池(3)外的进气泵(10)相联构成曝气组件。
2.根据权利要求1所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的光波导载体包括光源(71)和波导载体(72)，所述的光源设置在反应池(3)外，所述的波导载体(72)竖直设置在附着反应区(31)内。
3.根据权利要求2所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的波导载体(72)为生物膜生长的载体，为透明材质，由聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)或有机玻璃(PMMA)材料制作。
4.根据权利要求2或3所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的波导载体(72)的侧面为锯齿状，锯齿状的凹陷处为光散射中心，凹陷处的深度为5-20mm，凹陷处形成的角度为80°-110°。
5.根据权利要求2所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的光源(71)为自然光源也可以为人工光源，选用人工光源时优选荧光灯或LED灯。
6.根据权利要求1所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的上挡板(4)上端竖直，下端倾斜，倾斜角度设为40°-50°，上挡板底部距池底10-20cm，所述的下挡板(5)整体竖直，下挡板上端距池顶10-20cm。
7.根据权利要求1所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的附着反应区(31)和悬浮反应区(32)交替分布，体积之比为1:1-2:3。
8.根据权利要求1所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的进水池(8)与反应池(3)的连接管道上设有进水阀(1)及进水泵(9)，反应池(3)的出水管道上设有出水阀(2)。
9.根据权利要求1所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的曝气组件的进气主要以CO2为主，进气可以为经过过滤的工业废气。
10.根据权利要求1所述的一种波导强化光传输的光生物污水处理系统，其特征在于，所述的反应池(3)的附着反应区(31)和悬浮反应区(32)内均接种活性污泥和藻类，所述的藻类为耐污能力强的小球藻或栅藻、铜绿微囊藻。
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