CN108423949B - 一种多级箱式一体化生物床组合装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多级箱式一体化生物床组合装置及其使用方法，包括依次串联连接的上流式好氧反应器、上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器；该生物床组合装置全淹没在水中，水流从上流式好氧反应器的进水口进入，依次流经架板、第一回流口、第一溢流口、上流式厌氧固定化细菌反应器中的架板、第二回流口、第二溢流口、沉淀出水器中的架板和第三回流口，最终经由出水口流出，完成对水体的脱氮除磷以及净化作用。本发明的生物床组合装置及其使用方法，节约了能源和空间，在同一反应器内实现重力流‑固定细菌‑硝化聚磷‑反硝化释磷‑沉淀吸附‑污泥清除等组合工艺，且操作简便，适用水质广泛，去除氨氮效率可达85％以上，除磷效率可达70％以上。
Description
技术领域
本发明涉及生物反应器技术领域，特别是涉及一种多级箱式一体化生物床组合装置及其使用方法。
背景技术
我国近十年来城镇化发展速度加快和环保设施的不完善，排入自然水体的污水量迅速增加，污染导致水体厌氧严重，水中H+、HS-、S2-与Fe2+、Mn2+等离子发生系列反应，以及污染有机物的厌氧分解，产生FeS和MnS等灰黑色不容悬浮物质和H2S、CH4、NH3等臭味气体，形成黑臭水体。根据第一轮全国黑臭水体摸底排查结果，截至2016年2月18日，在全国295座地级及以上城市中，已认定的黑臭水体总数1861个。在排查上报的全部黑臭水体中，河流数量占比最高，共1595条，达85.7％，总长度约为5596km，湖、塘共266个占比为14.3％；而重度污染水体数量占比则达到33.5％，因此，我国重污染和黑臭水体的水质改善治理已迫在眉睫。
氨氮和磷是重污染水体治理的关键指标。传统河道去除氨氮的措施一般是在水体中投加活性炭等物理吸附剂，或絮凝剂等化学药剂，或投加微生物制剂。但前两者的方式去除氨氮效果不稳定，且投资和运行费用高昂，还会产生二次污染等问题，水质不能满足地表水标准。而直接投加微生物制剂的方式中，在有一定流速的水体，存在生物量流失严重需要反复投加等问题；同时微生物在分解过程中形成的颗粒污泥大量沉降在水体底部，营养盐会累积和重新释放氮磷，形成二次污染污泥。因此，需要建立一种新型的、节能环保的脱氮除磷系统对我国重污染和黑臭水体的污染治理具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种多级箱式一体化生物床组合装置及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，可实现非动力的一体化脱氮除磷，途径较短，无需碱度补偿和投加有机碳源，节约了大量能源和运行成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种多级箱式一体化生物床组合装置，包括依次串联连接的上流式好氧反应器、上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器；所述上流式好氧反应器顶部封闭，顶部一侧开设有进水口，上部架设有倾斜放置有两块架板，底部设置有搅拌装置，底部一侧开设有第一回流口，所述第一回流口外侧固定设置有一连接板，连接板的顶端为第一溢流出水口；所述上流式厌氧固定化细菌反应器的进水口与所述第一溢流出水口连通，所述上流式厌氧固定化细菌反应器中倾斜放置有架板，且底部设置有搅拌装置，底部一侧开设第二回流口，所述第二回流口外侧设有一连接板，连接板的顶端为第二溢流出水口；所述第二溢流出水口与所述沉淀出水器的进水口连接，所述沉淀出水器中水平架设有架板，底部一侧开设有第三回流口，所述第三回流口外侧设有连接板，连接板顶端与出水口连通。
可选的，所述上流式好氧反应器中的架板分别架设在其上、中部的内壁，且架板的倾斜角度为15°；所述上流式厌氧固定化细菌反应器中的架板也为两层倾斜15°架设的架板。
可选的，所述上流式好氧反应器中两层架板的上方分别装填长纤维过滤棉材料和YGL-1型三维棉填料，底层的架板下方装填有PVC十字毛刷填料，填料上附着有固定化硝化细菌和聚磷细菌等好氧菌群。
可选的，所述上流式厌氧固定化细菌反应器中的每层架板上方装填有附着反硝化细菌释磷细菌等菌群的YTM-2、YXJ-1和YXJ-2型填料；所述沉淀出水器中的架板上方装填有活性炭、钙质膨润土和细砂等填料。
可选的，所述上流式好氧反应器和上流式厌氧固定化细菌反应器底部的搅拌装置的转动轴插设在轴套中，所述转动轴的底部连接一浆片。
可选的，所述上流式好氧反应器上还开设有曝气口、PH探头伸入口和DO探头伸入口，分别连接曝气头、PH探头和DO探头；所述上流式好氧反应器还连接有一循环潜水泵。
可选的，所述第一溢流出水口和第二溢流出水口处均连接有布水器分别对所述上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器进行布水。
可选的，所述上流式好氧反应器、上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器的侧壁上均设有不同高度的多个采样口，各个所述采样口均通过阀门控制开合。
可选的，所述上流式好氧反应器和上流式厌氧固定化细菌反应器均是上部为长方体下部为锥形体的结构，下部的锥形体为沉淀仓，所述沉淀仓的底端开设有出泥口；所述沉淀出水器为长方体结构。
本发明还提供一种多级箱式一体化生物床组合装置的使用方法，应用于上述的多级箱式一体化生物床组合装置，包括以下步骤：
污水进入上流式好氧反应器，由架板、过滤材料截留杂质使污水和气流从水流通道四周流入上方反应室，避免由于气流水流过大而影响硝化菌的附着效果，并同时在YGL-1型三维棉填料和PVC十字毛刷填料的存在下进行硝化反应；
上流好氧反应器分离出生物膜脱落污泥落入反应器的底部锥形体沉淀仓内，由管道输送出反应器，通过搅拌装置防止污泥出口的堵塞；
上流式好氧反应器的出水进入上流式厌氧固定化细菌反应器，由上流厌氧式固定化细菌反应器内部的多种菌群混合体对污水中的污染物进行降解，去除污水中溶解性有机碳和有机氮，同时进行反硝化反应，去除氨氮，出水进入沉淀出水器；
上流式厌氧固定化细菌反应器出水进入沉淀出水器，固定的架板上装填有活性炭、钙质膨润土和细砂等沉淀吸附材料，对入水进行悬浮物颗粒物的吸附去除，出水排入河道水体。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1)本发明的生物床组合装置具体为全淹没多级箱式一体化脱氮除磷生物床组合装置，与公知装置相比节约了能源，节省了空间，在同一反应器内实现重力流-固定细菌-硝化聚磷-反硝化释磷-沉淀吸附-污泥清除等组合工艺，且操作简便，适用水质广泛，去除氨氮效率可达85％以上，除磷效率可达70％以上。
2)本发明的生物床组合装置中的上流好氧反应器，能有效去除氨氮，提高硝氮浓度，有利于上流厌氧固定化细菌反应器，高效执行反硝化反应与去除生物有效性较高的有机氮组分，利于重污染污水安全排放至天然水体。
3)本发明的生物床组合装置中全程采用重力动力流方式，不设进水泵，能节约50％的能源；
4)本发明的生物床组合装置中上流式厌氧固定化细菌反应器中释放的磷，在沉淀出水器中得到吸附沉降，磷去除率达到50％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多级箱式一体化生物床组合装置的整体结构示意图；
其中，A上流式好氧反应器；B上流式厌氧固定化细菌反应器；C沉淀出水器；1架板；2PH探头；3曝气头；4DO探头；5过滤棉填料；6三维棉填料；7十字毛刷填料；8附着有反硝化细菌的填料；9细菌屋；10布水器；11搅拌装置；a进水口；b采样口；c探头伸入口；d第一回流口；e第一溢流口；f第二回流口；g第二溢流口；h第三回流口；i出水口。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的目的是提供一种多级箱式一体化生物床组合装置及其使用方法，以解决上述现有技术存在的问题，可实现非动力的一体化脱氮除磷，途径较短，无需碱度补偿和投加有机碳源，节约了大量能源和运行成本。
本发明提供的多级箱式一体化生物床组合装置，包括依次串联连接的上流式好氧反应器、上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器；上流式好氧反应器顶部封闭，顶部一侧开设有进水口，上部架设有倾斜放置有两块架板，底部设置有搅拌装置，底部一侧开设有第一回流口，第一回流口外侧固定设置有一连接板，连接板的顶端为第一溢流出水口；上流式厌氧固定化细菌反应器的进水口与第一溢流出水口连通，上流式厌氧固定化细菌反应器中倾斜放置有架板，且底部设置有搅拌装置，底部一侧开设第二回流口，第二回流口外侧设有一连接板，连接板的顶端为第二溢流出水口；第二溢流出水口与沉淀出水器的进水口连接，沉淀出水器中水平架设有架板，底部一侧开设有第三回流口，第三回流口外侧设有连接板，连接板顶端与出水口连通。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，其中，图1为本发明多级箱式一体化生物床组合装置的整体结构示意图。
如图1所示，本发明提供一种多级箱式一体化生物床组合装置，包括依次串联连接的上流式好氧反应器A、上流式厌氧固定化细菌反应器B和沉淀出水器C；上流式好氧反应器A顶部封闭，顶部一侧开设有进水口a，上部架设有倾斜放置有两块架板1，底部设置有搅拌装置11，底部一侧开设有第一回流口d，第一回流口d外侧固定设置有一连接板，连接板的顶端为第一溢流出水口e；上流式厌氧固定化细菌反应器B的进水口与第一溢流出水口e连通，上流式厌氧固定化细菌反应器B中倾斜放置有架板1，且底部设置有搅拌装置11，底部一侧开设第二回流口f，第二回流口f外侧设有一连接板，连接板的顶端为第二溢流出水口g；第二溢流出水口g与沉淀出水器C的进水口连接，沉淀出水器C中水平架设有架板1，底部一侧开设有第三回流口h，第三回流口h外侧设有连接板，连接板顶端与出水口i连通。
上流好氧反应器A和上流式厌氧固定化细菌反应器B中分离出生物膜脱落污泥落入反应器的底部锥形体沉淀仓内，由管道输送出反应器，通过搅拌装置11防止污泥出口j的堵塞。
该生物床组合装置全淹没在水中，水流从上流式好氧反应器A的进水口a进入，依次流经架板1、第一回流口d、第一溢流出水口e、上流式厌氧固定化细菌反应器B中的架板1、第二回流口f、第二溢流出水口g、沉淀出水器C中的架板1和第三回流口h，最终经由出水口i流出，完成对水体的脱氮除磷以及净化作用。
架板1上开设有可供水流通过的出水孔，上流式好氧反应器A中的架板1分别架设在其上、中部的内壁，且架板1的倾斜角度为15°，由架板1、挡板和水流通道组成杂质与液相分离的两相好氧反应器；上流式厌氧固定化细菌反应器B中的架板1也为两层倾斜15°架设的架板，由架板1、挡板和水流通道组成杂质与液相分离的两相厌氧固定化细菌反应器。
上流式好氧反应器A中架板1的上方装填有粗纤维过滤棉材料5，架板1上方装填有YGL-1型三维棉填料6，架板1下方装填有PVC十字毛刷填料7固定硝化细菌和聚磷菌，进行硝化反应和聚磷反应；上流式好氧反应器A的侧壁1个采样口b，采样口b采用阀门控制。上流式好氧反应器A进水口与沉淀出水器C出水进行循环回流，其作用主要有三个：
第一，上流厌氧固定化细菌反应器B未处理完全的氨氮回流至上流式好氧反应器A入口进行再一次处理，由此提高上流式好氧反应器A的硝化效率；
第二，可达到稀释进水氨氮的目的，降低了上流式好氧反应器A的氨氮运行负荷，上流式反应器A还配有潜水泵，用于进出水循环调节。
第三，可达到降低出水磷浓度的目的，经沉淀出水器C吸附后的磷通过上流式好氧反应器A聚磷菌的磷吸收，降低了上流式厌氧固定化细菌反应器B进水磷浓度，从而降低了排放入自然水体磷浓度的目的。
上流式好氧反应器A的锥形体底部设有出泥口，出泥口上方设有设置有搅拌装置11；搅拌装置11的转动轴插设在轴套中，转动轴的底部连接一浆片，本实施例中的浆片为梯形且中空的浆片。
上流式好氧反应器A长方体底部的第一回流口d连接至上流式厌氧固定化细菌反应器B的进水口，进水口上方设置有布水器10；上流式厌氧固定化细菌反应器B的壳体为长方体+锥形体，顶部封闭，布水器10下方架板上装填有附着反硝化细菌的填料8和有机物降解细菌YTM-2、YXJ-1和YXJ-2型生物床填料共同构成细菌屋9。
上流式厌氧固定化细菌反应器B的上方开设有物料添加口，用于添加反硝化细菌、有机物降解细菌和有机碳源，进行反硝化、有机物降解和释磷反应；上流式厌氧固定化细菌反应器B的锥形体底部设有出泥口，出泥口上方设有设置有搅拌装置11；搅拌装置11的转动轴插设在轴套中，转动轴的底部连接一浆片，本实施例中的浆片为梯形且中空的浆片。
上流式厌氧固定化细菌反应器B长方体底部的第二回流口f通过溢流装置连接至沉淀出水器C的进水口，进水口上方设置有布水器10；布水器10架板下方上装填有活性炭、钙质膨润土、细砂、麦饭石等填料，用于吸附上流式厌氧固定化细菌反应器B释放的磷。
本发明利用上述全淹没多级箱式一体化脱氮除磷生物床组合装置进行污水脱氮除磷处理的方法：
本发明的两相分离器将上流式好氧反应器A分为上下两层反应室，上层是分离杂质的过滤层，下层是全程自养硝化和磷吸收反应室，出水通过溢流后收集布水进入上流式厌氧固定化细菌反应器B。两相分离器可有效防止进水中的杂质进入下层反应室，有利于下层反应室进行反硝化反应和细菌吸收磷的反应。同时还可有效截留住因较高负荷或较大曝气气流导致的菌群附着不稳脱落，确保了上流式好氧反应器A的硝化和磷吸收效率。
上流式好氧反应器A和上流式厌氧固定化细菌反应器B底部均有中空梯形搅拌的装置主要可实现两个功能：
第一，两反应器底部呈锥形，正常运行后大量污泥堆砌于底部，容易堵塞，充分搅拌易于污泥从输泥管道清出系统；
第二，上流式厌氧固定化细菌反应器B中的中空梯形搅拌装置11并不会使反应器底部污泥全部旋转起来，而是在达到均匀混合的前提下，有利于创造污泥内外层厌氧和缺氧的交替反应环境，避免过度厌氧，增加颗粒污泥的稳定性，提高反硝化细菌的脱氮效率。
上流式好氧反应器A的出水进入上流式厌氧固定化细菌反应器B，由上流式厌氧固定化细菌应器B内部的多功能藻群混合体对污水中的污染物进行降解并去除污水中具有较高生物可利用性的可溶性有机氮，出水溢流入沉淀出水器C。对于碳氮比极低的污水，从上流式厌氧固定化细菌反应器B的物料添加口添加有机碳源发生反硝化反应，以达到更高的脱氮效率。
上流式好氧反应器A上还开设有曝气口、PH探头伸入口和DO探头伸入口，分别连接曝气头3、PH探头2和DO探头4；上流式好氧反应器A、上流式厌氧固定化细菌反应器B和沉淀出水器C的顶端还设置有探头伸入口c，可以用来进行其他指标的探头伸入测试。
本发明的生物床组合装置启动运行方法：
本发明的全淹没多级箱式一体化脱氮除磷生物床组合装置在启动运行前，采用先培养硝化细菌、LH菌、JR菌和YB系列功能菌群，且待上流式好氧反应器A稳定后，接种硝化菌和聚磷细菌，向上流式反应器A曝气并控制曝气量，同时逐步提高进水氨氮含量(最终进水全部为氨氮)，使得通过硝化细菌和聚磷细菌氨氮大部分转化成为硝态氮，这一过程氨氮的去除率可高达60％；再通过YGL-1型三维棉填料6和PVC十字毛刷填料7固定好氧功能菌群，可使氨氮去除率达到75％。上流式厌氧固定化细菌反应器B中加入附着调节溶解氧的LH菌群，反硝化和释磷的JR菌和YB菌群，与总氮去除率可达60％以上。上流式厌氧固定化细菌反应器B出水连接到沉淀出水器C，部分氨氮和磷经过活性炭、沸石和细砂吸附，钙质膨润土和麦饭石调节ORP和pH，进一步脱氮除磷，可使氮磷去除率分别达到85％和70％。本发明实现了同一反应器进行硝化磷吸收-反硝化释磷-沉淀吸附一体化工艺过程，节省了大量空间和能源，且具有较高的脱氮除磷效率。
上流式厌氧固定化细菌反应器B的添加：
被生活污水污染的自然水体中富含大量各种形态的溶解性有机碳和有机氮等有机污染物，这些有机物首先被部分细菌矿化成小分子碳水化合物、氨氮、硝氮，再被其他细菌吸收利用，而磷则以沉淀污泥的形式排出系统。本发明的上流式厌氧固定化细菌反应器B通过多种有代谢关系的功能菌群混合高效分解利用溶解性有机污染物组分，大大降低出水中氮磷含量，进而降低其排入到天然水体后导致水体厌氧分解而黑臭的风险。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：包括依次串联连接的上流式好氧反应器、上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器；所述上流式好氧反应器顶部封闭，顶部一侧开设有进水口，上部架设有倾斜放置有两块架板，底部设置有搅拌装置，底部一侧开设有第一回流口，所述第一回流口外侧固定设置有一连接板，连接板的顶端为第一溢流出水口；所述上流式厌氧固定化细菌反应器的进水口与所述第一溢流出水口连通，所述上流式厌氧固定化细菌反应器中倾斜放置有架板，且底部设置有搅拌装置，底部一侧开设第二回流口，所述第二回流口外侧设有一连接板，连接板的顶端为第二溢流出水口；所述第二溢流出水口与所述沉淀出水器的进水口连接，所述沉淀出水器中水平架设有架板，底部一侧开设有第三回流口，所述第三回流口外侧设有连接板，连接板顶端与出水口连通；
所述上流式好氧反应器中的架板分别架设在其上、中部的内壁，且架板的倾斜角度为15°；所述上流式厌氧固定化细菌反应器中的架板也为两层倾斜15°架设的架板；所述上流式好氧反应器中两层架板的上方分别装填长纤维过滤棉材料和YGL-1型三维棉填料，底层的架板下方装填有PVC十字毛刷填料，填料上附着有固定化硝化细菌和聚磷细菌；
所述上流式厌氧固定化细菌反应器中的每层架板上方装填有附着反硝化细菌释磷细菌的YTM-2、YXJ-1和YXJ-2型填料；所述沉淀出水器中的架板上方装填有活性炭、钙质膨润土和细砂。
2.根据权利要求1所述的多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：所述上流式好氧反应器和上流式厌氧固定化细菌反应器底部的搅拌装置的转动轴插设在轴套中，所述转动轴的底部连接一浆片。
3.根据权利要求1所述的多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：所述上流式好氧反应器上还开设有曝气口、PH探头伸入口和DO探头伸入口，分别连接曝气头、PH探头和DO探头；所述上流式好氧反应器还连接有一循环潜水泵。
4.根据权利要求1所述的多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：所述第一溢流出水口和第二溢流出水口处均连接有布水器分别对所述上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器进行布水。
5.根据权利要求1所述的多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：所述上流式好氧反应器、上流式厌氧固定化细菌反应器和沉淀出水器的侧壁上均设有不同高度的多个采样口，各个所述采样口均通过阀门控制开合。
6.根据权利要求1所述的多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：所述上流式好氧反应器和上流式厌氧固定化细菌反应器均是上部为长方体下部为锥形体的结构，下部的锥形体为沉淀仓，所述沉淀仓的底端开设有出泥口；所述沉淀出水器为长方体结构。
7.一种多级箱式一体化生物床组合装置的使用方法，应用于权利要求1-6中任一项所述的多级箱式一体化生物床组合装置，其特征在于：包括以下步骤：
污水进入上流式好氧反应器，由架板、过滤材料截留杂质使污水和气流从水流通道四周流入上方反应室，避免由于气流水流过大而影响硝化菌的附着效果，并同时在YGL-1型三维棉填料和PVC十字毛刷填料的存在下进行硝化反应；
上流好氧反应器分离出生物膜脱落污泥落入反应器的底部锥形体沉淀仓内，由管道输送出反应器，通过搅拌装置防止污泥出口的堵塞；
上流式好氧反应器的出水进入上流式厌氧固定化细菌反应器，由上流厌氧式固定化细菌反应器内部的多种菌群混合体对污水中的污染物进行降解，去除污水中溶解性有机碳和有机氮，同时进行反硝化反应，去除氨氮，出水进入沉淀出水器；
上流式厌氧固定化细菌反应器出水进入沉淀出水器，固定的架板上装填有活性炭、钙质膨润土和细砂，对入水进行悬浮物颗粒物的吸附去除，出水排入河道水体。
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