CN109231454A - 一种折流式生活污水处理系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种折流式生活污水处理系统及应用，所述系统包括厌氧折流板反应器与微藻光生物反应器；所述厌氧折流板反应器由用于污水处理的反应腔和包裹在反应腔周围的用于水浴加热的加热腔组成，所述反应腔上端设有废水进口和废水出口；采用本发明厌氧折流板反应器处理农村生活污水，被处理的废水在反应器内沿折流板做升降流动，依次通过每个反应室的污泥床，废水中的基质通过与微生物接触得到去除；利用厌氧消化工艺，将其中的有机物质转化为沼气生物能源；微藻光生物反应器兼具微藻光生物反应器与厌氧折流板反应器的优势，一方面可以深度处理上一段处理后的生活污水，另一方面也可以促进微藻生长，使得氮磷等资源得到充分利用。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种生活污水处理系统，特别涉及一种折流式生活污水处理系统及应用。
(二)背景技术
我国农村生活污水具有面广、分散、来源多、增长快等特征，因此农村生活污水收集、处理与资源化设施建设亟需解决。避免因污水直接排放导致的农村水体、土壤和农产品污染，确保农村地下水及自来水水源的安全和农民身体健康，是新农村建设中加强基础设施建设、推进村庄整治工作的重要内容，也是农村人居环境改善需要解决的迫切问题。
厌氧折流板反应器作为一类高效反应器，具有结构简单、水力条件好、能耗低等一系列优点。厌氧消化技术是将污水处理及其合理利用有机结合，实现污水的资源化。污水中大部分有机物经厌氧消化后产生沼气，消化后的污水中有机物基本被去除，但其中还残余大部分氮、磷、难降解有机物等营养元素，若将这些资源回收利用，将产生更大的环境与经济效益。而微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物。微藻可以用于净化环境，微藻生长中过程中可以有效利用厌氧消化剩余的氮磷、难降解有机物作为基质。同时，微藻中富含的酯类和甘油是制备液体燃料的良好原料，微藻热解制备的生物质燃油热值高。将微生物和微藻混合培养，生产高纯度的乙醇、甲醇、丁烷等能源化合物，微藻最大的可利用之处在于其干细胞中含有70％以上的微藻油，是亚临界生物技术合成生物柴油的最佳原料，是理想的可再生能源。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种折流式生活污水处理系统，为农村生活污水处理提供一种解决方案。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种折流式生活污水处理系统，所述系统包括厌氧折流板反应器与微藻光生物反应器；所述厌氧折流板反应器由用于污水处理的反应腔和包裹在反应腔周围的用于水浴加热的加热腔组成，所述反应腔上端设有废水进口和废水出口；所述加热腔为内部设有加热组件且一端与废水出口连通的腔体；所述反应腔由若干个固定于反应腔底部并与反应腔顶部留有间隙的竖直隔板分成若干个隔室，其中与废水出口连通的隔室为缓冲室，其余隔室均为反应室，每个反应室由一块固定于反应腔顶部并与反应腔底部留有间隙的下端弯曲隔板分隔成降流区和升流区；每个反应室顶部设置有排气口，每个排气口通过管路连通后经气体流量计与集气罐相连通；每个反应室上部和底部分别设置可密闭的第一取样口和可密闭的排泥口(其中取样口和排泥口均设有与反应腔密闭连接的软管，取样后将管口密封)；所述微藻光生物反应器为上端设有第二进水口，并在顶部设有出气口和加料口，底部设有排水口和微藻回收口，侧面设有若干第二取样口(不取样时用软管连接并封闭)；所述微藻光生物反应器内部设有若干第一横隔板和若干第二横隔板(所有第一横隔板之间及第二横隔板之间均平行布置，且第一横隔板数量与第二横隔板数量相等)，其中第一横隔板和第二横隔板交错排列，第一横隔板第一端部固定在第二进水口所在侧壁上，第一横隔板第二端部与第二进水口相对侧壁留有供水通过的间隙；第二横隔板第一端部固定在第二进水口相对侧壁上，第二横隔板的第二端部与第二进水口所在侧壁留有供水通过的间隙；第一横隔板的第二端部和第二横隔板的第二端部均沿微藻光生物反应器轴向向上倾斜；第二进水口流入的水先爬上第一横隔板，然后沉降到第二横隔板，依次折流进入反应器底部；所述厌氧折流板反应腔的废水出口通过管路与微藻光生物反应器的第二进水口连通。
进一步，所述与废水出口连通的隔室为倒三角型缓冲室。
进一步，所述的厌氧折流板反应室均为长方体，优选设有4块竖直隔板，各个反应室总的长、宽、高之比均为1.5-2.5:1：1。
进一步，所述下端弯曲隔板沿水流方向弯曲，且上端竖直和下端弯曲部分之间夹角为120-150°，所述弯曲隔板的高度与反应腔高度之比为0.70-0.90:1。
进一步，所述每个反应室中降流区与升流区的体积比为1:2.5-3.5。
进一步，所述第一取样口距反应腔底部的高度与反应腔高度之比为0.70-0.90:1；排泥口距反应腔底部的高度与反应腔高度之比为0.15-0.25：1。
进一步，所述微藻光生物反应器为上部呈长方体状，长、宽、高之比为1.25-1.85:1:1，底部为圆弧状的腔室，圆弧区最低点与最高点之间的高度与反应器总高度之比为0.10-0.15:1；第一横隔板第一端部及第二横隔板第一端部与侧壁夹角β均为80-85°；所述第一横隔板第一端部及第二横隔板长度与微藻光生物反应器的宽度比均为0.80-0.90:1。
进一步，第二取样口设置在第一横隔板和第二横隔板之间，共设置4个。
本发明还提供一种所述折流式生活污水处理系统在处理生活污水中的应用，所述污水处理方法为：先将厌氧污泥(优选接种污泥体积占各个反应室容积的10-40％)接种至厌氧折流板反应器的反应室中，微藻(优选微藻接体积种量为微藻反应器体积比为1:20-40)接种至微藻光生物反应器内，再将生活污水从污水进口通入厌氧折流板反应器中，污水先流经反应室的降流区和升流区作上下流动，使反应器内水流速度变慢，显著提升处理效率，弯曲隔板可以阻挡反应室内微生物流失，提高沉降性能，并且保持微生物无序运行的同时不产生死角；污水依次通过每个反应室，污水中的有机物通过与厌氧污泥中微生物接触而得到去除；反应生成的气体使得各个反应室内的微生物作上下膨胀和沉淀运行并通过排气口收集至集气罐中，经过厌氧折流板反应器处理后的废水溢流至缓冲区，然后经废水出口，一部分流入加热腔为反应器进行水浴加热，一部分经管路由第二进水口流入微藻光生物反应器中进行深度处理；进入微藻光生物反应器的废水首先需要依靠推流作用缓慢爬升至第一横隔板的第二端部，依靠重力落至第二横隔板，废水需要经过多次推流和重力作用到达反应器底部，废水在上述过程中不断进行扰动，增大了污水中有机物、氮、磷等物质与微生物的接触面积，反应器中的微藻利用营养物质促进自身生长，有效提升处理效率和速率；处理后的废水经排水口排出，微藻经微藻回收出料口采收；通过加料口投加无机碳源(优选所述的无机碳源包括碳酸盐或碳酸氢盐，与微藻同时投加，投加量为60-80g/L)为微藻生长提供二氧化碳，而反应产生的氧气通过反应器顶部出气口释放。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：1)采用厌氧折流板反应器处理农村生活污水，被处理的废水在反应器内沿折流板做升降流动，依次通过每个反应室的污泥床，废水中的基质通过与微生物接触得到去除；利用厌氧消化工艺，将其中的有机物质转化为沼气生物能源；2)厌氧折流板反应生物处理过程中产生的气体可以使微生物固定在各个隔室内作上下膨胀和沉淀运行，可以使反应器内的水流以较慢速度做水平流动；3)厌氧折流板生物处理过程中形成的不同隔室可以根据进入基质的不同而培养出与之相适应的处理效果和运行的稳定性；4)微藻光生物反应器兼具微藻光生物反应器与厌氧折流板反应器的优势，一方面可以深度处理上一段处理后的生活污水，另一方面也可以促进微藻生长，使得氮磷等资源得到充分利用。接种的废水为农村生活污水，主要关注COD、氨氮和总磷这三个指标，对三者的去除率分别可达85.2％、92％和82.7％。微藻的采收生物量约为0.20g/d。
(四)附图说明
图1为本发明折流式生活污水处理系统示意图，1-厌氧折流板反应器，2-折流式微藻光生物反应器，3-反应腔，4-加热腔，5-废水进口，6-废水出口，7-加热组件，8-竖直隔板，9-反应室，10-弯曲隔板，11-降流区，12-升流区，13-排气口，14-气体流量计，15-集气罐，16-第一取样口，17-排泥口，18-第二进水口，19-出气口，20-加料口，21-排水口，22-微藻回收口，23-第二取样口，24-第一横隔板，25-第二横隔板。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
如图1所示，一种折流式生活污水处理系统，包括厌氧折流板反应器1与微藻光生物反应器2；所述厌氧折流板反应器1由用于污水处理的反应腔3和包裹在反应腔周围的用于水浴加热的加热腔4组成，所述反应腔3上端设有废水进口5和废水出口6；所述加热腔4为内部设有加热组件7且一端与反应腔3的废水出口6连通的腔体，使废水从反应腔通过废水出口6流入加热腔并溢流至微藻光生物反应器内；所述反应腔由4个固定于反应腔底部并与反应腔顶部留有间隙的竖直隔板8分成5个隔室9，其中与废水出口6连通的隔室为倒三角型缓冲室，其余隔室均为反应室，每个反应室由一块固定于反应腔顶部并与反应腔底部留有间隙的下端弯曲隔板10分隔成降流区11和升流区12；每个反应室9顶部设置有排气口13，每个排气口13通过管路连通后经气体流量计14与集气罐15相连通；每个反应室上部和底部分别设置可密闭的第一取样口16和可密闭的排泥口17(其中取样口和排泥口均设有与反应腔密闭连接的软管，取样后将管口密封)；所述微藻光生物反应器2为底部椭圆的腔体，上端设有第二进水口18，并在顶部设有出气口19和加料口20，底部设有排水口21和微藻回收口22，侧面设有若干第二取样口23；所述微藻光生物反应器2内部设有若干第一横隔板24(所有第一横隔板平行布置)和第二横隔板25(所有第二横隔板平行布置)，其中第一横隔板和第二横隔板交错排列，第一横隔板第一端部固定在第二进水口所在侧壁上，第一横隔板第二端部与第二进水口相对侧壁留有供水通过的间隙；第二横隔板第一端部固定在第二进水口相对侧壁上，第二横隔板的第二端部与第二进水口所在侧壁留有供水通过的间隙；第一横隔板的第二端部和第二横隔板的第二端部均沿微藻光生物反应器轴向向上倾斜。第二进水口流入的水先爬上第一横隔板，然后沉降到第二横隔板，依次折流进入反应器底部；所述厌氧折流板反应腔3的废水出口5通过管路与微藻光生物反应器2的第二进水口18连通。
所述的厌氧折流板反应器1与微藻光生物反应器2均由透明材料制成。
所述的厌氧折流板反应器1的反应室主体呈长方体状，长、宽、高之比为1.5-2.5:1：1；所述下端弯曲隔板10沿水流方向弯曲，且上端竖直和下端弯曲部分之间夹角α为120-150°；弯曲隔板10的高度与厌氧折流板反应器1反应室高度之比为0.70-0.90:1；所述每个反应室中降流区11与升流区12的体积比为1:2.5-3.5。
所述的厌氧折流板反应器1上部的取样口16距反应器底部的高度与反应器总高度之比为0.70-0.90:1；厌氧折流板反应器1底部排泥口17距反应器底部的高度与反应器总高度之比为0.15-0.25:1。
所述的微藻光生物反应器2主体呈长方体状，长、宽、高之比为1.25-1.85:1:1，底部为圆弧状，圆弧区最低点与最高点之间的高度与反应器总高度之比为0.10-0.15:1；所述第一横隔板和第二横隔板均利用微藻光生物反应器内部凸出部分倾斜固定，倾斜的第一横隔板第一端部及第二横隔板第一端部与侧壁夹角β均为80-85°；所述第一横隔板第一端部及第二横隔板长度与微藻光生物反应器2的宽度比均为0.80-0.90:1。
所述第二取样口设置在第一横隔板和第二横隔板之间，共设置4个。
一种折流式生活污水处理系统处理生活污水的过程如下：先将厌氧污泥接种至每个反应室9中，填充的污泥体积占反应室9总体积的10-40％，同时向微藻光生物反应器2中接种小球藻，体积接种量为1:20-40；再将含有机物、氮、磷等物质的生活污水(COD480mg/L，氨氮45mg/L，总磷5.3mg/L)经管道从废水进口进入厌氧折流板反应器1中，先经降流区11流至升流区12作上下流动，依次通过每个反应室9，废水中的有机物基质通过与微生物接触而得到去除。反应生成的气体使得反应器内的微生物聚集在各个反应室9内作上下膨胀和沉淀运行，使反应器内水流速度变慢，显著提升处理效率。同时，每个反应室9内弯曲隔板10可以阻挡反应室内微生物流失，提高沉降性能，并且保持微生物无序运行的同时不产生死角。各个反应室9产生的生物气体主要通过排气口12收集至集气罐15中。经过厌氧折流板反应器1处理后的废水溢流至缓冲室，然后经废水出口6，一部分流入加热腔为反应器进行水浴加热，一部分经过管路由第二进水口18流入微藻光生物反应器2中进行深度处理。进入微藻光生物反应器2的废水首先需要依靠推流作用缓慢爬升至倾斜放置的第一横隔板24第二端部，在第一横隔板24第二端部依靠重力落下，流至第二横隔板，依次经过多次推流和重力作用到达反应器底部。废水在上述过程中不断进行扰动，增大了污水中有机物、氮、磷等物质与微生物的接触面积，反应器中的微藻利用营养物质促进自身生长，有效提升处理效率和速率。通过加料口20投加的无机碳源(所述的无机碳源包括碳酸盐或碳酸氢盐，碳源和微藻同时投加，投加量均为60-80g/L)可以为微藻生长提供足量的二氧化碳，而产生的氧气通过反应器顶部出气口19释放出去。经微藻光生物反应器2处理后的废水混合大量微藻汇聚至反应器圆弧底部，废水经过排水口21排出，而沉降在圆弧形底部的微藻通过微藻回收出料口22收集、利用。接种的废水为农村生活污水，主要关注COD、氨氮和总磷这三个指标，经处理后对三者的去除率分别可达85.2％、92％和82.7％。微藻的采收生物量约为0.20g/d。
Claims (10)
1.一种折流式生活污水处理系统，其特征在于所述系统包括厌氧折流板反应器与微藻光生物反应器；所述厌氧折流板反应器由用于污水处理的反应腔和包裹在反应腔周围的用于水浴加热的加热腔组成，所述反应腔上端设有废水进口和废水出口；所述加热腔为内部设有加热组件且一端与废水出口连通的腔体；所述反应腔由若干个固定于反应腔底部并与反应腔顶部留有间隙的竖直隔板分成若干个隔室，其中与废水出口连通的隔室为缓冲室，其余隔室均为反应室，每个反应室由一块固定于反应腔顶部并与反应腔底部留有间隙的下端弯曲隔板分隔成降流区和升流区；每个反应室顶部设置有排气口，每个排气口通过管路连通后经气体流量计与集气罐相连通；每个反应室上部和底部分别设置可密闭的第一取样口和可密闭的排泥口；
所述微藻光生物反应器为上端设有第二进水口，并在顶部设有出气口和加料口，底部设有排水口和微藻回收口，侧面设有若干第二取样口；所述微藻光生物反应器内部设有若干第一横隔板和若干第二横隔板，其中第一横隔板和第二横隔板交错排列，第一横隔板第一端部固定在第二进水口所在侧壁上，第一横隔板第二端部与第二进水口相对侧壁留有供水通过的间隙；第二横隔板第一端部固定在第二进水口相对侧壁上，第二横隔板的第二端部与第二进水口所在侧壁留有供水通过的间隙；第一横隔板的第二端部和第二横隔板的第二端部均沿微藻光生物反应器轴向向上倾斜；第二进水口流入的水先爬上第一横隔板，然后沉降到第二横隔板，依次折流进入反应器底部；所述厌氧折流板反应腔的废水出口通过管路与微藻光生物反应器的第二进水口连通。
2.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述与废水出口连通的隔室为倒三角型缓冲室。
3.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述的厌氧折流板反应室均为长方体，各个反应室总的长、宽、高之比均为1.5-2.5:1：1。
4.如权利要求3所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述的厌氧折流板反应室设有4块竖直隔板。
5.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述下端弯曲隔板沿水流方向弯曲，且上端竖直和下端弯曲部分之间夹角为120-150°，所述弯曲隔板的高度与反应腔高度之比为0.70-0.90:1。
6.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述每个反应室中降流区与升流区的体积比为1:2.5-3.5。
7.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述第一取样口距反应腔底部的高度与反应腔高度之比为0.70-0.90:1；排泥口距反应腔底部的高度与反应腔高度之比为0.15-0.25：1。
8.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述微藻光生物反应器为上部呈长方体状，长、宽、高之比为1.25-1.85:1:1，底部为圆弧状的腔室，圆弧区最低点与最高点之间的高度与反应器总高度之比为0.10-0.15:1。
9.如权利要求1所述折流式生活污水处理系统，其特征在于所述第一横隔板第一端部及第二横隔板第一端部与侧壁夹角β均为80-85°；所述第一横隔板第一端部及第二横隔板长度与微藻光生物反应器的宽度比均为0.80-0.90:1。
10.一种权利要求1所述折流式生活污水处理系统在处理生活污水中的应用，其特征在于所述污水处理方法为：先将厌氧污泥接种至厌氧折流板反应器的反应室中，微藻接种至微藻光生物反应器内，再将生活污水从污水进口通入厌氧折流板反应器中，污水先流经反应室的降流区和升流区作上下流动，污水依次通过每个反应室，污水中的有机物通过与厌氧污泥中微生物接触而得到去除；反应生成的气体使得各个反应室内的微生物作上下膨胀和沉淀运行并通过排气口收集至集气罐中，经过厌氧折流板反应器处理后的废水溢流至缓冲区，然后经废水出口，一部分流入加热腔为反应器进行水浴加热，一部分经管路由第二进水口流入微藻光生物反应器中进行深度处理；进入微藻光生物反应器的废水首先需要依靠推流作用缓慢爬升至第一横隔板的第二端部，依靠重力落至第二横隔板，废水需要经过多次推流和重力作用到达反应器底部，处理后的废水经排水口排出，微藻经微藻回收出料口采收；通过加料口投加无机碳源为微藻生长提供二氧化碳，而反应产生的氧气通过反应器顶部出气口释放。
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