CN109607768A - 序批式生物膜反应器装置 - Google Patents

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王子健
晁春芳
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Abstract

本发明提供序批式生物膜反应器装置，涉及污水处理设备技术领域。一种序批式生物膜反应器装置，包括：反应器本体、反应器进水口、反应器出口、位于反应器本体底壁的曝气头、位于反应器本体内壁的溢流堰、位于反应器本体内部的集水器以及位于集水器内的仿水草式螺旋填料，集水器与反应器出口连通；反应器进水口通过蠕动泵与进水桶连通，曝气头与蠕动泵连接，反应器出口与蠕动泵连接；还包括控制系统，控制系统包括计算机、与计算机连接的Input/Output接口卡，与Input/Output接口卡连接的溶解氧仪，继电器分别连接三个蠕动泵和空压机。采用本方案，能够实现序批式生物膜反应器(SBBR)中最优DO值的智能化控制。

Description

序批式生物膜反应器装置
技术领域
本发明涉及污水处理设备的技术领域，尤其是涉及一种序批式生物膜反应器装置。
背景技术
随着我国经济快速发展，农村地区生活水平不断提高，农村生活污水引起的环境污染问题日益严重。2010年第一次全国污染普查结果表明，农村污染物排放量已占约全国总排放量的50％，其中COD、TP、TN排放量分别占43％、67％、57％。在中国北方及中、西部平原地区农村居民大多以村落形式聚居，规模大小不一，一般可以达到数百户至上千户人家，形成一个一个自然村落。在农村先富起来的一些乡村，也在普及楼房、抽水马桶、厨房革命等城市化设施。人口的相对集中、农村经济的不断发展带来的农村村落集镇社区的污水出路问题及由此产生的公共卫生安全问题逐渐突出起来。
农村污水来源很多，通常有：农村居民日常生活产生的污水；中小学、当地政府机关、民俗旅游、旅店排放的污水；农民养殖的畜禽排泄物；乡镇企业排放的各种污水。农村生活污水一般来源于4个方面:厨房污水、生活洗涤污水、厕所污水及其他污水。农村生活污水主要污染物为COD、SS、氮、磷以及致病微生物。
然而，传统SBBR工艺的自动控制主要是时间程序控制，即运行周期中的反应段一般是由厌氧、缺氧和好氧的生化反应形式按一定的时间比例组成。各个具体的生化反应时间段长度都是预先设定的，在选定的序批式操作中保持不变。污水生物处理是一个复杂的动态过程，仅仅依靠时间程序控制，很难获得理想的处理效果。实践表明这种预先设定的时间往往比生化反应实际需要的时间要长，导致了运行周期时间过长、能耗过大、成本高等问题。
此外，鼓风机曝气在污水处理厂电耗中占到50％左右，DO对于厌氧(缺氧)/好氧的除磷脱氮工艺来说，是很重要的控制参数。微生物好氧降解有机物、硝化、吸磷以及内源呼吸都是需氧的过程，而反硝化和释磷都是厌氧的过程，因而在好氧段要保证足够高的DO浓度，在厌氧段、缺氧段要保证厌氧或缺氧环境以利于反硝化或释磷。但是，SBBR工艺同时存在好氧、缺氧段的特性及不同污染物浓度下的脱氮除磷效果不同，因此分时段智能化控制就尤为重要。
基于以上问题，采用智能化控制系统处理生活污水显得尤为重要。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种序批式生物膜反应器装置，对于SBBR反应器的曝气量进行精确控制，从而实现高效低耗处理农村生活污水，实现序批式生物膜反应器(SBBR)中最优DO值的智能化控制。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术手段为：
本发明提供的一种序批式生物膜反应器装置，包括：反应器本体、位于所述反应器本体内壁上的反应器进水口、位于所述反应器本体顶部的反应器出口、位于所述反应器本体底壁的曝气头、位于所述反应器本体内壁的溢流堰、位于所述反应器本体内部的集水器以及位于所述集水器内的仿水草式螺旋填料，所述集水器与所述反应器出口连通；
所述反应器进水口通过外部的蠕动泵与进水桶连通，所述曝气头与外部的蠕动泵连接，所述反应器出口与外部的蠕动泵连接；
还包括控制系统，控制系统包括计算机、与计算机连接的Input/Output接口卡，与Input/Output接口卡连接的继电器以及溶解氧仪，所述继电器分别连接三个蠕动泵和空压机，所述空压机用于为曝气头提供曝气；
所述溶解氧仪位于所述反应器本体内部，所述溶解氧仪用于监测反应器本体内部的溶解氧变化情况；溶解氧仪的实时数据能够传送至计算机内，并将实时数据输入所编写软件程序对继电器进行控制，实现对空压机的实时智能开关操作；
需要指出的是，空压机用于对SBBR系统进行曝气，实现反应器本体内的溶解氧升降调节。
作为一种进一步的技术方案，所述反应器本体底壁上设置有两个所述曝气头，两个所述曝气头与同一个所述蠕动泵连接。
作为一种进一步的技术方案，与所述反应器进水口连接的蠕动泵为进水泵。
作为一种进一步的技术方案，与所述反应器出口连接的蠕动泵为排水泵。
作为一种进一步的技术方案，与所述曝气头连接的蠕动泵为循环泵。
与现有技术相比，本发明提供的序批式生物膜反应器装置所具有的技术优势为：
本发明提供的一种序批式生物膜反应器装置，包括反应器本体、位于所述反应器本体内壁上的反应器进水口、位于所述反应器本体顶部的反应器出口、位于所述反应器本体底壁的曝气头、位于所述反应器本体内壁的溢流堰、位于所述反应器本体内部的集水器以及位于所述集水器内的仿水草式螺旋填料，所述集水器与所述反应器出口连通；所述反应器进水口通过外部的蠕动泵与进水桶连通，所述曝气头与外部的蠕动泵连接，所述反应器出口与外部的蠕动泵连接；还包括控制系统，控制系统包括计算机、与计算机连接的Input/Output接口卡，与Input/Output接口卡连接的继电器以及溶解氧仪，所述继电器分别连接三个蠕动泵和空压机，所述空压机用于为曝气头提供曝气；所述溶解氧仪位于所述反应器本体内部，所述溶解氧仪用于监测反应器本体内部的溶解氧变化情况；溶解氧仪的实时数据能够传送至计算机内，并将实时数据输入所编写软件程序对继电器进行控制，实现对空压机的实时智能开关操作；采用本技术方案的序批式生物膜反应器，能够通过智能化控制系统使DO值处于最优范围；通过溶解氧仪(13)对SBBR内DO的实时监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的序批式生物膜反应器装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的序批式生物膜反应器(SBBR)装置的控制系统结构示意图。
图标：
1-反应器本体、；2-反应器进水口；3-反应器出口；4-曝气头；5-溢流堰；6-进水桶；7-蠕动泵；8-蠕动泵；9-仿水草式螺旋填料；10-集水器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
具体结构如图1-图2所示。
本实施例提供的一种序批式生物膜反应器，包括反应器本体1、位于反应器本体1内壁上的反应器进水口2、位于反应器本体1顶部的反应器出口3、位于反应器本体1底壁的曝气头4、位于反应器本体1内壁的溢流堰5、位于反应器本体1内部的集水器10以及位于集水器10内的仿水草式螺旋填料9，集水器10与反应器出口3连通；反应器进水口2通过外部的蠕动泵7与进水桶6连通，曝气头4与外部的蠕动泵8连接，反应器出口3与外部的蠕动泵7连接；还包括控制系统，控制系统包括计算机、与计算机连接的Input/Output接口卡，与Input/Output接口卡连接的继电器以及溶解氧仪，继电器分别连接三个蠕动泵和空压机，空压机用于为曝气头4提供曝气；溶解氧仪位于反应器本体1内部，溶解氧仪用于监测反应器本体1内部的溶解氧变化情况；溶解氧仪的实时数据能够传送至计算机内，并将实时数据输入所编写软件程序对继电器进行控制，实现对空压机的实时智能开关操作。
需要指出的是，空压机用于对SBBR系统进行曝气，实现反应器本体内的溶解氧升降调节。
具体的，所述反应器本体1底壁上设置有两个所述曝气头4，两个所述曝气头4与同一个所述蠕动泵8连接。
其中，与所述反应器进水口2连接的蠕动泵7为进水泵；与所述反应器出口3连接的蠕动泵7为排水泵；与所述曝气头4连接的蠕动泵8为循环泵。
综上，本实施例的序批式生物膜反应器主要功能如下：
图1为本发明序批式生物膜反应器(SBBR)装置的结构示意图；
图2是本实施例的序批式生物膜反应器的智能化控制系统的硬件系统示意图；如图1所示，本实施例提供的SBBR装置(即序批式生物膜反应器)包括反应器本体1、反应器进水口2、反应器出口3、曝气头4、溢流堰5、进水桶6、蠕动泵7、蠕动泵8、仿水草式螺旋填料9、集水器10。
如图2所示，本发明的硬件系统包括计算机、Input/Output接口卡(即后面的I/O卡)、溶解氧仪、继电器(16路开关)、进水泵、排水泵、循环泵、空压机。各部分的功能是：计算机通过软件对整个系统实施智能化控制，根据软件程序中规定的或计算出的各个设备启闭时间；I/O卡作为纽带把计算机的指令传达到继电器组，进而控制循环泵、空压机等目标设备的运行，计算机通过I/O卡向继电器组发出控制指令，在相应时间控制各设备的启动或关闭，从而实现对目标设备的时序控制。计算机还通过I/O卡的模拟量接口与DO仪连接，在线测定DO\T，反馈到计算机软件系统，供计算机连续读取数据，对各设备实时控制，实现反应器运行过程的优化控制。继电器组的功能是实现强电和弱电的隔离并充当电子开关的作用。
水流自进水桶6通过蠕动泵7进入反应器进水口2，附着在仿水草式螺旋填料9的生物膜过滤水中悬浮固体(SS)并降解水中污染物，处理后的水流经过集水器10通过反应器出口3被蠕动泵7泵出反应器。智能化控制的曝气段内，智能化控制系统通过控制蠕动泵8的开启对曝气头4进行控制，开始曝气，从而使DO值处于最优范围。
通过溶解氧仪对SBBR内DO的实时监测，计算机可以通过基于Matlab书写的曝气泵控制系统对数据进行分析并计算，当SBBR处于好氧段时，如果DO值小于等于所确定下限值DOmin即控制继电器与空压机对SBBR进行曝气，如果DO值大于等于DOmax即控制继电器与空压机对SBBR停止曝气，从而控制DO值处于最优范围内，达到节能减耗并提高SBBR对农村生活污水的处理效果的目的。
本发明的序批式生物膜反应器(即SBBR系统)，解决了序批式生物膜反应器(SBBR)无法智能化控制曝气量及高能耗的问题，使得SBBR系统一直处于最优DO段，在有效降低了SBBR系统的运行能耗并节约能源的同时，提高农村污水的处理效果。
首先，进行SBBR系统最优DO控制范围研究；在SBBR系统中，通过流量计控制不同的DO值，使得不同浓度的农村生活污水中COD、TN、TP的去除率处于95％左右，粗测得不同浓度下大致的DO范围，由DO与COD,TN,TP的去除率绘制曲线，进行拟合；再通过细微调整，监测不同浓度农村生活污水中TN、TP、COD的去除率，进行曲线验证，最终得出不同浓度农村生活污水COD、TP、TN去除率与DO范围的曲线图，从而得出DO最优调控范围。
其次，通过智能化控制系统使DO值处于最优范围。通过溶解氧仪对SBBR内DO的实时监测，计算机可以通过基于Matlab书写的曝气泵控制系统对数据进行分析并计算，在好氧段，如果DO值小于等于DOmin即控制继电器与空压机对SBBR进行曝气，如果DO值大于等于DOmax即控制继电器与空压机对SBBR停止曝气，从而控制DO值处于最优范围内，达到节能减耗并增加SBBR对农村生活污水的处理效果的目的。
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 (5)

1.一种序批式生物膜反应器装置，其特征在于，包括：反应器本体(1)、位于所述反应器本体(1)内壁上的反应器进水口(2)、位于所述反应器本体(1)顶部的反应器出口(3)、位于所述反应器本体(1)底壁的曝气头(4)、位于所述反应器本体(1)内壁的溢流堰(5)、位于所述反应器本体(1)内部的集水器(10)以及位于所述集水器(10)内的仿水草式螺旋填料(9)，所述集水器(10)与所述反应器出口(3)连通；
所述反应器进水口通过外部的蠕动泵(7)与进水桶(6)连通，所述曝气头(4)与外部的蠕动泵(8)连接，所述反应器出口(3)与外部的蠕动泵(7)连接；
还包括控制系统，控制系统包括计算机、与计算机连接的Input/Output接口卡，与Input/Output接口卡连接的继电器以及溶解氧仪，所述继电器分别连接三个蠕动泵和空压机，所述空压机用于为曝气头提供曝气；
所述溶解氧仪位于所述反应器本体(1)内部，所述溶解氧仪用于监测反应器本体(1)内部的溶解氧变化情况；溶解氧仪的实时数据能够传送至计算机内，并将实时数据输入所编写软件程序对继电器进行控制，实现对空压机的实时智能开关操作。
2.根据权利要求1所述的序批式生物膜反应器装置，其特征在于，所述反应器本体(1)底壁上设置有两个所述曝气头(4)，两个所述曝气头(4)与同一个所述蠕动泵(8)连接。
3.根据权利要求1所述的序批式生物膜反应器装置，其特征在于，与所述反应器进水口(2)连接的蠕动泵(7)为进水泵。
4.根据权利要求1所述的序批式生物膜反应器装置，其特征在于，与所述反应器出口(3)连接的蠕动泵(7)为排水泵。
5.根据权利要求1所述的序批式生物膜反应器装置，其特征在于，与所述曝气头(4)连接的蠕动泵(8)为循环泵。
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