CN110683640B - 一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘 - Google Patents

一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，包括前盖、反硝化筒和后盖；反硝化筒包括金属筒体、前护板、后护板和生物转盘；生物转盘包括金属转轴、若干片金属扇叶和通电金属环箍；金属转轴能在驱动装置的作用下转动，若干片金属扇叶呈辐射状均匀布设在金属转轴的外圆周面上；每片金属扇叶上均匀开设有若干个金属网孔，每片金属扇叶上均生成有生物膜；通电金属环箍设置在生物转盘的前端面和后端面上，并与每片金属扇叶相连接；每个通电金属环箍均与外接电路相连接。本发明工艺简单，适用于碳源较少的城市污水，处理效果好，同时能耗与运行费用较低，使用寿命较长，维修方便。

Description

一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘
技术领域
本发明涉及一种城市污染水体净化系统，特别是一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘。
背景技术
目前，污水脱氮技术以生物法和化学沉淀法为主，但是这些技术在实际运行过程，会产生大量难以处置的污泥，而且常规的反硝化过程需要添加碳源，反硝化所使用到的反硝化细菌为兼性异养菌，需要提供有机物作为电子供体，同时水体中的硝酸根、亚硝酸根作为电子受体还原成氮气，使氮得以去除。
能为反硝化细菌所利用的碳源，主要分为以下三类：
一、原污水中所含的碳源
对于城市污水，生活污水作为其主要成分，当原污水BOD5/TKN＞3～5时，认为碳源充足。
随着经济的发展，人们的饮食结构、生活水平等发生了很大的变化，对肉禽类等蛋白质的摄入增多导致生活污水中氮素含量显著增加，并且目前很多城市内部设置化粪池，致使生活污水中的有机物在进入污水处理厂之前被消耗，降低了进水中的有机物含量，该两点导致了生活污水中C/N较低，即通常所说的碳源不足。
二、外加碳源
污水处理厂常用的外加碳源有甲醇、乙酸钠和葡萄糖等。
甲醇由于其分子小易被微生物代谢，反硝化速率高是非常理想的碳源，但是因其高毒性、易燃易爆、运输安全及成本等问题限制了其广泛应用。
醋酸钠作为碳源，反硝化速率较快，目前市场使用最为广泛，但成本高仍是其限制条件。
葡萄糖作为碳源，反硝化速率相对乙酸钠和甲醇较慢。
以上几点限制了外加碳源的相关使用。
三、利用微生物组织进行内源反硝化，但反应效率较低，在实际使用中不可取。
因而，将原污水作为反硝化细菌所利用的碳源，仍是主要的应用手段。然而，对于目前碳源较少的城市污水来说，如何研究一种城市污水脱氮处理工艺，使其工艺简单，处理效果好，同时能耗与运行费用较低，使用寿命较长，维修方便，是目前急需解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，该用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘工艺简单，适用于碳源较少的城市污水，处理效果好，同时能耗与运行费用较低，使用寿命较长，维修方便。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，包括反硝化筒和同轴套设在反硝化筒外周的密封筒；密封筒包括相互密封扣合的前盖和后盖。前盖上设置有进水口，后盖上设置有出水口。
反硝化筒包括金属筒体、前护板、后护板和生物转盘。
前护板和后护板分别同轴密封设置在金属筒体的前端面和后端面。前护板上设置有进水孔，后护板上设置有出水孔。前护板与前盖之间形成前端密封腔，后护板与后盖之间形成后端密封腔。
生物转盘同轴内置在金属筒体中，包括金属转轴、若干片金属扇叶和通电金属环箍。
金属转轴能在驱动装置的作用下转动，若干片金属扇叶呈辐射状均匀布设在金属转轴的外圆周面上。每片金属扇叶上均匀开设有若干个金属网孔，每片金属扇叶上均生成有生物膜。通电金属环箍设置在生物转盘的前端面和后端面上，并与每片金属扇叶相连接。每个通电金属环箍均与外接电路相连接。
每个通电金属环箍的直径为生物转盘直径的1/2～2/3。
每个通电金属环箍的直径为生物转盘直径的2/3。
每个通电金属环箍的内侧设置有同心的内金属环箍，每个通电金属环箍的外侧设置有同心的外金属环箍。其中，内金属环箍为生物转盘直径的1/3，外金属环箍等于生物转盘的直径。
进水孔和出水孔处均设置有过滤网。
金属筒体采用不锈钢网卷制而成，金属筒体外部用不锈钢箍进行固定。
金属扇叶的网孔目数为100目，金属筒体的不锈钢网目数为200目。
本发明具有如下有益效果：
1、工艺简单，适用于碳源较少的城市污水，处理效果好，同时能耗与运行费用较低，使用寿命较长，维修方便。
2、通过前护板、后护板、前盖合后盖构成的密封腔室为微生物提供反硝化所需要的厌氧条件。
3、通过外加驱动装置(如电机)驱动金属转轴和其上的金属扇叶转动，增加微生物与污水的接触面积。
4、通过在金属筒体和不锈钢扇叶上上连接外接电路，为微生物反硝化反应提供电子，实现对碳源含量较低的城市污水的脱氮处理。
附图说明
图1显示了本发明一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘的结构示意图。
图2显示了不同初始硝态氮浓度下的反硝化速率。
图3显示了通电金属环箍与外接电路的连接示意图。
其中有：
1.前盖；2.后盖；3.前护板；4.后护板；5.隔板；6.进水孔；7.出水孔；8.金属筒体；9.不锈钢箍；10.金属扇叶；11.金属转轴；12.进水口；13.出水口；14.通电金属环箍；15.内金属环箍；16.外金属环箍。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
本申请的反硝化生物转盘，设置在硝化池的下游，城市污水先经过硝化池，再进入本申请的反硝化生物转盘。
城市污水在硝化池中进行充分硝化，硝化池中设有硝化细菌，硝化的过程中会消耗碳源，这也是导致反硝化中碳源不足的另一个原因。
如图1所示，一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，包括反硝化筒和同轴套设在反硝化筒外周的密封筒；密封筒包括相互密封扣合的前盖1和后盖2。
前盖上设置有进水口12，后盖上设置有出水口13。进水孔和出水孔处均优选设置有过滤网。
反硝化筒包括金属筒体8、前护板3、后护板4和生物转盘。
金属筒体优选采用不锈钢网卷制而成，金属筒体的不锈钢网目数为200目，金属筒体外部用不锈钢箍9进行固定。
前护板和后护板分别同轴密封设置在金属筒体的前端面和后端面。前护板上设置有进水孔6，后护板上设置有出水孔7。前护板与前盖之间形成前端密封腔，后护板与后盖之间形成后端密封腔。
后端密封腔内优选设置有隔板5，隔板用于支撑后护板，由于水的流向和水流的推动力前护板会由不锈钢网和筒体支撑，故前盖内部不需设置隔板，便能与前盖内壁面密封接触。
生物转盘同轴内置在金属筒体中，包括金属转轴11、若干片金属扇叶10和通电金属环箍14。
金属转轴能在驱动装置的作用下转动，具体设置方式优选为：金属转轴的前端分别从前护板和前盖中穿出，并与驱动装置相连接，金属转轴的后端从后护板中穿出，并与后盖转动连接。金属转轴与前护板和后护板之间优选为密封固定连接，金属转轴与前盖和后盖之间优选为密封转动连接。
若干片金属扇叶呈辐射状均匀布设在金属转轴的外圆周面上，金属扇叶的数量优选不少于10片，本发明中优选为24片，既使得微生物具有较大的附着面积，又具有良好的电传导效果。
每片金属扇叶均优选呈瓦片弧面。
每片金属扇叶均优选采用不锈钢材质制成，每片金属扇叶上均匀开设有若干个金属网孔，金属扇叶的网孔目数优选为100目。
每片金属扇叶上均生成有生物膜。生物膜中包含厌氧菌，也称反硝化细菌，属于变形菌门(Proteobacteria)，生理学上属于兼性厌氧菌，它们在O2存在时以O2呼吸，没有O2时可以 NO3 -呼吸。如果溶解氧浓度较高，反硝化细菌将把电子供体提供的电子转交溶解氧以获取更多能量，这时，硝酸盐就无法得到电子而被还原完成脱氮过程。另一方面，溶解氧会增加反硝化细菌的生长繁殖，这里我们考虑的是利用污水中现存的溶解氧或者在前期还未处理污水过程(微生物培养驯化过程)间歇供氧以达到目的。
通电金属环箍优选焊接设置在生物转盘的前端面和后端面上，并与每片金属扇叶相连接。每个通电金属环箍均与外接电路相连接。
如图3所示，外接电路采用外部电源的供电模式，外部电源的负极分别与通电金属环箍相连接，向金属扇叶上附着的微生物供电子；外部电源的阳极与金属筒体相连接，形成电流回路。
每个通电金属环箍的直径为生物转盘直径的1/2～2/3，进一步优选为2/3。通电金属环箍的设置，一方面能够紧固金属扇叶，另一方面，尤为重要的是，与外接电路相连接，通电，为金属扇叶上的微生物提供反硝化所需要的电子，且电子传导均匀。
对于低碳源的污水，硝化反应过程中，NO3-得到电子还原成N2。
每个通电金属环箍的内侧设置有同心的内金属环箍15，每个通电金属环箍的外侧设置有同心的外金属环箍16。其中，内金属环箍为生物转盘直径的1/3，外金属环箍等于生物转盘的直径。内金属环箍和外金属环箍能使得金属扇叶进一步得到紧固。
工作原理：通过外加水泵将城市污水从进水口12 注入，通过进水孔6内部填充的过滤网对污水中的悬浮物进行筛滤去除，通过前护板3、后护板4和前盖1、后盖2构成的密封腔室为微生物提供反硝化所需要的厌氧条件，通过外加电机驱动金属转轴11和其上的金属扇叶 10转动，增加微生物与污水的接触面积，通过在通电金属环箍上连接外接电路，为微生物反硝化反应提供电子，实现对碳源含量较低的城市污水的脱氮处理。
通过外部供电途径，反硝化生物转盘能够处理的城市污水的最低含碳量满足微生物自身细胞合成所需碳源即可。因为反硝化过程需要的碳源(提供电子)可以完全由外部电源来提供。在城市污水的处理过程中，最适碳氮比(C/N)理论值为4.87，实际运行过程中的C/N 介于5～6。本反硝化生物转盘能够处理的城市污水最低C/N为3，并在此条件下获得良好的总氮去除速率。
在图2中，(A)图显示了初始硝态氮浓度为10mg/L下的反硝化速率；(B)图显示了初始硝态氮浓度为50mg/L下的反硝化速率；(C)图显示了初始硝态氮浓度为100mg/L下的反硝化速率。从图2可以看出，在处理初始硝态氮初始浓度为10，50，100mg/L的城市污水中 (C/N比为3)，获得2.58±3.8，57.1±6.5，66.9±6.6g m–3d–1的硝态氮去除速率及10.1±2.9，36.7±5.2，38.9±5.7g m–3d–1的总氮去除速率。
外部电源的最适电流密度优选为28.0±0.8～29.8±1.6Am–3，在此最适电流密度下的硝态氮及总氮的去除速率如下表1所示，表1显示了不同初始硝态氮浓度下的动力学常数(k)，方差(R2)，氮去除速率,电流效率等。
表1
Figure BDA0002202879530000051
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：包括反硝化筒和同轴套设在反硝化筒外周的密封筒；密封筒包括相互密封扣合的前盖和后盖；
前盖上设置有进水口，后盖上设置有出水口；
反硝化筒包括金属筒体、前护板、后护板和生物转盘；
前护板和后护板分别同轴密封设置在金属筒体的前端面和后端面；前护板上设置有进水孔，后护板上设置有出水孔；前护板与前盖之间形成前端密封腔，后护板与后盖之间形成后端密封腔；
生物转盘同轴内置在金属筒体中，包括金属转轴、若干片金属扇叶和通电金属环箍；
金属转轴能在驱动装置的作用下转动，若干片金属扇叶呈辐射状均匀布设在金属转轴的外圆周面上；每片金属扇叶上均匀开设有若干个金属网孔，每片金属扇叶上均生成有生物膜；通电金属环箍设置在生物转盘的前端面和后端面上，并与每片金属扇叶相连接；每个通电金属环箍均与外接电路相连接；
通过外加水泵将城市污水从进水口注入，通过进水孔内部填充的过滤网对污水中的悬浮物进行筛滤去除，通过前护板、后护板、前盖和后盖构成的密封腔，为微生物提供反硝化所需要的厌氧条件，通过外加电机驱动金属转轴和其上的金属扇叶转动，增加微生物与污水的接触面积，通过在通电金属环箍上连接外接电路，为微生物反硝化反应提供电子，实现对碳源含量较低的城市污水的脱氮处理；
其中，外接电路采用外部电源的供电模式，外部电源的负极分别与通电金属环箍相连接，向金属扇叶上附着的微生物供电子，外部电源的正极与金属筒体相连接，形成电流回路；
通过外部供电途径，反硝化生物转盘能够处理的城市污水的最低含碳量满足微生物自身细胞合成所需碳源即可；因为反硝化过程需要的碳源完全由外部电源来提供；在城市污水的处理过程中，反硝化生物转盘能够处理的城市污水最低C/N为3。
2.根据权利要求1所述的用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：每个通电金属环箍的直径为生物转盘直径的1/2~2/3。
3.根据权利要求2所述的用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：每个通电金属环箍的直径为生物转盘直径的2/3。
4.根据权利要求3所述的用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：每个通电金属环箍的内侧设置有与通电金属环箍同心的内金属环箍，每个通电金属环箍的外侧设置有与通电金属环箍同心的外金属环箍；其中，内金属环箍为生物转盘直径的1/3，外金属环箍等于生物转盘的直径。
5.根据权利要求1所述的用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：出水孔处设置有过滤网。
6.根据权利要求1所述的用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：金属筒体采用不锈钢网卷制而成，金属筒体外部用不锈钢箍进行固定。
7.根据权利要求6所述的用于城市污水脱氮的反硝化生物转盘，其特征在于：金属扇叶的网孔目数为100目，金属筒体的不锈钢网目数为200目。
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