CN110790380A - 一种菌-藻耦合污水处理装置和污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种菌‑藻耦合污水处理装置和污水处理方法，属于污水处理技术领域，具体方案如下：一种菌‑藻耦合污水处理装置，包括厌氧折流板反应器、旋转式藻生物膜反应器与生物接触氧化反应器，旋转式藻生物膜反应器包括主动轴、被动轴、电机、藻生物膜和固定架，电机固定在固定架上，电机的输出轴与主动轴固定连接，主动轴转动安装在固定架上，被动轴位于主动轴的下方并转动设置在生物接触氧化反应器内部，藻生物膜首尾连接套设在主动轴和被动轴上，厌氧折流板反应器的出水口Ⅰ与生物接触氧化反应器的进水口Ⅱ通过管道相连。整个装置能源消耗较低，且能够高效地同步去除农村分散污水中的COD、N和P。

Description

一种菌-藻耦合污水处理装置和污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水的脱氮除磷和去除污染物的高效低耗的菌-藻耦合污水处理装置和污水处理方法。
背景技术
传统污水处理工艺流程复杂、设备数量多、处理时间长，电耗、设备损耗大、日常运行成本高，出水水质不稳定。污水处理厂运行过程中，鼓风曝气的能耗约占整个能耗费用的50％。而且，目前污水处理工艺主要针对污水有机碳进行去除，而对其中的氮、磷营养盐的去除效率有限。随着我国经济的发展和社会人均生活水平的提高，产出的污水中N、P的含量逐渐提高。并且我国对污水处理及环境保护和绿色发展的要求日益提高，急需发展新的污水处理装置及工艺。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种通过“厌氧-好氧生物膜法-藻生物膜”连用处理COD、N、P浓度较高的污水的处理装置。
本发明的第二个目的是提供一种污水处理方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种菌-藻耦合污水处理装置，包括厌氧折流板反应器、旋转式藻生物膜反应器与生物接触氧化反应器，所述旋转式藻生物膜反应器包括主动轴、被动轴、电机、藻生物膜和固定架，所述电机固定在固定架上，所述电机的输出轴与主动轴固定连接，所述主动轴转动安装在固定架上，所述被动轴位于主动轴的下方并转动设置在生物接触氧化反应器内部，所述藻生物膜首尾连接构成环状结构套设在主动轴和被动轴上，所述厌氧折流板反应器的出水口Ⅰ与生物接触氧化反应器的进水口Ⅱ通过管道相连。
进一步的，所述藻生物膜包括基底和藻类，所述藻类生长在基底上。
进一步的，所述基底为橡胶或帆布。
进一步的，所述生物接触氧化反应器包括缸体和挂膜材料，所述挂膜材料设置在缸体的内部，所述被动轴转动设置在缸体内部并处于缸体水面深度1/2位置，所述挂膜材料位于被动轴的两侧，所述缸体设置有进水口Ⅱ和出水口Ⅱ，所述进水口Ⅱ设置在缸体前端的下部，所述出水口Ⅱ设置于缸体后端的上部。
进一步的，所述挂膜材料包括若干个固定轴和若干个片状材料，所述若干个固定轴均固定在缸体内部，每个固定轴上均固定有若干个片状材料。
进一步的，所述厌氧折流板反应器的进水口Ⅰ设置在厌氧折流板反应器前端下部，所述厌氧折流板反应器的出水口Ⅰ设置在厌氧折流板反应器后端上部。
进一步的，所述厌氧折流板反应器中挡板的材料为活性炭毡。
一种利用所述的菌-藻耦合污水处理装置的污水处理方法，包括以下步骤：
步骤一、取污水处理厂厌氧段的活性污泥，投加到厌氧折流板反应器中，厌氧折流板反应器的进水为污水；
步骤二、取污水处理厂好氧段的活性污泥，投加到生物接触氧化反应器中，开启旋转式藻生物膜反应器的电机，使藻生物膜随主动轴的转动在主动轴与被动轴之间传送，所述被动轴位于生物接触氧化反应器的水面下方，当生物接触氧化反应器的出水口Ⅱ的水质稳定后，标志整个装置启动成功。
进一步的，步骤二中，所述藻生物膜的制备方法为：将所述被动轴放置在悬浮藻培养液中，开启电机，使用于藻挂膜的基底处于传送状态，悬浮藻培养液中悬浮藻的浓度>1500mg/L，电机的转速保持在5～10转/分钟，光照强度3000～5000lux，温度保持25℃，培养3～7d，得到藻生物膜。
进一步的，步骤一中，投加到厌氧折流板反应器中活性污泥的体积占厌氧折流板反应器体积的一半，投加到厌氧折流板反应器中活性污泥的浓度在10000～15000mg/L之间，步骤二中，投加到生物接触氧化反应器中的好氧活性污泥的终浓度为5000mg/L。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明所述的菌-藻耦合污水处理装置是针对N、P浓度较高的污水进行生化处理的“绿色环保型”一体化设备，污水依次进入厌氧-好氧处理单元：(一)厌氧处理单元：采用厌氧折流板反应器(ABR)进行处理，对污水中的大部分COD进行去除，并提高污水的可生化性；首次提出采用活性炭毡作为厌氧折流板反应器的挡板，活性炭毡能够促进厌氧过程中的电子传递，进而提高厌氧反应速率，缩短水力停留时间、提高处理效率；(二)好氧处理单元：采用旋转式藻生物膜反应器(RAB)与生物接触氧化反应器(COR)耦合的“藻-菌耦合”处理，旋转式藻生物膜反应器(RAB)中的藻生物膜在光合作用下将污水中的N、P进行吸收利用并产生O2，通过电机的转动将O2带入到生物接触氧化反应器(COR)；COR采用软性聚乙烯填料作为生物膜载体，利用RAB产生的O2，进一步去除污水中的污染物，实现生物接触氧化反应器不再设置曝气装置，大大降低处理成本。整个装置能源消耗较低，且能够高效地同步去除农村分散污水中的COD、N、P，而且N、P以细胞组分的形式转移至藻细胞内，实现对营养盐的回收；相比于悬浮式的藻培养系统，藻生物膜采收方便、成本低；藻生物质回收后，可制成藻生物肥料、饲料添加剂、生物柴油等高附加值产品，具有较高的商业价值。
附图说明
图1：菌-藻耦合污水处理装置结构示意图；
图2：经菌-藻耦合污水处理装置不同处理阶段的生活污水中各污染物柱状图。
图中：1、厌氧折流板反应器，2、旋转式藻生物膜反应器，3、生物接触氧化反应器，4、管道，11、进水口Ⅰ，12、出水口Ⅰ，13、挡板，21、主动轴，22、电机，23、藻生物膜，24、固定架，31、缸体，32、挂膜材料，33、进水口Ⅱ，34、出水口Ⅱ，321、固定轴，322、片状材料。
具体实施方式
下面结合附图1和2和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一
一种菌-藻耦合污水处理装置，包括厌氧折流板反应器1、旋转式藻生物膜反应器2与生物接触氧化反应器3，所述旋转式藻生物膜反应器2包括主动轴21、被动轴、电机22、藻生物膜23和固定架24，所述电机22固定在固定架24上，所述电机22的输出轴与主动轴21固定连接，所述主动轴21通过轴承转动安装在固定架24上，所述被动轴位于主动轴21的下方，所述藻生物膜23首尾连接构成环状结构并套设在主动轴21和被动轴上，所述被动轴通过轴承设置在生物接触氧化反应器3内部，所述厌氧折流板反应器1的出水口与生物接触氧化反应器3的进水口通过管道4相连，所述生物接触氧化反应器3设置在固定架24的下方。
进一步的，所述藻生物膜23包括基底和藻类，所述藻类生长在基底的表面上，所述基底为橡胶或帆布。
进一步的，所述生物接触氧化反应器3包括缸体31和挂膜材料32，所述挂膜材料32设置在缸体31的内部，所述被动轴转动设置在缸体31内部，并处于缸体31水面深度1/2位置，所述挂膜材料32位于被动轴的两侧，所述缸体31设置有进水口Ⅱ33和出水口Ⅱ34，所述进水口Ⅱ33设置在缸体31前端的下部，所述出水口Ⅱ34设置于缸体31后端的上部。
进一步的，所述挂膜材料32包括若干个固定轴321和若干个片状材料322，所述若干个固定轴321均固定在缸体31内部，每个固定轴321上均固定有若干个片状材料322；所述片状材料322为圆盘形聚乙烯材料。
进一步的，所述厌氧折流板反应器1的进水口Ⅰ11设置在厌氧折流板反应器1前端下部，所述厌氧折流板反应器1的出水口Ⅰ12设置在厌氧折流板反应器1后端上部；所述厌氧折流板反应器1中挡板13的材料为活性炭毡，一部分厌氧活性污泥生活在活性炭毡的表面和内部。
进一步的，所述厌氧折流板反应器1与生物接触氧化反应器3的体积相同。
具体实施方式二
一种利用具体实施方式一所述的菌-藻耦合污水处理装置的污水处理方法，包括以下步骤：
步骤一、取污水处理厂厌氧段的活性污泥，投加到厌氧折流板反应器1中，投加到厌氧折流板反应器1中活性污泥的体积占厌氧折流板反应器1体积的一半，投加到厌氧折流板反应器1中活性污泥的浓度在10000-15000mg/L，采用农村分散村落产生的生活污水作为厌氧折流板反应器1的进水，其水质条件为COD>500mg/L，NH4-N浓度20mg/L左右，总P浓度10mg/L左右；
步骤二、取污水处理厂好氧段的活性污泥，投加到生物接触氧化反应器3中，投加到生物接触氧化反应器3中活性污泥的终浓度为5000mg/L，将旋转式藻生物膜反应器2架设到生物接触氧化反应器3COR上方，将厌氧折流板反应器1上端出水口Ⅰ12与COR下端进水口Ⅱ33相连，开启厌氧折流板反应器1前端进水口Ⅰ11进水，开启旋转式藻生物膜反应器2的电机22，使藻生物膜23随主动轴21的转动在主动轴21与被动轴之间传送，藻生物膜23释放的氧气，在与水接触的时候，溶解在水体中，进而被挂膜材料32上的好氧微生物利用，同时，藻生物膜23在传送过程中对水体的搅拌，也会将氧气溶于水体中，ABR与COR的水力停留时间均为24h，当生物接触氧化反应器3的出水口Ⅱ34的水质稳定后，标志整个装置启动成功。
进一步的，所述藻生物膜23的制备方法为：将所述被动轴放置在悬浮藻培养液中，悬浮藻培养液中悬浮藻的浓度>1500mg/L，定期更换悬浮藻培养液，开启电机22，使用于藻挂膜的帆布处于传送状态，电机22的转速保持在5～10转/分钟，光照强度3000-5000lux，温度保持25℃，培养3～7d，可观察到明显的藻生物膜23。
进一步的，悬浮藻培养液的培养基为BBM培养基，所述BBM培养基的配方为NaNO3250mg，KH2PO4 175mg，K2HPO4 75mg，MgSO4·7H2O 75mg，CaCl2·2H2O 25mg，NaCl 25mg，EDTA50mg，KOH 31mg，FeSO4·7H2O 0.98mg，H3BO3 11.42mg，ZnSO4·7H2O 8.82mg，MnCl2 1.44mg，MoO3 0.71mg，CuSO4·5H2O 1.57mg，Co(NO3)2·6H2O 0.49mg，加蒸馏水补足1000ml。
实施例1
本实施例中，ABR和COR反应池的有效体积均为10L；RAB藻生物膜23的有效面积为750cm2。采用生活污水作为进水，COD为500mg/L左右；NH4 +-N浓度60mg/L左右；总P浓度10mg/L左右，运行稳定后，其处理效果如下图2所示。
在HRT为24h时，COD去除率可以达到95％以上；NH4 +-N、TN、TP去除率可以达到98％以上。
工作原理：
本发明是将菌藻共生的原理应用到水处理工艺中处理高浓度的市政生活污水，其基本原理是藻类通过光合作用利用水中的CO2和N、P等营养物质，合成自身细胞物质并释放出O2；好氧细菌则是利用水中的O2对有机污染物进行分解、转化，产生CO2和上述营养物质，以维持藻类的生长繁殖，如此循环往复，实现污水的生物净化作用。
在本装置中高浓度市政污水首先进入厌氧折流板反应器1进行厌氧预处理，厌氧预处理将大分子的有机物降解成小分子有机物，有机磷、有机氮等转变为无机的氮、磷，然后出水进入旋转式藻生物膜反应器2与生物接触氧化反应器3中，利用藻类脱氮除磷，释放氧气，氧气释放到生物接触氧化反应器3中进行好氧生物降解。本装置的创新点在于厌氧折流板反应器1中采用活性炭毡作为挡板13，活性炭毡为厌氧活性污泥提供附着和生长的空间，利用活性炭毡的导电性能，促进厌氧活性污泥间的电子的传递，从而提高厌氧折流板反应器中的的污泥活性、提高处理效率。选择培养合适高效的藻类，在藻与好氧菌共生系统中培养、驯化能与藻类高效协同的好氧菌，并根据水质建立厌氧-藻类-好氧的生物体系，确定藻类选择、驯化方法，优化运行实验条件。
除市政污水外，本装置还可适用于处理一些工业废水，利用藻类去除水中的重金属等物质，工业废水中含有大量的氮、磷、钾等营养物，可促使藻类大量生长，与传统技术相比，本发明利用了菌藻共生的原理，利用厌氧菌与好氧菌对有机污染物的去除，藻类光合作用既可大量补充生物接触氧化反应器3内的氧气需要，又可深度去除水中氮磷，因此可大大减少好氧段的曝气量甚至不需曝气，减少污水处理厂50％以上的能源费用。此外，高浓度的市政污水进行厌氧处理可产生甲烷等绿色能源，同时产生高附加值藻类产品，如肥料、动物饲料及生物燃料等，有利于污水资源化过程的实现。

Claims (10)

1.一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：包括厌氧折流板反应器(1)、旋转式藻生物膜反应器(2)与生物接触氧化反应器(3)，所述旋转式藻生物膜反应器(2)包括主动轴(21)、被动轴、电机(22)、藻生物膜(23)和固定架(24)，所述电机(22)固定在固定架(24)上，所述电机(22)的输出轴与主动轴(21)固定连接，所述主动轴(21)转动安装在固定架(24)上，所述被动轴位于主动轴(21)的下方并转动设置在生物接触氧化反应器(3)内部，所述藻生物膜(23)首尾连接构成环状结构套设在主动轴(21)和被动轴上，所述厌氧折流板反应器(1)的出水口Ⅰ(12)与生物接触氧化反应器(3)的进水口Ⅱ(33)通过管道(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：所述藻生物膜(23)包括基底和藻类，所述藻类生长在基底表面上。
3.根据权利要求2所述的一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：所述基底为橡胶或帆布。
4.根据权利要求1所述的一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：所述生物接触氧化反应器(3)包括缸体(31)和挂膜材料(32)，所述挂膜材料(32)设置在缸体(31)的内部，所述被动轴转动设置在缸体(31)内部并处于缸体(31)水面深度1/2位置，所述挂膜材料(32)位于被动轴的两侧，所述缸体(31)设置有进水口Ⅱ(33)和出水口Ⅱ(34)，所述进水口Ⅱ(33)设置在缸体(31)前端的下部，所述出水口Ⅱ(34)设置于缸体(31)后端的上部。
5.根据权利要求4所述的一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：所述挂膜材料(32)包括若干个固定轴(321)和若干个片状材料(322)，所述若干个固定轴(321)均固定在缸体(31)内部，每个固定轴(321)上均固定有若干个片状材料(322)。
6.根据权利要求1所述的一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：所述厌氧折流板反应器(1)的进水口Ⅰ(11)设置在厌氧折流板反应器(1)前端下部，所述厌氧折流板反应器(1)的出水口Ⅰ(12)设置在厌氧折流板反应器(1)后端上部。
7.根据权利要求1所述的一种菌-藻耦合污水处理装置，其特征在于：所述厌氧折流板反应器(1)中挡板(13)的材料为活性炭毡。
8.一种利用权利要求1-7任一一项权利要求所述的菌-藻耦合污水处理装置的污水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、取污水处理厂厌氧段的活性污泥，投加到厌氧折流板反应器(1)中，厌氧折流板反应器(1)的进水为污水；
步骤二、取污水处理厂好氧段的活性污泥，投加到生物接触氧化反应器(3)中，开启旋转式藻生物膜反应器(2)的电机(22)，使藻生物膜(23)随主动轴(21)的转动在主动轴(21)与被动轴之间传送，所述被动轴位于生物接触氧化反应器(3)的水面下方，当生物接触氧化反应器(3)的出水口Ⅱ(34)的水质稳定后，标志整个装置启动成功。
9.根据权利要求8所述的一种污水处理方法，其特征在于：步骤二中，所述藻生物膜(23)的制备方法为：将所述被动轴放置在悬浮藻培养液中，开启电机(22)，使用于藻挂膜的基底处于传送状态，悬浮藻培养液中悬浮藻的浓度>1500mg/L，电机(22)的转速保持在5～10转/分钟，光照强度3000～5000lux，温度保持25℃，培养3～7d，得到藻生物膜(23)。
10.根据权利要求8所述的一种污水处理方法，其特征在于：步骤一中，投加到厌氧折流板反应器(1)中活性污泥的体积占厌氧折流板反应器(1)体积的一半，投加到厌氧折流板反应器(1)中活性污泥的浓度在10000～15000mg/L之间，步骤二中，投加到生物接触氧化反应器(3)中的好氧活性污泥的终浓度为5000mg/L。
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