CN111233164B - 生物反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物反应装置及方法，包括：将曝气池内的活性污泥混合液通入所述生物反应装置内，以生物处理单元的出水作为所述生物反应装置的进水，利用化学药剂调整进水的离子浓度，通过曝气头进行曝气，使活性污泥和进水在菌群驯化区充分混合并进行菌群驯化形成混合液，混合液溢出至回流渠道，然后在固液分离区发生物理沉降，沉降后的底层浓缩液由管道回流至所述曝气池。生物反应装置占地面积小，设施单元简单，无需改造或扩容原有的污水处理设备，只需要在曝气池中外接一个生物反应装置，就可以提高污水处理系统的处理能力和运行稳定性。

Description

生物反应装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，尤其涉及一种生物反应装置及方法。

背景技术

氨氮是污水处理中一项重要考核污染物。在城市生活污水的处理中，生物法是去除氨氮最常用的一项技术。生物去除氨氮多是基于常规活性污泥法，通过硝化菌群在曝气条件下氧化去除。由于活性污泥中的硝化菌群占比很少，对有机物浓度较为敏感，抵抗环境冲击能力弱，常规活性污泥体系中的氨氮去除效果经常不理想。当前污水处理排放标准日趋严格，出水氨氮限制进一步降低，传统工艺无法稳定满足排放标准，亟需在不影响主流工艺的运行下建立一套集约化新技术。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术缺陷之一，提供一种应用于污水处理的能够提高污水处理效果、缩短启动周期的生物反应装置及方法。

本发明实施例提供一种生物反应装置，包括：

壳体，所述壳体中空形成中空腔体；

隔板，所述隔板与所述壳体连接，设置于所述中空腔体内，所述隔板将所述中空腔体内分为固液分离区与菌群驯化区，所述隔板下端倾斜设置有折流板；

回流板，所述回流板与所述壳体连接，与所述隔板间隔设置于所述中空腔体内，所述回流板与隔板之间形成回流渠道；

曝气头，所述曝气头设置于所述菌群驯化区底部。

可选的，所述生物反应装置还包括进水机构，所述进水机构包括进水管道和污泥管道，所述进水管道和污泥管道的出水端设置在所述菌群驯化区。

可选的，所述生物反应装置还包括斜板填料，所述斜板填料与所述壳体内表面连接，设置于所述固液分离区。

可选的，所述生物反应装置还包括生物填料，所述生物填料设置在所述回流渠道。

可选的，所述生物反应装置还包括溢流槽，所述溢流槽与所述壳体连接，设置在所述固液分离区。

本发明实施例还提供一种生物反应方法，所述生物反应方法采用上述任一项所述的生物反应装置，包括：

将活性污泥和进水通入所述生物反应装置内，通过所述曝气头进行曝气在所述菌群驯化区形成混合液；

向所述混合液中添加化学药剂以调整所述混合液的离子浓度；

将混合液进行物理沉降以形成底层浓缩液；

导出所述底层浓缩液。

可选的，所述向所述混合液中添加化学药剂以调整所述混合液的离子浓度之后，还包括：

监控所述生物反应装置的出水的氨氮浓度，以调整所述进水的氨氮浓度。

可选的，所述监控所述生物反应装置的出水的氨氮浓度，以调整所述进水的氨氮浓度，包括：

当所述生物反应装置的出水的氨氮低于10mg/L时，将进水的氨氮浓度提高25％-50％。

可选的，所述向所述混合液中添加化学药剂以调整所述混合液的离子浓度之后,包括：

所述生物反应装置的出水回流至生物处理单元的进水端。

可选的，所述将活性污泥和进水通入所述生物反应装置内，通过所述曝气头进行曝气在所述菌群驯化区形成混合液之后，包括：

所述生物反应装置持续进水。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：生物反应装置占地面积小，设施单元简单，操作方便，能耗低，成本小，无需改造或扩容原有的污水处理设备，只需要在曝气池中外接一个生物反应装置，就可以提高污水处理系统的处理能力和运行稳定性。采用污泥驯化与泥水分离系统相结合的运行方式，以实际处理出水调以化学药剂为进水基质，回用了生物处理单元的出水，启动周期短，功能菌群富集程度高。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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，其中：

图1为本发明实施例提供的生物反应装置的立面图；

图2为本发明实施例提供的生物反应系统的示意图；

附图标记说明：1、生物反应装置；3、曝气池；4、泥水分离单元；11、壳体；12、隔板；13、折流板；14、回流板；15、曝气头；16、斜板填料；17、生物填料；18、溢流槽；21、菌群驯化区；22、固液分离区；23、回流渠道；31、污泥管道；32、污泥回流管道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“连通”到另一元件时，它可以是直接连接或连通，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的生物反应装置的立面图。

如图1所示，生物反应装置1包括壳体11、隔板12、回流板14和曝气头15，隔板12和回流板14设置在壳体11的内部空腔，并与生物反应装置1的内表面连接，隔板12将壳体11的内部空腔分隔为菌群驯化区21和固液分离区22，回流板14可以设置在菌群驯化区21或者固液分离区22中，和隔板12间隔设置，与壳体11固定连接，与隔板12形成回流渠道23。在菌群驯化区21的底部设置有曝气头15，曝气头15通过气体管道(图中未示出)与装置以外的鼓风机(图中未示出)连接，以将气体通过曝气头15在菌群驯化区21中产生气泡进行搅动。隔板12的下端倾斜设置有折流板13，折流板13的下端相对于上端远离菌群驯化区21，以使回流渠道23的混合液产生流向固液分离区22的趋势，同时减少菌群驯化区21的上升水流对回流渠道23和固液分离区22的影响。

上述实施例生物反应装置占地面积小，设施单元简单，操作方便，能耗低，成本小。

在一些实施方式中，生物反应装置1内的污水管道(图中未示出)和进水管道(图中未示出)的出水端均设置在菌群驯化区21，使污泥和进水在通入生物反应装置1后可以被曝气头15产生的气泡进行搅动，从而更快的混合，提升生物反应的效果。同理，药剂的投放也可以通过设置在菌群驯化区21上方的加药管道(图中未示出)实现，使添加的药剂可以第一时间和混合液进行混合。

在一些实施方式中，在固液分离区22中设置有斜板填料16，斜板填料16与壳体11内表面连接，液体可以正常穿过斜板填料16，而污泥(固体或絮状物)会受到斜板填料16的阻挡，从而提高固液分离效果，使污泥更好地在沉降至固液分离区22的下方。

在一些实施方式中，在回流渠道23中设置可供微生物附着的生物填料17，形成功能性生物膜，这部分微生物不会随出水冲出生物反应装置1，造成微生物流失，混合液中的菌群经过生物填料17时会附着在填料表面，药剂流过生物膜表面时对生物膜内的微生物菌群产生影响，使生物膜上的微生物包括驯化的目标菌群和其他的种群，避免菌群结构过于单一，从而提高菌群稳定性。

在一些实施方式中，在固液分离区22的上方设置有溢流槽18，溢流槽18和壳体11的内表面连接，使固液分离区的上层清水从溢流槽18流出，可以更好的收集反应之后的上层清水。

本发明实施例还提供一种生物反应系统，请参阅图2，图2为本发明实施例提供的生物反应系统的示意图，生物反应系统包括曝气池3以及上述任一项生物反应装置1，通过污泥管道31和污泥回流管道32将曝气池3和生物反应装置1连接，以实施上述生物反应方法。通过污泥管道31将曝气中的活性污泥通入生物反应系统中，进行菌群驯化和富集之后通过污泥回流管道32将生物反应装置1固液分离区22中沉降后的底层浓缩液回流至曝气池3。

上述实施方式的生物反应系统无需改造或扩容原有的污水处理设备，只需要将曝气池外接一个生物反应装置，就可以提高污水处理系统的处理能力和运行稳定性，节省成本，操作简便。

在一些实施方式中，生物反应装置1的工作体积为曝气池3容积的0.5％-1％，例如生物反应装置的工作体积为50立方米，曝气池的容积为8000立方米。

在一些实施方式中，所述生物反应系统还包括泥水分离单元4，泥水分离单元4与曝气池3的出水机构通过管道连接，以将曝气池3的出水通入泥水分离单元4中进行泥水分离。出水机构包括但不限于出水口或溢流槽等，泥水分离单元4包括但不限于沉淀池、二沉池或生物膜池等。

本发明实施例还提供一种生物反应方法，生物反应方法采用上述任一项生物反应装置，包括：将活性污泥和进水通入生物反应装置内，通过曝气头进行曝气在菌群驯化区形成混合液；向混合液中添加化学药剂以调整混合液的离子浓度；将混合液进行物理沉降以形成底层浓缩液；导出底层浓缩液。

具体地，将曝气池3内的活性污泥混合液通过污泥管道31通入生物反应装置1内，以生物处理单元(图中未示出)的出水作为生物反应装置1的进水，通过曝气头15进行曝气对菌群驯化区21进行搅拌，使活性污泥和进水在菌群驯化区21充分混合并进行菌群驯化形成混合液，利用化学药剂调整进水的离子浓度，混合液溢出至回流渠道23，一部分混合液经过回流渠道23后回流至菌群驯化区21继续进行反应，一部分混合液通过隔板12底端流向固液分离区22，然后在固液分离区22发生物理沉降，沉降后的底层浓缩液由污泥回流管道32回流至所述曝气池3。在菌群驯化的过程中持续不间断地进水，逐步提升进水的离子浓度，逐步减小生物反应装置1的水力停留时间。

以污水脱氨氮处理为例，在进行生物反应进行污水处理时，以曝气池3中带有氨氮降解菌的活性污泥作为接种污泥，生物反应装置1内的污泥管道31与曝气池3相连，利用污泥管道31将曝气池3中的活性污泥通入到生物反应装置1内，然后以生物反应单元的出水作为生物反应装置1的进水，通过进水管道通入生物反应装置1，并投加化学药剂调整进水的氨氮负荷(离子浓度)，生物反应单元可以为曝气池、二沉池或者膜池等，但不限于此，根据生物反应单元的出水性质，选择对应的化学药剂对进水进行调整，以使进水符合氨氮降解菌的反应需求，化学药剂包括但不限于碳源、氮源、常量元素、酸碱或微量元素等，例如氢氧化钠、尿素、葡萄糖、氯化铵、硫酸镁、氯化钙或硫酸钴等。通过菌群驯化区21底部的曝气头15释放气体产生气泡，气泡上升搅动菌群驯化区21的内容物，使水和污泥充分搅拌混合产生混合液，然后从隔板12或回流板14上端流向回流管道，回流管道底端的混合液一部分回流至菌群驯化区21继续进行反应，一部分流向固液分离区22，污泥在固液分离区22发生物理沉降，上层清水通过固液分离区22的上方溢出，流向曝气池3的进水泵站(图中未示出)，从而使流出的清水再次通过曝气池3进行处理，以确保水质符合标准。固液分离区22底部通过污泥管道31将沉降后的污泥回流至曝气池3，曝气池3的出水流向泥水分离单元4进行泥水分离。

采用污泥驯化与泥水分离系统相结合的运行方式，以实际处理出水调以化学药剂为进水基质，回用了生物处理单元的出水，启动周期短，功能菌群富集程度高。

在一些实施方式中，该生物反应装置1初始接种污泥浓度为8000-10000mg/L，反应器全过程溶解氧浓度为1.5-4.0mg/L。通过化学药剂对进水进行调整，使进水的COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)浓度<100mg/L,氨氮浓度为50-400mg/L，pH值范围为7.6-8.0，碱度范围为400-2500mg/L，生物反应装置1的水力停留时间设为8-14小时，污泥停留时间设为15-30天。

在一些实施方式中，当生物反应装置1出水中的氨氮低于10mg/L时，将进水氨氮浓度提高25％-50％。具体地，每隔一定的时间间隔(例如1天)取生物反应装置1的出水样本进行氨氮浓度测试，当出水的氨氮浓度低于10mg/L时，将进水的氨氮浓度提高25％-50％，例如1-3天进水浓度为50mg/L；第3天的出水氨氮已低于10mg/L，随即将进水氨氮浓度提升至75mg/L；连续培养两天后出水氨氮低于10mg/L，随即将进水氨氮浓度提升至120mg/L；培养至第8天出水氨氮浓度低于10mg/L，随即将进水氨氮浓度提升至160mg/L，以此类推。通过上述办法持续逐渐提高进水的氨氮浓度，直至进水的氨氮浓度达到预定的目标值(例如360mg/L)，且出水的氨氮浓度低于预定的目标值(例如15mg/L)时，确定生物反应装置1内的氨氮降解菌丰度达到目标。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种生物反应方法，其特征在于，包括：

通过污泥管道和污泥回流管道将曝气池和生物反应装置连接，通过进水管道将其他生物处理单元和生物反应装置连接；

将曝气池中的活性污泥和其他生物处理单元中的出水通入所述生物反应装置内，通过曝气头进行曝气在菌群驯化区形成混合液；

向所述混合液中添加化学药剂以逐步调整所述混合液的氨氮浓度直至进水的氨氮浓度达到50~400 mg/L范围内的预定的目标值，且出水的氨氮浓度低于15 mg/L，确定生物反应装置内的氨氮降解菌丰度达到目标；

将混合液进行物理沉降以形成底层浓缩液；

导出所述底层浓缩液回流至曝气池；

其中，所述生物反应装置包括：

壳体，所述壳体中空形成中空腔体；

隔板，所述隔板与所述壳体连接，设置于所述中空腔体内，所述隔板将所述中空腔体内分为固液分离区与菌群驯化区，所述隔板下端倾斜设置有折流板；

回流板，所述回流板与所述壳体连接，与所述隔板间隔设置于所述中空腔体内，所述回流板与隔板之间形成回流渠道；

曝气头，所述曝气头设置于所述菌群驯化区底部；

进水机构，所述进水机构包括进水管道和污泥管道，所述进水管道和污泥管道的出水端设置在所述菌群驯化区；

污泥回流管道，所述污泥回流管道将生物反应装置固液分离区中沉降后的底层浓缩液导出。

2.根据权利要求1所述的生物反应方法，其特征在于，

当所述生物反应装置的出水的氨氮浓度低于10mg/L时，将进水的氨氮浓度提高25%-50%。

3.根据权利要求1所述的生物反应方法，其特征在于，所述将活性污泥和其他生物处理单元中的出水通入所述生物反应装置内，通过所述曝气头进行曝气在所述菌群驯化区形成混合液之后，包括：

所述生物反应装置持续进水。

4.根据权利要求1所述的生物反应方法，其特征在于，所述生物反应装置还包括斜板填料，所述斜板填料与所述壳体内表面连接，设置于所述固液分离区。

5.根据权利要求1所述的生物反应方法，其特征在于，所述生物反应装置还包括生物填料，所述生物填料设置在所述回流渠道。

6.根据权利要求1所述的生物反应方法，其特征在于，所述生物反应装置还包括溢流槽，所述溢流槽与所述壳体连接，设置在所述固液分离区。

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