CN111875032A - 用于水处理的生物转笼反应器及含磷低氨氮废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水处理的生物转笼反应器，包括反应槽，在所述反应槽上沿其长度方向设置有转笼转轴，在所述转笼转轴上套装有生物转笼，所述生物转笼包括空心圆盘形盘片体，所述空心圆盘形盘片体的侧壁上开设有填料加料孔，在该加料孔上设置有盖板，在所述空心圆盘形盘片体内装有填料，所述空心圆盘形盘片体的两侧面均分布有若干透水孔。本发明的生物转笼式反应器，在生物转笼中装入填料，填料和盘片上均可挂膜，能提高生物转笼的比表面积和挂膜量，与废水的接触面积大，处理能力大，处理效率高。且通过填料的改变，还可以用于除氨氮以外的其他有害物质如磷的处理。扩大了生物转笼的使用范围。

Description

用于水处理的生物转笼反应器及含磷低氨氮废水处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于水处理的生物转笼反应器及含磷低氨氮废水处理方法，属于水处理领域。

背景技术

随着工农业的飞速发展，大量含氮含磷化合物排放进入水体，导致水体富营养化加剧，废水中氨氮和磷的脱出引起了人们的广泛关注。传统的全程硝化-反硝化生物脱氮工艺主要通过亚硝化细菌将废水中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，接着硝化细菌将亚硝酸盐氮进一步转化为硝酸盐氮，然后反硝化细菌将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮并最终转化为氮气逸出，以达到脱氮的目的。传统的全程硝化-反硝化生物脱氮工艺运行性能稳定，脱氮效果良好，一直以来都被国内外广泛使用，但其存在工艺流程长、占地面积大、运行费用高等缺点。因此，近年来，高效低耗的脱氮技术已成为含氮废水脱氮处理研究及应用的热点。

生物转盘是一种生物膜法处理技术，生物转盘的盘片上可生长微生物(如AAOB)，生物量大、具有很强的耐冲击负荷能力，同时生物转盘反应器具有传质效果好、处理程度高、可控性强。运行稳定可靠、维护简单、动力消耗低，运行费用省等优点，不需要曝气，也无需污泥回流，在污水处理中具有广泛的应用前景。

但是现有生物转盘，大多显示出盘片形状单一、比表面积小、挂膜性能差、单位体积盘片的生物量较少、处理效率低等缺点，从而严重的影响了生物转盘的处理效率。并且现有的生物转盘反应器主要用于氨氮的处理，对于其它有机物、磷等的处理还需要在后面加絮凝沉淀池等处理步骤进行处理。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于水处理的生物转笼反应器，增大盘片比表面积，提高挂膜量，可用于处理氨氮、有机物及磷等污染物质，本发明的第二目的在于提供含磷低氨氮废水处理方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于水处理的生物转笼反应器，包括反应槽，在所述反应槽上沿其长度方向设置有转笼转轴，在所述转笼转轴上套装有生物转笼，所述生物转笼包括空心圆盘形盘片体，所述空心圆盘形盘片体的侧壁上开设有填料加料孔，在该加料孔上设置有盖板，在所述空心圆盘形盘片体内装有填料，所述空心圆盘形盘片体的两侧面均分布有若干透水孔，所述反应槽的其中一端从上到下开设有一组进水孔，所述反应槽的另一端对应开设有一组出水孔，所述反应槽的槽底开设有放水孔，所述反应槽的侧面开设有溢流孔或挂膜进水孔。

采用上述方案，本发明的生物转笼设计成中空状，生物转笼的中心有供转笼转轴穿过的轴孔，直接在盘片内装入各种处理填料，形成转笼，可用于氨氮的处理的同时，还可用于磷或其它有害物质的处理。在填料上也可实现生物挂膜，增大了盘片的比表面积，提高挂膜量，提高处理效率。

在盘片的侧面设置填料加料孔，方便填料的加入和倒出。

在反应槽上设置不同高度的一组进水孔和出水孔，方便调节淹没度。

反应槽的侧面开设溢流孔和挂膜进水孔，用于挂膜时进水或者溢流出水。

底部放水孔用于污泥的排放。

上述方案中：所述空心圆盘形盘片体的厚度为10-40mm，盘面直径为250-350mm，每个反应槽中设置4-12个生物转笼。对污水中有害物质的处理效果最好。

上述方案中：所述空心圆盘形盘片体的透水孔的孔径为1-3mm，间距1-3mm，开孔率大于40％。对污水中有害物质的处理效果最好。

上述方案中，所述进水孔和出水孔分别为3个。

上述方案中：所述填料为普通陶粒或纳米陶粒。对氨氮处理效果好的同时磷的处理效果好。

上述方案中：所述反应槽为纵截面的U形的U形槽，所述生物转笼的底端与U形槽槽底之间的距离为10-20mm。

上述方案中，所述生物转笼由不锈钢制成，所述反应槽由PP板制成。

本发明的第二目的是这样实现的：一种含磷低氨氮废水的处理方法，其特征在于：准备所述的用于水处理的生物转笼反应器，在生物转笼中装入填料，选择合适的进水孔的高度和出水孔的高度，打开该进水孔，低浓度氨氮废水从该进水孔进入反应槽，控制淹没度40％-60％，转动转轴，控制生物转笼的转速为1-2r/Min，总停留时间为4-8h。

优选：盘面厚度为20mm，淹没度为50％，转速为2r/Min，反应槽中均布6个生物转笼，总停留时间4h，填料为普通陶粒。氨氮的去除效果最好，综合处理能力最好。

有益效果：本发明的生物转笼式反应器，在生物转笼中装入填料，填料和盘片上均可挂膜，能提高生物转笼的比表面积和挂膜量，与废水的接触面积大，处理能力大，处理效率高。且通过填料的改变，还可以用于除氨氮以外的其他有害物质如磷的处理。扩大了生物转笼的使用范围。

附图说明

图1是本发明的剖面图。

图2为图1左侧视图。

图3为右侧视图。

图4为生物转笼的俯视图。

图5为实验装置图。

图6为淹没度对氨氮去除影响曲线。

图7为转速对氨氮的去除影响曲线。

图8为水力停留时间对氨氮的去除影响曲线

图9为磷去除效果图。

图10为COD去除效果图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1-3所示，用于水处理的生物转笼反应器，由反应槽1、转笼转轴2、生物转笼3、填料4、填料加料孔5、进水孔6、出水孔7、放水孔8、透水孔9和溢流孔或挂膜进水孔组成。

生物转笼3由不锈钢制成，反应槽1由PP板制成。反应槽1为纵截面的U形的U形槽，在反应槽1上沿其长度方向设置有转笼转轴2，在转笼转轴2上套装有生物转笼3，生物转笼3的底端与U形槽槽底之间的距离为10-20mm。生物转笼3包括空心圆盘形盘片体，空心圆盘形盘片体中心有供转笼转轴2穿过的轴孔，空心圆盘形盘片体的厚度为10-40mm，盘面直径为250-350mm，每个反应槽中设置4-12个生物转笼3。空心圆盘形盘片体的两侧面均分布有若干透水孔9，空心圆盘形盘片体的透水孔9的孔径为1-3mm，间距1-3mm，开孔率大于40％。空心圆盘形盘片体的侧壁上开设有填料加料孔5，在该加料孔5上设置有盖板，在空心圆盘形盘片体内装有填料4，根据需要处理的污水总的污染物质不同，填料4的类型可随意更换，通过填料加料孔5更换填料4，操作方便。优选填料4为普通陶粒或纳米陶粒，可用于磷的处理和COD的处理。反应槽1的其中一端从上到下开设有一组进水孔6，反应槽的另一端对应开设有一组出水孔7，优选进水孔6和出水孔7分别为3个，可满足不同的淹没度的需要。

反应槽1的槽底开设有放水孔8，反应槽1的侧面中上部开设有溢流孔或挂膜进水孔(图中未画出)。

含磷低氨氮废水的处理方法为先在生物转笼中装入填料，选择合适的进水孔的高度和出水孔的高度，打开该进水孔，低浓度氨氮废水从该进水孔进入反应槽，控制淹没度40％-60％，转动转轴，控制生物转笼的转速为1-2r/Min，总停留时间为4-8h，填料为普通陶粒或纳米陶粒。

处理效果实验

采用四个反应槽单轴并联。即四个反应槽1并联，每个槽的体积380L，同时从水槽10进水，四个反应槽1排成一排(如图5所示)四个反应槽1的转笼转轴2上均套有从动齿轮，四个反应槽1的主动齿轮轴通过联轴器11相连，通过电机12带动主动齿轮旋转，从而带动转笼转轴2转动。

生物转笼3空心圆盘形盘片体直径为300mm，A槽生物转笼12片，厚度为10mm，B槽6个生物转笼3，厚度为20mm，C槽11个生物转笼3，厚度为20mm，D槽为4个生物转笼3，其中三个厚度为40mm，一个厚度为20mm。每个槽中的填料总量相同。

实验原水采用生物污水，水质指标如下，COD＝160mg/L～220mg/L，TN＝45mg/L～60mg/L，NH₃-N＝15mg/L～25mg/L，TP＝4mg/L-6mg/L，pH＝7.8-8.6，水温17℃～19℃。

1、淹没度对氨氮的去除效果影响

本次实验脱氮是好氧反应，由于没有额外的曝气措施，仅通过转盘转动扰动水体和未被淹没的盘片复氧，所以并未做100％淹没度试验，选择淹没度为30％、50％和70％3个工况点。转速2r/min，HRT4h。

实验结果如图6所示，从不同盘厚角度出发研究发现，盘厚较大时，淹没度低于50％时效果较好，氨氮去除率峰值为约98％；还可以看出，淹没度60％左右会是盘厚影响氨氮去除率效果的分水岭；淹没度70％时，D槽氨氮去除效果最差，可能是因为填料过于集中，可能是D槽复氧面积相对其他三槽有所减少，影响了水体中污染物的传质。分别在C槽内装入纳米陶粒和普通陶粒(图中显示的为C普通陶粒，其余槽(A、B、D)纳米陶粒，C槽纳米陶粒的数据没在图中显示)，从不同填料角度发现，纳米陶粒组和普通陶粒组对比实验整体上纳米陶粒组占优，去除率高出约10％左右。

当淹没度为30％时，氨氮去除率略低，可能是因为生物膜与水体接触的面积较少，接触降解程度不够导致；当淹没度为70％时，氨氮去除率略低，可能是因为可供转笼复氧的面积不足，水体复氧率低导致。

2、转速对氨氮的去除效果影响

淹没度50％，HRT4h。

本次实验选择3个转速工况点，分别为1r/min、2r/min、4r/min。是因为随着转速的提高，填料中的生物膜将会受到水流剪切而损失，为保证后续实验顺利有序进行，所以选择了3个转速工况。当转速较低时，转笼内悬浮生物载体间碰撞和摩擦较小，有利于微生物的生长繁殖以及微生物膜在悬浮生物载体表面的附着固定，但过小又造成反应器流化态不均匀，生物膜与污水中的污染物及空气接触机会较少，营养物质供给不足，致使载体上生物膜厌氧层增厚，影响污水处理效果。当转笼转速过高时，反应器内悬浮生物载体间、填料与水体间碰撞和摩擦加剧，使得生物载体表面的微生物膜脱落，生物膜的厚度下降，污泥沉降性能下降，出水SS浓度将会增大，影响污水处理效果。

实验结果如图7所示，不同盘片厚度的转速对氨氮的去除率影响较大。装置以2r/min运行时，氨氮去除效果最佳。分析原因：氨氮的去除需要在较高的溶氧条件下和较高的基质传递速率；转速为2r/min时，从挂膜培养阶段可知，复氧量≥生物膜需氧量，此时生物膜所受到的水流剪切作用力适度，水体中的紊流程度适中，有利于污染物向生物膜表面扩散，从而增强氨化作用。整体上B槽、D槽表现良好，在转速n＝2r/min时，去除率约95％；而A槽随着转速的增大，氨氮去除率趋势向下，可见此时复氧成为氨氧化细菌去除氨氮的制约因素；从不同填料角度发现(C槽中分别装入普通陶粒和纳米陶粒做两次实验，图中显示的为C普通陶粒，其余槽纳米陶粒，C槽纳米陶粒的数据没在图中显示)，在低转速(1r/min)和较高转速(4r/min)时，普通陶粒组实验结果略微优于纳米陶粒组。

3、HRT对氨氮的去除效果影响

从图8上可以看出，整体上HRT(水力停留时间)运行实验结果有明显的先探底后回升趋势，且去除率都较高，最低值为B槽(图中显示的为C普通陶粒，其余槽纳米陶粒，C槽纳米陶粒的数据没在图中显示)的氨氮去除率85％。HRT＝1h时，出水效果好，可能是因为纳米陶粒吸附的吸附作用；HRT＝2h时，在此阶段纳米陶粒解吸氨氮，导致出水质变差；HRT＞2h时，出水水质逐渐变好，在此阶段，降解氨氮主要是生物作用，整体上HRT＝4h时，水质基本稳定。

从不同盘厚角度出发研究发现，D槽的氨氮去除率波动范围略小于A槽、B槽，且D槽的氨氮去除率波动区间为90％～98％，效果良好，而B槽的氨氮去除率波动范围较大，区间85％～98％，氨氮去除效果也不错；从不同填料角度发现，在水力停留时间单因子运行实验中，普通陶粒组有略微的优势，特别是在HRT＝4h时，氨氮去除效果最好，值为95％，优于B槽约2％，在HRT＝8h时，普通陶粒组和纳米陶粒组氨氮去除效果相差无几。

如图9和10，从总磷和COD去除图可以看出，在4h，TP去除率整体在40％～50％，COD的去除率能达到50％-85％。

单因子实验结果更偏好于B槽，HRT＝4h，盘厚D＝2cm，转速n＝2r/min，淹没度为50％时，氨氮的去除效果最好，同时TP去除率和COD的去除率较高。

本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于水处理的生物转笼反应器，包括反应槽，在所述反应槽上沿其长度方向设置有转笼转轴，在所述转笼转轴上套装有生物转笼，所述生物转笼包括空心圆盘形盘片体，所述空心圆盘形盘片体的侧壁上开设有填料加料孔，在该加料孔上设置有盖板，在所述空心圆盘形盘片体内装有填料，所述空心圆盘形盘片体的两侧面均分布有若干透水孔，所述反应槽的其中一端从上到下开设有一组进水孔，所述反应槽的另一端对应开设有一组出水孔，所述反应槽的槽底开设有放水孔，所述反应槽的侧面开设有溢流孔或挂膜进水孔。

2.根据权利要求1所述用于水处理的生物转笼反应器，其特征在于：所述空心圆盘形盘片体的厚度为10-40mm，盘面直径为250-350mm，每个反应槽中设置4-12个生物转笼。

3.根据权利要求2所述用于水处理的生物转笼反应器，其特征在于：所述空心圆盘形盘片体的透水孔的孔径为1-3mm，间距1-3mm，开孔率大于40％。

4.根据权利要求1-3任一项所述用于水处理的生物转笼反应器，其特征在于：所述进水孔和出水孔分别为3个。

5.根据权利要求4所述用于水处理的生物转笼反应器，其特征在于：所述填料为普通陶粒或纳米陶粒。

6.根据权利要求5用于水处理的生物转笼反应器，其特征在于：所述反应槽为纵截面的U形的U形槽，所述生物转笼的底端与U形槽槽底之间的距离为10-20mm。

7.根据权利要求6所述用于水处理的生物转笼反应器，其特征在于：所述生物转笼由不锈钢制成，所述反应槽由PP板制成。

8.一种含磷低氨氮废水的处理方法，其特征在于：准备权利要求4中的用于水处理的生物转笼反应器，在生物转笼中装入填料，选择合适的进水孔的高度和出水孔的高度，打开该进水孔，低浓度氨氮废水从该进水孔进入反应槽，控制淹没度40％-60％，转动转轴，控制生物转笼的转速为1-2r/Min，总停留时间为4-8h，所述填料为普通陶粒或纳米陶粒。

9.根据权利要求8所述含磷低氨氮废水的处理方法，其特征在于：盘面厚度为20mm，淹没度为50％，转速为2r/Min，反应槽中均布6个生物转笼，总停留时间4h，填料为纳米陶粒。

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