CN112624313A - 一种微藻内循环流化床膜生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微藻内循环流化床膜生物反应器，包括：进料装置，反应装置和出料装置；进料装置和出料装置均与反应装置连通；进料装置将污水排进反应壳体内；反应壳体内竖向设置有隔板，且隔板将反应壳体内分成反应区和混合反应区；隔板的两端面与反应壳体内腔侧壁固定连接；隔板的底面与反应区底面最低端留有间隙，反应区和混合反应区通过间隙连通；反应区的顶部连通进料装置；混合反应区的底面为方形结构；反应区底面为倾斜底面，且倾斜底面底端与混合反应区底面外边缘一体成型；混合反应区的底部设置有曝气装置；反应区内竖向设置有膜组件；膜组件的顶部连通出料装置；膜组件的顶部通过支架与反应壳体内壁固定连接。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种微藻内循环流化床膜生物反应器。
背景技术
生物流化床是讲化工技术、生物技术和水处理技术有机结合而成的一种新型的生物化学处理工艺。生物流化床既有固着生长法的特征，又有悬浮生长法的特征，因此具有两种方法的优点。
生物流化床可分为传统生物流化床、外循环生物流化床和内循环生物流化床。循环生物流化床解决了传统流化床的流态化不稳定缺点。与外循环流化床相比，内循环生物硫化床具有供氧能力强、流态均匀、传质性能好、生物膜活性强、有机物去除率相对较高的特点，因此受到越来越多的关注。但流化床一般都要设载体分离器来分离载体使其不随出水流失，同时外设沉淀池进行固液分离，沉淀池的上清液作为最终出水，这使流化床存在占地面积大，出水水质不高还需进一步的处理的缺点。因此开发设计一体式流化床，且紧凑的组合工艺是提高流化床污水处理效能的关键。
微藻是广泛地分布在海洋、淡水湖泊等水域的光合利用度高的自养植物。微藻利用污水中的氮、磷等营养元素，通过光合作用合成自身细胞物质，并不断的增殖。因此，很多学者开展微藻应用于废水处理的研究。目前国内外用于废水处理的微藻种类有小球藻(Chlorella)、栅藻(Scenedesmus)、盐藻(Dunaliellu)、葡萄藻(Botryococcus)、衣藻(Chlamydomonas)、根枝藻(Rhizoclonium)和蓝藻门的螺旋藻(Spirulina)、颤藻(Oscillatoria)等。同时有些抗性较强的微藻可以高效富集重金属和有机化合物。
膜生物反应器(MBR)是集膜分离技术于生物反应器技术相结合的新技术，具有出水水质高、耐冲击负荷、占地面积少，易于操作等优点。因此，膜生物反应器广泛用于水处理中，但膜污染是限制膜生物反应器应用的主要因素，如何设计延缓膜污染发生是解决膜广泛应用的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种微藻内循环流化床膜生物反应器，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现没有剩余污泥的二次污染，同时微藻作为生物资源再利用；有效保证出水水质的同时延缓了膜污染发生，有利于长期运行。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于，包括：进料装置，反应装置和出料装置；所述进料装置和所述出料装置均与所述反应装置连通。
所述反应装置包括反应壳体，膜组件，曝气装置和隔板；所述进料装置将污水排进所述反应壳体内；所述反应壳体内竖向设置有所述隔板，且所述隔板将所述反应壳体内分成反应区和混合反应区；所述隔板的两端面与所述反应壳体内腔侧壁固定连接；所述隔板的底面与所述反应区底面最低端留有间隙，所述反应区和混合反应区通过所述间隙连通；所述隔板的顶面不高于所述反应壳体内污水平面；所述反应区的顶部连通所述进料装置；所述混合反应区的底面为方形结构；所述反应区底面为倾斜底面，且所述倾斜底面底端与所述混合反应区底面外边缘一体成型；所述混合反应区的底部设置有所述曝气装置；所述反应区内竖向设置有所述膜组件；所述膜组件的顶部连通所述出料装置；所述膜组件的顶部通过支架与所述反应壳体内壁固定连接。
优选的，克服了易发生膜污染的问题，曝气不断的冲刷膜表面，延缓膜污染发生。
所述进料装置包括进水蓄水池，液位继电器，进水蠕动泵，液位接触探头和进水管；所述进水管的两端分别连通所述进水蓄水池和所述反应壳体；所述进水管连通有所述进水蠕动泵；所述进水蠕动泵与所述液位继电器电性连接；所述液位继电器与所述液位接触探头电性连接；所述液位接触探头设置在所述反应壳体液面以下。
所述反应壳体液面以下还设置有温度探头和PH探头；所述温度探头电性连接有温控仪；所述PH探头电性连接有在线PH计。
所述出料装置包括出水管，时间继电器和出水蠕动泵；所述出水管的一端与所述膜组件的顶部连通；所述出水管的另一端与所述出水蠕动泵连通；所述出水蠕动泵与所述时间继电器电性连接。
所述出水管还连通有真空压力表。
所述反应区底面设置为倾斜面；所述反应壳体顶部设置为长方体或圆柱体。
所述反应壳体内接种有微藻；所述反应壳体为玻璃或透明有机玻璃材料。
优选的，保证反应器的透光性，使微藻在适宜的光照强度下生长。
所述隔板的底面距所述反应区倾斜底面最低端的垂直距离为5cm-10cm。
进入所述反应壳体内污水的水质参数是：化学需氧量为10-50mg/L，氨氮浓度为10-80mg/L，磷酸盐浓度为1-10mg/L，PH为6.8-9.5，模拟了实际养殖废水水质。
所述温控仪的温度设定范围为20℃-30℃。
优选的，选用适宜微藻的生长温度，可以根据所接种不同的微藻，设定其最佳生长温度。
所述时间继电器控制出水时间，所述时间继电器的接通和关闭时间之比为3-5:1。
优选的，能有效降低膜污染速率。
所述膜组件通量为5-30L/m2h。
优选的，膜组件在低于临界通量下运行有效减缓膜污染。
所述反应壳体内的水力停留时间为3-24h，微藻停留时间为10-30d。
优选的，保证微藻浓度和活性，进而保证出水质量。
所述隔板将所述反应壳体内部分为所述反应区和所述混合反应区，所述反应区与所述混合反应区的体积比为1-3:1。
所述反应区底部为倾斜面，斜板与水平面的角度为25-45°。
优选的，保证反应区处于流化状态，使混合液混合均匀，避免内部死角。
所述曝气装置给好氧区曝气，溶解氧浓度为2-6mg/L。
优选的，满足冲刷膜表面延缓膜污染的需求。
所述在线PH计的PH设定范围为6.8-9.0；
优选的，根据所接种不同的微藻，设定其最佳生长PH，适宜选用微藻的生长PH，可获得最大微藻生长速率，加快污染物降解速率。
所述真空压力表监测膜组件的过膜压力，间接反映膜污染情况，当过膜压力超过30KPa，需要清洗所述膜组件。
优选的，随时观察膜污染情况，及时清洗膜组件，保证出水稳定。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明一种微藻内循环流化床膜生物反应器相比于活性污泥流化床，没有剩余污泥的二次污染，同时微藻作为生物资源再利用；
2、本发明一种微藻内循环流化床膜生物反应器，将流化床与膜生物反应器结合，有效保证出水水质的同时延缓了膜污染发生，有利于长期运行；
3、在相同的操作和运行条件下，利用本发明一种微藻内循环流化床膜生物反应器可以适用于含盐废水的处理，且膜污染较活性污泥低，而传统活性污泥需要较长时间的驯化且容易发生膜污染；
4、本发明制一种微藻内循环流化床膜生物反应器，处理海水养殖废水，对COD的去除率可达85％-93％，氨氮去除率达90％以上，磷去除率达50％以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的反应壳体的结构示意图。
其中，1-进水蓄水池，2-液位继电器，3-进水蠕动泵，4-温控仪，5-在线PH计，6-反应壳体，7-隔板，8-膜组件，9-混合反应区，10-曝气装置，11-真空压力表，12-时间继电器，13-出水蠕动泵，14-温度探头，15-PH探头，16-液位接触探头，17-反应区，18-出水管，19-进水管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于，包括：进料装置，反应装置和出料装置；进料装置和出料装置均与反应装置连通。
反应装置包括反应壳体6，膜组件8，曝气装置10和隔板7；进料装置将污水排进反应壳体6内；反应壳体6内竖向设置有隔板7，且隔板7将反应壳体6内分成反应区17和混合反应区9；隔板7的两端面与反应壳体6内腔侧壁固定连接；隔板7的底面与反应区17底面最低端留有间隙，反应区17和混合反应区9通过间隙连通；隔板7的顶面不高于反应壳体6内污水平面；反应区17的顶部连通进料装置；混合反应区9的底面为方形结构；反应区17底面为倾斜底面，且倾斜底面底端与混合反应区9底面外边缘一体成型；混合反应区9的底部设置有曝气装置10；反应区内竖向设置有膜组件8；膜组件8的顶部连通出料装置；膜组件8的顶部通过支架与反应壳体6内壁固定连接。
进料装置包括进水蓄水池1，液位继电器2，进水蠕动泵3，液位接触探头16和进水管19；进水管19的两端分别连通进水蓄水池1和反应壳体6；进水管19连通有进水蠕动泵3；进水蠕动泵3与液位继电器2电性连接；液位继电器2与液位接触探头16电性连接；液位接触探头16设置在反应壳体6液面以下。
反应壳体6液面以下还设置有温度探头14和PH探头15；温度探头14电性连接有温控仪4；PH探头15电性连接有在线PH计5。
出料装置包括出水管18，时间继电器12和出水蠕动泵13；出水管18的一端与膜组件8的顶部连通；出水管18的另一端与出水蠕动泵13连通；出水蠕动泵13与时间继电器12电性连接。
出水管18还连通有真空压力表11。
反应区17底面设置为倾斜面；反应壳体6顶部设置为长方体或圆柱体。
反应壳体6内接种有微藻；反应壳体6为玻璃或透明有机玻璃材料。
隔板7的底面距反应区17倾斜底面最低端的垂直距离为5cm-10cm。
在本发明的一个实施例中，由液位继电器2设定反应壳体6液位，当低于设定液位时，自动控制进水泵3进水到反应壳体6内。污水先进入反应区17与微藻接触，污染物被微藻利用，接着随着流化作用进入到混合反应区9，进一步被微藻降解，最后在膜组件8的过滤作用下实现藻液分离，并由出水蠕动泵13间歇出水，间歇的时间由时间节电器12设定接通和关闭时间来控制。曝气装置10的出气孔设置在膜组件8的下方，调节曝气量增加湍流速度和流化速度，冲刷膜表面污染物延缓膜污染。反应壳体6采用透明玻璃材质，使反应器内微藻都均匀受到光照。温控仪1控制整个反应壳体6内混合液的温度在设定的温度上运行，PH计5控制整个反应壳体6内混合液的PH在设定PH条件下运行。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明一种微藻内循环流化床膜生物反应器相比于活性污泥流化床，没有剩余污泥的二次污染，同时微藻作为生物资源再利用；
2、本发明一种微藻内循环流化床膜生物反应器，将流化床与膜生物反应器结合，有效保证出水水质的同时延缓了膜污染发生，有利于长期运行；
3、在相同的操作和运行条件下，利用本发明一种微藻内循环流化床膜生物反应器可以适用于含盐废水的处理，且膜污染较活性污泥低，而传统活性污泥需要较长时间的驯化且容易发生膜污染；
4、本发明制一种微藻内循环流化床膜生物反应器，处理海水养殖废水，对COD的去除率可达85％-93％，氨氮去除率达90％以上，磷去除率达50％以上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于，包括：进料装置，反应装置和出料装置；所述进料装置和所述出料装置均与所述反应装置连通；
所述反应装置包括反应壳体(6)，膜组件(8)，曝气装置(10)和隔板(7)；所述进料装置将污水排进所述反应壳体(6)内；所述反应壳体(6)内竖向设置有所述隔板(7)，且所述隔板(7)将所述反应壳体(6)内分成反应区(17)和混合反应区(9)；所述隔板(7)的两端面与所述反应壳体(6)内腔侧壁固定连接；所述隔板(7)的底面与所述反应区(17)底面最低端留有间隙，所述反应区(17)和混合反应区(9)通过所述间隙连通；所述隔板(7)的顶面不高于所述反应壳体(6)内污水平面；所述反应区(17)的顶部连通所述进料装置；所述混合反应区(9)的底面为方形结构；所述反应区(17)底面为倾斜底面，且所述倾斜底面底端与所述混合反应区(9)底面外边缘一体成型；所述混合反应区(9)的底部设置有所述曝气装置(10)；所述反应区内竖向设置有所述膜组件(8)；所述膜组件(8)的顶部连通所述出料装置；所述膜组件(8)的顶部通过支架与所述反应壳体(6)内壁固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述进料装置包括进水蓄水池(1)，液位继电器(2)，进水蠕动泵(3)，液位接触探头(16)和进水管(19)；所述进水管(19)的两端分别连通所述进水蓄水池(1)和所述反应壳体(6)；所述进水管(19)连通有所述进水蠕动泵(3)；所述进水蠕动泵(3)与所述液位继电器(2)电性连接；所述液位继电器(2)与所述液位接触探头(16)电性连接；所述液位接触探头(16)设置在所述反应壳体(6)液面以下。
3.根据权利要求1所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述反应壳体(6)液面以下还设置有温度探头(14)和PH探头(15)；所述温度探头(14)电性连接有温控仪(4)；所述PH探头(15)电性连接有在线PH计(5)。
4.根据权利要求1所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述出料装置包括出水管(18)，时间继电器(12)和出水蠕动泵(13)；所述出水管(18)的一端与所述膜组件(8)的顶部连通；所述出水管(18)的另一端与所述出水蠕动泵(13)连通；所述出水蠕动泵(13)与所述时间继电器(12)电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述出水管(18)还连通有真空压力表(11)。
6.根据权利要求1所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述反应区(17)底面设置为倾斜面；所述反应壳体(6)顶部设置为长方体或圆柱体。
7.根据权利要求1所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述反应壳体(6)内接种有微藻；所述反应壳体(6)为玻璃或透明有机玻璃材料。
8.根据权利要求1所述的一种微藻内循环流化床膜生物反应器，其特征在于：所述隔板(7)的底面距所述反应区(17)倾斜底面最低端的垂直距离为5cm-10cm。
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