CN112939228A

CN112939228A - 一种固定化微生物污水处理装置及方法

Info

Publication number: CN112939228A
Application number: CN202110355726.7A
Authority: CN
Inventors: 池剑亭; 朱洪; 韩媛媛; 马洪玺; 王日彩; 张文军
Original assignee: Shanghai Lanke Petrochemical Engineering & Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Lanke Petrochemical Engineering & Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: CN112939228B

Abstract

本发明属于污水处理领域，公开了一种固定化微生物污水处理装置及方法，其装置包括固定化微生物反应器、载体回收机构和载体再生器，固定化微生物反应器内设有升流区和回流区，升流区的上部与回流区的上部连通，升流区的下部与回流区的下部连通，升流区的下部设有曝气机构，固定化微生物反应器设有进水口和出水口，进水口与升流区连通，出水口与回流区连通；载体回收机构设置在回流区的上部，用于收集上浮的载体；载体再生器设有进料口和排料口，进料口与载体回收机构连接，排料口与升流区连接。本发明通过在回流区顶部增加载体回收机构，将上浮的聚氨酯收集并送入载体再生器再生，有效避免载体的流失，提高了反应器的运行稳定性。

Description

一种固定化微生物污水处理装置及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种固定化微生物污水处理装置及方法。

背景技术

在污水处理中，使用比较广泛的方法包括传统的活性污泥法，以及在活性污泥法基础上改进的SBR,A/O,A²/O等工艺。这些工艺方法在处理有机物以及脱氮除磷方面具有一些优势，但是都存在着流程长、占地面积较大以及抗冲击能力差等问题。

固定化微生物技术由于可以弥补传统活性污泥法带来的不足，近年来引起国内外研究的广泛关注。固定化微生物技术是利用物理或者化学的方法，将游离的微生物固定在特定的载体上，微生物在载体上高度密集且快速繁殖，以满足废水处理需求的一种新型生物处理技术。该技术具有菌种流失少，耐毒害能力强，占地面积小等优点，因此具有广阔的研究前景和应用价值。

聚氨酯网状载体由于其多孔结构，具有较大的比表面积，同时材料分子链上的氨基甲酸酯键，羟基等亲水性基团大大提高了载体的亲水性，使其成为微生物附着繁殖的优良载体。但是聚氨酯载体的网状结构同时也会导致内部的生物膜脱落后无法有效的排出，随着运行时间的增长聚氨酯内部的生物膜不断脱落并累积，导致聚氨酯大量上浮并流失，从而影响生化的处理效率。

中国发明专利CN201510146782.4公开了网箱式生物载体、固定化微生物处理污水装置和其应用。该生物载体装置是由网箱和装填与该网箱内的生物填料组成。该装置可防止载体流失，但网箱内生物填料填充过多，会导致生物填料流化效果不佳，从而在网箱内部的生物填料难以接触到污水，影响处理效果。

中国发明专利CN201910215736.3公开了一种用于固定微生物技术的组合填料。该填料是将多个多孔聚氨酯载体装填在聚烯烃材质的球形外框体内。通过外框体保护聚氨酯载体，解决聚氨酯流失的问题。但球形外框体内的聚氨酯之间容易堆积污泥堵塞，导致填料与污水阻隔，从而影响反应效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定化微生物污水处理装置及方法，保证聚氨酯载体正常运行的同时，解决聚氨酯上浮甚至流失的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，提供了一种固定化微生物污水处理装置，包括：

固定化微生物反应器，所述固定化微生物反应器内设有竖直设置的隔板，所述隔板将所述固定化微生物反应器内部分为升流区和回流区，所述升流区的上部与所述回流区的上部连通，所述升流区的下部与所述回流区的下部连通，所述升流区的下部设有曝气机构，所述固定化微生物反应器设有进水口和出水口，所述进水口与所述升流区连通，所述出水口与所述回流区连通；

载体回收机构，所述载体回收机构设置在所述回流区的上部，用于收集上浮的载体；

载体再生器，所述载体再生器设有进料口和排料口，所述进料口与所述载体回收机构连接，所述排料口与所述升流区连接。

进一步地，所述载体再生器包括再生仓和压板，所述压板可升降地设置在所述再生仓内，用于挤压所述再生仓内的载体。

进一步地，所述再生仓还设有进气口、排气口、液位仪和压力计，所述进气口用于向所述再生仓内充入气体，所述排气口用于排出所述再生仓内的气体，所述液位仪用于检测所述再生仓内的液位，所述压力计用于检测所述再生仓内的压力。

进一步地，所述压板包括筋条和若干个钢条，若干个所述钢条平行间隔设置在所述筋条上，所述钢条的截面为三角形。

进一步地，所述固定化微生物反应器内的载体的填充率为20-40％，载体充水密度为0.95-0.99g/cm³，载体边长为1-4cm。

进一步地，所述出水口设有载体分离器，用于将载体截留在所述固定化微生物反应器内。

进一步地，所述载体回收机构包括刮料机和收集槽，所述刮料机设置在所述回流区的上部，所述收集槽的一端设置在所述刮料机的尾端，所述收集槽的另一端与所述载体再生器的进料口连接。

另一方面，还提供一种固定化微生物污水处理方法，包括：

污水从固定化微生物反应器的进水口进入升流区；

升流区内的曝气机构射出气体带动污水和载体向上流动进入回流区；

污水和载体进入回流区后向下流动，从回流区下部流动到升流区下部，形成循环流动处理污水；

处理后的污水从回流区上的出水口排出；

上浮的载体通过载体回收机构回收并送入载体再生器；

载体在载体再生器内再生后返回固定化微生物反应器。

进一步地，所述载体在载体再生器内再生后返回固定化微生物反应器具体包括：

载体再生器的液位达到预设值时，关闭载体再生器上的进料口；

驱动载体再生器内的压板向下挤压载体至载体再生器液位的1/2-1/3处，使载体内部的气体被挤出，且载体内部脱落的生物膜被挤碎并排出载体；

控制压板复位后，打开进气口和排料口，通过进气口向载体再生器内充入压缩气体，再生后的载体在压缩气体作用下从排料口排出并返回固定化微生物反应器。

进一步地，所述固定化微生物反应器的停留时间为2-24h，溶解氧为0.5-3mg/L。

通过本发明提供的一种固定化微生物污水处理装置及方法，能够带来以下有益效果：

(1)通过在回流区顶部增加载体回收机构，将上浮的聚氨酯收集并送入载体再生器再生，有效避免载体的流失，提高了反应器的运行稳定性。

(2)在载体再生器内通过适当的挤压力排出老化的微生物膜和载体内部的气体，可以使聚氨酯始终处于高活性状态，在不破坏聚氨酯结构的同时避免了长时间运行带来的聚氨酯上浮的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明一种固定化微生物污水处理装置的具体实施例的结构示意图；

图2本发明的载体再生器内的压板处于初始状态的结构示意图；

图3本发明的载体再生器内的压板向下挤压载体的结构示意图；

图4本发明的压板的结构示意图。

附图标号说明

1、固定化微生物反应器；11、隔板；12、升流区；13、回流区；14、曝气机构；15、进水口；16、出水口；17、载体分离器；2、载体回收机构；21、刮料机；22、收集槽；3、载体再生器；31、进料口；32、排料口；33、再生仓；34、压板；341、筋条；342、钢条；35、进气口；36、排气口；37、压力计。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种固定化微生物污水处理装置的具体实施方式，如图1所示，包括固定化微生物反应器1、载体回收机构2和载体再生器3。固定化微生物反应器1内设有竖直设置的隔板11，隔板11将固定化微生物反应器1内部分为升流区12和回流区13，升流区12的上部与回流区13的上部连通，升流区12的下部与回流区13的下部连通，升流区12的下部设有曝气机构14，固定化微生物反应器1设有进水口15和出水口16，进水口15与升流区12连通，出水口16与回流区13连通；载体回收机构2设置在回流区13的上部，用于收集上浮的载体；载体再生器3设有进料口31和排料口32，进料口31与载体回收机构2连接，排料口32与升流区12连接。

具体地，固定化微生物反应器1内被隔板11分隔为升流区12和回流区13，升流区12内填充有聚氨酯载体，升流区12内设置有曝气机构14，污水从进水口15进入升流区12，气体从曝气机构14射出，带动污水和填料载体向上流动，气体从升流区12上部排空后，由于密度差，污水和填料载体进入到回流区13并向下流动，然后从回流区13下部流动到升流区12下部，形成循环流动，强化了污水生化的传质反应，提高了污水处理效果。

处理后的污水从回流区13的出水口16排出，出水口16设置在回流区13的中部，以减少载体从出水口16排出的量。优选地，出水口16还设置有载体分离器17，载体分离器17用于将载体截留在固定化微生物反应器1内，载体分离器17可采用过滤网等可将载体截留的结构。

在污水处理过程中，由于聚氨酯载体内部的生物膜脱落导致载体内部孔道堵塞，缺氧/厌氧产生的气体无法排出，导致载体的密度变小并上浮至回流区13上部，导致上浮载体无法参与污水处理过程。本发明通过在回流区13上部设置载体回收机构2，可利用载体回收机构2回收载体并将载体送入载体再生器3进行再生，再生后的载体被送回固定化微生物反应器1继续参与污水处理，以解决聚氨酯载体流失的问题。

载体回收机构2包括刮料机21和收集槽22，刮料机21设置在回流区13的上部，收集槽22的一端设置在刮料机21的尾端，收集槽22的另一端与载体再生器3的进料口31连接。载体上浮至回流区13上部时，通过回流区13上部的刮料机21将含有上浮载体的污水撇至收集槽22内，并通过收集槽22下部的管道输送至载体再生器3。

如图1至图3所示，载体再生器3包括再生仓33和压板34，压板34可升降地设置在再生仓33内，用于挤压再生仓33内的载体。压板34可通过电机等驱动系统控制升降。排料口32设置在再生仓33的底部。再生仓33还设有进气口35、排气口36、液位仪和压力计37，进气口35用于向再生仓33内充入气体，排气口36与大气连通，用于排出再生仓33内的气体，液位仪用于检测再生仓33内的液位，压力计37用于检测再生仓33内的压力。

如图2和图3所示，载体进行再生的操作如下：当再生仓33内的液位达到再生仓33体积的80％左右时，关闭进料口31上的进料阀，启动电机将压板34向下推动，载体在压板34下部受到挤压后，载体内部的气体被挤出，脱落的生物膜被挤碎并排出填料载体。控制压板34向下挤压时应使压板34挤压至再生仓33液位的1/2-1/3处，因为压板34移动位置过低会导致填料载体破碎，过高会导致挤压力不足，载体再生效果差。再生完成将压板复位后，打开进气口35上的进气阀，通入压缩空气充压至0.1-0.5MPa，打开排料口32上的排料阀，通过进气口35充入的压缩气体将再生仓33内的污水和再生后的载体输送至固定化微生物反应器1的升流区12重新投入使用，载体再生器3进入下一个再生操作。

如图4所示，压板34包括筋条341和若干个钢条342，若干个钢条342平行间隔设置在筋条341上，钢条342的截面为三角形。压板34是由若干个宽1-3mm的三角形不锈钢条342通过筋条341焊接在一起形成的有缝隙的压板34，每个三角形不锈钢条342之间的间隔为2-5mm，且平行布置。整个压板34可为平面结构，也可以为锥形，例如，先采用筋条341和若干个钢条342焊接形成平面板，然后将平面板进行拼接形成截面为锥形的压板34，通过锥形的压板34挤压载体可提高挤压效果。

优选地，固定化微生物反应器1内的载体的填充率为20-40％，载体充水密度为0.95-0.99g/cm³，载体边长为1-4cm。固定化微生物反应器1内填料载体的填充率太低时，微生物浓度低，处理负荷低，填充率过高时，会导致填料堆积难以流化，也会降低处理负荷。

填料载体充水密度为0.95-0.99g/cm³，形状为正方形，载体上三维网状的孔道从外表面贯穿至内部，比表面积大，微生物可以在载体表面及内部附着，微生物富集程度高。载体边长尺寸为1-4cm，最优的控制在1cm，由于填料载体从外到内氧浓度梯度逐渐降低，载体尺寸太小时，载体内部的氧浓度过高，无法在填料载体内部产生缺氧/厌氧微生物的适应环境，载体尺寸太大，流化填料载体所需的能耗增加，将载体尺寸控制在1cm，可以保证在载体外部发生好氧生化反应，内部发生缺氧/厌氧生化反应，相当于每个填料载体都是一个好氧厌氧一体微反应器，缩短了污水处理流程，提高污水处理效果。

固定化微生物反应器1污水处理装置停留时间为2-24h，溶解氧0.5-3mg/L，溶解氧是指曝气机构14射出的气体在固定化微生物反应器1中溶解后的氧浓度，溶解氧过低会导致供氧能力不足，处理负荷低，溶解氧过高会导致填料内部氧浓度过高，缺氧/厌氧无法进行，总的处理水平下降。

本发明的固定化微生物污水处理装置综合并优化了聚氨酯作为固定化微生物技术中填料的特点，相对于普通的固定化微生物技术，该发明的优点在于：

(1)进料COD容积负荷可达到4.0kg/(m³·d)，进料总氮容积负荷高达0.5kg/(m³·d)，出水COD处理至100mg/l以下，TN处理至30mg/l以下。

(2)能够维持相对较高的微生物浓度，耐冲击性较强；

(3)污水处理过程不需要活性污泥参与，因此出水悬浮物少，无须泥水分离设备，简化污水处理流程；

(4)聚氨酯载体特殊的网状结构使溶解氧浓度梯度由外而内降低，这种浓度梯度使得聚氨酯外部是好氧环境，内部是厌氧或缺氧环境，每一个聚氨酯填料都是一个小型的A/O反应器，从而提升污水处理效果，简化污水处理流程；

(5)填料损失率0％：通过在反应器顶部增加载体回收机构，将上浮的聚氨酯收集并送入再生器再生，有效避免填料载体的流失，提高了反应器的运行稳定性；

(6)通过适当的挤压力排出老化的微生物膜和填料内部的气体，可以使聚氨酯始终处于高活性状态，在不破坏聚氨酯结构的同时避免了长时间运行带来的聚氨酯上浮的问题。

本实施例的固定化微生物污水处理装置的处理方法为：

污水从固定化微生物反应器1的进水口15进入升流区12；

升流区12内的曝气机构14射出气体带动污水和载体向上流动进入回流区13；

污水和载体进入回流区13后向下流动，从回流区13下部流动到升流区12下部，形成循环流动处理污水；

处理后的污水从回流区13上的出水口16排出；

上浮的载体通过载体回收机构2回收并送入载体再生器3；

载体在载体再生器3内再生后返回固定化微生物反应器1。

其中，载体在载体再生器3内再生后返回固定化微生物反应器1具体包括：

载体再生器3的液位达到预设值时，关闭载体再生器3上的进料口31；

驱动载体再生器3内的压板34向下挤压载体至载体再生器3液位的1/2-1/3处，使载体内部的气体被挤出，且载体内部脱落的生物膜被挤碎并排出载体；

控制压板34复位后，打开进气口35和排料口32，通过进气口35向载体再生器3内充入压缩气体，再生后的载体在压缩气体作用下从排料口32排出并返回固定化微生物反应器1。

下面通过几个实例来进一步说明本发明的处理效果。

实施例1

采用载体可再生固定化微生物污水处理装置对某石化厂综合污水进行生化实验，污水的COD为650mg/L，反应条件为：反应器体积为28L，聚氨酯填充率为20％，反应器停留时间3hr，溶解氧控制在2-3mg/L，反应池上方采用刮料机，将上浮的填料收集后再生，再生条件为挤压至再生仓液位的1/2，填料再生后返回反应器内。以下表格为对该实施例进行污水处理检测得出的实验数据。

运行数据结果表明，采用载体可再生固定化微生物反应器的进料COD容积负荷在2.2-4.0kg/(m3·d)时，出水的COD低于60mg/L，出水COD指标满足GB 31571《石油化学工业污染物排放标准》小于60的要求。

对比例1

与实施例1不同的是,未设置填料的回收再生装置。对比例表明，未增加填料回收再生，COD容积负荷升高至3.3kg/(m³·d)时，填料开始出现上浮损失，同时COD处理效果下降。

实施例2

对某石化厂综合污水进行生化实验，污水的COD为650mg/L，总氮55mg/L，反应条件为：反应器体积为28L，聚氨酯填充体积为率为30％；曝气装置安装在反应器底部，溶解氧控制在0.5-2mg/L；反应池上方采用小型刮渣设备，将上浮的填料收集后再生，再生条件为挤压至再生仓液位的1/2，填料再生后返回反应器内。以下表格为对该实施例进行污水处理检测得出的数据：

	COD	TN
			进水水质mg/L	650	55
出水水质mg/l	48	15
			进水负荷kg/(m<sup>3</sup>·d)	4.0	0.5

对比例2

与实施例2不同的是，采用活性污泥法进行生化处理，活性污泥浓度4000mg/L，COD处理负荷1.23COD kg/(m³·d)。

	COD	TN
			进水水质mg/L	650	55
出水水质mg/l	308	30
			进水负荷kg/(m<sup>3</sup>·d)	1.23	0.09

实施例3

对某石化厂综合污水进行生化实验，污水的COD为600mg/L，总氮60mg/L，反应条件为：反应器体积为28L，聚氨酯填充体积为率为40％，反应池上方采用小型刮渣设备，曝气装置安装在反应器底部，溶解氧控制在0.5-2mg/L。将上浮的填料收集后再生，再生条件为挤压至再生仓液位的1/3，填料再生后返回反应器内。以下表格为对该实施例进行污水处理检测得出的数据：

	COD	TN
			进水水质mg/L	600	60
出水水质mg/l	47	20
			进水负荷kg/(m<sup>3</sup>·d)	3.32	0.25

对比例3

与实施例3不同之处在于，将上浮的填料收集后再生，再生条件为挤压至再生仓液位的2/3，填料再生后返回反应器内，填料过渡挤压导致。以下表格为对该对比例进行污水处理检测得出的数据：

	COD	TN
			进水水质mg/L	600	60
出水水质mg/l	83	32
			进水负荷kg/(m<sup>3</sup>·d)	3.10	0.17

实施例4

对某石化厂氨氮污水进行脱氮实验，污水的总氮220mg/L,反应条件为：反应器体积为28L，聚氨酯填充率为20％，曝气装置安装在反应器底部，溶解氧控制在0.5-1mg/L，将上浮的填料收集后再生，再生条件为挤压至再生仓液位的1/2，填料再生后返回反应器内。运行数据结果表明，采用载体可再生固定化微生物污水处理装置，同时进行了硝化和反硝化反应，总氮容积负荷在0.2-0.5kg/(m³·d)，出水的总氮低于30mg/L，总氮去除率在85％以上。

实施例5

对某石化厂综合污水进行生化实验,污水的COD为1200mg/L，反应条件为：反应器体积为28L，聚氨酯填充率为40％，曝气装置安装在反应器底部，溶解氧控制在2-3mg/L，将上浮的填料收集后再生，再生条件为挤压至再生仓液位的1/2，填料再生后返回反应器内。运行数据结果表明，COD容积负荷在2.0-3.4kg/(m³·d)，出水的COD低于100mg/L，COD去除率在92％以上。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，所述载体再生器包括再生仓和压板，所述压板可升降地设置在所述再生仓内，用于挤压所述再生仓内的载体。

3.根据权利要求2所述的一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，所述再生仓还设有进气口、排气口、液位仪和压力计，所述进气口用于向所述再生仓内充入气体，所述排气口用于排出所述再生仓内的气体，所述液位仪用于检测所述再生仓内的液位，所述压力计用于检测所述再生仓内的压力。

4.根据权利要求2所述的一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，所述压板包括筋条和若干个钢条，若干个所述钢条平行间隔设置在所述筋条上，所述钢条的截面为三角形。

5.根据权利要求1所述的一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，所述固定化微生物反应器内的载体的填充率为20-40％，载体充水密度为0.95-0.99g/cm³，载体边长为1-4cm。

6.根据权利要求1所述的一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，所述出水口设有载体分离器，用于将载体截留在所述固定化微生物反应器内。

7.根据权利要求1所述的一种固定化微生物污水处理装置，其特征在于，所述载体回收机构包括刮料机和收集槽，所述刮料机设置在所述回流区的上部，所述收集槽的一端设置在所述刮料机的尾端，所述收集槽的另一端与所述载体再生器的进料口连接。

8.一种固定化微生物污水处理方法，其特征在于，包括：

污水从固定化微生物反应器的进水口进入升流区；

处理后的污水从回流区上的出水口排出；

上浮的载体通过载体回收机构回收并送入载体再生器；

载体在载体再生器内再生后返回固定化微生物反应器。

9.根据权利要求8所述的一种固定化微生物污水处理方法，其特征在于，所述载体在载体再生器内再生后返回固定化微生物反应器具体包括：

10.根据权利要求8所述的一种固定化微生物污水处理方法，其特征在于，

所述固定化微生物反应器的停留时间为2-24h，溶解氧为0.5-3mg/L。