CN114890547A - 一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法及装置，将原水注入含有序批式菌藻共生生物膜和填料的反应器内，同时向反应器内进行光照，当污水到达预设水位后，向反应器内注入空气进行曝气，并实时监控溶解氧DO浓度和酸碱度；停止向反应器内注入空气，按照预设排水比例排水，再次静置预设时间，此时的活性污泥处于营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，采用的序批式生物膜法具有占地面积小，反应阶段随时间动态变化，生物膜随序批式反应器中曝气阶段和非曝气阶段的交替间歇性接触光能，为藻类的附着生长提供了条件，利于强化藻类生物量积累，构筑单元简单，更具氮磷深度处理的优势，在污水深度处理领域前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法及装置。
背景技术
由电能消耗、药剂使用和温室气体产生所引起的碳排放是污水处理厂碳排放的重要来源。随着污水排放标准的逐渐提高，污水处理厂需通过延长工艺流程、过量投加药剂等高耗能方式换取高标准出水水质，这导致污水处理厂运行成本及直接和间接碳排放量的大幅增加，阻碍了污水处理厂向“双碳”目标的发展。因此，污水处理厂面临由高耗能换取高水质模式向减污降碳模式转变的迫切需求。
污水生物处理技术发展至今已相对较为成熟，且在污水处理厂中得到广泛应用。因此，开发具有减污降碳双重优势的污水生物处理技术和方法，对于污水处理厂的低碳高效运行具有重要意义。
利用菌藻相互作用实现污水处理的絮凝菌藻共生系统，为提高氮磷处理效果、节约曝气能耗和生物质能开发利用提供了可能。但如何实现微藻在传统污水处理工艺中的生物质分离收获仍然是菌藻共生系统研究领域面临的难题，对于微藻在传统污水处理工艺中的高效生长和稳定生物量积累的研究较少，这限制了菌藻共生系统在水处理领域更加广泛的应用。现有技术中大多是将菌藻共生技术的应用于高效氧化塘等低水力负荷的污水处理工艺，并不适用于城市污水的高效处理。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法及装置，能够提高氮磷处理效率和污染物去除效果，降低污水处理费用和能耗。
本发明是通过以下技术方案来实现：
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法及装置，将原水注入含有序批式菌藻共生生物膜和填料的反应器内，同时向反应器内进行光照，此时活性污泥对有机污染物进行吸附去除，当污水到达预设水位后，向反应器内注入空气进行曝气，此时，有机污染物被活性污染物充分去除，并实时监控溶解氧DO浓度和酸碱度；停止向反应器内注入空气，进入沉淀阶段，使得混合液中的活性污泥依靠重力不断沉淀，达到高效的泥水分离效果，按照预设排水比例排水，上清液排出，剩余污泥也通过排泥系统排出，再次静置预设时间，此时的活性污泥处于营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，当进入下个运行期的进水期时，活性污泥便可以充分发挥初始吸附去除作用，本方法采用的序批式泥膜耦合法具有占地面积小，反应阶段随时间动态变化等优点，生物膜随序批式反应器中曝气阶段和非曝气阶段的交替间歇性接触光能，同时生物膜为藻类的附着生长提供了条件，有利于强化藻类在系统中的生物量积累；本申请的序批式菌藻共生泥膜耦合系统在继承传统SBR工艺处理效率高，构筑单元简单的基础上，更具氮磷深度处理的优势，在污水深度处理领域前景广阔。
附图说明
图1为本发明具体实施例中一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法的流程图；
图2为本发明具体实施例中一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理装置的结构示意图。
图中：序批式菌藻共生生物膜反应器4，可编程过程控制器15，原水箱 1，承托盘6，曝气盘7，排水管11，pH传感器12，DO传感器13，温度控制器14，光源23，填料5，空气压缩机8，气体流量计9，进水泵3，出水泵10，DO传感接口17，pH传感接口18，温度传感接口16，进水控制时间继电器22，空气压缩机控制时间继电器19，气体流量控制装置20，出水控制时间继电器21。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，本申请利用藻类和细菌两类生物之间的生理功能协同作用来净化污水，其中，藻类通过光合作用利用水中的二氧化碳和氨氮、磷酸盐等营养物质，合成自身细胞物质并释放出氧气；好氧细菌则利用水中氧气对有机污染物进行分解、转化，产生二氧化碳和上述营养物质，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；如图1所示，包括以下步骤：
S1：将原水注入含有菌藻共生活性污泥、序批式菌藻共生生物膜和填料5的反应器内，原水进水量占有效容积比例设为50％-60％，填料5占反应器有效容积比为10％-20％，同时向反应器内进行光照，此时活性污泥对有机污染物进行吸附去除；
S2：向反应器内注入空气进行曝气，实时监控溶解氧DO浓度和酸碱度，并按照预设时间记录，持续向反应器内进行光照，此时，有机污染物被活性污泥充分去除；
S3：停止向反应器内注入空气，按照预设时间静置反应器，此时进入沉淀阶段，使得混合液中的活性污泥依靠重力不断沉淀，达到高效的泥水分离效果；之后，按照预设排水比例排水，此时，上清液排出，剩余污泥也通过排泥系统排出；再次静置预设时间，此时的活性污泥处于营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，当进入下个运行期的进水期时，活性污泥便可以充分发挥初始吸附去除作用，进而完成序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理。
具体的，本申请中所述的污水处理方法中的菌藻共生系统与序批式生物膜反应器耦合，在低曝气条件下利用微藻和活性污泥共生来去除污水中的有机物和营养元素，在曝气阶段让污泥和生物膜充分混合进行物质交换，在进水、静止和排水阶段让生物膜上藻类充分接触光能，实现藻类的生长，通过排泥和更换生物膜分步控制污泥和藻类的生长和污染物质的去除，从而实现序批式菌藻共生泥膜耦合反应器的污水处理。
具体的，采用本申请所述污水处理方法，处理城镇污水或模拟生活污水时，COD、氨氮、总氮和总磷的去除率可分别达到95.29％，98.22％，65.73％和94.36％，出水满足城市生活污水一级A标准。本申请污水处理装置的曝气能耗较现有技术中的SBR可降低40-50％。出水中叶绿素a浓度低于80 mg/m3，出水无二次污染。
本发明提供一种优选实施例为，在所述步骤S1之前需要对反应器内的菌藻共生活性污泥进行培养和接种。
具体的，所述菌藻共生活性污泥进行培养和接种包括以下步骤：
将污水厂二沉池采集的藻种富集培养于生活污水中，赋予部分藻类沉降能力，将具有沉降能力的藻类与普通活性污泥混合，洗去没有与活性污泥结合的悬浮态藻类，重复多次，直至得到混合均匀且结构稳定的菌藻共生活性污泥。
优选的，所述菌藻采用能有效去除水体中氮磷元素的混合藻类即可，可以为绿藻、硅藻或金藻；所述填料4采用常规填料即可，可以为尼龙材质、纤维束材质或陶瓷颗粒随机排列组成，其主要作用在于实现微藻的有效附着与稳定生长，并保证污水污泥和生物膜充分接触的同时，实现微藻的高效收获。
优选的，所述向反应器内注入空气的流量不大于0.04m3/L，溶解氧DO 浓度为1.0-5.5mg/L。
进一步的，每隔30分钟实时监控溶解氧DO浓度和酸碱度，并记录。
进一步的，所述步骤S2中的曝气时间不小于四小时。
进一步的，所述步骤S3中静置反应器的时间为50分钟。
优选的，所述完成序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理后，需要在20-30 天内对填料进行清洗。具体的，本申请中所述的反应器在初期运行30天左右开始取出填料清洗生物膜后再回填入反应器，完全清洗所有填料4的时间为30天，即清洗周期为30天，当反应器运行稳定后，生物膜清洗周期可变为20天。
本发明提供一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理装置，如图2所示，包括序批式菌藻共生生物膜反应器4和可编程过程控制器15；
所述序批式菌藻共生生物膜反应器4顶部连接有原水箱1，内部设置有承托盘6，底部设置有曝气盘7，侧壁设置有排水管11；
所述序批式菌藻共生生物膜反应器4内部设置有pH传感器12、DO传感器13和温度控制器14，且其顶部沿竖直方向设置有光源23；
所述承托盘6承托侧设置有填料5；
所述曝气盘7经曝水管连接有空气压缩机8，所述空气压缩机8和曝气盘7的连接管路上设置有气体流量计9；
所述原水箱1与序批式菌藻共生生物膜反应器4之间的连接管路设置有进水泵3，所述序批式菌藻共生生物膜反应器4的排水管11设置有出水泵 10；
所述可编程过程控制器15分别电连接pH传感器12、DO传感器13、温度控制器14、空气压缩机8、进水泵3、气体流量计9和出水泵10。
具体的，所述曝气盘7可在低曝气量条件下均匀供氧，满足生物膜反应器中污染物降解和污泥生长需要，填料4则可降低氧气对于反应器上方生物膜上藻类的生长抑制作用。
具体的，所述排水管11设置在序批式菌藻共生生物膜反应器4外壁且在竖直高度上低于承托盘6的位置。
具体的，可编程过程控制器15包括DO传感接口17，pH传感接口18，温度传感接口16，进水控制时间继电器22，空气压缩机控制时间继电器19，气体流量控制装置20和出水控制时间继电器21；
所述DO传感接口17连接DO传感器13，pH传感接口18连接pH传感器 12，温度传感接口16连接温度控制器14，进水控制时间继电器22连接进水泵3，空气压缩机控制时间继电器19连接空气压缩机8，气体流量控制装置20连接气体流量计9，出水控制时间继电器21连接出水泵10；所述可编程过程控制器15采用工控机或工业用计算机。
具体的，所述温度传感接口16连接温度控制器14用于控制本申请在污水净化的过程中处于室温状态下，进而保证藻类和菌类的活性。
进一步的，本申请中采用的光源23采用于模拟实际的太阳光照，仅在反应器顶端进行光照即可满足菌藻共生系统的光照需求，而现有技术中通常需要在反应器的四周器壁上缠绕灯带来弥补光照，进而本申请能够进一步减少能耗。
进一步的，本申请中的反应器所需的曝气量不高于传统反应器的1/2，即达到传统曝气量1/2的曝气情况下，系统就能够正常运行，系统所需的剩余氧气能够由藻类来提供。进而本申请能够进一步减少能耗。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将原水注入含有菌藻共生活性污泥、序批式菌藻共生生物膜和填料(5)的反应器内，原水进水量占有效容积比例设为50％-60％，填料(5)占反应器有效容积比为10％-20％，同时向反应器内进行光照；
S2：向反应器内注入空气进行曝气，实时监控溶解氧DO浓度和酸碱度，并按照预设时间记录，持续向反应器内进行光照；
S3：停止向反应器内注入空气，按照预设时间静置反应器后，按照预设排水比例排水，再次静置预设时间，完成序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理。
2.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，在所述步骤S1之前需要对反应器内的菌藻共生活性污泥进行培养和接种。
3.根据权利要求2所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，所述菌藻共生活性污泥进行培养和接种包括以下步骤：
将污水厂二沉池采集的藻种富集培养于生活污水中，赋予部分藻类沉降能力，将具有沉降能力的藻类与普通活性污泥混合，洗去没有与活性污泥结合的悬浮态藻类，重复多次，直至得到混合均匀且结构稳定的菌藻共生活性污泥。
4.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，所述菌藻采用绿藻、硅藻或金藻；所述填料(4)采用尼龙材质、纤维束材质或陶瓷颗粒随机排列组成。
5.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，所述向反应器内注入空气的流量不大于0.04m3/L，溶解氧DO浓度为1.0-5.5mg/L。
6.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，每隔30分钟实时监控溶解氧DO浓度和酸碱度，并记录。
7.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，所述步骤S2中的曝气时间不小于四小时。
8.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，所述步骤S3中静置反应器的时间为50分钟。
9.根据权利要求1所述一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，其特征在于，所述完成序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理后，需要在20-30天内对填料进行清洗。
10.一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理装置，其特征在于，基于权利要求1-9所述任一项一种序批式菌藻共生泥膜耦合污水处理方法，包括序批式菌藻共生生物膜反应器(4)和可编程过程控制器(15)；
所述序批式菌藻共生生物膜反应器(4)顶部连接有原水箱(1)，内部设置有承托盘(6)，底部设置有曝气盘(7)，侧壁设置有排水管(11)；
所述序批式菌藻共生生物膜反应器(4)内部设置有pH传感器(12)、DO传感器(13)和温度控制器(14)，且其顶部沿竖直方向设置有光源(23)；
所述承托盘(6)承托侧设置有填料(5)；
所述曝气盘(7)经曝水管连接有空气压缩机(8)，所述空气压缩机(8)和曝气盘(7)的连接管路上设置有气体流量计(9)；
所述原水箱(1)与序批式菌藻共生生物膜反应器(4)之间的连接管路设置有进水泵(3)，所述序批式菌藻共生生物膜反应器(4)的排水管(11)设置有出水泵(10)；
所述可编程过程控制器(15)分别电连接pH传感器(12)、DO传感器(13)、温度控制器(14)、空气压缩机(8)、进水泵(3)、气体流量计(9)和出水泵(10)。
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- 2022-04-28 CN CN202210462327.5A patent/CN114890547A/zh active Pending
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