CN117125812B - 一种无污泥好氧池微生物发生系统及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无污泥好氧池微生物生态修复发生系统及其制作方法，涉及生态修复技术领域，包括方形模具、渗水反滤土工布、粘结模块和混合填料，渗水反过滤土工布匹配固定在模具内壁上，粘结模块用于将渗水反滤土工布与混合填料粘接，混合填料通过渗水反滤土工布顶部缝合处分层装入模具内腔中，模具底部还设有呈井字状排列的半圆形凸起，且该井字状排列的半圆形凸起内腔中匹配套装有半圆形透气管。本发明不需要活性污泥，不用补充碳源，遇污水和曝气后可自动发生，可用于处理入河（湖）污水或旁路治理河湖受污染的水体、修复水生态，符合节能环保标准。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种无污泥好氧池微生物发生系统及其制作方法。
背景技术
近年来，各城市都面临着不同的水污染问题，水生态环境恶化，修复水生态、处理城市污水显得十分迫切。因此有效直接的将受污染水体或将生活污水处理达到排放标准后再排放到自然水体中，是保护城市水环境治理必不可少的措施。
目前，现有的污染水体的治理或者净化大多采用活性污泥法，活性污泥法是一种应用最广泛的好氧生物处理污水的方法。活性污泥是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等微生物群体与污水中的悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的、具有很强的吸附分解有机物能力和良好沉降性能的絮绒状污泥颗粒，具有生物化学活性，同时还能去除部分磷和氮。活性污泥法经历了近百年的发展，已经衍生出多种不同的工艺类型，有传统活性污泥法工艺、完全混合活性污泥法工艺、吸附-再生活性污泥法工艺、吸附生物降解工艺、氧化沟工艺、序批式活性污泥法（SBR）工艺以及SBR工艺的变形工艺（包括CASS、IDEA、MSBR等）、多孔悬浮载体活性污泥工艺和膜生物反应器工艺等。
上述的传统活性污泥法好氧池微生物种群多样且密度低，导致好氧池占地面积大、运行成本高、耐冲击负荷能力差、污泥量大、需要投加碳源等。传统生物法在处理低污染污水时，总磷、总氮难以达到标准要求。
发明内容
针对现有的活性污泥法中好氧池微生物种群多样且密度低，具有占地面积大、运行成本高、耐冲击负荷能力差、污泥量大、需要投加碳源；传统生物法在处理低污染污水时，总磷、总氮难以达到标准要求的缺陷和问题，本发明提供一种无污泥好氧池微生物发生系统及其制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种无污泥好氧池微生物发生系统，包括方形模具，所述模具呈透明状；还包括渗水反滤土工布、粘结模块和混合填料，所述渗水反滤土工布匹配固定在模具内壁上，并与所述粘结模块粘连固定；混合填料通过渗水反滤土工布顶部缝合处分层装入模具内腔中，所述粘结模块用于将渗水反滤土工布与混合填料粘接；所述模具底部还设有呈井字状排列的半圆形凸起，且该井字状排列的半圆形凸起内腔中匹配套装有半圆形透气管，用于提供曝气。
进一步地，所述粘结模块为PES热熔胶网膜；模具内壁上四周还设有刻度线；所述透气管上等间距开设有出气孔。
进一步地，所述混合填料包括载体微生物和沸石，沸石采用颗粒沸石，直径6~10mm，且二者按照质量比1:600-1000混合；且所述载体微生物与沸石混合填料的装填密度不低于2.0g/cm3，空隙率不低于35%。
进一步地，所述载体微生物为高密度硝化菌群的固化载体。
进一步地，所述渗水反滤土工布的搭接宽度不小于0.2m、厚度为5-6mm、抗拉强度大于15kN/m。
本发明还提供一种无污泥好氧池微生物发生系统的制作方法，包括以下步骤：
S1、材料准备；预先准备含有高密度的消化菌群的固化载体、沸石、PES热熔胶网膜、渗水反滤土工布；
S2、特制模具、特制半圆形透气管，并将所述透气管匹配套装在模具底部的井字状凸起内腔中；将固化载体微生物颗粒与沸石按照比例均匀混合；
S3、将渗水反滤土工布与PES热熔胶网膜贴合后固定在模具内壁贴上；
S4、将混合填料分层装入模具中，并利用振动台一边装填一边振动，确保混合填料装填密实，待装满后将上部磨平，待物理测试符合要求后将上部渗水反滤土工布缝合严密；
S5、将模具连同装填密实混合料一起放入烘箱，烘烤后冷却至常温，拆模后即可得到微生物发生系统。
进一步地，所述S5中烘箱温度升至120℃~160℃时，烘烤8~12s后立即取出冷却。
进一步地，所述物理测试包括装填密度和空隙率，且要求装填密度不低于2.0g/cm3，空隙率不低于35%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种无污泥好氧池微生物发生系统及其制作方法，将固定化硝化菌群的载体、沸石滤料混合，利用渗水反滤土工布、PES热熔胶网膜粘合形成整体，工艺简单，节时省能；不需要活性污泥，不用补充碳源，遇污水和曝气后可自动发生，符合节能环保标准；消除了传统活性污泥法好氧池占地面积大、运行成本高、耐冲击负荷能力差、污泥量大、需要投加碳源等弊端，并且处理污水效果好，出水标准高。
本发明实现了微生物发生系统的模块化，可以按需设计，组装灵活、施工简便，还可根据污水处理规模及时调整、更换，且利于管理；并且方便用于快速处理受污染的水体，具有占地面积小、成本低、处理效率高等优点。且本发明将一体化和模块化结合，是微生物发生系统在好氧池中，无需活性污泥、添加碳源的条件下，还能够源源不断的释放单一的硝化菌群微生物，大幅提高好氧池污水处理效率。
本发明采用渗水反滤土工布、PES热熔胶网膜和半圆形通气管包裹设计，既实现微生物发生系统通气、排水及微生物释放的功能，又能起到保护、反滤、保温的作用。
本发明改变了传统活性污泥法对微生物的组成无法人工选择的弊端，保证了水体中的微生物完全经过特定优化筛选的微生物组合，极大的提高了污水处理效果。同时本发明避免了传统活性污泥法中大量（400-500种）杂菌的存在，这些杂菌在污水处理过程既无处理效果，又会消耗大量的氧气和电能，死亡后还会产生大量的污泥和臭味，形成二次污染。
本发明中受到保护的载体固化微生物“母体”能在适合的污水中繁殖，微生物密度高，即使受到有毒物质的冲击，也可在短时间内全部恢复正常，避免了活性污泥法因受到有毒物质冲击造成生化池子里微生物全部死掉的现象。
并且本发明成本低廉，在污水处理过程中无需添加碳源，且不产生污泥，节省了污泥运输处理费和投加碳源费，从而节省了运行成本。此外本发明载体微生物密度高且功能单一，可有效减小好氧池体积，具有较强的抗冲击负荷能够力；并且经试验验证，本发明发生系统能够显著提高污水处理效率，对污水中的COD、总氮、总磷具有较优的处理效果。
附图说明
图1为本发明发生系统的剖视结构示意图；
图2为本发明半圆形透气管的俯视结构示意图；
图3为本发明模具的立体结构示意图；
图4为本发明模具的内部半剖结构示意图；
图5为本发明模具的底板结构示意图。
图中：混合填料1、模具2、渗水反滤土工布3、PES热熔胶网膜4、缝合处5、半圆形凸起6。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
请参阅图1-5，本发明提供了一种无污泥好氧池微生物发生系统及其制作方法的技术方案，本发明通过研究微生物同固定化材料的作用机制，开发出一种新型固定化材料及新型的固定化工艺，通过借助物理、化学手段，将优势微生物保留在待定区域，确保微生物被固定后不易流失，提高微生物菌体密度，从而有效提高污水处理好氧池的脱氮除磷降COD效率。
实施例一：本实施例提供一种无污泥好氧池微生物发生系统，如图1-5所示，包括呈方形的模具2（也可以采用其他结构），该模具呈透明状，在模具内壁四周设有刻度线，用于实时监测混合填料的填充工况；还包括渗水反滤土工布3、混合填料1、渗水反滤土工布3、PES热熔胶网膜4。
渗水反滤土工布匹配固定在模具内壁上，用于包裹在发生系统外侧，起到透气、排水、保温、保护作用，并且渗水反滤土工布的搭接宽度不小于0.2m、厚度为5-6mm、抗拉强度大于15kN/m；渗水反滤土工布与PES热熔胶网膜固定粘接在一起，顶部开有缝合处5，PES热熔胶网膜的另一侧面用于与混合填料固定粘接。
混合填料1通过渗水反滤土工布顶部缝合处5分层装入模具内腔中，粘结模块用于将渗水反滤土工布与混合填料粘接，其中本实施例中所用混合填料为高密度硝化菌群的固化载体与沸石的混合物，沸石采用颗粒沸石，直径6~10mm，二者按照质量比1:600-1000混合；且该载体微生物与沸石混合填料的装填密度不低于2.0g/cm3，空隙率不低于35%；通过将该混合填料填充至渗水反滤土工布里侧，用于净化水体。
模具底部设有呈井字状排布的半圆形凸起结构6，该半圆形凸起结构内腔朝外，在模具底部的凸起内腔用于匹配固定套装半圆形透气管，透气管的结构如图2所示，该半圆形透气管上均匀间隔开设有多组出气孔，这样一方面用于提供曝气，另一方面用于辅助渗水反滤土工布强化底部支撑。
本发明提供的无污泥好氧池微生物发生系统，将固定化硝化菌群的载体、沸石滤料混合，利用渗水反滤土工布、PES热熔胶网膜粘合形成整体，工艺简单，节时省能；不需要活性污泥，不用补充碳源，遇污水和曝气后可自动发生，符合节能环保标准；消除了传统活性污泥法好氧池占地面积大、运行成本高、耐冲击负荷能力差、污泥量大、需要投加碳源等弊端，并且处理污水效果好，出水标准高。
本发明还提供一种上述无污泥好氧池微生物发生系统的制作方法，具体包括以下步骤：
S1、预先准备含有高密度硝化菌群的固化载体、沸石、PES热熔胶网膜、渗水反滤土工布；上述原材料均应为合格品，其中固化载体含有硝化菌群母株数不小于108cfu/个，是微生物发生系统的核心材料，2~3个/g，其作用时在适宜浓度的污水、溶解氧和温度条件下，源源不断释放硝化细菌；沸石采用颗粒沸石，直径6~10mm，作为微生物发生系统中的填料，辅助载体净化水体；渗水反滤土工布厚度5mm，抗拉强度大于15kN/m，在微生物系统中起到透气、排水、保温、保护等作用；PES热熔胶网膜可双面粘合衬，可烘烤热熔，熔点105℃-115℃，烘烤温度小于160℃，熔融时间12s以内，在微生物发生系统在起到将土工布与填料粘接的效果，在水中也能保持很好的粘合效果。
S2、特制模具、特制半圆形透气管，包括：
1、特制模具采用钢材，内部容积根据一个微生物发生系统可处理的污水规模而定，具体见下表。本实施例以处理污水规模10t的微生物发生系统为例，其容积约0.5m³，一般按正方体设计，其尺寸为810 mm×810 mm×810mm，其中10mm是考虑土工布厚度影响，模具内四周设置刻度线，每20cm做一个标线，模具底部中间井字交叉，凸起2×2个直径40mm的半圆。
2、特制半圆形透气管可用内径30mm厚10mm的半圆形钢管，半圆部分间隔10cm一排出气孔，每排开设等间距出气孔3个。半圆形透气管匹配套装在模具底部，一是为了便于给微生物发生系统提供曝气，二是辅助土工布，强化模具底部支撑作用。
S3、将固化载体微生物颗粒与沸石按质量比按1:600~1000均匀混合。需要注意的是，其具体取值视污水来源、污染物浓度、污水量按上表设计或通过试验确定，一般生活污水按1:1000设计。
并将定制的渗水反滤土工布与PES热熔胶网膜贴合后固定在模具内壁贴上，PES热熔胶网膜朝外，用于与混合填料粘结固定。
S4、将载体和沸石混合料分层装入模具中，一般一次装填料上升20cm左右，并利用振动台一边装填一边振动，确保装填密实；待装填结束后将上部磨平，并测试其物理指标直至满足要求；
该处的物理指标主要包括装填密度和空隙率，要求做到装填密度不低于2.0g/cm3，空隙率不低于35%；
S5、待上述指标检测符合要求后，将模具上部土工布缝合严密，注意不能点缝，搭接宽度不小于0.2m；
S6、将上述模具连同装填密实的混合填料放进烘箱中，调整烘箱温度至120℃~160℃，并烘烤8-12s后立即取出冷却，烘烤时间视PES热熔胶网膜完全熔融为准，但时间不宜过长，以免影响固化载体微生物活性；待冷却至常温后，将模具拆除即可得到微生物发生系统。
试验例1：为了验证本发明无污泥好氧池微生物发生系统的可行性及污水处理效果，基于本发明发生系统研发了针对农村污水特点的新型农污处理一体化设备，并在新乡市某村开展了实践应用，运行结果表明设备具有以下优势：一是出水水质标准高。其中化学需氧量、氨氮、总磷三项指标稳定优于地表四类水标准，处理产生的尾水可回用于农田灌溉、绿化、冲厕等，达到中水回用的目的；二是建造及运维成本低。其中建造成本吨水低于6000元，运维成本吨水低于0.6元，微量产生有机污泥，可节省污泥处理费用，无需添加碳源，关键作业能够自动化运行；三是抗冲击负荷能力强，可有效抵抗进水水质变化大、进水水量波动大和间歇性启停等外部冲击，特别适用于排放时段分散、水量小、季节性强的农村生活污水；四是占地面积小，节约宝贵的土地资源，运行过程无噪音无臭味，不影响周围村民正常生活。设备效果显著，为处理农村生活污水提供了新思路。
试验例2：为进一步验证本发明发生系统对COD、NH3-N、TP的去除效果，基于本发明发生系统研发了针对农村污水特点的新型农污处理一体化设备，并在新乡市某村开展了实践应用，结果如下：
1、新型一体化设备运行期间对COD的去除效果
进水COD的浓度在58.69-176.40mg/L之间波动，平均浓度为106.39mg/L，正常运行阶段出水COD浓度在8.75-18.80mg/L之间，平均浓度为15.50mg/L，COD的平均去除率为85.43%，出水中COD指标稳定优于地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅲ类水标准。
2、新型一体化设备运行期间对NH3-N的去除效果
进水NH3-N的浓度在9.84-36.00mg/L之间波动，平均浓度为20.30mg/L，正常运行阶段出水NH3-N浓度在0.03-0.93mg/L之间，平均浓度为0.23mg/L，NH3-N的平均去除率为98.87%。出水中NH3-N指标稳定优于地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅲ类水标准。
3、新型一体化设备运行期间对TP的去除效果
进水TP的浓度在0.57-2.27mg/L之间波动，平均浓度为1.06mg/L，正常运行阶段出水TP浓度在0.01-0.18mg/L之间，平均浓度为0.06mg/L，TP的平均去除率为94.34%，出水中TP指标稳定优于地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅲ类水标准。
综上，本发明发生系统能够对水体中的COD、NH3-N、TP进行有效去污，且去除率较高，使得除污后的水上述各项指标均稳定优于地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅲ类水标准。
试验例3：本试验例对微生物发生系统进行试验，具体包括以下过程：
1）在微生物发生系统底部凹槽内装上半圆形透气管，并放入测试箱，通过鼓风机充气，观察气流情况。
2）符合步骤1）充气要求后，按微生物发生系统一批次成品的3%比例取样（至少取1个），将微生物发生系统放入存有模拟污水的容器中，并置入曝气装置，控制水中的溶解氧在1.5mg/L~4mg/L。
3）闷曝4d，测试水中的微生物浓度。水中微生物浓度不低于1011cfu/g为合格。
步骤2）中气流应大部分从微生物发生系统中溢出。
步骤3）中模拟污水的氨氮浓度控制在100mg/l~150mg/L，磷浓度低于0.5~1mg/L。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种无污泥好氧池微生物发生系统，包括方形模具，所述模具呈透明状；其特征在于：还包括渗水反滤土工布、粘结模块和混合填料，所述渗水反滤土工布匹配固定在模具内壁上，并与所述粘结模块粘连固定；混合填料通过渗水反滤土工布顶部缝合处分层装入模具内腔中，所述粘结模块用于将渗水反滤土工布与混合填料粘接；所述模具底部还设有呈井字状排列的半圆形凸起，且该井字状排列的半圆形凸起内腔中匹配套装有半圆形透气管，用于提供曝气；所述粘结模块为PES热熔胶网膜；模具内壁上四周还设有刻度线；所述透气管上等间距开设有出气孔；所述混合填料包括载体微生物和沸石，沸石采用颗粒沸石，直径6~10mm，且二者按照质量比1:600-1000混合；且所述载体微生物与沸石混合填料的装填密度不低于2.0g/cm3，空隙率不低于35%，用于处理入河湖污水或旁路治理河湖受污染的水体、修复水生态。
2.根据权利要求1所述的无污泥好氧池微生物发生系统，其特征在于：所述载体微生物为高密度硝化菌群的固化载体。
3.根据权利要求1所述的无污泥好氧池微生物发生系统，其特征在于：所述渗水反滤土工布的搭接宽度不小于0.2m、厚度为5-6mm、抗拉强度大于15kN/m。
4.一种无污泥好氧池微生物发生系统的制作方法，应用上述权利要求1-3任一项所述的无污泥好氧池微生物发生系统，其特征在于：包括以下步骤：
S1、材料准备；预先准备含有高密度的硝化菌群的固化载体、沸石、PES热熔胶网膜、渗水反滤土工布；
S2、特制模具、特制半圆形透气管，并将所述透气管匹配套装在模具底部的井字状凸起内腔中；将固化载体微生物颗粒与沸石按照比例均匀混合；
S3、将渗水反滤土工布与PES热熔胶网膜贴合后固定在模具内壁贴上；
S4、将混合填料分层装入模具中，并利用振动台一边装填一边振动，确保混合填料装填密实，待装满后将上部磨平，待物理测试符合要求后将上部渗水反滤土工布缝合严密；
S5、将模具连同装填密实混合料一起放入烘箱，烘烤后冷却至常温，拆模后即可得到微生物发生系统。
5.根据权利要求4所述的无污泥好氧池微生物发生系统的制作方法，其特征在于：所述步骤S5中烘箱温度升至120℃~160℃时，烘烤8~12s后立即取出冷却。
6.根据权利要求4所述的无污泥好氧池微生物发生系统的制作方法，其特征在于：所述物理测试包括装填密度和空隙率，且要求装填密度不低于2.0g/cm3，空隙率不低于35%。
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