CN117550720A - 一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置及培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置及培养方法，涉及污水处理技术领域，包括底座、水浴筒、反应筒、补光筒和PLC控制器，反应筒的外周面上设置有水浴筒，反应筒的中心设置有补光筒，水浴筒、反应筒、补光筒均密封连接在底座上，且水浴筒、反应筒和补光筒同轴心，水浴筒内设置有温控系统，反应筒内设置有搅拌系统，补光筒内安装有照明系统；还包括进水系统和曝气系统，进水系统、曝气系统均贯穿水浴筒与反应筒连通；培养方法包括启动阶段和运行阶段。本发明通过自然光与补光筒结合，在搅拌组件的搅拌作用下为菌藻颗粒污泥提供适宜的温度和光照，同时菌藻与污泥结合，能够有效的缩减污泥处理成本和土地使用面积。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置及培养方法。
背景技术
随着城市化程度的增加，居民用水量日益增多，产生的污水也随之增多。现有的污水处理厂大多数仍采用传统的A2O工艺，该工艺虽然可以有效的去除N，P，COD等污染物，但随着一系列的问题：(1)由于传统活性污泥法的A2O等工艺都是通过细菌的呼吸作用来进行污染物的去除，因此传统活性污泥法的能耗特别高，曝气更是占了整个处理流程能耗的80％；(2)污水厂占地面积大，污水处理后会产生大量剩余污泥，这都与碳中和的大背景相悖。
菌藻共生是将微藻与活性污泥结合起来，共同用于污水处理，可以节省约30％(以氧计)的能耗，并且产生生物质，结合后续提取工艺，可实现“变废为宝”，实现菌藻共生处理污水对于强化脱氮除磷效率，节省曝气，“剩余污泥”的利用有着重要的意义，但目前两者的结合方式仍有待研究，尤其是温度以及光照对菌藻活性的影响。
如何开发一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置及培养方法，为菌藻提供适宜的温度和光照，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，解决背景技术中所列的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，包括底座、水浴筒、反应筒、补光筒和PLC控制器，所述反应筒的外周设置有水浴筒，所述反应筒的中心设置有补光筒，所述水浴筒、反应筒、补光筒均密封连接在所述底座上，且所述水浴筒、反应筒和补光筒同轴心布置，所述水浴筒内设置有温控系统，所述反应筒内设置有搅拌系统，所述补光筒内安装有照明系统；
还包括进水系统和曝气系统，所述进水系统贯穿所述水浴筒与所述反应筒的顶部侧壁连通，所述曝气系统贯穿所述水浴筒安装到所述反应筒的底部；
所述温控系统、搅拌系统、照明系统、进水系统和曝气系统均与所述PLC控制器电连接。
优选的，所述水浴筒、反应筒、补光筒的侧壁均为透光的圆筒。
优选的，所述温控系统包括加热棒和温度控制器，所述加热棒放置在所述水浴筒内，所述温度控制器安装在所述水浴筒的外部，所述加热棒与所述温度控制器电连接，所述温度控制器与所述PLC控制器电连接。
优选的，所述搅拌系统包括搅拌电机和搅拌组件；所述搅拌电机安装在所述补光筒的上方，且所述搅拌电机与所述补光筒同轴心，所述搅拌组件延伸到所述反应筒内，所述搅拌组件的一端与所述反应筒的内侧壁抵接，所述搅拌组件另一端与所述补光筒的侧壁抵接；所述搅拌电机的工作端通与所述搅拌组件连接，所述搅拌电机与所述PLC控制器电连接。
优选的，所述搅拌组件包括连接座、伸缩杆、刮板、搅拌轴、搅拌杆和固定环，所述连接座上表面的中心连接柱通过联轴器与所述搅拌电机的工作端连接，所述连接座的下表面呈圆周均布有多个所述搅拌轴，多个所述搅拌轴的轴向上安装有多个所述固定环；
每个所述搅拌轴的外侧面上对称安装有多组伸缩杆和多组搅拌杆，所述伸缩杆与所述搅拌杆沿所述搅拌轴的轴向上间隔设置；
所述伸缩杆上安装有所述刮板，内外两侧的所述刮板分别抵接在所述补光筒的外侧壁、所述反应筒的内侧壁上。
优选的，所述照明系统包括LED矩阵灯和LED调光器，所述LED矩阵灯的导线贯穿所述底座与所述LED调光器电连接，所述LED调光器与安装在所述反应筒的外侧壁上的照度仪电连接，所述LED调光器与照度仪均与所述PLC控制器电连接。
优选的，所述进水系统包括进水阀、进水泵和储水桶，所述进水阀的一端贯穿所述水浴筒与所述反应筒连通，所述进水阀的另一端通过进水管道与所述储水桶连通，所述进水泵安装在所述进水管道上。
优选的，所述曝气系统包括鼓风机、气体流量计和曝气环，所述曝气环安装在所述反应筒的底部，所述鼓风机通过进气管道与所述曝气环的进气口连通，所述气体流量计安装在所述进气管道上，所述鼓风机、气体流量计均与所述PLC控制器电连接。
优选的，还包括溢流阀、排水阀、多个取样阀和放空阀，所述溢流阀、排水阀、多个取样阀和放空阀均贯穿所述水浴筒与所述反应筒连通；
所述溢流阀、排水阀、多个取样阀和放空阀沿所述反应筒的轴向从上往下依次排布，且所述溢流阀的高度不低于所述进水阀的高度。
一种实现菌藻颗粒污泥培养的培养方法，包括如下步骤：
步骤一、启动阶段，将污水厂的好氧颗粒污泥接种于反应筒内，稳定14天后投加小球藻，菌藻比为4:1，接种藻类后持续运行60天，以厌氧好养方式运行，每天4个周期，每个周期6小时，6-12-18时之间的时间段为光周期阶段，接受自然光以及补光筒补充额外光源，18-24-6时之间的时间段为暗周期阶段；
步骤二、运行阶段，包括5分钟的进水、120分钟的缺氧阶段、200分钟的好氧阶段、10分钟的沉降和5分钟的排水，好氧阶段控制溶液DO为1mg/L，沉降时间随着颗粒粒径的增大逐渐降低至2分钟，补光筒内的LED矩阵灯在光周期内对自然光的光照强度进行补充至小球藻适宜的光照强度。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)搅拌组件既能够对菌藻颗粒污泥进行充分的搅拌，同时又能够保证菌藻颗粒污泥受到适宜的光线照射；
2)水浴筒、反应筒和补光筒均采用透明材质，且水浴筒设置在反应筒的外围，能够为反应筒内的菌藻颗粒污泥提供示意的温度环境，又能够充分利用自然光的照射，且反应筒内设置有补光筒，补光筒与自然光相结合，保证了反应筒内的污泥能够收到充分的光照作用；
3)节能降耗效果好，污水处理厂的大部分费用用于电耗及药耗，藻类光合作用产生大量氧气，节省了25％的曝气能耗，即降低了电耗，进一步的，使污水处理厂的能耗降低；
4)基建费用和运行费用低，由于菌藻颗粒污泥采用SBR工艺，不需要后期的二沉池，基建费用和运行费用大大低于传统常规二级处理技术的费用；
5)较小的池容和占地，菌藻颗粒污泥工艺SBR工艺的占地面积仅是常规二级生物处理的1/10-1/5左右，这一点对于沿海城市或土地较昂贵的开发区及经济发达的地区具有重要意义，而对于一些厂区用地紧张的情况，也可找到解决的办法。
总的来说，本发明通过自然光与补光筒结合，在搅拌组件的搅拌作用下为菌藻颗粒污泥提供适宜的温度和光照，节能降耗效果好、生物质积累高、可靠性高、基建费用和运行费用低和较小的池容和占地面积，能够有效的缩减污泥处理成本和土地使用面积。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置装配示意图；
图2为本发明搅拌组件立体示意图；
图3为本发明水浴筒、反应筒和补光筒装配位置示意图。
附图标记说明：1、搅拌电机；2、搅拌组件；201、连接座；202、伸缩杆；203、刮板；204、搅拌轴；205、搅拌杆；206、固定环；3、溢流阀；4、进水阀；5、出水阀；6、取样阀；7、进水泵；8、储水桶；9、放空阀；10、底座；11、鼓风机；12、气体流量计；13、曝气环；14、加热棒；15、水浴筒；16、温度控制器；17、反应筒；18、LED矩阵灯；19、补光筒。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，包括底座10、水浴筒15、反应筒17、补光筒19和PLC控制器，所述反应筒17的外周设置有水浴筒15，所述反应筒17的中心设置有补光筒19，所述水浴筒15、反应筒17、补光筒19均密封连接在所述底座10上，且所述水浴筒15、反应筒17和补光筒19同轴心布置，所述水浴筒15内设置有温控系统，所述反应筒17内设置有搅拌系统，所述补光筒19内安装有照明系统；
还包括进水系统和曝气系统，所述进水系统贯穿所述水浴筒15与所述反应筒17的顶部侧壁连通，所述曝气系统贯穿所述水浴筒15安装到所述反应筒17的底部；
所述温控系统、搅拌系统、照明系统、进水系统和曝气系统均与所述PLC控制器电连接，通过PLC控制器实现对各个环节、各个参数的合理调配，减少了人工监测的工作量，实现了精确的自动化控制，保证了处理菌藻颗粒污泥的平稳运行，有利于实现在处理过程中节能减排。
如图3所示，所述水浴筒15、反应筒17、补光筒19的侧壁均为透光的圆筒，具体的，水浴筒、反应筒和补光筒可采用亚克力材质，可塑性好、透明性好，透光率达到了百分之九十以上；耐候性强，亚克力材料的适应性较强，特别是对于自然环境的适应性，就算长期被太阳照射或风吹日晒，也不会改变其性能；寿命较长，与其它的材料制品相比，亚克力的使用寿命是很长，而且抗冲击力是普通玻璃的十几倍，极大的减少了基建成本和运行成本。
具体的，所述温控系统包括加热棒14和温度控制器16，所述加热棒14放置在所述水浴筒15内，所述温度控制器16安装在所述水浴筒15的外部，所述加热棒14与所述温度控制器16电连接，所述温度控制器16与所述PLC控制器电连接。
具体的，所述搅拌系统包括搅拌电机1和搅拌组件2；所述搅拌电机1安装在所述补光筒19的上方，且所述搅拌电机1与所述补光筒19同轴心，所述搅拌组件2延伸到所述反应筒17内，所述搅拌组件2的一端与所述反应筒17的内侧壁抵接，所述搅拌组件2另一端与所述补光筒19的侧壁抵接；所述搅拌电机1的工作端通与所述搅拌组件2连接，所述搅拌电机1与所述PLC控制器电连接，搅拌电机与搅拌组件的设置能够对含有菌藻的污泥进行充分搅拌，便于曝气环通入的空气与污泥进行充分的混合。
如图2所示，所述搅拌组件2包括连接座201、伸缩杆202、刮板203、搅拌轴204、搅拌杆205和固定环206，所述连接座201上表面的中心连接柱通过联轴器与所述搅拌电机1的工作端连接，所述连接座201的下表面呈圆周均布有多个所述搅拌轴204，多个所述搅拌轴204的轴向上安装有多个所述固定环206；
每个所述搅拌轴204的外侧面上对称安装有多组伸缩杆202和多组搅拌杆205，所述伸缩杆202与所述搅拌杆205沿所述搅拌轴204的轴向上间隔设置；
所述伸缩杆202上安装有所述刮板203，内外两侧的所述刮板203分别抵接在所述补光筒19的外侧壁、所述反应筒17的内侧壁上，搅拌组件的设置既能够对污泥进行充分搅拌，又能够保证反应筒与补光筒的透光性能。
具体的，连接座的下表面焊接有三个搅拌轴，且每个搅拌轴的外周面上对称安装有六个伸缩杆和四个搅拌杆，且六个伸缩杆和四个搅拌杆分为两组，每组伸缩杆上可以活动连接有一个刮板，刮板能够与反应筒的内部抵接，并进行充分的刮擦，防止菌藻附着在反应筒的内壁上，影响自然光从外部对反应筒内污泥的照射，刮板又能够与补光筒的外侧壁抵接，防止菌藻附着在补光筒的外壁上，影响补光筒从污泥内部对污泥进行补光照射，有利于菌藻的富集。
具体的，所述照明系统包括LED矩阵灯18和LED调光器，所述LED矩阵灯18的导线贯穿所述底座10与所述LED调光器电连接，所述LED调光器与安装在所述反应筒17的外侧壁上的照度仪电连接，所述LED调光器与照度仪均与所述PLC控制器电连接，照度仪能够对太阳发出的自然光的光照进行检测，并向PLC控制器反馈信号，通过PLC控制器向LED调光器发送指令，并通过LED调光器控制LED矩阵灯的亮度实现对菌藻污泥进行补光，保证菌藻污泥在光周期阶段得到适宜的光照强度，进一步的，通过自然光与LED矩阵灯对菌藻污泥同时进行补光，能够有效的降低LED矩阵灯的能源损耗。
具体的，所述进水系统包括进水阀4、进水泵7和储水桶8，所述进水阀4的一端贯穿所述水浴筒15与所述反应筒17连通，所述进水阀4的另一端通过进水管道与所述储水桶8连通，所述进水泵7安装在所述进水管道上。
具体的，所述曝气系统包括鼓风机11、气体流量计12和曝气环13，所述曝气环13安装在所述反应筒17的底部，所述鼓风机11通过进气管道与所述曝气环13的进气口连通，所述气体流量计12安装在所述进气管道上，所述鼓风机11与气体流量计12均与所述PLC控制器电连接，通过气体流量计的设置能够合理的控制曝气强度，有利于防止细菌硝化产生的CO2被吹脱，保持体系内有着较高的CO2浓度，同时较低的溶解氧浓度下，有利于氨氧化细菌的生长，使得体系内保持较低的DO浓度，也有利于同步硝化反硝化作用的增强，提高脱氮效果。
具体的，还包括溢流阀3、排水阀5、多个取样阀6和放空阀9，所述溢流阀3、排水阀5、多个取样阀6和放空阀9均贯穿所述水浴筒15与所述反应筒17连通；
所述溢流阀3、排水阀5、多个取样阀6和放空阀9沿所述反应筒17的轴向从上往下依次排布，且所述溢流阀3的高度不低于所述进水阀4的高度。
步骤一、启动阶段，将污水厂的好氧颗粒污泥接种于反应筒内，稳定14天后投加小球藻，菌藻比为4:1，接种藻类后持续运行60天，以厌氧好养方式运行，每天4个周期，每个周期6小时，6-12-18时之间的时间段为光周期阶段，接受自然光以及补光筒补充额外光源，18-24-6时之间的时间段为暗周期阶段；
步骤二、运行阶段，包括5分钟的进水、120分钟的缺氧阶段、200分钟的好氧阶段、10分钟的沉降和5分钟的排水，好氧阶段控制溶液DO为1mg/L，沉降时间随着颗粒粒径的增大逐渐降低至2分钟，补光筒内的LED矩阵灯在光周期内对自然光的光照强度进行补充至小球藻适宜的光照强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
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 (10)
1.一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：包括底座(10)、水浴筒(15)、反应筒(17)、补光筒(19)和PLC控制器，所述反应筒(17)的外周设置有水浴筒(15)，所述反应筒(17)的中心设置有补光筒(19)，所述水浴筒(15)、反应筒(17)、补光筒(19)均密封连接在所述底座(10)上，且所述水浴筒(15)、反应筒(17)和补光筒(19)同轴心布置，所述水浴筒(15)内设置有温控系统，所述反应筒(17)内设置有搅拌系统，所述补光筒(19)内安装有照明系统；
还包括进水系统和曝气系统，所述进水系统贯穿所述水浴筒(15)与所述反应筒(17)的顶部侧壁连通，所述曝气系统贯穿所述水浴筒(15)安装到所述反应筒(17)的底部；
所述温控系统、搅拌系统、照明系统、进水系统和曝气系统均与所述PLC控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述水浴筒(15)、反应筒(17)、补光筒(19)的侧壁均为透光的圆筒。
3.根据权利要求2所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述温控系统包括加热棒(14)和温度控制器(16)，所述加热棒(14)放置在所述水浴筒(15)内，所述温度控制器(16)安装在所述水浴筒(15)的外部，所述加热棒(14)与所述温度控制器(16)电连接，所述温度控制器(16)与所述PLC控制器电连接。
4.根据权利要求3所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述搅拌系统包括搅拌电机(1)和搅拌组件(2)；所述搅拌电机(1)安装在所述补光筒(19)的上方，且所述搅拌电机(1)与所述补光筒(19)同轴心，所述搅拌组件(2)延伸到所述反应筒(17)内，所述搅拌组件(2)的外侧与所述反应筒(17)的内侧壁抵接，所述搅拌组件(2)的内侧与所述补光筒(19)的侧壁抵接；所述搅拌电机(1)的工作端通过联轴器与所述搅拌组件(2)传动连接，所述搅拌电机(1)与所述PLC控制器电连接。
5.根据权利要求4所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述搅拌组件(2)包括连接座(201)、伸缩杆(202)、刮板(203)、搅拌轴(204)、搅拌杆(205)和固定环(206)，所述连接座(201)上表面的中心连接柱通过联轴器与所述搅拌电机(1)的工作端连接，所述连接座(201)的下表面呈圆周均布有多个所述搅拌轴(204)，多个所述搅拌轴(204)的轴向上安装有多个所述固定环(206)；
每个所述搅拌轴(204)的外侧面上对称安装有多组伸缩杆(202)和多组搅拌杆(205)，所述伸缩杆(202)与所述搅拌杆(205)沿所述搅拌轴(204)的轴向上间隔设置；
所述伸缩杆(202)上安装有所述刮板(203)，内外两侧的所述刮板(203)分别抵接在所述补光筒(19)的外侧壁、所述反应筒(17)的内侧壁上。
6.根据权利要求5所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述照明系统包括LED矩阵灯(18)和LED调光器，所述LED矩阵灯(18)的导线贯穿所述底座(10)与所述LED调光器电连接，所述LED调光器与安装在所述反应筒(17)的外侧壁上的照度仪电连接，所述LED调光器与照度仪均与所述PLC控制器电连接。
7.根据权利要求6所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述进水系统包括进水阀(4)、进水泵(7)和储水桶(8)，所述进水阀(4)的一端贯穿所述水浴筒(15)与所述反应筒(17)连通，所述进水阀(4)的另一端通过进水管道与所述储水桶(8)连通，所述进水泵(7)安装在所述进水管道上。
8.根据权利要求7所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：所述曝气系统包括鼓风机(11)、气体流量计(12)和曝气环(13)，所述曝气环(13)安装在所述反应筒(17)的底部，所述鼓风机(11)通过进气管道与所述曝气环(13)的进气口连通，所述气体流量计(12)安装在所述进气管道上，所述鼓风机(11)、气体流量计(12)均与所述PLC控制器电连接。
9.根据权利要求8所述的实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置，其特征在于：还包括溢流阀(3)、排水阀(5)、多个取样阀(6)和放空阀(9)，所述溢流阀(3)、排水阀(5)、多个取样阀(6)和放空阀(9)均贯穿所述水浴筒(15)与所述反应筒(17)连通；
所述溢流阀(3)、排水阀(5)、多个取样阀(6)和放空阀(9)沿所述反应筒(17)的轴向从上往下依次排布，且所述溢流阀(3)的高度不低于所述进水阀(4)的高度。
10.一种实现菌藻颗粒污泥培养的培养方法，利用权利要求1-9任一项所述的一种实现菌藻颗粒污泥培养的反应装置完成，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、启动阶段，将污水厂的好氧颗粒污泥接种于反应筒内，稳定14天后投加小球藻，菌藻比为4:1，接种藻类后持续运行60天，以厌氧好养方式运行，每天4个周期，每个周期6小时，6-12-18时之间的时间段为光周期阶段，接受自然光以及补光筒补充额外光源，18-24-6时之间的时间段为暗周期阶段；
步骤二、运行阶段，包括5分钟的进水、120分钟的缺氧阶段、200分钟的好氧阶段、10分钟的沉降和5分钟的排水，好氧阶段控制溶液DO为1mg/L，沉降时间随着颗粒粒径的增大逐渐降低至2分钟，补光筒内的LED矩阵灯在光周期内对自然光的光照强度进行补充至小球藻适宜的光照强度。
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