CN1539758A

CN1539758A - 水平旋流悬浮载体生物膜反应器及其水体原位修复方法

Info

Publication number: CN1539758A
Application number: CNA2003101030504A
Authority: CN
Inventors: 文湘华; 王荣昌; 钱易
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: CN1246231C

Abstract

水平旋流悬浮载体生物膜反应器及其水体原位修复方法，涉及一种受污染水体修复的方法及装置。本发明从水体原位修复反应器的特点出发，对反应器的结构、载体选择及其投加量等进行了优化：反应器主体的高宽比为0.5∶1～2.5∶1，在反应器的四角增设导流挡板，其曝气器布置在反应器底部的一侧，将导流挡板与反应器一侧上壁面所形成的凹槽作为泥水分离区，而且投加载体颗粒的堆积体积占反应器容积的40～70％。从而使得反应器结构稳定，能在水面漂浮，而且操作控制方便。该反应器正常运行时，载体颗粒能在较高载体投加量、较低曝气量的情况下充分悬浮，并维持水平旋流的流态，从而有效提高了反应器对有机污染物和氨氮的去除效率。

Description

水平旋流悬浮载体生物膜反应器及其水体原位修复方法

技术领域

本发明涉及一种受污染水体修复的方法及装置，属于一种利用微生物降解污染物的水处理工艺及装置，特别适用于污染水体的原位生物修复。

背景技术

污染水体原位生物修复技术的研究在国内外都处于起步阶段。除了对污染物进行源头控制之外，对已经受到污染的水体需要进行原位修复。所以，污染水体原位修复反应器的研究与开发有其必要性和迫切性。目前有关污染水体原位修复生物反应器研究的文献报道很少。由于我国污染水体中大部分以有机物为主，对污染水体原位修复的主要对象是有机污染物和氮磷，因此采用生物膜反应器比较适用。现有的生物膜反应器中，以生物滤池和生物流化床为多。生物滤池虽然可实现出水水质较好，但一般填料量较高，而且需要反冲洗，操作管理程序比较复杂，不易用于水体的原位修复；而生物流化床具有运行稳定，处理水质较好，且具有便于管理，占地面积较小等优点。但其反应器的一般高径比大，结构稳定性较差，不易放在水面。因此，需要对反应器的结构进行优化，设计一种适用于污染水体原位修复的新型生物膜反应器。

中国实用新型专利(专利号为：ZL93 2 37003.9)公开了一种浮动生物滤清器，用于污染水域的原位修复。该滤清器是一种生物膜污水处理装置，是一个具有大量垂直排列的塑料管组成的箱体，相当于一个装有大量填料的生物滤池。工作时箱体不断地上下运动，箱体露出水面的部分进行大气复氧，水下的部分利用塑料管表面的生物膜降解有机物，其工作原理类似于生物转盘。但该滤清器存在如下缺点：①由于采用大气复氧，因而复氧效率较低，生物膜内微生物的活性较低；②由于以垂直排列的塑料管作为填料，为生物膜生长所提供的表面积较少，因而生物量较小。所以，总体上该滤清器对污染物的处理效率不够高。

发明内容

本发明的目的是针对污染水体的特点和对原位修复水体的要求，提供一种受污染水体原位修复的方法及生物膜反应器，它可实现在高水力负荷运行的情况下，对有机物和氨氮的处理效率高，效果好；反应器结构稳定，操作方便灵活，投资省，运行费用低。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种水平旋流悬浮载体生物膜反应器，包括反应器主体，设置在反应器主体下部的曝气器和进水供给装置，其特征在于：所述反应器主体的高宽比为0.5∶1～2.5∶1，该反应器由反应I区、泥水分离II区和出水III区组成，反应I区由设置在反应器四角的导流挡板和池壁所围成；位于反应I区上部一侧的导流板沿反应器的长度方向设有指形堰，该导流板与反应器侧上壁面形成的凹槽作为泥水分离区，泥水分离区通过出水堰与出水III区相连通；所述的曝气器布置在反应器底部的一侧。

本发明中所述的四块导流挡板与池壁的夹角均在45～75°的范围内；导流挡板可采用平板或弧形挡板。

本发明还提供了一种利用上述反应器对水体原位修复的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将反应器固定或者漂浮在水面上；

2)向反应器内投加载体，所投加载体颗粒的堆积体积占反应器有效容积的40～70％；

3)投加活性污泥进行接种，活性污泥将载体颗粒全部浸泡，同时进行微量曝气维持溶解氧在1～2mg/L，接种时间为24～48小时，然后将反应器内的活性污泥排出，通入待处理的原水；

4)待载体表面可见明显的胶状粘性物质，即生物膜挂膜成功后提高曝气量到使载体颗粒能够充分悬浮，并维持水平旋流的流态，连续长期运行；

5)反应器连续运行过程中，会产生部分脱落的生物膜，在反应器的泥水分离区沉淀下来，待沉积的污泥达到泥水分离区总体积的1/3～1/2时，便可进行排泥。

本发明中所述的载体采用粒径为1.5～5.0mm的塑料颗粒填料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明从水体原位修复反应器自身的特点出发，在对各类生物膜反应器的特点进行分析比较的基础上，对反应器的结构形式、载体选择、载体投加量、导流装置、曝气装置、出水装置及其泥水分离装置均进行了优化和改进，使得反应器结构更加稳定，能够在水面漂浮，操作控制更加方便；该反应器用于原位水体修复时，载体颗粒在较高载体投加量、较低曝气量的情况下，能在反应器内充分悬浮，并维持水平旋流流态，使得载体表面生物膜的厚度较薄，活性较大，进而提高了反应器对污染物，特别是有机污染物和氨氮的去除效率。同时本反应器对水体具有人工强化复氧的功能，可以有效地改善水体的水质状况。反应器的结构紧凑，占地小，能耗低，造价和运行费用较低；可以重复使用，不需要更换载体，而且操作灵活，管理方便，适用于城市内污染严重的池塘或者支流河段的水质改善。

附图说明

图1为本发明提供的水平旋流悬浮载体生物膜反应器的纵断面示意图。

图2为图1中的A向视图。

图3为图1中的B向视图。

图4为图1中的C-C剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构、工作原理和过程作进一步的说明。

本发明提供的水平旋流悬浮载体生物膜反应器主要由反应器主体1、进水供给装置和辅助供气系统组成，如图1所示。

进水供给装置主要包括进水贮水箱2和进水泵3及配套管件组成。需要处理的原水经进水贮水箱2，由进水泵3进入反应器主体1。进水供给装置可与反应器主体分开设置，也可以加工成一体式的。进水贮水箱2，除调节水量外，兼具有沉淀去除水中部分悬浮颗粒的作用。

辅助供气系统主要由空气压缩机4、微孔曝气器5及其配套管件组成。本发明中的微孔曝气器5设在反应器底部的一侧，这样一方面提高了氧气在反应器内的传质效率，另一方面，为反应器内载体颗粒7的悬浮流化提供了动力，使得载体颗粒7能在曝气强度较小的情况下，很容易以水平旋流的方式在反应器内悬浮流化。

反应器主体1分为反应I区、泥水分离II区和出水III区。反应器主体1的高宽比在0.5∶1～2.5∶1之间，这样可使反应器的重心较低，结构稳定，易于漂浮在水面上。为了减少反应器内水流死区的存在，对反应器的四角进行了倒角处理，增设了不同角度的导流挡板；反应I区由设置在反应器四角的导流挡板6a、6b、6c、6d和池壁所围成，四块倒流挡板6a、6b、6c、6d与池壁的夹角α均为45～75°。导流挡板的作用主要是避免了载体颗粒7在水流死区处的沉积，可采用直板，也可采用弧形挡板，以维持反应器内的水平旋流流态为主要目的。

位于反应I区上部一侧的导流挡板6b，其上部沿反应器长度方向加工成指形堰，以防止载体颗粒随出水一起流出。该导流板与反应器侧上壁面形成的凹槽作为泥水分离II区，如图1中II所示区域，而不需专门另设泥水分离装置，从而有效降低了反应器的体积和造价。泥水分离II区底部沉积的污泥，通过排泥管9排出反应器。

泥水分离II区通过出水堰8与出水III区相连通，最终处理后的出水通过出水管10排出反应器。

载体选择：为了提高反应器内的生物量，采用粒径较小的塑料颗粒填料作为生物膜生长的载体，一般粒径为1.5～5.0mm。塑料载体颗粒的表面比较粗糙，比表面积较大，而且强度较高，耐摩擦，不易破碎，可重复使用。另外，所选载体的比重与水接近，载体很容易在反应器内充分悬浮。载体投加量占反应器总容积的40～70％，使载体颗粒在较高载体投加量、较低曝气量的情况下，能在反应器内充分悬浮，并维持水平旋流流态，这样增加了单位体积反应器内生物膜生长的表面积，反应器的生物量增加，而且微生物的活性也有所提高，从而使反应器对污染物的处理效率提高。

本发明的工作过程如下：①放置反应器：将反应器放置(固定或者漂浮)在水面上。②投放载体：在反应器内投加载体7，载体颗粒堆积体积所占反应器容积的40～70％。③污泥接种：投加活性污泥进行接种，活性污泥将载体颗粒全部浸泡，同时进行微量曝气维持污泥的好氧环境，溶解氧在1～2mg/L即可，接种时间一般为24～48小时；而后将反应器内的活性污泥排出，再通入待处理的原水，进行连续运行。④反应器启动：通入原水进行连续运行的初期，采用较小的曝气量，维持溶解氧在1～2mg/L即可。进行污泥接种，可以让载体颗粒表面初期吸附一部分微生物，有利于生物膜的形成，缩短反应器启动(即生物膜挂膜)所需时间，一般为10～15天。也可不进行污泥接种，直接通入待处理原水，这样生物膜的挂膜时间较长，具体时间视原水水质、水温及其它环境因素而定，一般在1个月左右。⑤正常连续运行：待载体表面可见明显的胶状粘性物质，即生物膜挂膜成功后，反应器对水中污染物的去除效果便已达到设计要求的水平。此时，提高曝气量到使载体颗粒能够充分悬浮，并维持水平旋流的流态，连续长期运行即可。⑥间歇排泥：反应器连续运行过程中，会产生部分脱落的生物膜，在反应器的泥水分离区沉淀下来，待沉积的污泥达到泥水分离区总体积的1/3～1/2时，便可进行排泥，一般7天甚至更长的时间才需排泥一次，具体时间与所处理的原水水质有关。反应区的出水经指形堰6b进入泥水分离区，在该区生物固体物质进一步沉淀分离，进一步降低反应器最终出水中悬浮物含量。沉淀下来的生物固体物质在泥水分离II区底部浓缩后由排泥管9排出。经过泥水分离后的出水，经齿形堰8进入出水III区，最终由出水管10排出反应器。

本发明提供的载体生物膜反应器可以放置在船上或者加工成船形直接漂浮在需要修复的受污染水体表面，并不断移动更换修复位置。本装置也可设置在河流水闸的上游，做成上下移动型，可随水位上下浮动，并可在暴雨洪水时直接提升起来，不妨碍河流的泄洪功能。

本水处理装置可以重复使用，不需要更换载体，而且操作灵活，管理方便，运行稳定，易于维护，造价和运行成本较低，适用于城市内污染严重的池塘或者支流河段的水质修复。

Claims

1.一种水平旋流悬浮载体生物膜反应器，包括反应器主体，设置在反应器主体下部的曝气器和进水供给装置，其特征在于：所述反应器主体(1)的高宽比为0.5∶1～2.5∶1，该反应器由反应I区、泥水分离II区和出水III区组成，反应I区由设置在反应器四角的导流挡板(6a、6b、6c、6d)和池壁所围成，位于反应I区上部一侧的导流板(6b)的上端沿反应器的长度方向加工成指形堰，该导流板与反应器侧上壁面形成的凹槽作为泥水分离区，泥水分离区通过出水堰(8)与出水III区相连通；所述的曝气器布置在反应器底部的一侧。

2.按照权利要求1所述的悬浮载体生物膜反应器，其特征在于：所述的导流挡板(6a、6b、6c、6d)与池壁的夹角为45～75°。

3.按照权利要求1或2所述的悬浮载体生物膜反应器，其特征在于：所述的导流挡板可采用平板或弧形挡板。

4.按照权利要求1所述的悬浮载体生物膜反应器，其特征在于：所述的出水堰(8)上沿其长度方向加工成齿形堰。

5.一种利用如权利要求1所述反应器对水体进行原位修复的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将反应器固定或者漂浮在水面上；

2)反应器内投加载体，载体颗粒堆积体积占反应器容积的比例为40～70％；

4)待载体表面可见明显的胶状粘性物质，即生物膜挂膜成功后，提高曝气量到使载体颗粒能够充分悬浮，并维持水平旋流的程度，然后连续长期运行；

5)反应器连续运行过程中，会产生部分脱落的生物膜，在反应器的泥水分离区沉淀下来，待沉积的污泥达到泥水分离区总体积的1/3～1/2时，便需进行排泥。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的载体采用粒径为1.5～5.0mm的塑料颗粒。