CN207483450U - 玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于污水处理技术领域，涉及污水脱氮装置，具体涉及玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置。本实用新型所公开的玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置，可实现无菌存储，所述生物巢反应器和有机碳源补充装置由输送管连接，输送管上设有泵。本实用新型实现了在同一反应池中进行硝化和反硝化反应，从而解决了现有技术中总氮去除率不高的问题。本实用新型从载体材料改性的角度创新性的提升生物巢反应器的效能，实现污水的高效除碳脱氮，将生物巢与中空超滤膜耦合，通过向生物巢内部定向补充碳源，既节约了碳源，又实现了生物巢反应器高效除碳脱氮的目的，同时还节约了成本。

Description

玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，涉及污水脱氮装置，具体涉及玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置。

背景技术

近三十年来，中国经济高速发展，城镇化和工业化进程加快，环境问题尤其是水污染问题日益突出，并在局部地区呈现恶性爆发趋势。2015年国家新环保法的颁布和“水十条”的出台，使氮、磷等污染物的排放标准更为严格。开发前瞻性水处理技术，加强其技术创新变得尤为重要。

氮是污水处理厂出水主要监测的指标之一。随着污水排放标准的日益严格，出水的总氮要求也日益增高。目前，基于活性污泥法的A/O等污废水处理工艺可有效去除污水中的有机碳，但不能有效去除水体中的氮。在好氧条件下，异养菌以有机碳为碳源，代谢产生的能量保证了异养菌的大量繁殖。相比之下，作为自养菌的硝化细菌，由于代谢缓慢产生的能量较少，使得自养菌在空间竞争上存在劣势，生物量少，处于污泥絮体的内层。另一方面，反硝化细菌需要在缺氧条件下积累的硝酸盐作为电子受体，以有机碳源作为电子受体完成脱氮过程。 不过，前期的有机碳氧化过程会导致后期脱氮过程碳源不足，造成脱氮过程不彻底。生物膜法可有效持留大量的微生物，通过空间竞争，完成不同菌群在功能上的分层，实现有机碳氧化、硝化和反硝化的集成。此外，基于生物膜法的污水处理工艺在能耗、占地等方面远优于活性污泥法，但同样存在着由于有机碳源不足的导致的脱氮不彻底的问题。微生物在生物载体材料上生长、竞争导致的菌群分层使得异养反硝化菌只能位于生物膜的最内层。由于有机碳在生物膜外层已大部消耗，其向生物膜内部的扩散又受到限制，导致生物膜内部有机碳源不足，反硝化不彻底。

微米级无机玄武岩纤维 (BF) 作为生物载体，具有良好的生物亲和性和吸附性能，在废水中呈漂浮、缠绕状态，能够快速吸附活性污泥。BF在附着微生物方面能力突出，经7～15 d培养后，附着活性污泥的BF在水力作用缠绕包裹下可形成直径在10 cm以上的球状结构（称之为生物巢）。常规生物膜在厚度超过2mm时，由于传质障碍导致的营养不足而脱落，而生物巢在尺寸上处于厘米级，超大的生物量和良好的传质特性可保证有机碳的快速氧化和硝化过程的快速进行，但仍难以克服有机碳源不足导致的脱氮不彻底的问题。为解决这个问题，本实用新型将生物巢与中空超滤纤维膜相结合，通过定期向生物巢内部定向补充有机碳源，实现高浓度含氮废水的深度处理。中空超滤膜具有最高120 Mpa的拉伸强度，适宜温度可高达45℃，是一种呈中空纤维结构的膜材料，孔径大小为0.02～0.2μm，可有效截留大肠杆菌等细菌。

专利CN106277315A《一种基于玄武岩纤维填料的脱氮微生物巢及其培养方法》，公开了一种基于玄武岩纤维填料的脱氮微生物巢及其培养方法，所述的脱氮微生物巢依附于玄武岩纤维束，自外向内依次包括好氧层、缺氧层和厌氧层等，该发明通过玄武岩纤维填料、生物反应器和曝气器的组合，对含氮污水进行处理，通过曝气器使空气与活性污泥实现强烈混合并产生上升流，在玄武岩纤维填料的两侧形成循环流，在这种水力作用下，玄武岩纤维束对附着在其表面的活性污泥进行包裹、支撑，活性污泥在玄武岩纤维的层层包裹下，逐渐形成球状或类球状的活性污泥微生物聚集体，即脱氮微生物巢。但是，该发明难以准确调控外加碳源量与本体溶液溶氧浓度、生物巢尺寸之间的关系。

发明内容

针对现有技术处理污水中总氮脱除不彻底的不足，本实用新型公开了一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置。

一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置（9），所述生物巢反应器和有机碳源补充装置由输送管（8）连接，输送管（8）上设有泵（10）。

本实用新型较优公开例中，所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管（3）形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口（12），下部设有进水口（11）。

本实用新型较优公开例中，所述有机碳源补充装置（9）设有进口输送管（8）和泵（10），泵（10）将含有有机碳源的溶液通过输送管（8）运送到反应器顶部的生物巢，一直流经底部的堵头（7），形成均匀扩散。

本实用新型较优公开例中，所述生物巢由玄武岩纤维束（13）垂直悬挂或或均匀绞缠于固定芯材表面，中空超滤膜束（14）均匀分布在玄武岩纤维束（13）中心位置，其上由鲁尔接头（5）固定在反应器本体上部正中，其下由堵头（7）封住。

本实用新型较优公开例中，所述固定芯材由呈螺旋状的钛丝构成，包覆铁氟龙管。

本实用新型较优公开例中，所述玄武岩纤维束（13）由若干玄武岩纤维单丝构成，直径为10～20μm，优选15μm。

本实用新型较优公开例中，所述中空超滤膜束（14）由若干单束中空超滤膜构成，中空超滤膜的微孔尺寸为0.02～0.2μm、孔隙率为40～50%，微孔尺寸优选0.1μm，孔隙率优选45%。

具体的，将污水送入反应器的反应池中，玄武岩纤维束悬挂在生物巢反应器中央位置，该填料全部浸没在污水中。生物巢两侧形成内循环通道，其中在上升通道底部设置曝气系统，污水进水口设置在反应器底部，进入的污水经曝气与反应器底部的水分混合，从而进行高效反应，从上升通道上升的污水一部分沿着下降通道下降，一部分经反应池顶部的三角堰出水口流出。玄武岩纤维填料由很多束纤维束构成，该纤维束是由一定直径的玄武岩纤维单丝构成，污水中的大量微生物易粘附在玄武岩纤维上生长繁殖，使硝化细菌和反硝化细菌在玄武岩纤维上得以富集，下降通道的污水到达反应池底部，与底部的进水充分混合后上升，进行高速循环处理。碳源补充装置使用泵将含有碳源的溶液通过输送管运送到纤维束上方的鲁尔接头中，鲁尔接头另一端接有中空超滤膜束，中空超滤膜束由单束的中空超滤膜构成，中空超滤膜均匀分布在玄武岩纤维束中心位置，再通过底部的堵头封死形成均匀扩散。

反应器中设有玄武岩纤维，活性污泥易粘附在玄武岩纤维上，纤维上的污泥长期聚集，反应器中设置了曝气装置使得生物巢表面呈好氧状态，聚集大量的硝化菌，污泥内部因供氧不足呈厌氧或缺氧状态，富集反硝化细菌。因此，通过控制合适的溶解氧浓度，反应器内同时进行硝化反应和反硝化反应，即同步硝化反硝化反应。与传统的生物脱氮工艺相比，本反应器通过形成的玄武岩生物微巢，形成了生物巢外部的硝化反应区和内部的反硝化反应区，降低了分设硝化池和反硝化池的复杂程度，缩减了设备的占地面积，节约了投资成本。此外，同步硝化反硝化可明显缩短水力停留时间，提高污水的处理效率，也大大提高了装置的运行效率。反应器内填充的纤维材料呈束状，与污水的接触面积大。对于一般的污水而言，除了氨氮，还含有其他难以降解的悬浮物质，这些利用常规的生化法难以去除的物质可能随着污水的循环流动被吸附固定在玄武岩纤维上，可一定程度地降低剩余污泥的产生量；中空超滤膜的微孔结构可有效阻止细菌等进入中空超滤膜。玄武岩生物巢相对于其他生物膜具有生物量和功能分层上的优势，保证了污水中有机物的快速降解和营养物质的进一步转化，但同样存在着结构性功能缺陷，即分层导致的内部有机碳源不足，反硝化不能彻底进行的问题。通过将生物巢与中空超滤膜结合，向生物巢内部定向补充碳源，可解决总氮去除不彻底的问题，同时节约了成本。

有益效果

本实用新型利用玄武岩填料，在其断面上形成好氧区、微氧区、缺氧区，对污水中的氮进行高效的去除，达到污水中的总氮优于地面水环境质量标准，实现了在同一反应池中进行硝化和反硝化反应，从而克服了现有技术中总氮去除率不高的问题。从载体材料改性和工艺改进的角度创新性的提升生物巢反应器的效能，实现污水的高效除碳脱氮，将生物巢与中空超滤膜耦合，通过向生物巢内部定向补充碳源，既节约了碳源，又实现了生物巢反应器高效除碳脱氮的目的。

附图说明

图1为本实用新型玄武岩生物巢定向补充碳源实现污水深度脱氮装置图。

图2为本实用新型玄武岩生物巢中玄武岩纤维束的结构图示意图。

图3为本实用新型玄武岩生物巢的半横截面示意图。

在图中：1-中空超滤膜；2-玄武岩纤维；3-增氧管；4-上升通道；5-鲁尔接头；6-下降通道；7-堵头；8-输送管；9-有机碳源补充装置；10-泵；11-进水口；12-出水口；13-玄武岩纤维束；14-中空超滤膜束；15-缺氧层；16-微氧层；17-好氧层。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本实用新型，但本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1

一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置，所述生物巢反应器和有机碳源补充装置9经输送管8连接，输送管8上设有泵10。所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管3形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口12，下部设有进水口11。

实施例2

一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置，所述生物巢反应器和有机碳源补充装置由输送管8连接，输送管8上设有泵10。所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管3形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口12，下部设有进水口11。所述有机碳源补充装置9与输送管8连接，泵10将含有有机碳源的溶液通过输送管8运送到反应器顶部的生物巢，再通过底部堵头7封死形成均匀扩散。

实施例3

一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置，所述生物巢反应器和有机碳源补充装置和输送管8连接，输送管8上设有泵10。所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管3形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口12，下部设有进水口11。所述有机碳源补充装置9和输送管8连接，泵10将含有有机碳源的溶液通过输送管8运送到反应器顶部的生物巢，再通过底部堵头7封死形成均匀扩散。所述生物巢由玄武岩纤维束13垂直悬挂或环绕均匀分布于固定芯材表面，中空超滤膜束14均匀分布在玄武岩纤维束13中心位置，其上由鲁尔接头5固定在反应器本体上部正中，其下由堵头7封闭管路。

实施例4

一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置，所述生物巢反应器和有机碳源补充装置与输送管8连接，输送管8上设有泵10。所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管3形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口12，下部设有进水口11。所述有机碳源补充装置9和输送管8连接，泵10将含有有机碳源的溶液通过输送管8运送到反应器顶部的生物巢，再通过底部堵头7封死形成均匀扩散。所述生物巢由玄武岩纤维束13垂直悬挂或环绕均匀分布于固定芯材表面，中空超滤膜束14均匀分布在玄武岩纤维束13中心位置，其上由鲁尔接头5固定在反应器本体上部正中，其下由堵头7封闭管路。所述固定芯材由呈螺旋状的钛丝构成，包覆铁氟龙管。所述玄武岩纤维束13由若干玄武岩纤维单丝构成，直径为10～20μm，优选15μm。

实施例5

一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置，所述生物巢反应器和有机碳源补充装置与输送管8连接，输送管8上设有泵10。所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管3形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口12，下部设有进水口11。所述有机碳源补充装置9与输送管8连接，泵10将含有有机碳源的溶液通过输送管8运送到反应器顶部的生物巢，再通过底部堵头7封死形成均匀扩散。所述生物巢由玄武岩纤维束13垂直悬挂或环绕均匀分布于固定芯材表面，中空超滤膜束14均匀分布在玄武岩纤维束13中心位置，其上由鲁尔接头5固定在反应器本体上部正中，其下由堵头7封闭管路。所述固定芯材由呈螺旋状的钛丝构成，包覆铁氟龙管。所述玄武岩纤维束13由若干玄武岩纤维单丝构成，直径为10～20μm，优选15μm。所述中空超滤膜束14由若干单束中空超滤膜构成，中空超滤膜的微孔尺寸为0.02～0.2μm、孔隙率为40～50%，微孔尺寸优选0.1μm，孔隙率优选45%。

进一步参照附图来对本实用新型所述装置进行说明。

本实用新型利用玄武岩生物巢定向补充碳源实现污水深度脱氮的结构示意图如图1所示。在反应器中央位置设置玄武岩纤维束13，玄武岩纤维束完全浸没在水面下，玄武岩纤维填料采用纤维束均匀分布、垂直悬挂的方式，或者采用纤维束环绕固定芯材均匀布置的方式构成，采用其他悬挂与构成方式也可。反应器四周作为反应器的上升通道4，靠中央位置为反应器的下降通道6，促使污水中的微生物易于粘附在玄武岩纤维上生长，这种均匀分散的布置方式进一步形成了玄武岩纤维束内部的缺氧层15，为反硝化细菌的生长提供了良好的生长环境。有机碳源通过泵经输送管8进入玄武岩生物巢内部，为内部缺氧层的异养反硝化提供碳源，促使总氮的高效去除，碳源经中空超滤膜束14上的微孔缓慢均匀的渗透到生物巢内部，由下端堵头7封死形成均匀扩散。

本实用新型使用的玄武岩纤维填料构造图如图2所示。将一定尺寸直径的玄武岩纤维束13均匀分散开，用两根铁氟龙管包裹住的钛丝将其夹住后旋转，拧成螺旋状的结构，控制拧的程度，使玄武岩纤维束均匀的在钛丝上形成如图2所示结构，再将中空超滤膜束14均匀的固定在钛丝四周，上下两端分别用鲁尔接头连接，随着污水中微生物的不断流动，就形成了玄武岩生物巢。

如图3所示，在本实用新型中，因污泥表面与内部接触的溶解氧浓度存在差异，随着往生物巢内部的加深，溶解氧浓度逐渐下降，形成了表面的好氧层17、中间的微氧层16和内部的缺氧层15。在生物巢好氧层，异养菌占据最外层（主要进行有机物质的降解），在较深处，自养硝化菌占据优势（主要进行氨的氧化），而最里层异养的反硝化菌占据优势（主要进行反硝化过程，实现总氮去除）。由于最外层异养代谢过程旺盛，造成最内层有机碳源不足，制约了反硝化的充分进行，难以实现总氮的深度处理，通过与中空超滤膜束的耦合来解决这一不足。

以上结合附图和具体实施例对本实用新型的作了详细的说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，至少包括生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置（9），所述生物巢曝气反应器和有机碳源补充装置由输送管（8）连接，输送管（8）上设有泵（10），其特征在于：所述生物巢曝气反应器包括反应器本体，至少一个生物巢置于本体中上部，其底部设有增氧管（3）形成曝气系统，所述反应器本体侧壁上部设有出水口（12），下部设有进水口（11）；所述有机碳源补充装置（9）设有进口输送管（8）和泵（10），泵（10）将含有有机碳源的溶液通过输送管（8）运送到反应器顶部的生物巢，一直流至底部的堵头（7），形成均匀扩散。

2.根据权利要求1所述玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，其特征在于：所述生物巢由玄武岩纤维束（13）垂直悬挂或均匀绞缠于固定芯材，中空超滤膜束（14）均匀分布在玄武岩纤维束（13）中心位置，其上由鲁尔接头（5）固定在反应器本体上部正中，其下由堵头（7）封住。

3.根据权利要求2所述玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，其特征在于：所述固定芯材由呈螺旋状的钛丝构成，包覆铁氟龙管。

4.根据权利要求2所述玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，其特征在于：所述玄武岩纤维束（13）由若干玄武岩纤维单丝构成，直径为10～20μm。

5.根据权利要求4所述玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，其特征在于：所述玄武岩纤维束（13）由若干玄武岩纤维单丝构成，直径为15μm。

6.根据权利要求2所述玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，其特征在于：所述中空超滤膜束（14）由若干单束中空超滤膜构成，中空超滤膜的微孔尺寸为0.02～0.2μm、孔隙率为40～50%。

7.根据权利要求6所述玄武岩生物巢定向补充碳源污水脱氮装置，其特征在于：所述中空超滤膜的微孔尺寸为0.1μm、孔隙率为45%。