CN211283864U

CN211283864U - 一种新型尾气回流式生物膜反应器

Info

Publication number: CN211283864U
Application number: CN201921720131.1U
Authority: CN
Inventors: 周佳恒; 方璟元; 叶凯强; 陈天翔; 任清; 卢昊昱; 於建明
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2029-10-15

Abstract

一种新型尾气回流式生物膜反应器，反应器主体设有进水口和出水口，所述进水口比出水口高，所述反应器主体的上部敞口安装所述反应器密封顶盖，所述反应器密封顶盖设置有单向尾气收集装置，在单向尾气收集装置后设置尾气处理装置，尾气处理装置后设置尾气排气阀及尾气循环气泵；部分尾气通过尾气排气阀排出，另一部分经尾气循环气泵，与鼓风机中的新鲜空气混合后，进入曝气装置；通过曝气装置为膜生物反应器提供所需的溶解氧，所述曝气装置被均匀安装于反应器底部。通过控制尾气排放量、尾气循环量及新鲜空气量之间比例，可改变曝气的氧气分压，从而分别调控反应器中曝气强度和溶解氧含量。本实用新型强化了生物膜反应器稳定运行及污染物高效脱除。

Description

一种新型尾气回流式生物膜反应器

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，涉及生物膜反应器，尤其是一种新型尾气回流式生物膜反应器。

背景技术

随着近期我国的经济高速发展，城市规模和人口数量不断扩大，生产和生活活动过程中会产生大量的且成分复杂的污水。人们面临着严重的水安全危机,具体表现为严峻的水资源短缺和水污染问题。污水处理厂尾水水质不达标是一个严重的问题，特别是氮磷元素，排入自然水体易造成富营养化，且受污染水体难以复原。现如今，我国多数污水厂仍不具有高效脱氮能力，因此面临大规模升级改造。

活性污泥法工艺因具有污染物氧化降解效果好、处理水量大、处理能耗较低等诸多特点，成为目前最为广泛应用的污水处理技术。但是传统活性污泥法仍存在一系列问题制约其发展，例如脱氮效率不高，剩余污泥产量大，耐冲击负荷和抗毒性差，容易发生污泥膨胀等缺点。

生物膜反应器通过在反应器中投加固定或可移动填料，使微生物以填料为载体固着，并逐渐形成稳定的生物膜结构。生物膜法相较于传统活性污泥法有诸多优点。相较于传统活性污泥法，生物膜反应器体系内单位体积填料上的生物量更高，且微生物种相丰富，耐污染冲击能力增强。同时，随着生物膜层的增厚，填料由外向内出现溶解氧梯度，促进了好氧-缺氧微环境的形成，有效强化了同步硝化反硝化及脱氮效果。另一方面，由于微生物固着在填料表面，有效避免了丝状菌造成的污泥膨胀。

生物膜反应器中生物膜结构的形成及固着对生物膜反应器稳定运行具有重要意义。已有研究表明，由曝气产生的水力剪切对填料表面生物膜结构具有重要意义。低曝气强度下水力剪切不足，容易导致形成的生物膜中胞外多聚物(Extracellular polymericsubstances，EPS)含量低，致密性差、易脱落，影响挂膜效果及出水水质。但高曝气强度导致反应器溶解氧含量过高，在生物膜中难以形成缺氧区，抑制反硝化脱氮效果。综上所述，保持体系内具有适宜的曝气强度的同时，维持较低的溶解氧浓度对生物膜反应器的高效稳定运行具有重要意义。

另一方面，近几年随着对污水处理厂环境影响评价要求的不断提高，全国包括上海，浙江，西安及重庆等多地均要求对污水处理厂生化池加盖密封，并对尾气进行收集处理。生化池中产生的尾气要求由通风管道进入尾气处理装置，以实现对尾气中有害气体的去除，减少污水处理构筑物所产生臭气对周边环境影响。目前对污水处理厂生化池加盖密封及尾气处理的设计要求，使尾气回流式生物膜反应器具有技术可行性。

发明内容

为了克服已有技术的不足，为了分别控制生物膜反应器中的曝气强度和溶解氧含量，强化生物膜反应器的高效稳定运行，本实用新型提出了一种新型尾气回流式生物膜反应器，反应器顶部密封，并设置有尾气收集装置。曝气产生的尾气被尾气收集系统收集后进入尾气处理装置，处理后的部分尾气排出，另一部分尾气经过尾气循环泵与鼓风机中的新鲜空气混合，从反应器底部重新进入，为微生物提供反应所需溶解氧。通过控制尾气排放量、尾气循环量及新鲜空气量之间比例，可改变曝气强度和曝气的氧气分压，从而分别调控反应器中水力剪切和溶解氧含量。本实用新型强化了生物膜反应器稳定运行及污染物高效脱除，具有良好的经济性和实用性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型尾气回流式生物膜反应器，包括反应器主体、反应器密封顶盖、顶部单向尾气收集装置、尾气处理装置、尾气排气阀、尾气循环气泵、鼓风机和曝气装置；所述反应器主体设有进水口和出水口，所述进水口比出水口高，所述反应器主体的上部敞口安装所述反应器密封顶盖，所述反应器密封顶盖设置有单向尾气收集装置，在单向尾气收集装置后设置尾气处理装置，尾气处理装置后设置尾气排气阀及尾气循环气泵；

部分尾气通过尾气排气阀排出，另一部分经尾气循环气泵，与鼓风机中的新鲜空气混合后，进入曝气装置；通过曝气装置为生物膜反应器提供所需的溶解氧，所述曝气装置被均匀安装于反应器底部。

进一步，所述反应器主体内部悬挂固定填料或填充可移动弹性填料，所述填料悬挂在所述反应器密封顶盖的底面。

所述反应器主体设有溶解氧检测器，用于负责监测反应器中溶解氧含量，所述溶解氧检测器浸没在所述反应器主体液面下，所述溶解氧检测器与控制单元连接。

所述尾气处理装置的处理方式为生物滤池法或活性碳吸附法。

再进一步，所述反应器主体为长方体结构，进水口在反应器高度的8/9～9/10处，出水口在反应器高度的7/8～8/9处。

再进一步，所述鼓风机的出气管上设有曝气流量计，所述尾气循环泵的出气管上设有尾气循环流量计，所述尾气排气阀的进气管上设有尾气排气流量计；以尾气循环流量计，尾气排气流量计及曝气流量计读数为依据，分别控制尾气排气阀、尾气循环气泵及鼓风机运行，进而调节尾气与新鲜空气混合比例；通过改变曝气强度和进入反应器的氧气分压，从而实现水力剪切和反应器溶解氧的独立控制，强化生物膜稳定性和系统处理污染物的能力。

优选的，适宜生物膜生长和稳定运行所需的曝气强度为3.0～4.5m³/(m³ h)，溶解氧量为1.0～2.0mg/L。

本实用新型的技术构思为：生物膜反应器中生物膜结构的形成及固着对生物膜反应器稳定运行具有重要意义。已有研究表明，降低曝气强度能将生物膜反应器中溶解氧含量控制于较低水平，有利于反应器反硝化脱氮效果。但同时，降低曝气强度减小了反应器中水力剪切，不利于生物膜的固着和生长，导致体系运行稳定性难以保障。可见保持体系内具有适宜的曝气强度的同时，维持较低的溶解氧浓度对生物膜反应器的高效稳定运行具有重要意义。

另一方面，近几年随着对污水处理厂环境影响评价要求的不断提高，全国包括上海，浙江，西安及重庆等多地均要求对污水处理厂生化池加盖密封，并对尾气进行收集处理。生化池中产生的尾气由通风管道进入尾气处理装置，以实现对尾气中有害气体的去除，减少污水处理构筑物产生的臭气对周边环境影响。目前大量污水处理厂生化池已经完成加盖密封及尾气处理建造，使尾气回流式生物膜反应器具有技术可行性。同时，曝气进入反应器的空气中，部分氧气被反应器内微生物摄取，因此尾气中氧气含量降低。

在此基础上，本实用新型通过设置密封顶盖并收集尾气，经过尾气处理装置对尾气中有害物质处理后，将尾气与新鲜空气混合后对反应器进行曝气。通过控制尾气排放量、尾气循环量及新鲜空气量之间比例，可独立调控曝气强度和曝气的氧气分压，从而将原来无法分别控制的水力剪切和溶解氧含量，通过本实用新型可分别调控，进而强化生物膜稳定性和系统处理污染物的能力。

本实用新型的有益效果主要表现在：新型尾气回流式生物膜反应器强化了原有生物膜反应器的稳定性以及污染物去除效果。通过尾气排放量、尾气循环量及新鲜空气量之间比例，有效控制体系内曝气强度和溶解氧量，在降低溶解氧含量，有效促进反硝化作用的同时，提高曝气强度，维持高水力剪切，促进产EPS菌的富集和生物膜稳定性，从而获得更好的总氮去除能力和体系稳定运行能力。本实用新型运行实施操作简便，易于调节，且新型尾气回流式生物膜反应器具有污染物去除效率高、工艺成本低，占地面积小，产泥量低，易于大规模应用等特点。

附图说明

图1是新型尾气回流式生物膜反应器装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1，一种新型尾气回流式生物膜反应器，包括反应器主体1，反应器密封顶盖2，进水口3，出水口4，顶部单向尾气收集装置5，尾气处理装置6，尾气排气阀7，尾气排气流量计8，尾气循环气泵9，尾气循环流量计10，曝气流量计11，鼓风机12，曝气装置13，填料14，溶解氧检测器15，控制单元16。

参照图1进一步说明，一种新型尾气回流式生物膜反应器，反应器主体1为长方体反应器，通过进水口3进水，出水口4出水。反应器顶部采用密封顶盖2密闭，密封顶盖2留有顶部单向尾气收集装置5。反应器内部悬挂固定填料或填充可移动弹性填料14。曝气装置13均匀布置在反应器底部，曝气强度由曝气流量计11和尾气循环流量计10协同控制。尾气由顶部单向尾气收集装置5收集后进入尾气处理装置6处理，去除臭味及有害气体后，部分处理后的尾气由尾气排气阀7排出，尾气排气流量计8可读取排气量。另一部分处理后尾气进入尾气循环气泵9，并与鼓风机12吸入的新鲜空气混合后，对反应器曝气。尾气循环气泵9流量及鼓风机12流量分布由尾气循环流量计10和曝气流量计11读取。溶解氧检测器15负责监测反应器中溶解氧含量，并传至控制单元16。反应器中曝气强度控制为3.0～4.5m³/(m³ h)，反应器中溶解氧量控制为1.0～2.0mg/L。

运行时，通过控制尾气排气阀7，尾气循环气泵9和鼓风机12运作，使尾气循环流量计10和曝气流量计11读数之和控制在3.0～4.5m³/(m³ h)范围内，满足稳定所需的曝气强度。同时，溶解氧检测器15实时监控溶解氧含量。当溶解氧含量高于2.0mg/L时，关小尾气排气阀7，降低鼓风机12流量，增加尾气循环气泵9流量，使得尾气循环流量计10和曝气流量计11读数之和仍保持在3.0～4.5m³/(m³ h)范围内。此时，反应器的曝气中尾气比例增加，氧分压降低，从而在不改变曝气强度的条件下降低反应器溶解氧含量。

当溶解氧检测器15显示溶解氧含量低于1.0mg/L时，适当开大尾气排气阀7，增加鼓风机12流量，减小尾气循环气泵9流量，使得尾气循环流量计10和曝气流量计11读数之和仍保持在3.0～4.5m³/(m³h)范围内。此时，反应器的曝气中尾气比例降低，氧分压升高，从而在不改变曝气强度的条件下提高反应器溶解氧含量。

实例：实验设置了3组反应器，其主体均为长方体反应器，长宽高分别为30cm、20cm、20cm，进水高度19cm，出水高度17cm，实际有效容积为10.0L。80个条状填料均匀固定在反应器内。填料的长、宽、高分别为10.0cm、1.25cm、0.8cm，填充率9％。曝气头均匀分布在反应器底部。反应器中接种活性污泥，接种泥量3000mg/L，进水为连续流，进水采用人工配水方案模拟生活污水，其COD浓度300mg/L、氨氮30mg/L，总氮45mg/L。其中一号反应器和二号反应器均采用敞开的常规曝气方式运行。一号反应器曝气强度为1.5m³/(m³h)，溶解氧控制为2.0mg/L，二号反应器曝气强度为4.5m³/(m³ h)，溶解氧控制为5.0mg/L。三号反应器为新型尾气回流式生物膜反应器，曝气强度为4.5m³/(m³ h)，溶解氧控制为2.0mg/L。

在三号反应器中，通过控制尾气排气阀，尾气循环气泵和鼓风机流量，使尾气循环流量计和曝气流量计读数之和控制在4.5m³/(m³ h)范围内，满足稳定所需的曝气强度。同时，溶解氧检测器实时监控溶解氧含量，反应器中溶解氧量控制为2.0mg/L。当溶解氧含量高于2.0mg/L时，关小尾气排气阀，降低鼓风机流量，增加尾气循环气泵流量。使反应器的曝气中尾气比例增加，氧分压降低，从而在不改变曝气强度的条件下降低反应器溶解氧含量。溶解氧含量低于1.8mg/L时，适当开大尾气排气阀，增加鼓风机流量，减小尾气循环气泵流量。使反应器的曝气中尾气比例降低，氧分压升高，从而在不改变曝气强度的条件下提高反应器溶解氧含量。

在反应器运行过程中，微生物逐渐开始在填料载体上富集，COD和NH₄ ⁺-N的去除率分别保持在97％和92％以上，一号反应器和三号反应器的总氮去除率相对较高，分别达75.6±3.1％和82.1±2.7％。而在二号反应器中，由于溶解氧含量过高抑制了生物膜内部反硝化效果，二号反应器的总氮去除率仅为41.8±0.9％。一号反应器和三号反应器中NO₂ ^-浓度分别为0.27±0.03mg/L和0.13±0.02mg/L，NO₃ ^-浓度分别为7.34±0.26mg/L和5.37±0.32mg/L，这说明其同步硝化反硝化效果明显。相比之下二号反应器中NO₂ ^-和NO₃ ^-积累明显，其NO₂ ^-浓度为0.12±0.02mg/L，NO₃ ^-浓度为17.46±1.91mg/L，表明同步硝化反硝化效果受到抑制。

在反应器运行81天后，由于长期处于低曝气强度(曝气强度为1.5m³/(m³ h))，一号反应器所受水力剪切不足，导致生物膜强度逐渐下降。一号反应器载体表面的生物膜出现解体脱落并随出水带出反应器。由于生物膜解体脱落，一号反应器污染物去除效果明显下降，NH₄ ⁺-N去除率下降到53.7±6.1％，TN的去除率仅为48.6±2.3％。此时三号反应器由于始终保持高曝气强度(曝气强度为4.5m³/(m³ h))，其生物膜受较高水力剪切，其结构致密，未发生明显的生物膜脱落和解体。三号反应器中COD、NH₄ ⁺-N和总氮的去除率保持在到98％、93％和81.9％以上，反应器运行稳定，可见新型尾气回流式生物膜反应器具有更好的总氮去除能力和体系稳定运行能力。

Claims

1.一种新型尾气回流式生物膜反应器，其特征在于，所述尾气回流式生物膜反应器包括反应器主体、反应器密封顶盖、顶部单向尾气收集装置、尾气处理装置、尾气排气阀、尾气循环气泵、鼓风机和曝气装置；所述反应器主体设有进水口和出水口，所述进水口比出水口高，所述反应器主体的上部敞口安装所述反应器密封顶盖，所述反应器密封顶盖设置有单向尾气收集装置，在单向尾气收集装置后设置尾气处理装置，尾气处理装置后设置尾气排气阀及尾气循环气泵；

2.如权利要求1所述的新型尾气回流式生物膜反应器，其特征在于，所述反应器主体内部悬挂固定填料或填充可移动弹性填料，所述填料悬挂在所述反应器密封顶盖的底面。

3.如权利要求1或2所述的新型尾气回流式生物膜反应器，其特征在于，所述反应器主体设有溶解氧检测器，用于负责监测反应器中溶解氧含量，所述溶解氧检测器浸没在所述反应器主体液面下，所述溶解氧检测器与控制单元连接。

4.如权利要求1或2所述的新型尾气回流式生物膜反应器，其特征在于，所述尾气处理装置的处理方式为生物滤池法或活性碳吸附法。

5.如权利要求1或2所述的新型尾气回流式生物膜反应器，其特征在于，所述反应器主体为长方体结构，进水口在反应器高度的8/9～9/10处，出水口在反应器高度的7/8～8/9处。

6.如权利要求1或2所述的新型尾气回流式生物膜反应器，其特征在于，所述鼓风机的出气管上设有曝气流量计，所述尾气循环气泵的出气管上设有尾气循环流量计，所述尾气排气阀的进气管上设有尾气排气流量计；以尾气循环流量计，尾气排气流量计及曝气流量计读数为依据，分别控制尾气排气阀、尾气循环气泵及鼓风机运行，进而调节尾气与新鲜空气混合比例；通过改变曝气强度和进入反应器的氧气分压，从而实现水力剪切和反应器溶解氧的独立控制，强化生物膜稳定性和系统处理污染物的能力。