CN212425577U - 一种厌氧生物反应器及污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种厌氧生物反应器及污水处理系统。本实用新型的厌氧生物反应器，包括：反应器壳体(1)、吸附性生物载体、微生物、污水入口(3)、净水出口(4)；反应器壳体(1)中填充吸附性生物载体和微生物，污水入口(3)与反应器壳体(1)的上部连通，净水出口(4)与反应器壳体(1)的下部连通。本实用新型的厌氧生物反应器，结合吸附性生物载体和微生物，能够同时实现吸附作用和生物降解，提高处理多种污染物的能力。

Description

一种厌氧生物反应器及污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种厌氧生物反应器及污水处理系统。

背景技术

随着人口的增长和社会经济的快速发展，对水资源的需求量也大幅度增长。地下水被广泛用于各种用途，是许多国家和地区的主要饮用水源。随着我国工业的发展和农用化学合成品用量的逐渐增加，饮用水源受到不同程度的污染，并呈发展趋势，一般污染指标指的是有机物，例如氨氮和COD超标等，但是饮用水指标中常规污染物还包括各种阴离子(硫酸盐、硝酸盐等)以及重金属 (砷、铁等)。

常规水厂处理工艺就是大家熟知的混凝、沉淀、过滤、消毒四步走，但是随着城市水源水受污染程度的加重，常规工艺受到了冲击，常规四步走净化后的水质无法达到《生活饮用水标准》(GB 5749-1906)中的规定。现有水厂的技术水平就是对常规工艺进行改进，基本分成以下两类：预处理+常规水处理工艺、常规水处理+深度水处理工艺。而常见的预处理技术通常包括吸附法、氧化法和吹脱法。常见的深度水处理工艺有吸附法、膜分离法和氧化法。一般来说，饮用水处理厂的设计是一次清除一种污染物。然而，对于这种存在不止一种污染物的情况下，这种设计理念可能无法被证明是有效的，因为在水源中可能存在了多种污染物，可能需要多个串联的工艺单元，从而导致更高的资金、运营和维护成本等缺点，当污染物的化学性质完全不同时尤其如此。当地下水中同时存在砷、铁和硝酸盐，有必要寻找一种更为实用、经济、高效的新工艺。

离子交换和电化学系统等几种物理化学方法已被证明是同时去除砷和硝酸盐的有效方法。这些过程往往会造成一定的限制，如处理水中不符合饮用水标准，离子交换树脂的再生，以及需要进一步处理废水流和废液卤水处理。近年来，利用生物处理技术可以有效地同时去除地下水中砷、铁和硝酸盐等污染物。活性炭作为水厂中最常用也是应用最为广泛的吸附剂，多用来吸附嗅味、酚类、卤代甲烷、微量的有机物、余氯以及某些有毒的重金属等物质，而颗粒活性炭吸附饱和之后可以通过反冲洗再生来延长使用寿命，其更具有经济性。

因此，现有的地下水处理工艺单一，当存在多种污染物时，运营和维护成本高，并且物理化学法和化学法在去除污染物时，往往在实际应用中造成一定的限制：系统产生的含盐废水较难处置、无法满足催化还原的工艺条件、动力学和热力学等问题。

因此，需要一种厌氧生物反应器及污水处理系统。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的厌氧生物反应器及污水处理系统，能够在去除硝酸盐的基础上，同时将硫酸盐厌氧还原，与砷、铁接触反应，形成硫化物沉淀，有效去除地下水中多种污染物，提高污水效率。

本实用新型的一个方面，提供了一种厌氧生物反应器，包括：反应器壳体 1、吸附性生物载体、微生物、污水入口3、净水出口4；

反应器壳体1中填充吸附性生物载体和微生物，污水入口3与反应器壳体 1的上部连通，净水出口4与反应器壳体1的下部连通。

进一步地，上述厌氧生物反应器，还包括：设置在反应器壳体1内部的上板筛5和下板筛6，上板筛5置于吸附性生物载体和微生物的上部，下板筛6 置于吸附性生物载体和微生物的下部。

进一步地，上板筛5和下板筛6的孔隙度均为70％。

进一步地，上述厌氧生物反应器，还包括：

分别设置在反应器壳体1顶部和底部的上盖板7和下盖板8，上盖板7和下盖板8均与反应器壳体1螺纹连接；

环绕反应器壳体1设置的保温夹套9，保温夹套9与水套10连通。

进一步地，上述厌氧生物反应器，还包括：

惰性气体和反冲洗水的共同入口11，设置在反应器壳体1底部；

惰性气体和反冲洗水的共同出口12，设置在上盖板7上。

进一步地，吸附性生物载体为颗粒活性炭。

进一步地，颗粒活性炭的粒径在1.5-2.0mm。

本实用新型的另一方面，提供了一种污水处理系统，包括上述厌氧生物反应器。

进一步地，上述污水处理系统，还包括：污水输入泵13、污水输入管路 14、污水池15、净水排出管路16，污水池15、污水进水泵与污水入口3通过污水输入管路14依次连通。

进一步地，上述污水处理系统，还包括：惰性气体瓶17、惰性气体输入管路18、反冲洗水池19、反冲洗水输入泵20、反冲洗水输入管路21、反冲洗出水管路22、惰性气体排出管路23、气体收集装置，

惰性气体瓶17通过惰性气体输入管路18与共同入口11连通；

反冲洗水池19、反冲洗水输入泵20和共同入口11通过反冲洗水输入管路 21依次连通；

共同出口12与反冲洗出水管路22连通；

共同出口12与气体收集装置通过惰性气体排出管路23连通。

进一步地，气体收集装置包括集液瓶24和出气瓶25，集液瓶24和出气瓶 25通过导管连通。

本实用新型的又一方面，提供了一种基于上述污水处理系统实现的方法，包括以下步骤：

利用污水进水泵将污水池15中的污水输送至厌氧生物反应器中；

利用厌氧生物反应器中的微生物对污水中的污染物进行分解，并利用吸附性生物载体对污水中的污染物和污染物分解后的分解物进行吸附，获取净水；

利用净水排出管路16排出净水。

进一步地，上述污水处理方法，还包括：

利用反冲洗水输入泵20将反冲洗水输入厌氧生物反应器中；

从惰性气体瓶17向厌氧生物反应器输入惰性气体；

利用反冲洗水对吸附性生物载体进行反冲洗，并利用惰性气体对吸附性生物载体进行保护，使吸附性生物载体恢复吸附能力；

利用气体收集装置过滤并排出惰性气体；

利用反冲洗出水管路22排出反冲洗水。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型的厌氧生物反应器，结合吸附性生物载体和微生物，能够同时实现吸附作用和生物降解，提高处理多种污染物的能力。

2.本实用新型利用厌氧条件，将污水中硫酸盐还原为硫离子，与砷、铁离子结合，形成砷化硫和铁化硫沉淀或吸附得以去除，后续不会造成二次影响，在实际应用具有较大前景。

3.本实用新型利用厌氧条件，将污水中硝酸盐厌氧反硝化，反应产物可以形成无害的N₂，不会造成二次污染。

4.本实用新型经过反冲洗后，吸附性生物载体的孔隙会空出吸附位，又会恢复对各类污染物的吸附能力，更具有经济价值。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型的污水处理系统；

图2为本实用新型的污水处理方法流程图，

在附图中，

1-反应器壳体，2-生物活性炭，3-污水入口，4-净水出口，5-上板筛，6- 下板筛，7-上盖板，8-下盖板，9-保温夹套，10-水套，11-惰性气体和反冲洗水的共同入口，12-惰性气体和反冲洗水的共同出口，13-污水输入泵，14-污水输入管路，15-污水池，16-净水排出管路，17-惰性气体瓶，18-惰性气体输入管路，19-反冲洗水池，20-反冲洗水输入泵，21-反冲洗水输入管路，22-反冲洗出水管路，23-惰性气体排出管路，24-集液瓶，25-出气瓶，26-生物固体。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例一

图1为本实用新型的污水处理系统，如图1所示，本实用新型提供的厌氧生物反应器，包括：反应器壳体1、吸附性生物载体、微生物、污水入口3、净水出口4；反应器壳体1中填充吸附性生物载体和微生物，污水入口3与反应器壳体1的上部连通，净水出口4与反应器壳体1的下部连通。

本实用新型的厌氧生物反应器，结合吸附性生物载体和微生物，例如颗粒活性炭会转变成为生物活性炭2，不仅可以作为生物膜生长的支撑材料，还能够同时实现吸附作用和生物降解，提高处理多种污染物的能力。

本实用新型利用厌氧条件，将污水中硫酸盐还原为硫离子，与砷、铁离子结合，形成砷化硫和铁化硫沉淀或吸附得以去除，后续不会造成二次影响，在实际应用具有较大前景。

本实用新型利用厌氧条件，将污水中硝酸盐厌氧反硝化，反应产物可以形成无害的N₂，不会造成二次污染。

参见图1，上述厌氧生物反应器，还包括：设置在反应器壳体1内部的上板筛5和下板筛6，上板筛5置于吸附性生物载体和微生物的上部，下板筛6 置于吸附性生物载体和微生物的下部。其中，上板筛5和下板筛6的孔隙度均为70％，孔直径为1mm。上板筛5的目的是防止颗粒活性炭在反冲洗过程中被冲洗掉，并帮助生物反应器在整个横截面上更均匀地分配进料；下板筛6是为了帮助颗粒活性炭污泥即生物固体26随着处理水被冲走。

参见图1，上述厌氧生物反应器，还包括：

分别设置在反应器壳体1顶部和底部的上盖板7和下盖板8，上盖板7和下盖板8均与反应器壳体1螺纹连接；

环绕反应器壳体1设置的保温夹套9，保温夹套9与水套10连通，使厌氧生物反应器处于恒温状态。

参见图1，本实用新型提供的厌氧生物反应器，还包括：布水器，置于厌氧生物反应器内部上盖板7的正下方，用于将污水均匀布入厌氧生物反应器中。

参见图1，上述厌氧生物反应器，还包括：

惰性气体和反冲洗水的共同入口11，设置在反应器壳体1底部；

惰性气体和反冲洗水的共同出口12，均设置在上盖板7上。

其中，吸附性生物载体为颗粒活性炭，颗粒活性炭的粒径在1.5-2.0mm，作为生物膜生长的载体。反冲洗水可以是脱氧去离子水。

在本实施例的实际应用中，颗粒活性炭在使用前，先用去离子水漂洗两次，在70℃烘箱中干燥12小时以上。厌氧生物反应器运行温度控制在25-35℃之间，在正式运行前，首先将从污水处理厂收集硝酸盐厌氧生物反应池、硫酸盐厌氧生物反应池的混合污泥对该厌氧生物反应器进行污泥接种。

本实用新型提供的污水处理系统，包括上述厌氧生物反应器。

参见图1，污水处理系统，还包括：污水输入泵13、污水输入管路14、污水池15、净水排出管路16，污水池15、污水进水泵与污水入口3通过污水输入管路14依次连通。其中，污水输入泵13可以是蠕动泵。

参见图1，污水处理系统，还包括：惰性气体瓶17、惰性气体输入管路18、反冲洗水池19、反冲洗水输入泵20、反冲洗水输入管路21、反冲洗出水管路 22、惰性气体排出管路23、气体收集装置，

惰性气体瓶17通过惰性气体输入管路18与共同入口11连通；

反冲洗水池19、反冲洗水输入泵20和共同入口11通过反冲洗水输入管路 21依次连通；

共同出口12与反冲洗出水管路22连通；

共同出口12与气体收集装置通过惰性气体排出管路23连通。

进一步地，气体收集装置包括集液瓶24和出气瓶25，集液瓶24和出气瓶 25通过导管连通。

本实用新型经过反冲洗后，吸附性生物载体的孔隙会空出吸附位，又会恢复对各类污染物的吸附能力，更具有经济价值。

本实用新型的污水处理系统的工作原理如下：污水在厌氧生物反应器中上进下出，最终从净水出口4排出；另外，脱氧去离子水和氮气在厌氧生物反应器中混合一起下进上出，对其进行定期反冲洗，脱氧去离子水从共同出口12 排出，氮气从共同出口12排出到气体收集装置。

本实用新型的污水处理系统的实际应用过程如下：

A.搭建上述的污水处理系统；

B.打开污水输入泵13，污水从厌氧生物反应器的上部进入，经过上板筛5 后均匀流入颗粒活性炭中，待厌氧生物反应器中的水量达到有效容积后停止进水；

C.维持空床接触时间45-119min，将反应器内处理后的净水从净水出口4 全部排出；

D.厌氧生物反应器运行5-10天后，打开反冲洗水输入泵20，脱氧去离子水和氮气混合流入厌氧生物反应器，使颗粒活性炭充分流化2-5min，脱氧去离子水从共同出口12排出，氮气经过气体收集装置后排出。

通常，布入厌氧生物反应器中的污水中砷、铁和硝酸盐浓度范围分别为 500-1500μg/L、2.0-10mg/L和50-190mg/L。

实施例二

图2为本实用新型的污水处理方法流程图，如图2所示，本实用新型提供的基于上述污水处理系统实现的方法，包括以下步骤：

利用污水进水泵将污水池15中的污水输送至厌氧生物反应器中；

利用厌氧生物反应器中的微生物对污水中的污染物进行分解，并利用吸附性生物载体对污水中的污染物和污染物分解后的分解物进行吸附，获取净水；

利用净水排出管路16排出净水。

本实用新型的厌氧生物反应器，结合吸附性生物载体和微生物，能够同时实现吸附作用和生物降解，提高处理多种污染物的能力。

本实用新型利用厌氧条件，将污水中硫酸盐还原为硫离子，与砷、铁离子结合，形成砷化硫和铁化硫沉淀或吸附得以去除，后续不会造成二次影响，在实际应用具有较大前景。

本实用新型利用厌氧条件，将污水中硝酸盐厌氧反硝化，反应产物可以形成无害的N₂，不会造成二次污染。

参见图2，上述污水处理方法，还包括：

利用反冲洗水输入泵20将反冲洗水输入厌氧生物反应器中；

从惰性气体瓶17向厌氧生物反应器输入惰性气体；

利用反冲洗水对吸附性生物载体进行反冲洗，并利用惰性气体对吸附性生物载体进行保护，使吸附性生物载体恢复吸附能力；

利用气体收集装置过滤并排出惰性气体；

利用反冲洗出水管路22排出反冲洗水。

本实用新型经过反冲洗后，吸附性生物载体的孔隙会空出吸附位，又会恢复对各类污染物的吸附能力，更具有经济价值。

实施例三

对人工模拟地下水进行处理

制备新鲜的人工模拟地下水，用氮气净化30min左右，直到人工模拟地下水中的溶解氧浓度降至1.0mg/L，形成严格厌氧条件，以避免亚铁离子氧化。颗粒活性炭在使用前，先用去离子水漂洗两次，在70℃隔夜烘箱中干燥。生物反应器运行温度控制在25-35℃之间，在正式运行前，首先将从污水处理厂收集硝酸盐厌氧生物反应池、硫酸盐厌氧生物反应池的混合污泥对该生物反应器进行污泥接种。

利用实施例一的污水处理系统和实施例一的污水处理方法对人工模拟地下水进行处理。在本实施例中，生物反应器由透明的有机玻璃柱组成，内径5cm，高32cm，其中颗粒活性炭的床层高度为17cm，上部留有15cm的超高。

本实施例中的人工模拟地下水水质为：砷离子浓度为500-1500μg/L、铁离子浓度为2.0-10mg/L和硝态氮浓度为50-190mg/L。

本实施例的污水处理方法步骤为：

A.搭建实施例一的污水处理系统；

B.打开污水输入泵13，污水从厌氧生物反应器的上部进入，经过上板筛5 后均匀流入颗粒活性炭中，待厌氧生物反应器中的水量达到有效容积后停止进水；

C.维持空床接触时间45-119min，将反应器内处理后的净水从净水出口4 全部排出；

D.厌氧生物反应器运行5-10天后，打开反冲洗水输入泵20，脱氧去离子水和氮气混合流入厌氧生物反应器，使颗粒活性炭充分流化2-5min，脱氧去离子水从共同出口12排出，氮气经过气体收集装置后排出。

实施例一的污水处理系统连续运行3个月，每天对本实施例的人工模拟地下水水质进行监测，表1为本实施例中人工模拟地下水的进、出水水质指标测试情况，参见表1，人工模拟地下水经实施例一的污水处理系统处理后，可以明显看出，污水中砷、铁和硝态氮均有了一定的去除效果，且去除效果理想。详细地，在初始浓度变化范围内，铁和砷的去除均可以达到饮用水标准，硝酸盐完全去除。在硝酸盐和硫酸盐还原过程中，由于碳酸氢盐的形成，处理水中的pH值有所增加，但从未超过饮用水标准。出水中的COD浓度保持在12mg/L 左右；砷含量始终保持在10mg/L以下，大多数时间低于5mg/L，不受铁和硝酸盐浓度变化影响，由于硫酸盐的生物还原作用生成了S^2-，在一定的接触条件下与砷和铁反应结合形成硫化物。由于硫化砷比硫化亚铁更容易形成，砷的去除也可能是由于与硫化铁的结合沉淀/吸附，因此砷的去除总是保持一致的，在大部分条件下保持在5mg/L以下。若是出水中的亚铁含量高，可能是由于硫化物含量不足，或是与硫化物的接触反应时间不足所致。

表1

实施例四

利用实施例一的污水处理系统和实施例一的污水处理方法对实际地下水进行处理。

本实施例的实际地下水水质为：砷离子浓度为226～295μg/L、铁离子浓度为8.3～13.2mg/L和硝态氮浓度为40～60mg/L。

收集的地下水储存在预冲洗和预酸化(在pH＝2时)高密度聚乙烯容器中进行金属分析，而其他水质参数则使用非酸化的地下水样品进行。厌氧生物反应器被填充到溢流状态，并立即用螺纹密封带密封，以进一步减少氧气的引入。所有的地下水样品在4h内收集保存，然后用氮气进行净化，直到溶解氧降至1 mg/L以下，形成严格厌氧条件，以避免亚铁离子氧化，并保持在4℃直到分析。

实施例一的污水处理系统连续运行3个月，每天对本实施例的实际地下水水质进行监测，表2为本实施例中实际地下水的进、出水水质指标测试情况，参见表2，实际地下水经经实施例一的污水处理系统处理后，可以明显看出，污水中砷、铁和硝态氮均有了一定的去除效果，且去除效果理想。具体地，在处理实际地下水时，硝酸盐浓度始终保持在检测限以下，生物反应器使地下水中的砷和铁含量大大低于饮用水标准。当生物反应器进水污染物浓度有一定增加时，出水中的平均铁浓度会上升到3.3mg/L，原因可能是因为进水中铁的增加，但污水中没有产生足够的S^2-来沉淀硫化物。因此，当在原水中加入适量硫酸盐，使其浓度增加到100mg/L，同时延长空床停留时间。此时出水中的铁减少到0.3mg/L以下。虽然出水中的铁含量会有所变化，但在整个处理过程中，出水中砷含量均低于2.0mg/L，这可能是由于砷可以通过砷化硫沉淀物和与硫化铁共沉淀物的联合而高效去除。因此，可以得出结论，在实际应用时，可以添加适量硫酸盐和延长生物反应时间，可以有效利用生物反应器同时从实际地下水中去除砷和铁。

表2

对于方法实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种厌氧生物反应器，其特征在于，包括：反应器壳体(1)、吸附性生物载体、微生物、污水入口(3)、净水出口(4)；

反应器壳体(1)中填充吸附性生物载体和微生物，污水入口(3)与反应器壳体(1)的上部连通，净水出口(4)与反应器壳体(1)的下部连通。

2.根据权利要求1所述的厌氧生物反应器，其特征在于，还包括：设置在反应器壳体(1)内部的上板筛(5)和下板筛(6)，上板筛(5)置于吸附性生物载体和微生物的上部，下板筛(6)置于吸附性生物载体和微生物的下部。

3.根据权利要求2所述的厌氧生物反应器，其特征在于，上板筛(5)和下板筛(6)的孔隙度均为70％。

4.根据权利要求2所述的厌氧生物反应器，其特征在于，还包括：

分别设置在反应器壳体(1)顶部和底部的上盖板(7)和下盖板(8)，上盖板(7)和下盖板(8)均与反应器壳体(1)螺纹连接；

环绕反应器壳体(1)设置的保温夹套(9)，保温夹套(9)与水套(10)连通。

5.根据权利要求4所述的厌氧生物反应器，其特征在于，还包括：

惰性气体和反冲洗水的共同入口(11)，设置在反应器壳体(1)底部；

惰性气体和反冲洗水的共同出口(12)，设置在上盖板(7)上。

6.根据权利要求1所述的厌氧生物反应器，其特征在于，吸附性生物载体为颗粒活性炭。

7.根据权利要求6所述的厌氧生物反应器，其特征在于，颗粒活性炭的粒径在1.5-2.0mm。

8.一种污水处理系统，其特征在于，包括如权利要求5所述的厌氧生物反应器。

9.根据权利要求8所述的污水处理系统，其特征在于，还包括：污水输入泵(13)、污水输入管路(14)、污水池(15)、净水排出管路(16)，污水池(15)、污水进水泵与污水入口(3)通过污水输入管路(14)依次连通。

10.根据权利要求9所述的污水处理系统，其特征在于，还包括：惰性气体瓶(17)、惰性气体输入管路(18)、反冲洗水池(19)、反冲洗水输入泵(20)、反冲洗水输入管路(21)、反冲洗出水管路(22)、惰性气体排出管路(23)、气体收集装置，

惰性气体瓶(17)通过惰性气体输入管路(18)与共同入口(11)连通；

反冲洗水池(19)、反冲洗水输入泵(20)和共同入口(11)通过反冲洗水输入管路(21)依次连通；

共同出口(12)与反冲洗出水管路(22)连通；

共同出口(12)与气体收集装置通过惰性气体排出管路(23)连通。

11.根据权利要求10所述的污水处理系统，其特征在于，气体收集装置包括集液瓶(24)和出气瓶(25)，集液瓶(24)和出气瓶(25)通过导管连通。

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