CN110330102A - 一种使用织物生物膜的水处理设备及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理设备领域，具体的说是一种使用织物生物膜的水处理设备及其工作方法。包括反应器，进水池，二沉池，曝气泵，其特征在于：所述反应器的上方设有膜组件切换装置，反应器的内部至少设有三组前后放置的反应池，所述反应池内从左至右依次设有好氧池、兼氧池和厌氧池，所述任意相邻的两个反应池之间以及好氧池、兼氧池和厌氧池之间分别设有一个膜组件，膜组件由膜材料和两块金属框架组成，两块所述金属框架之间设有膜材料。本发明同现有技术相比，反应器中的分隔膜组件除了起到分割不同区域以外，同时可以截留生物量和部分污染物，使得反应器内的微生物菌群得以分区发展成为优势菌群，提高了污水处理的效率；采用了生物填料，免去高昂的活性污泥处置费。
Description
技术领域
本发明涉及水处理设备领域，具体的说是一种使用织物生物膜的水处理设备及其工作方法。
背景技术
膜生物反应器是常规活性污泥法的进一步发展，它主要由膜组件和生物反应器两部分组成，大量带有微生物的活性污泥在膜生物反应器内与基质充分接触，通过氧化分解作用进行新陈代谢以维持自身生长、繁殖，同时使有机污染物降解。
膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液分离，生物处理反应器和膜组件的有机结合，不仅提高了反应器的出水水质和运行的稳定性，还延长了大分子物质在生物反应器中的水力停留时间，使之得到最大程度的降解，并加强了反应器对难降解物质的去除效果。
通常提到的膜生物反应器是指应用最广泛的膜分离生物反应器，而膜生物反应器在发展和实际应用中面临以下几方面的问题：首先，膜的成本较高，投资大；其次，膜的污染问题和运行中膜的破损问题难以解决，一般的，膜生物反应器在应用一年之后，均会发生膜污染的问题，影响了膜生物反应器的正常使用；最后膜生物反应器的泡沫，操作过失等存在一些不确定性的影响。
近年来，采用纺织材料作为固液分离材料的研究逐渐兴起，首选是聚丙烯机织布，但是聚丙烯机织布虽然存在成本低、重量轻、耐腐蚀及化学稳定性好等优点，可以作为一种分离材料进行相关应用，但是机织布表面呈疏水性，在处理水基流体时，传质驱动力高，能耗大，且极易吸附有机物、蛋白质等污染物质，导致通量下降、寿命缩短，限制了其在水处理领域的应用。特别的，以机织布作为过滤材料，其使用寿命一般在6个月左右，需要经常更换，无法在实际工程中得到应用。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，一种自过滤物生一体化水处理设备，采用大孔径、非直线排水通道的过滤材料，使过滤材料和被过滤物一体化形成过滤的滤膜，有效实现固液分离，极大的降低水处理反应器中固液分离部分的投资和运营费用。
为实现上述目的，设计一种使用织物生物膜的水处理设备，包括反应器，进水池，二沉池，曝气泵，其特征在于：所述反应器的上方设有膜组件切换装置，反应器的内部至少设有三组前后放置的反应池，所述反应池内从左至右依次设有好氧池、兼氧池和厌氧池，所述任意相邻的两个反应池之间以及好氧池、兼氧池和厌氧池之间分别设有一个膜组件，所述膜组件通过设在反应器侧壁上的卡槽固定，膜组件由膜材料和两块金属框架组成，两块所述金属框架之间设有膜材料，膜材料通过金属框架固定在反应器内，所述膜材料由机织布层和聚丙烯纤维制成，所述机织布层呈蜂窝孔结构，机织布层的一侧设有若干弯曲状的聚丙烯纤维，所述厌氧池内设有若干生物载体；
其工作方法包括如下步骤：S1，使用水泵将污水通入好氧池内，进行曝气；S2，曝气后的水经过膜组件第一次过滤流入兼氧池中；S3，水再经过厌氧池处理后再次进入到好氧池内，重复步骤S1～S3，并最终流入出水管；S4，出水管中的水经过二沉池后排出；所述步骤S1中，在第一个和第二个反应池的好氧池中，采用低强度曝气的方式充入氧气，所述低强度曝气的曝气量为0.8～1.5mg/L，在后续反应池的好氧池中曝气量为2～2.5 mg/L，并通过好氧池曝气和兼氧池、厌氧池不曝气的方式进行间隔曝气，从而进行同步硝化反硝化反应。
所述好氧池内设有曝气管，所述曝气管的一端设在好氧池内，曝气管的另一端连接外设在反应器外的曝气泵上。
所述好氧池底部的左侧设有进水管，所述进水管的一端连接最外侧的好氧池，进水管的另一端连接进水池。
所述厌氧池右侧的中部设有出水管，所述出水管的一端连接最右侧的厌氧池，出水管的另一端分两路分别连接二沉池和出水口，所述出水管的高度高于进水管的高度。
所述膜组件切换装置包括两条滑轨和移动小车，两条所述滑轨分别固定在机架的前后两侧，机架设在反应器的上方，两条滑轨之间设有移动小车，所述移动小车由滑轮、电磁铁、气缸、电磁铁电机组成，所述移动小车的前后两侧分别设有两个滑轮，移动小车通过滑轮嵌设在滑轨上，移动小车内从上至下依次嵌设有电磁铁电机和气缸，气缸的下方设有推杆，所述推杆的下方设有电磁铁，所述电磁铁通过电线与电磁铁电机相连，所述电线排布在气缸外的移动小车内部。
所述机织布层一侧的聚丙烯纤维呈环形毛圈或长线条状，所述环形毛圈上的一点固定在机织布层的表面上，所述长线条的一端固定在机织布层的表面上，长线条的聚丙烯纤维弯曲；所述机织布层由亲水改性的聚丙烯纤维、亲水性涤纶或亲水性棉纶纤维中的任一种织成。
所述生物载体的制作包括如下步骤：步骤1，选用人造纤维，将人造纤维织成一面光滑且另一面具有较短纤维凸起的形状；步骤2，将织造完成的材料剪切呈长条状；步骤3，选用合适的长度，将合适长度的长条状材料首尾衔接成环状；步骤4，将环状的生物载体放入淤泥中使微生物附着生长。
所述反应池内设有恒温系统，所述恒温系统采用电热棒的形式，通过吸盘固定在反应器的侧壁上。
本发明同现有技术相比，采用了新型的物生一体化材料，反应器中的分隔膜组件除了起到分割不同区域以外，同时可以截留生物量和部分污染物，使得反应器内的微生物菌群得以分区发展成为优势菌群，提高了污水处理的效率；采用了生物填料，微生物以附着生长为主，微生物的产率很低，反应器的排泥周期很长，免去高昂的活性污泥处置费；采用物生一体化材料，出水的悬浮物浓度很低，因而不需要特别设置二次沉淀池，节省了反应器的造价；采用同步硝化反硝化工艺，在反应器内构成了同步硝化反硝化的优异条件，使得反应器具有优异的脱氮性能，反应器对总氮的脱除能力达到了 70～90%。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中膜组件的结构示意图。
图3为本发明中膜材料的正视图。
图4为本发明中膜材料的侧视图。
图5为本发明中膜组件切换装置的结构示意图。
图6为本发明中移动小车的结构示意图。
图7为本发明实施例中对COD去除情况的曲线图。
图8为本发明实施例中使用后对氨氮去除情况的曲线图。
图9为本发明实施例中使用后对硝酸盐去除情况的曲线图。
图10为本发明实施例中使用后对总氮去除情况的曲线图。
参见图1～图10，其中，1是卡槽，2是进水管，3是进水池，4是好氧池，5是兼氧池，6是厌氧池，7是膜组件，8是反应器，9是出水管，10是二沉池，11是曝气泵，12是曝气管，13是蜂窝孔，14是膜材料，15是机织布层，16是聚丙烯纤维，17是金属框架，18是滑轨，19是移动小车，20是膜组件切换装置，21是滑轮，22是电磁铁，23是电磁铁电机，24是气缸，25是推杆。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
如图1～图6所示，所述反应器8的上方设有膜组件切换装置20，反应器8的内部至少设有三组前后放置的反应池，所述反应池内从左至右依次设有好氧池4、兼氧池5和厌氧池6，所述任意相邻的两个反应池之间以及好氧池4、兼氧池5和厌氧池6之间分别设有一个膜组件7，所述膜组件7通过设在反应器8侧壁上的卡槽1固定，膜组件7由膜材料14和两块金属框架17组成，两块所述金属框架17之间设有膜材料14，膜材料14通过金属框架17固定在反应器8内，所述膜材料14由机织布层15和聚丙烯纤维16制成，所述机织布层15呈蜂窝孔13结构，机织布层15的一侧设有若干弯曲状的聚丙烯纤维16，所述厌氧池6内设有若干生物载体。
所述好氧池4内设有曝气管12，所述曝气管12的一端设在好氧池4内，曝气管12的另一端连接外设在反应器8外的曝气泵11上。
所述好氧池4底部的左侧设有进水管2，所述进水管2的一端连接最外侧的好氧池4，进水管2的另一端连接进水池3。
所述厌氧池6右侧的中部设有出水管9，所述出水管9的一端连接最右侧的厌氧池6，出水管9的另一端分两路分别连接二沉池10和出水口，所述出水管9的高度高于进水管2的高度。
所述膜组件切换装置20包括两条滑轨18和移动小车19，两条所述滑轨18分别固定在机架的前后两侧，机架设在反应器8的上方，两条滑轨18之间设有移动小车19，所述移动小车19由滑轮21、电磁铁22、气缸24、电磁铁电机23组成，所述移动小车19的前后两侧分别设有两个滑轮21，移动小车19通过滑轮21嵌设在滑轨18上，移动小车19内从上至下依次嵌设有电磁铁电机23和气缸24，气缸24的下方设有推杆25，所述推杆25的下方设有电磁铁22，所述电磁铁22通过电线与电磁铁电机23相连，所述电线排布在气缸24外的移动小车19内部。
本发明使用时的工作流程如下，S1，使用水泵将污水通入好氧池内，进行曝气；S2，曝气后的水经过膜组件第一次过滤流入兼氧池中；S3，水再经过厌氧池处理后再次进入到好氧池内，重复步骤S1～S3，并最终流入出水管；S4，出水管中的水经过二沉池后排出；所述步骤S1中，在第一组反应池和第二组反应池的好氧池中，采用低强度曝气的方式充入氧气，所述低强度曝气的曝气量为0.8～1.5mg/L，在后续反应池的好氧池中曝气量为2～2.5 mg/L，并通过好氧池曝气和兼氧池、厌氧池不曝气的方式进行间隔曝气，从而进行同步硝化反硝化反应。
所述生物载体的制作包括如下步骤：步骤1，选用人造纤维，将人造纤维织成一面光滑且另一面具有较短纤维凸起的形状；步骤2，将织造完成的材料剪切呈长条状；步骤3，选用合适的长度，将合适长度的长条状材料首尾衔接成环状；步骤4，将环状的生物载体放入淤泥中使微生物附着生长。
还包括恒温系统，所述恒温系统采用电热棒的形式，通过吸盘固定在反应器的侧壁上。
本发明使用时，曝气的形式选用的是在反应器长度上阶段曝气，并采用推流式的水流运行，这样做反应器的稳定条件更加良好，能量消耗少，在空间上也更节约，且有利于取样观察微生物在载体上的生长情况。
反应器的材料为有机玻璃，透明并且可以更好地观察其中微生物的生长和膜的情况，通过硅胶密封而成的长方体型无盖水池，内壁用有机玻璃条加厚，预留固定生物膜载体插片的位置。
分隔膜组件以框架夹层式软质布类材料的形式竖直放置于反应器内，使其完全或部分浸没于水中。分隔出的每一部分区域可以产生独立的微生物体系，同时分隔膜组件也起到了对生物量的截留作用，保证反应器纵向长度上生物量的平均分布，以及出水质量。
分隔膜组件的布材料使用一种机织布材料，该材料本体拥有一定的孔径且由于采用机织布，孔径的稳定性较高，耐冲击能力强，不易发生变形，一侧或两侧表面有纤维可以供微生物附着生长。除了阻留生物量，供给微生物附着生长以外，对于悬浮污染物也具有一定的截留作用，该系统即使对于水力停留时间较短的工况，亦能保证一定的生物降解效率。阻留后的生物量一般会沉积在反应器底部。该部分微生物一方面会在其内部提供厌氧的环境，另一方面由于污染物浓度较低，将停留在内源呼吸期，可以预期提供内碳源。
本发明采用间隔曝气的方法充氧，在系统的内部产生空间上的氧气不均匀分布，从而为脱氮创造良好的同步硝化反硝化条件，在反应器的前端，采用低强度曝气，因为出于进水端，系统内COD 浓度较高，且碳源属于易生化降解的有机物，反应器的前端出于局部厌氧状态。随后的兼氧区、厌氧区不曝气，呈厌氧状态。后续第二组反应池中的好氧池再曝气，而后续第二组的兼氧池、厌氧池不曝气，从而提高了该格内部的DO 值。最后在系统的最后的兼氧池和厌氧池中不曝气，溶解氧含量呈下降趋势。这样做，造成系统内溶解氧的不均匀分布，使得好氧环境的硝化细菌有良好的硝化作用，产生的硝酸盐和亚硝酸盐被系统内处于厌氧环境的微生物反硝化，从而达到同步硝化反硝化作用。
实施例：
如图7～图10所示，本实施例采用人工合成污水，水质稳定且易于控制。采用碳源作为葡萄糖，添加的营养剂成分为碳源葡萄糖400gm/L，氮源氯化铵25mg/L，磷源磷酸二氢钾3mg/L。试验工艺采用A/O法进行试验。
如图7所示为本实施例对COD去除情况的曲线图，图7中的曲线是采用连续式运行方式运行，水力停留时间为6.5H，采用间隔室曝气的方法，测得的对COD去除的效果。由图5可知，反应器在局部曝气的情况下，反应器对COD有良好的去除效果，去除率在85%以上，反应器的出水COD基本稳定在50mg/L以下，出水水质较好。
如图8所示为本实施例使用后对氨氮去除情况的曲线图，图8显示了反应器对氨氮具有优异的去除效果，对氨氮的去除效率稳定达到90%以上，并且反应器出水中氨氮的浓度稳定在2.0mg/L。
如图9所示为本实施例使用后对硝酸盐去除情况的曲线图，图9显示反应器出水中硝酸盐的浓度一般在4mg/L以内，出水水质优良。对反应器本身进行观察，反应器前端呈黑色，但曝气仍在进行，说明系统前端曝气不足，溶解氧在反应器内的分布不均匀，使得系统内具有较好的反硝化作用存在，使得出水中硝酸盐的浓度不高。
同时经过检测，亚硝酸盐的浓度在出水时几乎检测不到，并且在进水中没有添加亚硝酸根，因此可以将水中的亚硝酸盐都视为亚硝化反应的产物，检测到亚硝酸盐浓度很低，说明反应器具有良好的硝化作用。
如图10所示为本实施例使用后对总氮去除情况的能力图，从图10可知，在进水氨氮在18-24mg/L时，出水总氮一般在5.5mg/L以内，表明具有更加良好的脱除氨氮的能力，对氨氮的去除率稳定在90%以上，总氮的去除率达到79-90%。
本发明使用时，在运用初期主要作用是依靠织物的蜂窝孔13的孔径空隙过滤液体中的固体物质；经过一时间运行后微生物会在膜材料14上繁殖,集聚的微生物将原先织物的孔径变小,形成了被微生物占居的微孔,微小的孔径提高了过滤精度,同时在三维微生物覆盖下组成了一个理想的生物反应器；环型毛圈或长绒组织结构提供了理想的微生物生长空间, 反应膜承载了厌氧、兼氧和好氧微生物，当微生物生长影响过滤效果时,只需增加反应膜表面的曝氧量,就可使最里层的厌氧微生物脱落,使被堵的孔径空隙变大,重新恢复过滤效果。
本发明使用时，突破传统水处理以微孔膜材料进行固液分离的理念，采用大孔径的、非直线排水通道的自过滤材料，用被过滤物作为过滤材料过滤其本身，使得过滤材料与被过滤物一体化形成过滤的滤膜，可以有效实现固液分离，极大地降低水处理反应器中固液分离部分的投资和营运费用。同时，自过滤材料因其排水通道是非直线排水通道、过滤空隙是立体的，可使得水处理反应器中的微生物巨大部分被截留在反应器内，提高并维持了反应器内的活性污泥量，并延长了反应器内污泥的泥龄，从而降低水处理的造价和运行成本。
Claims (8)
1.一种使用织物生物膜的水处理设备，包括反应器，进水池，二沉池，曝气泵，其特征在于：所述反应器（8）的上方设有膜组件切换装置（20），反应器（8）的内部至少设有三组前后放置的反应池，所述反应池内从左至右依次设有好氧池（4）、兼氧池（5）和厌氧池（6），所述任意相邻的两个反应池之间以及好氧池（4）、兼氧池（5）和厌氧池（6）之间分别设有一个膜组件（7），所述膜组件（7）通过设在反应器（8）侧壁上的卡槽（1）固定，膜组件（7）由膜材料（14）和两块金属框架（17）组成，两块所述金属框架（17）之间设有膜材料（14），膜材料（14）通过金属框架（17）固定在反应器（8）内，所述膜材料（14）由机织布层（15）和聚丙烯纤维（16）制成，所述机织布层（15）呈蜂窝孔（13）结构，机织布层（15）的一侧设有若干弯曲状的聚丙烯纤维（16），所述厌氧池（6）内设有若干生物载体；
其工作方法包括如下步骤：
S1，使用水泵将污水通入好氧池内，进行曝气；S2，曝气后的水经过膜组件第一次过滤流入兼氧池中；S3，水再经过厌氧池处理后再次进入到好氧池内，重复步骤S1～S3，并最终流入出水管；S4，出水管中的水经过二沉池后排出；所述步骤S1中，在第一个和第二个反应池的好氧池中，采用低强度曝气的方式充入氧气，所述低强度曝气的曝气量为0.8～1.5mg/L，在后续反应池的好氧池中曝气量为2～2.5 mg/L，并通过好氧池曝气和兼氧池、厌氧池不曝气的方式进行间隔曝气，从而进行同步硝化反硝化反应。
2.根据权利要求1所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于：所述好氧池（4）内设有曝气管（12），所述曝气管（12）的一端设在好氧池（4）内，曝气管（12）的另一端连接外设在反应器（8）外的曝气泵（11）上。
3.根据权利要求1所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于：所述好氧池（4）底部的左侧设有进水管（2），所述进水管（2）的一端连接最外侧的好氧池（4），进水管（2）的另一端连接进水池（3）。
4.根据权利要求3所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于：所述厌氧池（6）右侧的中部设有出水管（9），所述出水管（9）的一端连接最右侧的厌氧池（6），出水管（9）的另一端分两路分别连接二沉池（10）和出水口，所述出水管（9）的高度高于进水管（2）的高度。
5.根据权利要求1所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于：所述膜组件切换装置（20）包括两条滑轨（18）和移动小车（19），两条所述滑轨（18）分别固定在机架的前后两侧，机架设在反应器（8）的上方，两条滑轨（18）之间设有移动小车（19），所述移动小车（19）由滑轮（21）、电磁铁（22）、气缸（24）、电磁铁电机（23）组成，所述移动小车（19）的前后两侧分别设有两个滑轮（21），移动小车（19）通过滑轮（21）嵌设在滑轨（18）上，移动小车（19）内从上至下依次嵌设有电磁铁电机（23）和气缸（24），气缸（24）的下方设有推杆（25），所述推杆（25）的下方设有电磁铁（22），所述电磁铁（22）通过电线与电磁铁电机（23）相连，所述电线排布在气缸（24）外的移动小车（19）内部。
6.根据权利要求1所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于：所述机织布层（15）一侧的聚丙烯纤维（16）呈环形毛圈或长线条状，所述环形毛圈上的一点固定在机织布层（15）的表面上，所述长线条的一端固定在机织布层（15）的表面上，长线条的聚丙烯纤维（16）弯曲；所述机织布层（15）由亲水改性的聚丙烯纤维、亲水性涤纶或亲水性棉纶纤维中的任一种织成。
7.根据权利要求1所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于所述生物载体的制作包括如下步骤：步骤1，选用人造纤维，将人造纤维织成一面光滑且另一面具有较短纤维凸起的形状；步骤2，将织造完成的材料剪切呈长条状；步骤3，选用合适的长度，将合适长度的长条状材料首尾衔接成环状；步骤4，将环状的生物载体放入淤泥中使微生物附着生长。
8.根据权利要求1所述的一种使用织物生物膜的水处理设备，其特征在于：所述反应池内设有恒温系统，所述恒温系统采用电热棒的形式，通过吸盘固定在反应器的侧壁上。
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