一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器的制作方法

本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器。

背景技术：

铁还原菌是在厌氧条件下能介导三价铁还原的微生物的统称。在厌氧条件下，铁还原菌在还原三价铁的同时能将有机质彻底氧化分解成二氧化碳，有的铁还原菌在还原三价铁的同时还能氧化氨氮，这种铁还原菌也叫做铁还原氨氧化菌，还有些铁还原菌能介导硝酸盐还原和二价铁氧化的耦合。二价铁、三价铁离子能够直接与磷形成沉淀，并且二价铁和三价铁离子水解产生的二价或三价铁羟基络合物对磷有极强的吸附性。因此，将铁还原菌应用于污水处理能脱除污水中的碳氮磷。

污水处理的反应器主要包括生物膜反应器和MBR膜生物反应器。MBR膜生物反应器通过活性污泥来去除水中可生物降解的有机污染物，采用膜组件分离设备强制截留生物反应器中的活性污泥以及绝大多数的悬浮物，实现净化后水和活性污泥固液分离，这种装置需要同时设置膜组件分离设备和曝气装置，缺陷在于膜造价高、膜易堵塞易污染以及曝气过程能耗大，因此运行和维护成本较高。而生物膜反应器一般是在反应器中添加膜组件作为微生物生长的附着载体，目前大多生物膜反应器是好氧生物膜反应器，需要曝气，能耗大，且污染物去除效率不高，而厌氧生物膜反应器一般不需要曝气，能耗很小，且厌氧生物膜反应器中膜组件不作为固液分离的滤膜使用，因此也不存在堵塞的风险；但现有技术中的膜组件作为生物膜载体不能特异性富集铁还原菌，并且膜组件需要通过在反应器中设置格栅进行固定，结构比较复杂。基于此，提供一种能够特异性富集铁还原菌，无需膜组件的生物膜反应器非常必要。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器，通过在磁性导电填料上由铁还原菌聚集形成生物膜，通过生物膜去除污水中COD、脱氮。本装置的优点在于，能够快速富集铁还原菌形成生物膜，不需设置膜组件和曝气装置即可实现污水中碳氮磷的脱除。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器，其包括卧式外壳；

外壳内设置分隔板，分隔板将外壳分隔成左右设置的厌氧反应区和需氧的沉淀净化区；

厌氧反应区内设置有第一溢流板，第一溢流板将厌氧反应区分隔成左右设置的水解酸化池和厌氧池，厌氧池侧壁外部设置有磁铁块，厌氧池侧壁内部通过磁铁块固定有磁性导电填料；

沉淀净化区内设置有第二溢流板，第二溢流板将沉淀净化区分隔成左右设置的沉淀池和砂滤池。

进一步地，沉淀池内设置有第三溢流板，第三溢流板将沉淀池分隔成左右设置的第一沉淀室和第二沉淀室。

进一步地，外壳上方设置有第一储罐；

第一储罐底部出料口通过第一管道连通厌氧池内部，第一储罐上部进料口通过第二管道与第一排泥泵出口连接，第一排泥泵入口通过第三管道与厌氧池底部的排泥口连接。

进一步地，外壳上方设置有第二储罐；

第二储罐底部出料口通过第四管道连通厌氧池内部，第二储罐上部进料口通过第五管道与第二排泥泵出口连接，第二排泥泵入口通过第六管道与第二沉淀室底部排泥口连接。

进一步地，外壳上方设置有排水泵，排水泵的进水端通过管道连通厌氧池，排水泵出水端通过管道连通第一沉淀室。

进一步地，外壳横截面包括长方形颈部和鼓形腹部。

进一步地，厌氧池两侧侧壁设置有弧形凹槽；磁铁块通过紧固螺钉设置于所述弧形凹槽内，磁铁块的形状和弧形凹槽相适配。

进一步地，磁铁块为永久性磁铁。

进一步地，沉淀净化区上设置有若干个通向大气的通孔。

进一步地，磁性导电填料的材质为四氧化三铁或者磁性活性炭。

本实用新型的有益效果为：

1、结构简单不需要膜组件、成膜速度快：通过在厌氧池外壁设置磁铁块，能将磁性导电填料固定在厌氧池侧壁内部，该磁性导电材料能够特异性富集污水中的铁还原菌，因此能够快速在厌氧池内部侧壁形成铁还原菌的生物膜，也不需设置膜组件和曝气装置即可实现污水中碳氮磷的脱除。

2.水质净化效果好：采用本实用新型提供的基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器，通过设置水解酸化池、厌氧池、沉淀池和砂滤池，其中，水解酸化池将污水中大分子有机物分解为小分子有机质，厌氧池能够去除污水的大部分的碳和氮，在沉淀净化池中二价铁、三价铁离子能够直接与磷形成沉淀，二价铁、三价铁离子水解产生的二价或三价铁羟基络合物对磷有极强的吸附性，达到除磷效果，净化后的污水最后在砂滤池进行物理吸附过滤净。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中提供的一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器的结构示意图；

图2是图1中外壳的A-A向剖视结构示意图；

图中：1、外壳；2、分隔板；3、厌氧反应区；4、沉淀净化区；5、第一溢流板；6、水解酸化池；7、厌氧池；8、磁铁块；9、第二溢流板；10、沉淀池； 11、砂滤池；12、第三溢流板；13、第一沉淀室；14、第二沉淀室；15、第一储罐；16、第一管道；17、第二管道；18、第一排泥泵；19、第三管道；20、第二储罐；21、第四管道；22、第五管道；23、第二排泥泵；24、第六管道； 25、排水泵；26、颈部；27、腹部；28、弧形凹槽；29、紧固螺钉；30、通孔； 31、磁性导电填料。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1-2所示，本实施例提供一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器，其包括卧式外壳1；外壳1内设置分隔板2，分隔板2将外壳1分隔成左右设置的厌氧反应区3和需氧的沉淀净化区4；厌氧反应区3内设置有第一溢流板5，第一溢流板5将厌氧反应区3分隔成左右设置的水解酸化池6和厌氧池7，厌氧池7 侧壁外部设置有磁铁块8，厌氧池7侧壁内部通过磁铁块8固定有磁性导电填料 31；沉淀净化区4内设置有第二溢流板9，第二溢流板9将沉淀净化区4分隔成左右设置的沉淀池10和砂滤池11。

以上为本实用新型提供的一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器的主要结构。将经格栅过滤除去大部分固体杂物后的污水通过水解酸化池6一侧的进水口进行水解酸化池6进行水解酸化，然后进入厌氧池7，向厌氧池7中加入铁还原菌和氧化剂(例如无定型水铁矿、针铁矿和氧化铁，为了便于投加，可制成粉末状悬浮在水中使用)，利用铁还原菌厌氧氧化去除污水的大部分的碳和氮，在沉淀净化池中Fe²⁺被氧化形成氢氧化铁，氢氧化铁吸附污水中的磷，达到除磷效果，净化后的污水最后在砂滤池进行物理吸附过滤后排放。本装置的特别之处在于，通过在厌氧池7外壁设置磁铁块8，能将磁性导电填料31固定在厌氧池7侧壁内部。申请人经过长期试验发现，在厌氧池7中加入磁性导电填料 31后，该磁性导电填料31能够特异性富集污水中的铁还原菌，从而在厌氧池7 侧壁内部形成生物膜，因此，本装置不需设置膜组件和曝气装置即可实现污水中碳氮磷的脱除。以下对上述各结构进行污水处理的作用原理进行阐述：

其中，水解酸化池6主要进行的反应是：厌氧或兼性菌将污水中悬浮性有机固体和难生物降解的大分子物质(包括碳水化合物、脂肪和脂类等)水解成溶解性有机物和易生物降解的小分子物质，小分子有机物再在酸化菌作用下转化成挥发性脂肪酸的污水处理装置。

厌氧池7主要进行的反应是：小分子有机物在铁还原菌的作用下与Fe³⁺发生氧化还原反应除去污水中的C和N，具体的反应式如下：

4Fe³⁺+{CH2O}n+H2O→4Fe²⁺+nCO2+2(n+1)H⁺；

3Fe(OH)3+5H⁺+NH4⁺→3Fe²⁺+9H2O+0.5N2；

10Fe²⁺+2NO3^-+24H2O→10Fe(OH)3+N2+18H⁺；

沉淀池10主要起到除铁和磷的作用，具体的反应式如下：

4Fe²⁺+O2+4H⁺→4Fe³⁺+2H2O；

Fe³⁺+3H2O→Fe(OH)3+3H⁺；

其中，Fe²⁺一方面可以水解形成具有较长线性结构的羟基络合物，这些羟基络合物通过中和、吸附架桥及絮体作用是胶体絮凝沉淀磷；另一方面，Fe²⁺遇到氧气也可被氧化成Fe³⁺，Fe³⁺同样能水解形成羟基络合物絮凝沉淀磷，Fe³⁺也可以直接与磷形成沉淀，反应式如下；

x1Fe²⁺+x2H2O→x3Fe(OH)⁺↓+x4Fe(OH)2⁺↓+x5Fe(OH)3^-↓+x6H⁺；

(4-x1)Fe²⁺+(4-x1)HPO4^2-→(4-x1)FeH HPO4↓；

x3Fe(OH)⁺↓+x3H2PO4^-→x3FeH HPO4↓+x3H2O；

砂滤池11主要进行的反应是：物理吸附过滤

为了获得更佳的实施效果，以下对各结构作进一步解释和限定：

作为较佳的实施方式，在沉淀池10内设置第三溢流板12，第三溢流板12将沉淀池10分隔成左右设置的第一沉淀室13和第二沉淀室14。由于污水中的磷在第一沉淀室13大部分沉淀完成，沉磷后的污水中还含有多余Fe²⁺和Fe³⁺，通过设置第二沉淀室14，多余的Fe²⁺和Fe³⁺在第二沉淀室14进行沉淀Fe³⁺的污泥，因此，能够减少含磷污泥固废的量，减少固废处理压力；并且第二沉淀室14得到的Fe³⁺污泥还能进一步作为厌氧池7的反应原料使用。

作为较佳的实施方式，在外壳1上方设置有第一储罐15；第一储罐15底部出料口通过第一管道16连通厌氧池7内部，第一储罐15上部进料口通过第二管道17与第一排泥泵18出口连接，第一排泥泵18入口通过第三管道19与厌氧池7底部的排泥口连接。通过该优化结构能够将厌氧池7内部的含铁还原菌的活性污泥收集入第一储罐15，可提高厌氧池7底部活性污泥的利用率。

作为较佳的实施方式，在外壳1上方设置有第二储罐20；第二储罐20底部出料口通过第四管道21连通厌氧池7内部，第二储罐20上部进料口通过第五管道22与第二排泥泵23出口连接，第二排泥泵23入口通过第六管道24与第二沉淀室14底部排泥口连接。通过上述结构能够实现污水中的Fe³⁺循环使用，减少含Fe³⁺污泥治理，还能将Fe³⁺进入厌氧池7作为氧化剂使用。

作为较佳的实施方式，外壳1上方设置有排水泵25，排水泵25的进水端通过管道连通厌氧池7，排水泵25出水端通过管道连通第一沉淀室13；外壳横截面包括长方形颈部26和鼓形腹部27。厌氧池7两侧侧壁设置有弧形凹槽28；磁铁块8通过紧固螺钉29设置于弧形凹槽28内，所述磁铁块8的形状和弧形凹槽28相适配，磁铁块8为永久性磁铁。通过设置成鼓形腹部27有利于微生物在磁性导电填料上生长附着形成生物膜获得的生物膜面积较大，从而提高污水处理效率。

作为较佳的实施方式，所述沉淀净化区4上设置有若干个通向大气的通孔 30。有利于空气进入沉淀净化区4内，形成Fe(OH)3和磷的沉淀。

作为较佳的实施方式，所述磁性导电填料31的材质为四氧化三铁或磁性活性炭。磁性导电填料31能够特异性地聚集铁还原菌形成生物膜，四氧化三铁或磁性活性炭具有磁性能够很好地被厌氧池7外部的磁铁块吸附固定，使形成的生物膜不易从厌氧池7内壁脱落。磁性导电材料31的形状没有特别的限制，例如可以为颗粒状、粉末状或者与粘合剂混合后制成球状。

本实用新型是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本实用新型保护的范围。