专利名称：用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废水生物处理领域内实验装置，具体涉及一种用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置。
背景技术：
利用好氧颗粒污泥去除废水中的各种有害物质是近年来废水生物处理领域研究的热点。颗粒污泥与普通絮状活性污泥相比，沉降性能更好，污泥浓度更高，更加能够适应废水水质的突然变化。而且通过一定的定向培养，颗粒污泥不但可以去除废水中有机物质，还能实现同步硝化反硝化、除磷和去除难降解有机物。因此利用颗粒污泥的脱氮除磷能力来解决水体污染的富营养化问题，和利用颗粒污泥来降解工业生产中产生的难降解有机物，是目前相当有前途的研究方向。
近年研究表明反应器中的水力剪切力和污泥沉降时间等污泥驯化方式对能否形成或快速形成颗粒污泥起到了决定性的作用。由于普通的自动化序批式实验装置不是以培养颗粒污泥和研究颗粒污泥的特性为试验目的，没有考虑培养条件对颗粒形成的影响，因此不适用于以颗粒污泥为研究对象的试验研究，有的即使能够形成颗粒污泥，所需培养时间也相当长，有的达到半年以上，浪费了许多人力物力。目前，以培养颗粒污泥和利用颗粒污泥开展科学研究为目的的反应器还未有涉及。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可快速实现颗粒污泥的形成，同时可实现颗粒污泥的研究、培养、硝化反硝化和反硝化除磷等不同试验目的的自动化序批式实验装置。
本发明是通过下面的技术方案解决上述技术问题的。其特征在于它包括反应器主体、搅拌系统、曝气系统和控制系统，所述反应器主体高度与筒体直径之比大于10，其上设有可由控制系统控制其启闭之进水口、取样口和排水口，底部设有排泥口；所述搅拌系统置于反应器主体内腔；曝气系统之微孔曝气头置于反应器主4本底部，通过输气管路与由控制系统控制之鼓风机和氮气系统相连。在反应器主体中下部位置，还设有加热系统，它包括包覆于反应器主体中下部之加热套，该加热套上设有进水口和出水口，通过管路与水泵和恒温热水源相连。本发明搅拌系统可有三种形式，其一为置于反应器主体内腔且由电机驱动转动之搅拌轴，该搅拌轴上装有一级或一级以上搅拌叶片；其二可为一中空内筒体，固于反应器主体中间，微孔曝气头置于该内筒体底部内腔；其三为置于反应器主体内腔且由电机驱动转动之搅拌轴，该搅拌轴为中空管，上端与进气管相连，下端连接微孔曝气管，其上装有一级或一级以上搅拌叶片。
本发明具有下列技术效果1)本发明采用从中空搅拌轴到穿孔管的进气、内外层筒体间环流和曝气头曝气的方式，有利于颗粒污泥的形成；反应器主体高径比设计得较大(大于10)，有利于絮状污泥的排出，可加速颗粒污泥的形成。
2)本发明所设置的氮气系统和搅拌系统可控制溶液中溶解氧浓度在一定的范围内，从而满足硝化反硝化和除磷的需要。
3)本发明控制系统可以灵活地改变操作模式，从而实现颗粒污泥培养、硝化反硝化和反硝化除磷等各种试验目的，且操作简单易行。
4)本发明设有循环水浴加热套，温度可以控制在20-30℃，从而满足废水处理中微生物代谢的温度需要。
图1为本发明实施例组成示意图；图2为本发明搅拌轴实施例一示意图；图3为本发明搅拌系统实施例二示意图；图4为本发明搅拌系统实施例三示意图；图5为本发明控制系统电路图；图6为本发明工艺流程示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明由反应器、搅拌系统、曝气系统和控制系统组成，所述反应器包括反应器主体26，它为一中空之筒体结构，可采用有机玻璃材料制作，其高度与筒体直径之比大于10，可延长污泥沉降时间，有利于沉降性能较差的絮状污泥的排出，和沉降性能较好的颗粒状污泥的筛选和富集。其筒壁不同位置分别设置有进水口1、排水口2、溢流口3和取样口4，底部设有排泥口5，其中进水口1通过进水管与安放在蓄水池6中的潜水泵12连接，排水口2经排水管与排水槽7连接，进水口1和排水口2的开启和关闭分别由控制系统之电磁阀18、时间控制器34和电磁阀19、时间控制器37控制，溢流口3、取样口4和排泥口5分别由球阀21、22、23控制。所述搅拌系统置于反应器主体26内腔，可使反应器主体26内之水和颗粒污泥形成环流，有利于加速形成好氧颗粒污泥；曝气系统之微孔曝气头25置于反应器主体26底部，空气在曝气机的作用下可经输气管路和微孔曝气头25进入反应器主体26内。该微孔曝气头25外接一输气管路，输气管路在进入反应器主体26之前，被三通管27分成两条通路，一条与鼓风机14相连，其管路上设有电磁阀20，鼓风机14和电磁阀20的开启和关闭均由时间控制器35控制；另一条连接氮气瓶28，当需要调控反应器主体26内溶解氧时，氮气通路打开，氮气瓶28中的氮气经减压阀24减压后与空气一并流入反应器主体26内，空气与氮气的配比分别由各支路上所设的气体流量计16、17的读数大小控制。
本发明搅拌系统可设置三种形式。如图2所示，它包括安装于反应器主体26内腔之搅拌轴32，该搅拌轴32由与其相联之电动机10带动转动，由螺母固定在反应器主体26上，可拆卸，其轴上装有一级或一级以上搅拌叶片15，通过电动机10带动搅拌轴32转动，由搅拌叶片15推动水形成环流。
如图3所示，本发明搅拌系统之搅拌轴32为一中空金属管，由与其相联之电动机10带动转动，其轴上装有一级或一级以上搅拌叶片15，通过电动机10带动搅拌轴32转动，由搅拌叶片15推动水形成环流。搅拌轴32上端设一气盒43，可通过该气盒43与外界进气管相连，下端连接一段微孔曝气管45，空气经过中空的搅拌轴32和微孔曝气管45进入反应器主体26内。
如图4所示，本发明搅拌系统可为一中空内筒体46，与反应器主体26形成双层筒体结构，通过螺母固于反应器主体26中间，并与反应器主体26底部形成一定的空隙，且可以拆卸，微孔曝气头25置于该内筒体46底部内腔。在颗粒污泥的培养过程中，空气在曝气机的作用下经输气管路和微孔曝气头25进入反应器主体26内，并在上述两双层筒体间推动水形成环流。当颗粒污泥培养成功后，要利用其进行除磷研究时，可拆除内筒46体，安装上搅拌轴和搅拌电机，即可实现好氧、厌氧和缺氧搅拌等多重动作。
如图1所示，本发明在反应器主体26之中下部位置设有加热系统，以满足废水处理中微生物代谢的温度需要，它包括包覆于反应器主体中下部之加热套9，该加热套9内可盛恒温热水，其侧下方设有进水口29，侧上方设有出水口30，通过管路与水泵13和恒温热水源8相连，形成连通管路，可保证热水的循环使用，控温插口31设在恒温热水源8的侧壁上。
如图5所示，本发明控制系统由时间控制器34、35、36和控制开关40、41、42组成，可按照试验要求发出控制信息来决定各个不同泵、曝气机和电磁阀的开启和关闭，从而实现反应器的周期性工作。当需要改变操作模式时，只需相应更改控制系统中时间控制和程序控制既可方便地实现。
本发明工作过程根据试验目的选择自动化序批式的运行流程，下面分述各过程图6①所示为培养颗粒污泥试验试验流程。具体实施过程为将接和污泥——普通絮状活性污泥和水按一定比例从反应器主体26顶端注入其内腔，安装固定好搅拌轴32和电动机10，然后接通循环水浴的电源开关，加热系统开启。按下控制面板11上的“开始”按钮33，电磁阀18开启，蓄水池6中的模拟废水在水泵12的提升作用下进入反应器主体26内。当时间继电器34指示的时间结束时，水泵12停止工作，运行流程进入曝气阶段，时间继电器35开始计时，电磁阀20开启，鼓风机14将空气鼓入反应器主体26内，空气量的大小由气体流量计16控制，曝气运行时间段结束时，时间继电器35动作，运行流程进入沉淀阶段，时间继电器36开始计时，当沉淀时间段结束时，电磁阀19开启，本发明进入排水阶段。沉淀后的上清液经电磁阀19排入排水槽7，当时间继电器37指示的时间结束时，排水阶段结束，本发明进入厌氧阶段。电磁阀38开始计时，厌氧时间段结束时，电磁阀18和水泵12重新启动，进入下一个循环。如果要中断整个运行操作时，只需按下电源开关39既可。
图6②所示为颗粒污泥的硝化反硝化过程。具体实施过程为将接种污泥——普通絮状活性污泥和水按一定比例从反应器主体26顶端注入其内腔，安装固定好搅拌轴32和电动机10，然后接通循环水浴的电源开关，加热系统开启。按下控制面板11上的“开始”按钮33，电磁阀18开启，蓄水池6中的模拟废水在水泵12的提升作用下进入反应器主体26内。当时间继电器34指示的时间结束时，水泵12停止工作，运行流程进入曝气阶段，时间继电器35开始计时，电磁阀20开启，鼓风机14将空气鼓入反应器主体26内，空气量的大小由气体流量计16控制，曝气运行时间段结束时，时间继电器35动作，运行流程进入沉淀阶段，时间继电器36开始计时，当沉淀时间段结束时，电磁阀19开启，反应器26进入排水阶段。沉淀后的上清液经电磁阀19排入排水槽7，当时间继电器37指示的时间结束时，排水阶段结束，电磁阀18和水泵12重新启动，反应器进入下一个循环。
图6③所示为颗粒污泥的反硝化除磷过程。具体实施过程为将接种污泥——普通絮状活性污泥和水按一定比例从反应器主体26顶端注入其内腔，安装固定好搅拌轴32和电动机10，然后接通循环水浴的电源开关，加热系统开启。按下控制面板11上的“开始”按钮33，电磁阀18开启，蓄水池6中的模拟废水在水泵12的提升作用下进入反应器主体26内。当时间继电器34指示的时间结束时，水泵12停止工作，然后打开3个控制开关40、41、42，运行流程进入厌氧阶段，固定在反应器顶座上的电动机10带动安装有多级叶片的搅拌轴32转动。当厌氧段结束后，进入曝气阶段时，搅拌电动机10停止工作。时间继电器35开始计时，电磁阀20开启，鼓风机14将空气鼓入反应器主体26内，空气量的大小由气体流量计16控制，曝气运行时间段结束时，时间继电器35动作，运行流程进入沉淀阶段，时间继电器36开始计时，当沉淀时间段结束时，电磁阀19开启，本发明进入排水阶段。沉淀后的上清液经电磁阀19排入排水槽7，当时间继电器37指示的时间结束时，排水阶段结束，电磁阀18和水泵12重新启动，进入下一个循环。
作为本发明的进一步改进，可将进水和排水的时间采用液位控制，则可以更加准确无误地实现反应器的周期性工作。
实施例1好氧颗粒污泥同步硝化反硝化(a)以好氧颗粒污泥作为接种污泥，维持反应器主体26内混合液悬浮固体浓度(MLSS)为6.7g/L；(b)选择运行参数如下进水和排水分别约为3min和5min左右，曝气240min，沉淀2min，厌氧30min；(c)恒温水浴温度设定为20℃，曝气量为75L/h，维持进水化学需氧量(CODCr)和氨氮浓度分别为420mg/L和30mg/L，每天运行3个周期；(d)运行开始后，模拟废水经水泵12的提升作用进入反应器主体26，在控制系统的作用下，顺次经过曝气、沉淀、排水和厌氧阶段，完成整个运行周期，并顺次进入下一周期；(e)经测量，自动化序批式反应器的CODCr、氨氮、总无机氮的去除率分别达到90％、100％、52％。
实施例2好氧颗粒污泥的培养(a)以普通絮状污泥作为接种污泥，维持反应器内MLSS为2.7g/L；(b)选择运行参数如下进水和排水分别约为3min和5min左右，曝气240min，沉淀时间开始设置为30min以上，随驯化时间的延伸沉淀时间人为地逐渐缩短，通过减少污泥沉淀时间来加速颗粒污泥的选择培养，厌氧时间30min；(c)恒温水浴温度设定为20℃，曝气量为75L/h，维持进水CODCr和氨氮浓度分别为420mg/L和30mg/L，每天运行3个周期；(d)运行开始后，模拟废水经水泵12的提升作用进入反应器主体26，在控制系统的作用下，顺次经过曝气、沉淀、排水和厌氧阶段，完成整个运行周期，并顺次进入下一周期；(e)经过近两个月的培养，反应器中形成了原来的絮状污泥几乎全部转变成橙黄色、小米粒状的颗粒状污泥，颗粒污泥的直径达到0.5～1.0mm，污泥体积指数(SVI30)和混合液悬浮固体浓度(MLSS)分别为18.9ml/g和5.3g/L。
权利要求
1.一种用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置，其特征在于它包括反应器主体、搅拌系统、曝气系统和控制系统，所述反应器主体高度与筒体直径之比大于10，其上设有可由控制系统控制其启闭之进水口、取样口和排水口，底部设有排泥口；所述搅拌系统置于反应器主体内腔；曝气系统之微孔曝气头置于反应器主体底部，通过输气管路与由控制系统控制之鼓风机和氮气系统相连。
2.根据权利要求1所述的用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置，其特征在于反应器主体中下部位置设有加热系统，它包括包覆于反应器主体中下部之加热套，该加热套上设有进水口和出水口，通过管路与水泵和恒温热水源相连。
3.根据权利要求1或2所述的用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置，其特征在于搅拌系统包括置于反应器主体内腔且由电机驱动转动之搅拌轴，该搅拌轴上装有一级或一级以上搅拌叶片。
4.根据权利要求1或2所述的用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置，其特征在于搅拌系统为一中空内筒体，固于反应器主体中间，微孔曝气头置于该内筒体底部内腔。
5.根据权利要求1或2所述的用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置，其特征在于搅拌系统包括置于反应器主体内腔且由电机驱动转动之搅拌轴，该搅拌轴为中空管，上端与进气管相连，下端连接微孔曝气管，其上装有一级或一级以上搅拌叶片。
全文摘要
一种用于好氧颗粒污泥培养及研究的自动化序批式反应装置，其特征在于它包括反应器主体、搅拌系统、曝气系统和控制系统，反应器主体高度与筒体直径之比大于10，其上设有可由控制系统控制其启闭之进水口、取样口和排水口，底部设有排泥口；搅拌系统置于反应器主体内腔；曝气系统之微孔曝气头置于反应器主体底部，通过输气管路与由控制系统控制之鼓风机和氮气系统相连。在反应器主体中下部位置，还设有加热系统，它包括包覆于反应器主体中下部之加热套，该加热套上设有进水口和出水口，通过管路与水泵和恒温热水源相连。本发明可快速实现颗粒污泥的形成，同时可实现颗粒污泥的研究、培养、硝化反硝化和反硝化除磷等不同试验目的，其操作简单易行。
文档编号C02F3/12GK1579958SQ20041002320
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月17日 优先权日2004年5月17日
发明者谢珊, 李小明, 曾光明, 杨麒 申请人:湖南大学