一种序批式生物膜反应装置及污水处理方法

专利名称：一种序批式生物膜反应装置及污水处理方法
技术领域：
本发明属于生物膜法污水处理领域，涉及一种新型序批式生物膜法(SBBR ) 处理含氨氮有机废水的装置及方法。
背景技术：
在生物脱氮工艺研究方面，序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor, SBBR)是当前的一个研究热点。
SBBR最早是在1990年由Gonzales和Wilderer提出。1992年,德国学者 Wilderer为解决进水水力负荷波动过大及防止生长速率小的微生物从反应器 系统中淘洗出去等问题，同时针对传统活性污泥法不能处理某些高负荷或含毒 工业废水的现状，正式提出生物膜反应器的序批式运行模式，即SBBR工艺。
SBBR是在序批式活性污泥法(SBR)的基础上，遵循序批式活性污泥法的操 作方式，在反应器内装有不同的填料，如投加活性炭(粉末或颗粒状)使污泥 颗粒化或在反应器中安装填料使活性污泥在填料上形成生物膜。它是一种将生 物膜与活性污泥法进行有机结合的新型复合式生物膜反应器。
SBBR工艺通过在SBR中添加载体作为微生物附着生长的基础，将间歇操作 模式引入到生物膜反应器中， 一方面可提高系统的污泥浓度，增加微生物与污 水的接触面积，提高硝化菌、反硝化菌的固着量与抵御外界环境变化的能力， 防止生物量随悬浮污泥流失；另一方面，由于系统引入了间歇运行特征，其周 期性的操作、充排式的运行使SBBR具备很强的可控制能力。
目前应用较多的是固定填料式SBBR。固定填料式SBBR内装有陶粒、软纤维填料、聚乙烯填料或其它固定性生物载体，工作原理和传统滴滤池及接触氧
化池非常相似。研究表明，使用固定填料的SBBR能够取得较好的污水处理效 果。特别是可以在一个反应器内通过缺氧、好氧等不同工序的控制完成脱氮过 程，并取得较好效果。但是，为解决固定填料生物膜的更新及填料的堵塞问题， 需要设置反冲洗装置，进行反沖洗脱膜及消除堵塞，使得装置及操作变得复杂。 再者，固定填料对气泡的切割作用有限，氧的传质效率不高，整个反应器内有 机污染物的传质效率也不高。另外，在轻质、高效、 <介廉、使用寿命长的填料 的选择上，还存在一定的困难。
也有移动填料式SBBR的报道，在反应器内装有粒状可移动的生物载体(如 颗粒活性炭等)，颗粒活性炭载体在反应器内呈不规则紊动状态，称为 GAC-SBBR,这种方法可以去除难降解底物，同时也可以减少挥发性有机物散发 到空气中，但反应器内载体的流态化欠佳，传质效果不理想，载体易破碎流失。

发明内容
提供一种改进的序批式生物膜反应装置和运行方法，可有效解决固定填料式 SBBR中静态生物膜的更新问题，大大增强生物膜的活性，提高传质效率，同时 可避免出现填料堵塞问题，省去反冲洗操作工序，简化操作，而相对一般移动 填料式SBBR而言，可大大改善载体的流化性能，从而大大提高传质效率，处 理效果更好。
本发明的目的可以通过下述技术方案来实现
一种序批式生物膜反应装置包括至少三个嵌套筒体构成的反应器，内筒、 中筒底部开口并都与外筒底部连通，内筒和中筒顶部持平，外筒顶部高出内筒 和中筒，内筒、中筒之间设置有4敫孔曝气环，内筒、中筒、外筒彼此之间的间 隔空间内设置有活性碳酸钾改性聚(如丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯-曱基丙烯酸曱酯)多孔微生物固定化载体，外筒的侧壁上开设有换容排水管，外筒底部开设 有放空管，外筒底部通过气管与空气压缩机连通，空气压缩机的控制部件连接 有时间控制器。
所述换容排水管包括三分之一换容排水管、三分之二换容排水管和全换容 排水管。
所述外筒与中筒之间、中筒与内筒之间设置有固定楔块。 所述气管上设置有气体流量计。
一种序批式生物膜污水处理方法包括如下步骤
a. 进水污水从反应器顶部瞬时加入；
b. 曝气阶段曝气量控制在刚好能使载体流化起来的水平，载体挂膜形 成的生物颗粒在反应器的内、中、外三个筒中呈循环流化状态，持续 时间根据废水性质确定；
c. 停曝阶段停止曝气，生物颗粒开始沉淀，同时反应器很快形成缺氧 环境，停曝缺氧时间为1. 5 ~ 2小时；
d. 排水处理后的污水经换容排水管排出反应器。 所述步骤b和步骤c重复两次以上。
每天按步骤a-d进行2-3个周期，每个周期中，步骤b和步骤c重复两 次以上。
本发明采用上述结构的装置，仅采用嵌套的筒体通入气体则可实现序批式 生物膜法污水处理，反应器的部件少、结构简单，操作管理简便；反应器中载 体呈循环流化状态，生物颗粒碰撞剧烈，有利于生物膜的实时更新，保持良好 的活性；其次，载体呈循环流化状态增加了污水中污染物成分与生物膜接触的 机会，提高了污染物的传质效率；再者，载体循环流化也加强了对气泡的切割 作用，提高了氧的传质效率；采用的改性多孔聚合物载体适合于微生物固定化， 湿密度略大于水，易于流化，载体不易破碎，不易流失。
釆用上述步骤的方法，每个周期内曝气/停曝交替，曝气好氧阶段控制曝 气量，实现同时硝化反硝化，停曝缺氧阶段可增强反硝化效果，该运行方式有利于节约能耗，并可取得很好的脱氮效果，在取得很好脱氮效果的同时，COD 的去除效果也比较理想。
可见，采用上述结构的装置和采用上述步骤的方法，可有效解决固定填料 式SBBR中静态生物膜的更新问题，大大增强生物膜的活性，提高传质效率， 同时可避免出现填料堵塞问题，省去反冲洗操作工序，简化操作，而相对一般 移动填料式SBBR而言，可大大改善载体的流化性能，从而大大提高传质效率， 处理效果更好。


本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中
图l是本发明反应装置的结构示意图2是本发明应用一个周期反应器内溶解氧的浓度变化图3是本发明应用一个周期内各种形式氮浓度的变化图4是本发明应用一个周期内C0D浓度的变化图中标号l是反应器，2是固定楔块，3是三分之一换容排水管，4是三 分之二换容排水管，5是全换容排水管，6是微孔曝气环，7是放空管，8是气 体流量计，9是空气压缩机，IO是时间控制器。
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
如图l所示，序批式生物膜反应装置包括三个嵌套筒体构成的反应器1,
内筒、中筒底部开口并都与外筒底部连通，内筒和中筒顶部持平，外筒顶部高
出内筒和中筒，内筒、中筒之间设置有微孔曝气环6，内筒、中筒、外筒彼此
之间的间隔空间内设置有活性碳酸钓改性聚(如丙烯酸曱酯-醋酸乙烯酯-甲基
丙烯酸甲酯)多孔微生物固定化载体。外筒的侧壁上开设有三分之一换容排水
管3、三分之二换容排水管4和全换容排水管5,外筒底部开设有放空管7，外
6筒底部通过气管与空气压缩^/L连通9,空气压缩机9的控制部件连接有时间控 制器IO。
为加强牢固度，外筒与中筒之间、中筒与内筒之间设置有固定楔块2。 上述气管上设置有气体流量计8。
利用上述装置进行序批式生物膜反应处理污水的方法如下 先人工合成废水以进行验证，该合成废水主要由葡萄糖、氯化铵、磷酸氲 二钾、磷酸二氢卸、碳酸氢钠及少量微量元素配置而成。采用序批式运行，每
天运行3个周期，每个周期运行8个小时，每个周期处理方法包括如下步骤
a. 进水污水从反应器顶部瞬时加入；
b. 曝气阶段曝气量控制在刚好能使载体流化起来的水平，载体挂膜形 成的生物颗粒在反应器的内、中、外三个筒中呈循环流化状态，通过 时间控制器10控制空气压缩机9进行曝气2. 5小时；
c. 停曝阶段停止曝气，生物颗粒开始沉淀，同时反应器很快形成缺氧 环境，停曝缺氧时间为1. 5小时；
重复步骤b曝气2. 5h,然后重复步骤c停曝l. 5h。
d. 排水处理后的污水经三分之一换容排水管3排出反应器。
每周期处理水量为8L，反应器有效容积24L，处理后的污水经三分之一换 容排水管3自重流排出反应器。运行时，曝气量调节到刚好能使载体流化起来 的水平，并稳定在这一水平，在此曝气条件下， 一周期内反应器内溶解氧的浓 度变化见图2。在曝气阶段，D0浓度大体维持在2. 5mg/L左右，在停曝阶段， DO浓度下降迅速，DO浓度可降到G, 4 mg/L左右。
图3显示了一个运行周期内各种形式氮浓度的变化情况，当进水氨氮和总 氮浓度分别为41. 3mg/L和42. Omg/L，进水数据已考虑非全换容引起的原水稀 释，经一周期处理后，出水氨氮和总氮的浓度分别为2. 4mg/L和3. 3mg/L,氨氮的去除率达到94.2°/。，总氮的去除率达到92.1%。分析脱氮机理，从图3的 亚硝态氮和硝态氮的浓度变化可以明显看出，曝气好氧阶段存在硝化反贿化现 象，且效果显著，停曝缺氧阶段存在反硝化，效果亦较明显。
图4表示了一个运行周期内C0D浓度的变化情况，当进水COD浓度为 1062. 8 mg/L,进水数据已考虑非全换容引起的原水稀释，经一周期处理后， 出水COD浓度为219. 2 mg/L， COD去除率达79. 4°/。， COD的去除主要是在第一 个曝气好氧阶段。
在其它实施例中，步骤d还可以将处理后的污水经三分之二换容排水管4 或全换容排水管5排出，以实现不同容积量的换容方式。
反应装置在不使用或需要维护、修理时，可以通过放空管7将污水全部排 出放空。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除 非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非 特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。
8
权利要求
1、一种序批式生物膜反应装置，其特征在于，包括至少三个嵌套筒体构成的反应器，内筒、中筒底部开口并都与外筒底部连通，内筒和中筒顶部持平，外筒顶部高出内筒和中筒，内筒、中筒之间设置有微孔曝气环，内筒、中筒、外筒彼此之间的间隔空间内设置有活性碳酸钙改性聚多孔微生物固定化载体，外筒的侧壁上开设有换容排水管，外筒底部开设有放空管，外筒底部通过气管与空气压缩机连通，空气压缩机的控制部件连接有时间控制器。
2、 如权利要求1所述一种序批式生物膜反应装置，其特征在于，所述换 容排水管包括三分之一换容排水管、三分之二换容排水管和全换容排水管。
3、 如权利要求1或2所迷一种序批式生物聘反应装置，其特征在于，所 述外筒与中筒之间、中筒与内筒之间设置有固定楔块。
4、 如权利要求1或2所述一种序批式生物膜反应装置，其特征在于，所 述气管上设置有气体流量计。
5、 如权利要求3所述一种序批式生物膜反应装置，其特征在于，所述气 管上设置有气体流量计。
6、 一种序批式生物膜污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤a. 进水污水从反应器顶部瞬时加入；b. 曝气阶段曝气量控制在刚好能使载体流化起来的水平，载体挂膜形 成的生物颗粒在反应器的内、中、外三个筒中呈循环流化状态，持续 时间根据废水性质确定；c. 停曝阶段停止曝气，生物颗粒开始沉淀，同时反应器很快形成缺氧 环境，停曝缺氧时间为1. 5 ~ 2小时；d. 排水处理后的污水经换容排水管排出反应器。
7、 如权利要求6所述一种序批式生物膜污水处理方法，其特征在于，所 述步骤b和步骤c重复两次以上。
8、 如权利要求6所述一种序批式生物膜污水处理方法，其特征在于，每 天按步骤a ~ d进行2 ~ 3个周期，每个周期中，步骤b和步骤c重复两次以上。
全文摘要
本发明公开了一种序批式生物膜反应装置及污水处理方法，属于生物膜法污水处理领域，目的是解决现有固定填料式和移动填料式SBBR各自存在的不足，装置包括至少三个嵌套筒体构成的反应器，内筒、中筒底部开口并都与外筒底部连通，内筒和中筒顶部持平，外筒顶部高出内筒和中筒，内筒、中筒之间设置有微孔曝气环，内筒、中筒、外筒彼此之间的间隔空间内设置有活性碳酸钙改性聚(丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯-甲基丙烯酸甲酯)多孔微生物固定化载体，外筒的侧壁上开设有换容排水管，外筒底部开设有放空管，外筒底部通过气管与空气压缩机连通，空气压缩机的控制部件连接有时间控制器；方法包括进水、曝气、停曝和排水步骤。
文档编号C02F3/30GK101508488SQ20091005863
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者冯景春, 刑建晶, 张小洪, 张延宗, 宏 彭, 李远伟, 王应军, 鸿 肖, 邓仕槐 申请人:四川农业大学