污水脱氮方法、反应装置、反应器、生物膜组件及制法的制作方法

专利名称：污水脱氮方法、反应装置、反应器、生物膜组件及制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理技术，尤其涉及污水中氮的去除方法和生物膜反应装置及其反
应器与生物膜组件。
背景技术：
随着人类活动的不断增加，环境资源的不断改变，含氮污水排放急剧增加，废水中 氮营养物质对环境所造成的影响也逐渐引起人们的注意。据2007中国环境状况公报统计， 全国地表水污染依然严重，七大水系总体为中度污染，湖泊富营养化问题突出主要污染指 标为总氮和总磷。在监测的26个湖(库)中，重度富营养的2个，占7.7%;中度富营养的 3个，占11. 5% ;轻度富营养的9个，占34. 6% 。我国虽然在不断的新建污水处理厂，到2007 年底，城市污水处理率是58 % ，而农村污水处理率只有4% ，农村污水排放量在污水总排放 量中所占的比例越来越大。由于部分地区管道敷设成本高昂，处理设施的缺乏，大量的生活 污水和某些兴起的工业废水随意排放，饮水和生活环境的恶化已经成为不容忽视的问题。
目前含氮污水的处理技术可分为物理法、化学法、物理化学法和生物脱氮法，其中 物理法主要指氨氮的吹脱法，由于该法应用受限制， 一般只用作高浓度氨氮废水的预处理， 故不能被广泛使用；而化学法与物理化学法(如离子交换法、加氯氧化法、吸附法、合成消 化法等)由于运行成本高，对环境易造成二次污染，故实际运用中也受到一定的限制。污水 生物脱氮技术是70年代在美国和南非等国的水处理专家们在化学、催化和生物方法研究 的基础上提出的一种经济有效的处理技术，该技术由于处理过程可靠，处理成本低，操作管 理方便等优点而被广泛使用。目前应用较广的生物脱氮工艺有传统活性污泥法、A2/0、 A/0 工艺、氧化沟脱氮工艺、SBR工艺、M服工艺等。但是以上工艺的主要缺点是由于硝化反应 和反硝化反应的进行需要两个独立的反应器，硝化反应进行较慢，反应器占地面积大，反应 时间长，脱氮反硝化需要外加碳源等；MBR虽然较好地克服了以上问题，但是膜污染不但影 响了膜的稳定运行，也加快膜的更换频率，严重影响了膜分离工艺的经济性。SBBR工艺是 在SBR的基础上把反应器中的活性污泥变成带有载体的生物膜，兼具序批式工艺和生物膜 法的优点，通过厌氧、缺氧、好氧等不同工序的控制，在一个反应器内完成脱氮除磷的过程， 实现污水处理一体化。其主要优点有，占地面积小，处理效率高，处理能力大且运行稳定，剩 余污泥量少等。 目前在SBBR中主要应用的填料有塑料、陶瓷、粒状活性炭等，如国内专利 CN2600437填料选用2-8mm的均匀陶粒或塑料颗粒，是反应器具有悬浮固体SS的额外优点； CN1927739选用中空渔网状聚丙烯外壳和装于壳内空心竹节和聚乙烯塑料丝状物，但上以 上填料的主要缺点就是生物膜过滤性较差，老化的生物更新较慢，影响了生物膜净化性能 充分发挥。 —般的SBBR在线控制主要是根据经验值，在一定条件下(原水水质、温度、pH等) 进行部分实验后，设定一系列的控制值或控制范围，如DO、 ORP和pH等，然后将上述值输入 控制器中，通过比较设定值和测量值之间的差值，推测实际的污水所需要的反应条件如国内专利CN1837092,日本专利JPA1994091294、JPA1994238294、JPA1997174084。这种控制方 法由于设定的控制值或控制范围有限，不能快速适应进水水质的变化，不易于准确的控制； 同时，此类控制方法只适用于与实验所取经验值同种或类似水质的污水，适用范围局限性 较大。

发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、微生物附着性能高、兼备过滤器作用的生 物膜组件。 本发明的另
本发明的又
本发明的又
本发明的再 方法。 为实现上述目的，本发明提供一种去除污水中氮的生物膜组件，该生物膜组件包
括集水器及软性载体，该集水器的壁上具有多个过滤小孔，该软性载体填充于该多个过滤 小孔中，并且填充的松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进该集水器为宜。 其中，该软性载体为软性纤维，并且该软性纤维选用棉线、合成纤维或其两者的混 纺线。其中，该软性纤维直径为0. 5mm-2mm。其中，该多个过滤小孔的直径为0. 2cm-lcm，各孔之间的中心距为2cm-5cm。
其中，该集水器上还具有一出水管。 而且，为实现上述目的，本发明提供一种制备上述的去除污水中氮的生物膜组件
的方法为在集水器的壁上均匀地打上多个过滤小孔，将软性载体填充于该集水器的壁上的
过滤小孔中，并且填堵松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进筒内为宜。 而且，为实现上述目的，本发明提供一种去除污水中氮的反应器，包括上述的生物
膜组件及一反应槽，该生物膜组件置于该反应槽中。 其中，生物膜组件的体积占水槽体积的1/3至1/2。 而且，为实现上述目的，本发明提供一种去除污水中氮的控制反应装置，包括上 述的生物膜组件；一反应槽，该生物膜组件设置于该反应槽中；一回流装置，使得在反应周 期内经过软性载体进入集水器的水经由外部管路重新返回反应槽中；一曝气装置，对该反 应槽中的污水进行曝气，为生物膜内好氧细菌提供充足的氧气；一控制系统，一端与一计算 机连接，另一端与该回流装置及该曝气装置连接，以对该回流装置及该曝气装置的启动及 运行时间进行控制。 其中，所述回流装置由该生物膜组件上方的出水管a通过一第一泵Pl接通至该生 物膜组件下方的回流管b ;所述曝气装置，包括一曝气管，置于生物膜正下方，该曝气管通 过一空压机与一 D0仪连接，并且，该D0仪连接一 D0/温度监测仪，D0/温度在线测定仪能 够快速准确的读出反应周期内每一时刻的D0和温度值，该D0/温度监测仪置于反应器内的 一角；并且，该曝气装置通过该DO仪与该控制系统连接。 其中，还包括一循环装置，与该控制系统连接，使得在反应周期内反应槽中的水经
目的在于提供一种上述生物膜组件的制备方法。
目的在于提供一种利用该生物膜组件的去除污水中氮的反应器。
目的在于提供一种去除污水中氮的控制反应装置。
目的在于提供一种利用上述控制反应装置的污水生物脱氮的控制由反应槽的外部管路循环返回至反应槽中。 其中，所述循环装置由该反应槽一侧的第一循环管经一第二泵接通至反应槽另一 侧上方的第二循环管，使得反应槽中的水流经第一循环管回流至反应槽另一侧上方的第二 循环管。 其中，还包括四个曝气头，分别置于生物膜下反应器四角，所述曝气头均与所述空 压机相接。 其中，该回流装置接通一排水装置，在反应周期结束后，经过软性载体进入集水器 的水流由排水装置抽出排放。 而且，为实现上述目的，本发明提供一种污水生物脱氮的控制方法，利用上述去除 污水中氮的控制反应装置，该控制方法包括步骤一曝气步骤，通过曝气装置，对该反应槽 中的污水进行曝气，为生物膜内好氧细菌提供充足的氧气；一回流步骤，通过回流装置，使 得在反应周期内经过该生物膜组件的软性载体脱氮过滤进入集水器的水经由外部管路重 新返回反应槽中；一控制步骤，通过控制系统，根据反应槽内溶解氧升降斜率来确定当前温 度条件下的硝化反硝化反应的时间，对该曝气步骤及该回流步骤的启动及运行时间进行控 制； 其中，还包括一排水步骤，在反应周期结束后，经过软性载体进入集水器的水流由 排水装置抽出排放。 其中，该控制步骤包括步骤1 :设置低限D0值；步骤2 :启动控制系统及曝气装 置，运行一第一预定时间后，如果DO^低限DO值时，曝气装置停，启动回流装置，如果D0《 低限D0值时，曝气装置继续运行一第二预定时间后，再次与低限D0进行比较，直到符合 D0 >低限D0后再启动回流装置；缺氧回流该第一预定时间后，如果DO《低限DO值时，停 止回流装置，启动曝气装置，如果D0 >低限D0值时，回流装置继续运行该第二预定时间后 再次与低限D0进行比较，直到符合D0《低限D0，并且，在此过程内，控制系统根据反应槽内 溶解氧升降斜率来确定当前温度条件下硝化反硝化反应进行的时间，该硝化反硝化反应进 行的时间各减去之前的曝气时间和缺氧回流时间，确定反应阶段内的曝气时间Tl和缺氧 时间T2 ;步骤3 :反应阶段内，当Tl < 5时，T1为5min，T2时间为115min ;当Tl > 115时， Tl为115min，T2为5min，当5〈Tl < 115时，曝气装置启动，运行Tl时间后，如果D0 >低 限D0值时，曝气装置停，回流装置启动，如果D0《低限D0值时，曝气装置继续运行10min 后再次与低限D0进行比较，直到符合DO >低限DO ;缺氧回流30min后，如果DO《低限DO 值时，回流装置停，曝气装置启动；如果D0 ^低限D0值时，回流装置继续运行10min后再次 与低限D0进行比较，直到符合DO《低限D0，此后，再根据此阶段内反应器内溶解氧升降斜 率(DO曲线斜率)来确定当前温度条件下硝化反硝化反应进行的时间，及下一阶段的好缺 氧时间；以及步骤4 :根据进水水质及预期的排放标准的不同，来决定是否继续进行下一阶 段的处理。其中，以步骤3中D0曲线升降斜率来确定当前温度条件下，下一反应周期硝化 反硝化反应进行的时间，判断过程同步骤3，直至反应出水符合所需排放标准或完成限定反 应时间。 本发明的优点 (1)生物膜组件制作简单、成本低廉，可兼作出水过滤器； (2)软性纤维填料生物附着量大、生物膜在水流剪切作用下更新较快，生物膜与生物膜载体兼具过滤作用，无需另外设置沉淀时间。
(3)水力停留时间短，减少动力消耗； (4)反应器出水水质好，工艺紧凑，占地面积小，可节省处理成本；
(5)运行管理方便，控制可自行操作。
(6)采用控制脱氮过程的硝化反硝化时间，极大的节约了能耗和反应时间。


图1是生物膜组件示意图；
图2是反应器示意图； 图3为本发明去除污水中氮的控制反应装置控制关系示意图； 图4为本发明去除污水中氮的控制反应装置组成示意图； 图5为本发明的污水生物脱氮的控制方法的流程示意图； 图6为本发明的污水生物脱氮的控制方法的控制过程示意图； 图7a为本发明控制反应装置对合成生活污水处理的NH3_N， TN和COD随反应时间
的浓度变化图示； 图7b为本发明控制反应装置对合成生活污水处理的NH3_N， TN和COD随反应时间 的去除率变化图示； 图8a为本发明控制反应装置对实际生活污水处理的NH3_N， TN和COD随反应时间 的浓度变化图示； 图8a为本发明控制反应装置对实际生活污水处理的NH3_N， TN和COD随反应时间 的去除率变化图示； 图9a为本发明时序控制系统对实际生活污水处理的原水和出水的NH3_N和TN的 浓度； 图9b为本发明时序控制系统对实际生活污水处理的原水、CI和C2出水的NH3_N
和TN的浓度。 其中，附图标记 1-过滤小孔2-软性载体 3-出水管 4-集水器 5-预留探头孔洞6-循环管 50-反应槽 60-生物膜组件、 70-D0仪 80-D0/温度监测仪、 90-曝气管 100-曝气头； B-空压机 Pl-第一泵、 P2-第二泵
具体实施例方式
本发明所建立的去除污水中氮的反应装置的脱氮机理主要为全程硝化反硝化和 同步硝化反硝化(SND)。微环境理论研究认为由于氧扩散的限制，在微生物絮体内产生DO 梯度，微生物絮体的外表面DO较高，以好氧菌、硝化菌为主；深入絮体内部，氧传递受阻及外部氧的大量消耗，产生缺氧微区，反硝化菌占优势。正是由于微生物絮体内缺氧微环境的 存在，导致了 SND的发生。由于微生物种群结构、基质分布代谢活动和生物化学反应的不均 匀性，以及物质传递的变化等因素的相互作用，在微生物絮体和生物膜内部会存在多种多 样的微环境一般而言，即使是在好氧性环境占主导地位的微生物系统中，也会存在不同状
态的微环境，系统中各种微环境的存在相应地导致了部分SND的发生。 污水投入反应器后，经过生物膜组件中的软性载体反应区(载体表面为好氧反应
区，而内部为缺氧反应区)，通过毛细管作用进入集水器内部，反应期内经过集水器的水由
泵从新回流至反应器底部的循环管，反应结束后，出水则通过出水泵从集水器中抽出，水力
停留时间根据不同水质选择(HRT)为2-6小时，即1-3个反应周期。 以下分别结合附图对本发明所提供的生物膜组件、其制备方法、包含该生物膜组
件的反应器、污水脱氮控制反应装置及污水脱氮的生物控制方法进行详细说明 本发明提供了一种去除污水中氮的生物膜组件，该生物膜组件包括集水器及软性
载体，该集水器的壁上具有多个过滤小孔，该软性载体填充于该多个过滤小孔中，并且填充
的松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进该集水器为宜。 图1为本发明生物膜组件示意图，如图1所示，生物膜组件由软性载体2和集水 器4组成。该软性载体为软性纤维，软性纤维可以选用0. 5mm-2mm粗的棉线或其它合成纤 维，以棉线和其他合成纤维的混纺线为宜，不仅具有较高的生物附着性，同时，也提高了载 体的耐腐蚀性。集水器4不仅是处理水的收集容器，又是软性载体2的支持体。该集水器 4 一般采用圆筒形，其数量和容积可根据处理水量的实际情况进行设计。筒体材质可选择 有机玻璃、塑料或不锈钢材料，圆筒壁厚及直径视反应器所承受的压强和处理水量选定，当 圆筒尺寸较大时，应在筒壁上粘接或焊接加强筋，以提高筒体的强度。筒体加盖或不加盖， 加盖时应预留集水器出水管3和必要的监测探头孔洞。集水器4筒壁上均匀地打上直径为 0. 2cm-lcm的过滤小孔1，以0. 5cm为宜，各过滤小孔1之间的中心距2cm-5cm，视圆筒的强 度和处理水量而定。将上述软性载体2填充于筒壁的圆形过滤小孔1中，但填堵松紧程度 要适中，使水能够通过毛细管作用顺利流进筒内为宜。圆筒的两端采取密封措施，上部密封 盖开孔插入出水管，以抽取圆筒中的处理水。 本发明还提供一种制备上述去除污水中氮的生物膜组件的方法，S卩，在集水器的 壁上均匀地打上多个过滤小孔，将软性载体填充于该集水器的壁上的过滤小孔中，并且填 堵松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进筒内为宜。 本发明还提供一种去除污水中氮的反应器，包括上述的生物膜组件及一反应槽， 该生物膜组件置于该反应槽中。 图2是本发明反应器示意图，如图2所示，将图1所示的生物膜组件置于水槽中即 构成反应器，其中，水槽壁上设置有预留探头孔洞5及循环管6，预留探头孔洞5用于插入测 定用探头，如温度探头等，循环管6用于作为使用中水循环的管路。水槽的形状可根据处理 水量的大小选用圆形或方形，圆筒因其边壁阻力小、不易产生短流，适用于处理水量小的反 应器；而方形反应器便于施工，适合大水量情况下使用，生物膜组件的体积占水槽有效体积 的1/3-1/2，视处理污水性质和水量而定， 一般对于水量大、含氮浓度较高的污水，生物膜组 件的需要量大。 另外，本发明还提供一种去除污水中氮的控制反应装置，图3为本发明去除污水中氮的控制反应装置示意图，如图3所示，该控制反应装置包括上述的生物膜组件60 ; —
反应槽50，该生物膜组件60设置于该反应槽50中；一回流装置30，使得在反应周期内经过 软性载体进入集水器的水经由外部管路重新返回反应槽中；一曝气装置40，对该反应槽中 的污水进行曝气，为生物膜内好氧细菌提供充足的氧气；一控制系统20，一端与一计算机 10连接，另一端与该回流装置30及该曝气装置40连接，以对该回流装置30及该曝气装置 40的启动及运行时间进行控制，其中，该控制系统20为一 PLC控制系统。
其中，所述回流装置30由该生物膜组件上方的出水管a通过一第一泵Pl接通至 该生物膜组件下方的回流管b，其中，第一泵Pl可为一蠕动泵；所述曝气装置40，包括一曝 气管90，置于生物膜正下方，该曝气管90通过一空压机B与一 DO仪70连接，并且，该DO仪 70连接一 D0/温度监测仪80，该D0/温度监测仪80置于反应器内的一角，该曝气装置40通 过该DO仪70与该PLC控制系统20连接。并且，该曝气装置40还可包括四个曝气头100， 分别置于生物膜下反应器四角，所述曝气头IOO均与所述空压机B相接。
另外，该回流装置30接通一排水装置，在反应周期结束后，经过软性载体进入集 水器的水流由排水装置抽出排放。 另外，该控制反应装置还包括一循环装置，与该PLC控制系统连接，使得在反应周 期内反应槽中的水经由反应槽的外部管路循环返回至反应槽中。所述循环装置由该反应槽 一侧的第一循环管c经一第二泵P2接通至反应槽另一侧上方的第二循环管d，使得反应槽 中的水流经第一循环管c回流至反应槽另一侧上方的第二循环管d，其中，第二泵P2可为一 磁力循环泵。 具体而言，如图4所示，生物膜组件60置于反应槽50中心处，生物膜组件60的出 水管a连接第一泵Pl，在反应周期内，Pl做循环泵使用，接通至回流管b，使得经过生物膜及 软性载体进入集水器的水重新返回反应槽50中，再次回流脱氮，从而促使水流与生物膜的 接触作用，使得反应器周期内生物膜的利用率得到最大。在反应周期结束后，第一泵P1接 通出水管，经过生物膜及载体进入集水器的水流由第一泵P1抽出排放。缺氧回流阶段，空 压机B停止运行，第二泵P2启动，水流经第一循环管c回流至反应槽另一侧上方第二循环 管d，其目的是增加搅动，促进反应槽内的生化反应均匀进行。曝气管90为环形，置于生物 膜组件60正下方，为生物膜组件60内好氧细菌提供充足的氧气，同时，四个曝气头100分 别置于生物膜下反应器四角方向，协同曝气管工作，曝气管90和曝气头IOO均接空压机B， 空压机B另一端则连接DO仪。DO/温度监测仪80置于反应器一角，避免直对曝气头上方， 影响监测结果。DO仪经PLC控制系统转换输入信号到计算机，经判断后输出控制信号，控制 空压机B、第二泵P2的启停和运行时间。反应期间，反应器内污水水位应时刻保持在没过集 水筒位置，目的是使集水筒内保持良好的真空状态，便于水流顺利进入和抽出。
另外，本发明还提供一种利用上述图3及图4中的去除污水中氮的控制反应装置 的污水生物脱氮的控制方法，图5为本发明的污水生物脱氮的控制方法的流程示意图，如 图5所示，该控制方法包括步骤一曝气步骤(Sl)，通过曝气装置，对该反应槽中的污水进 行曝气，为生物膜内好氧细菌提供充足的氧气；一回流步骤(S2)，通过回流装置，使得在反 应周期内经过该生物膜组件的软性载体脱氮过滤进入集水器的水经由外部管路重新返回 反应槽中；一控制步骤(S3)，通过PLC控制系统，根据反应槽内溶解氧升降斜率来确定当前 温度条件下的硝化反硝化反应的时间，对该曝气步骤及该回流步骤的启动及运行时间进行
另外，还包括一排水步骤，在反应周期结束后，经过软性载体进入集水器的水流由 排水装置抽出排放。 其中，如图6所示，该控制步骤包括步骤1 :设置低限DO值，取值依据是此DO 值以下，生物膜内的反硝化菌处于活跃状态，反硝化菌处于主导地位，取值范围可设定为
0. 2-1. 0mg/L，于图6中，低限DO值以0. 2mg/L为例；步骤2 :污水投入反应器内，启动PLC 控制系统及曝气装置，运行一第一预定时间后(图6所示为30min)，如果DO >低限DO值 时，曝气装置停，启动回流装置，如果DO《低限DO值时，曝气装置继续运行一第二预定时间 后(图6所示为10min)，再次与低限DO进行比较，直到符合DO >低限DO后再启动回流装 置；缺氧回流该第一预定时间后，如果DO《低限DO值时，停止回流装置，启动曝气装置，如 果DO >低限DO值时，回流装置继续运行该第二预定时间后再次与低限DO进行比较，直到 符合DO《低限DO，并且，在此过程内，PLC控制系统根据反应槽内溶解氧升降斜率来确定 当前温度条件下硝化反硝化反应进行的时间，即反应阶段的好缺氧时间，该硝化反硝化反 应进行的时间各减去之前的曝气时间和缺氧回流时间，即为反应阶段内的曝气(Tl)和缺 氧(T2)时间，从而，确定了反应阶段内的曝气时间T1和缺氧时间T2;步骤3:反应阶段内， 当Tl < 5时，Tl为5min， T2时间为115min ;当Tl > 115时，Tl为115min， T2为5min，当 5<T1 < 115时，曝气装置启动，运行T1时间后，如果DO^低限DO值时，曝气装置停，回流 装置启动，如果DO《低限DO值时，曝气装置继续运行10min后再次与低限DO进行比较，直 到符合DO >低限DO ;缺氧回流30min后，如果DO《低限DO值时，回流装置停，曝气装置启 动；如果DO >低限DO值时，回流装置继续运行10min后再次与低限DO进行比较，直到符合 DO《低限D0，此后，再根据此阶段内反应器内溶解氧升降斜率来确定当前温度条件下硝化 反硝化反应进行的时间，及下一阶段的好缺氧时间；以及步骤4 :以步骤3中DO曲线升降斜 率来确定当前温度条件下，下一反应周期硝化反硝化反应进行的时间，判断过程同步骤3， 直至第四个好氧阶段结束止。 其中，控制系统是以本阶段DO曲线升降斜率来确定当前温度条件下，下一反应周
期硝化反硝化反应进行的时间，污水的浓度不同，每个周期内的好氧缺氧时间也不同。 本发明的污水脱氮控制装置及控制方法的主要特征是能够针对实际进水水质和
反应温度，迅速做出反应控制，不仅克服了水质的局限性，同时准确判断了曝气和回流时
间，縮短反应时间，有效地降低运行成本。D0/温度在线测定仪能够快速准确的读出反应周
期内每一时刻的DO和温度值，并且，该控制装置能够根据需要自动记录保存一段时间内的
DO和温度值，约15天，数据及曲线存储格式为Microsoft Excel工作表，取用十分方便。此
外，本发明控制装置与生物膜组件相结合的工艺，不需要外加碳源和回流硝化原液，极大地
节省了基建费用和动力消耗。 以下为本发明的具体实施例 实施例1 有机玻璃筒高20cm，直径7cm，容积为0. 77L。筒壁均匀地打上直径为5mm的过滤 小孔，孔中心距沿周长方向和法线方向均为2cm，过滤小孔用混纺线填充。在圆筒壁面挂上
1. 5mm粗的棉线作为软性生物膜载体，外挂棉线长约8 10cm。另外，过滤小孔沿法线方向 交错排列，以使圆筒壁面棉线覆盖较为均匀，这样就获得了本发明的生物膜组件，将其置于有机玻璃槽(高30cm，长40cm，宽25cm，容积为30L)中，即得本发明的生物膜反应器。
如图4所示，本发明的去除污水中氮的控制反应装置中，生物膜组件60置于反应 槽50中心处，生物膜组件60的出水管a连接第一泵Pl，在反应周期内，第一泵Pl做循环泵 使用，接通至回流管b，使得经过生物膜及软性载体进入集水器的水重新返回反应槽50中 再次，从而促使水流与生物膜的接触作用，使得反应器周期内生物膜的利用率得到最大。在 反应周期结束后，第一泵Pl接通出水管，经过生物膜及载体进入集水器的水流由第一泵Pl 抽出排放。缺氧回流阶段，空压机B停止运行，第二泵P2启动，水流经第一循环管c回流至 反应槽另一侧上方第二循环管d，其目的是增加搅动，促进反应槽内的生化反应均匀进行。 曝气管90为环形，置于生物膜组件60正下方，为生物膜组件60内好氧细菌提供充足的氧 气，同时，四个曝气头100分别置于生物膜下反应器四角方向，协同曝气管工作，曝气管90 和曝气头100均接空压机B，空压机B另一端则连接DO仪。DO/温度监测仪80置于反应器 一角，避免直对曝气头上方，影响监测结果。DO仪经PLC控制系统转换输入信号到计算机， 经判断后输出控制信号，控制空压机B、第二泵P2的启停和运行时间。反应期间，反应器内 污水水位应时刻保持在没过集水筒位置，目的是使集水筒内保持良好的真空状态，便于水 流顺利进入和抽出。 采用本发明如图4所示的生物膜组件、生物膜反应器及控制反应装置，合成生活 污水进水COD为400mg/L，氨氮50mg/L时，图7a及图7b为本发明的控制反应装置对合成 生活污水的处理效果图，如图7a及图7b所示，进水4h后即可达到国家综合排放二级出水 标准，6h后即可达到一级出水标准。C0D的降解速度比较快，进水2小时后残留浓度即低于 50mg/L，但是随后1-2个小时内，出现了浓度升高的趋势，这可能是由于进水初期生物膜吸 附的COD逐渐释放，使得残留浓度出现反弹，在进水后4小时，溶解的COD又被微生物所利 用；NHfN和TN的去除效果具有很好的匹配性，说明TN中氮的主要形态为NH3_N，同时，也说 明生物膜具有良好的反硝化效果，反应初期，TN和NHfN去除率几乎一致，反映了在碳源充 足的条件下，反硝化效果良好，当反应进行到3h之后，两者降解率开始出现差距，并且随着 反应时间的延长而加剧，其主要原因可能是由于碳源不足引起的。TN残留15. 40mg/L，去除 率为69%，说明本反应器及其控制程序具有良好的同时硝化反硝化的效果。
例2 生物膜组件的制备和去除水中氮的控制方法如例l，所不同的是，进水为实际生活 污水COD为700mg/L，氨氮31mg/L时，图8a及图8b为本发明控制反应装置对实际生活污水 的处理效果，如图8a及图8b所示，进水2h后即可达到国家综合排放二级出水标准，4h后即 可达到一级出水标准。COD的去除规律与合成生活污水相似，主要发生在进水后前2个小时 内，之后的几个小时变化都很微弱。与合成生活污水相比，本发明装置对生活污水NH3-N的 处理效果更佳，4h内氨氮即可全部去除，这与生活污水的易于生化的特性有关。TN的去除 主要发生在前4h， TN残留7. 32mg/L，后2h去除率基本稳定在75%左后。
例3 生物膜组件的制备如实施例l，不采用控制系统，使用时序继电器控制时，当进水 为实际生活污水COD为600mg/L，氨氮45mg/L左右时，如图9a所示，在DO = 6mg/L条件下， 进水1个周期(每个周期7h曝气，1. 5h厌氧)后，氨氮可达到国家综合排放一级出水标准； COD仅能达到二级出水标准。TN残留28mg/L左右，去除率不到50% 。
例4 生物膜组件的制备如例l，不采用控制系统，使用时序继电器控制时，当进水为实 际生活污水COD为近362mg/L，氨氮56mg/L时，如图9b所示，图中C1、C2分别是反应1周期 和2周期出水，在DO = 2mg/L条件下，进水1、2个周期(每个周期7h曝气，1. 5h厌氧)后， 氨氮可达到国家综合排放一级出水标准；COD仅将要能达到二级出水标准。TN残留31mg/L 左右，去除率不到50%。 通过以上具体实施方式
对比，本发明的污水脱氮方法及反应装置对生活污水处理 效率更佳。 本发明的污水脱氮控制方法根据反应器内溶解氧升降斜率来确定当前温度条件 下的硝化反硝化反应的时间，并且，污水脱氮控制反应装置的生物膜组件既起到生物膜载 体的作用，又起到处理水的过滤作用，因此，本发明具有以下优点
(1)生物膜组件制作简单、成本低廉，可兼作出水过滤器； (2)软性纤维填料生物附着量大、生物膜在水流剪切作用下更新较快，生物膜与生 物膜载体兼具过滤作用，无需另外设置沉淀时间。
(3)水力停留时间短，减少动力消耗； (4)反应器出水水质好，工艺紧凑，占地面积小，可节省处理成本；
(5)运行管理方便，控制可自行操作。
(6)采用控制脱氮过程的硝化反硝化时间，极大的节约了能耗和反应时间。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
一种去除污水中氮的生物膜组件，其特征在于，该生物膜组件包括集水器及软性载体，该集水器的壁上具有多个过滤小孔，该软性载体填充于该多个过滤小孔中，并且填充的松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进该集水器为宜。
2. 根据权利要求1所述的去除污水中氮的生物膜组件，其特征在于，该软性载体为软 性纤维，并且该软性纤维选用棉线、合成纤维或其两者的混纺线。
3. 根据权利要求2所述的去除污水中氮的生物膜组件，其特征在于，该软性纤维直径 为0. 5mm_2mm0
4. 根据权利要求1所述的去除污水中氮的生物膜组件，其特征在于，该多个过滤小孔 的直径为0. 2cm-lcm，各孔之间的中心距为2cm-5cm。
5. —种制备权利要求1所述的去除污水中氮的生物膜组件的方法，其特征在于，在集 水器的壁上均匀地打上多个过滤小孔，将软性载体填充于该集水器的壁上的过滤小孔中， 并且填堵松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进筒内为宜。
6. —种去除污水中氮的反应器，其特征在于，包括权利要求1所述的生物膜组件及一 反应槽，该生物膜组件置于该反应槽中。
7. —种去除污水中氮的控制反应装置，其特征在于，包括 权利要求1所述的生物膜组件； 一反应槽，该生物膜组件设置于该反应槽中；一回流装置，使得在反应周期内经过软性载体进入集水器的水经由外部管路重新返回 反应槽中；一曝气装置，对该反应槽中的污水进行曝气，为生物膜内好氧细菌提供充足的氧气； 一控制系统， 一端与一计算机连接，另一端与该回流装置及该曝气装置连接，以对该回 流装置及该曝气装置的启动及运行时间进行控制。
8. 根据权利要求7所述的去除污水中氮的生物膜组件的控制反应装置，其特征在于 所述回流装置由该生物膜组件上方的出水管通过一第一泵接通至该生物膜组件下方的回流管；所述曝气装置，包括一曝气管，置于生物膜正下方，该曝气管通过一空压机与一 D0仪 连接，并且，该D0仪连接一 D0/温度监测仪，D0/温度在线测定仪能够快速准确的读出反应 周期内每一时刻的D0值和温度值，该D0/温度监测仪置于反应器内的一角；其中，该曝气装置通过该D0仪与该控制系统连接。
9. 根据权利要求7所述的去除污水中氮的生物膜组件的控制反应装置，其特征在于， 该回流装置接通一排水装置，在反应周期结束后，经过软性载体进入集水器的水流由排水 装置抽出排放。
10. —种污水生物脱氮的控制方法，利用权利要求7的去除污水中氮的控制反应装置， 其特征在于，该控制方法包括步骤一曝气步骤，通过曝气装置，对该反应槽中的污水进行曝气，为生物膜内好氧细菌提供 充足的氧气；一回流步骤，通过回流装置，使得在反应周期内经过该生物膜组件的软性载体脱氮过 滤进入集水器的水经由外部管路重新返回反应槽中；一控制步骤，通过控制系统，根据反应槽内溶解氧升降斜率来确定当前温度条件下的硝化反硝化反应的时间，对该曝气步骤及该回流步骤的启动及运行时间进行控制。
11. 根据权利要求io所述的污水生物脱氮的控制方法，其特征在于，还包括一排水步骤，在反应周期结束后，经过软性载体进入集水器的水流由排水装置抽出排放。
12. 根据权利要求10所述的污水生物脱氮的控制方法，其特征在于，包括该控制步骤 包括步骤l :设置低限D0值;步骤2 :启动控制系统及曝气装置，运行一第一预定时间后，如果DO >低限DO值时，曝气装置停，启动回流装置，如果DO《低限DO值时，曝气装置继续运行一第二预定时间后，再 次与低限DO进行比较，直到符合DO >低限DO后再启动回流装置；缺氧回流该第一预定时 间后，如果DO《低限DO值时，停止回流装置，启动曝气装置，如果D0 >低限D0值时，回流 装置继续运行该第二预定时间后再次与低限D0进行比较，直到符合D0《低限D0，并且，在 此过程内，控制系统根据反应槽内溶解氧升降斜率来确定当前温度条件下硝化反硝化反应 进行的时间，该硝化反硝化反应进行的时间各减去之前的曝气时间和缺氧回流时间，确定 反应阶段内的曝气时间Tl和缺氧时间T2 ;步骤3 :反应阶段内，当Tl < 5时，Tl为5min， T2时间为115min ;当Tl > 115时，Tl 为115min，T2为5min，当5 < Tl < 115时，曝气装置启动，运行Tl时间后，如果D0 >低限 D0值时，曝气装置停，回流装置启动，如果D0《低限D0值时，曝气装置继续运行10min后 再次与低限D0进行比较，直到符合D0 >低限D0 ;缺氧回流30min后，如果D0《低限D0值 时，回流装置停，曝气装置启动；如果D0^低限D0值时，回流装置继续运行10min后再次与 低限D0进行比较，直到符合DO《低限D0，此后，再根据此阶段内反应器内溶解氧升降斜率 来确定当前温度条件下硝化反硝化反应进行的时间，及下一阶段的好缺氧时间；步骤4:根据进水水质及预期的排放标准的不同，来决定是否继续进行下一阶段的处 理，其中，以步骤3中D0曲线升降斜率来确定当前温度条件下，下一反应周期硝化反硝化反 应进行的时间，判断过程同步骤3，直至反应出水符合所需排放标准或完成限定反应时间。
全文摘要
本发明公开了一种污水脱氮控制方法及反应装置、生物膜组件、反应器。该生物膜组件包括集水器及软性载体，该集水器的壁上具有多个小孔，该软性载体填充于该多个小孔中，并且填充的松紧程度以水能够通过毛细管作用顺利流进该集水器为宜。本发明以软性纤维作为生物膜载体制成生物膜组件，将该生物膜组件置于水槽中构成生物膜反应器，根据不同温度条件下硝化菌和反硝化菌完成脱氮过程的硝化反硝化时间来控制DO值。反应器内的硝化反硝化菌通过全程硝化反硝化及同步硝化反硝化机理去除生活污水中的氮。本发明的特点是处理效率高，水力停留时间短，能耗低；不需沉淀装置，可节省成本；适用于家庭、小区或工厂等的生活污水及类似水质的污水脱氮处理。
文档编号C02F3/12GK101792208SQ200910077918
公开日2010年8月4日 申请日期2009年2月3日 优先权日2009年2月3日
发明者冯传平, 町井弘禧, 陶村贵, 高宇 申请人:中国地质大学(北京)