专利名称：一种聚磷菌富集设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种聚磷菌富集设备，具体是一种通过控制序批式除磷反应器在合适的溶解氧、PH、碳源等条件下运行，使反应器在好氧/厌氧条件下满足聚磷菌吸磷/释磷的要求，实现聚磷菌的有效富集并达到脱氮除磷的目的。
背景技术：
活性污泥中聚磷菌的富集是生物强化除磷系统正常运行的主要条件。厌氧条件下，聚磷菌把细胞中的聚磷水解为溶解性正磷酸盐(SOP)释放到胞外，并利用获得的能量将挥发性脂肪酸(volatile fatty acids，VFAs)等碳源转化为聚羟基脂肪酸 (poly-hydroxyalkanoates, PHAs)；好氧条件下，聚磷菌以PHAs为能量来源实现生物生长， 糖原合成以及磷的吸收，最终通过剩余污泥的排放实现污水中磷的有效去除。有部分研究表明，聚磷菌也可以缺氧条件下以硝酸盐为电子受体，实现反硝化除磷。据估计，反硝化除磷可节省COD耗量30 %，降低氧气耗量20 %，减少污泥产量30 %。因此，聚磷菌对生物强化除磷工艺的研究具有重要意义，而实现聚磷菌的富集又是研究其除磷机理，考察其除磷影响因素的必要条件。但是目前基于聚磷菌富集的设备相对较少，自动化水平不高。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种由PLC可编程控制器自动控制运行的聚磷菌富集设备。本实用新型提出的聚磷菌富集设备，包括进水水箱1、进水泵2、反应器筒体3、第一空气泵4、第二空气泵5、磁力搅拌器6、在线探头7、PLC可编程控制器8、取样口 /进出水口 9、出水泵10和出水水箱11，其中进水水箱1通过进水泵2与反应器筒体3相连；第一空气泵4和第二空气泵5分别通过管道深入反应器筒体3内，反应器筒体3内放置有转子， 反应器筒体3位于磁力搅拌器6上方，位于反应器筒体3内的转子通过磁力搅拌器6进行转动；取样口 /进出水口 9设置于反应器筒体3 —侧；在线探头3插入反应器筒体3内，分别用于对DO、pH以及温度等进行实时监测；PLC可编程控制器8分别与进水泵2、反应器筒体3、第一空气泵4、第二空气泵5、磁力搅拌器6、在线探头7以及取样口 /进出水口相连， 自动控制SBR反应器的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水以及在线监测数据采集、分析等，并可根据实际需要调整各反应阶段的运行时间以及曝气运行方式。本实用新型中，所述取样口 /进出水口 9位于反应器筒体3 —侧外壁垂直方向，从反应器筒体3底部向上每隔5-10 cm进行设置。本实用新型中，反应器筒体3外壁垂直方向设有溢流口。本实用新型利用磁力搅拌器代替传统的搅拌桨搅拌，节省了筒体体积，便于在线监测探头的放置。本实用新型中，所述PLC可编程控制器8采用西门子S7-200系列的PLC可编程控制器。[0009]本实用新型作为厌氧/缺氧序批式反应器的改进，聚磷菌富集设备在厌氧段完成聚磷菌释磷后，设有一段好氧曝气时间，以满足聚磷菌好氧系吸磷的需要。作为上述技术方案的进一步改进，聚磷菌富集设备在好氧段设置两台空气泵，利用PLC在线控制其开停时间段使其能够独立间歇工作，满足在线溶解氧控制的要求。
本实用新型中，所述聚磷菌富集设备采用PLC可编程控制器自动控制SBR的进水、搅拌、曝气、沉淀、排水以及温度、PH、DO的在线监测；根据实际需要可调节反应器各反应阶段的运行时间，特别可以通过控制两台空气泵的独立间歇开停以满足好氧段曝气量的要求，以实现溶解氧的在线控制。与已有技术相比，本实用新型具有以下有益效果(1)本实用新型聚磷菌富集设备在现有技术的基础上增加了 PLC可编程控制器以实现设备的自动运行；(2)本实用新型聚磷菌富集设备通过两台空气泵的独立间歇运行，满足溶解氧在线控制的要求，同时也减少了曝气量，降低能耗。(3)本实用新型聚磷菌富集设备对COD、氨氮和磷都具有很好的去除效果，出水 COD在50 mg/L以下(人工模拟生活污水)，氨氮在5 mg/L以下；TP在0. 5 mg/L以下，满足国家一级排放标准要求。
图1为本实用新型聚磷菌富集设备示意图。图2为本实用新型聚磷菌富集设备工艺流程图。图3为本实用新型聚磷菌富集设备典型周期pH、D0变化示意图。图4为本实用新型聚磷菌富集设备中活性污泥厌氧释磷、好氧吸收磷示意图。图5为本实用新型聚磷菌富集设备聚磷菌种群变化与其厌氧释磷/VFA吸收拟合示意图。图中标号1为进水水箱，2为进水泵，3为反应器筒体，4、5分别为第一空气泵、第二空气泵，6为磁力搅拌器，7为在线探头，8为PLC可编程控制器，9为取样口 /进出水口， 10为出水泵，11为出水水箱。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要求保护的范围并不局限于具体实施方式
中所描述的范围。实施例1 聚磷菌富集及生物增强除磷设备作为厌氧/好氧序批式反应器的改进， 主要组成部分包括进水水箱1、进水泵2、反应器筒体3、第一空气泵4、第二空气泵5、磁力搅拌器6、在线探头7、PLC可编程控制器8、取样口 /进出水口 9、出水泵10、出水水箱11。进水水箱1通过进水泵2与反应器筒体3相连；空气泵4/5通过管道深入反应器筒体3内，筒体内放置转子，通过磁力搅拌器6进行转动；取样口 /进出水口 9设在反应器筒体3上；反应器筒体内设有DO、pH以及温度等在线探头7进行实时监测；PLC可编程控制器8分别与进水泵2、反应器筒体3、第一空气泵4、第二空气泵5、磁力搅拌器6、在线探头7以及取样口 /进出水口相连，自动控制SBR反应器的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水以及在线监测数据采集、分析等，并可根据实际需要调整各反应阶段的运行时间以及曝气运行方式；取样口 /进出水口 9设在反应器筒体3外壁垂直方向，从反应器底部向上每隔5-10 cm进行设置。PLC 可编程控制器8具体可选用西门子S7-200系列的PLC可编程控制器。应用时，包括如下步骤(1)厌氧 段原水由进水泵2输送至序批式反应器筒体3内，聚磷菌把细胞中的聚磷水解为溶解性正磷酸盐(SOP)释放到胞外，并利用获得的能量将挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)等碳源转化为聚羟基脂肪酸(poly-hydroxyalkanoates，PHAs)；(2)好氧段聚磷菌以PHAs为能量来源实现生物生长，糖原合成以及磷的吸收，最终通过剩余污泥的排放实现污水中磷的有效去除。作为一个具体的实例，反应器筒体3为有机玻璃容器，直径14 cm，高30 cm。在反应器筒体3圆柱体部分外壁垂直方向，从圆柱体底部每隔5 cm设一个取样口 /进出水口， 共5个，用于取样、进水或者排水，与最高取样口 /进出水口并行设置一个溢流口，所有出口均与直径为1 cm的阀门连接。反应周期开始时，进水由进水泵2输送至序批式反应器筒体内(进水时间20 mins)，同时磁力搅拌器6开始厌氧搅拌，持续时间为100 mins ；接着进入好氧段，第一空气泵4、第二空气泵5同时开始工作15 mins，然后通过控制PLC可编程控制器控制第二空气泵5定期停开，以保持DO在一定的范围内，好氧段持续时间为180 min ；好氧结束后进入80 min的沉淀段以及100 min的闲置段，最后是排水10 min。一个周期共8个小时，每天循环运行。本实用新型聚磷菌富集设备每周期开始加入3 L人工合成废水，设计运行周期8 h，其中进水总时间10 min，厌氧段时间100 min，好氧段时间180 min，沉淀时间80 min，排水总时间10 min，闲置时间100 min。在好氧段末期通过排泥口排放泥水混合液以达到控制污泥龄的目的。污泥停留时间约为8天，总水力停留时间为10 h。如图2所示，应用本实用新型聚磷菌富集设备时，在厌氧、好氧、沉淀、闲置以及排水各阶段，可采用PLC可编程控制器自动控制SBR反应器，并可根据实际需要调整各反应阶段的运行时间。控制反应器水温在20 °C，厌氧初始pH在7. 5-7. 8的范围内，好氧段DO在 2-4 mg/L的范围内。实施效果进水采用人工配制的合成废水，主要成分包括，浓缩液=NH4Cl 21 mg/L, MgSO4 · 7H20 45 mg/L, MgCl2 · 6H20 80 mg/L, CaCl2 · 2H20 21 mg/L，酵母浸膏 10 mg/L，蛋白胨 61 mg/L，硝化抑制剂 0. 25 mg/L ；微量元素液体=FeCl3 · 6H20 1.5 mg/L, H3BO3 0. 15 mg/L, CuSO4 · 5H20 0. 03 mg/L, KI 1. 18 mg/L, MnCl2 0. 12 mg/L, NaMoO4 · 2H20 0. 06 mg/L, ZnSO4 ·7Η20 0. 12 mg/L, CoCl2 ·6Η20 0. 15 mg/L, EDTA 10 mg/L ；磷液=KH2PO4 55. 32 mg/L, K2HPO4 41.49 mg/L;碳源 200mg/L COD，其中 HAC/HPr (C-mol/C-mol) =3:1 ;分析方法S0P采用钼锑抗分光光度法；TN采用过硫酸钾消解_钼锑抗分光光度法；PH采用玻璃电极法；DO采用膜电极法；VFA采用Agilentl200型高效液相色谱仪进行测定，检测器为VWD紫外检测器，色谱柱为Shodex公司的8.0 mm IDX 300 mmL的RSpak KC一811 ;ΡΑ0的分析采用应用荧光原位杂交技术(fluorescent in situ hybridization, FISH)。[0034](l)pH、D0 在线变化由附图3可以看到实用新型聚磷菌富集设备典型周期pH、DO变化。根据Oehmen 等人的研究，控制初始PH (7. 5-7. 8)对PAO的富集有利，厌氧段虽然有VFA的吸收，但由于磷的释放以及CO2的产生，pH总体会呈下降趋势；好氧段，由于磷的吸收以及CO2的溢出，pH 会逐渐升高直至达到平衡。通过PLC可编程控制器控制DO在2-4 mg/L的范围内，提供足够的DO为PAO好氧吸磷提供条件，同时防止过量曝气使得PHA浓度成为好氧末段吸磷的限制因素，造成系统除磷效果下降。
由附图4可以看到实用新型聚磷菌富集设备中活性污泥厌氧释磷、好氧吸收磷示意图。由图可知，驯化至50 d左右，设备中活性污泥厌氧释磷、好氧吸收磷基本稳定。由附图5可以看到实用新型聚磷菌富集设备PAO种群变化与其厌氧释磷/VFA吸收拟合示意图。FISH监测结果显示聚磷菌占总菌百分比大于60 % (富集成功)时，厌氧释磷/VFA吸收大于0. 5，符合Oehmen等人的研究结果。综合上述试验，本实用新型聚磷菌富集设备以乙酸、丙酸为碳源，能够在不到两个月的时间实现PAO的有效富集(聚磷菌占总菌百分比大于60 %)实现了聚磷菌的有效富集， 减少了曝气量和能量消耗。
权利要求1.一种聚磷菌富集设备，包括进水水箱(1)、进水泵(2)、反应器筒体(3)、第一空气泵 (4)、第二空气泵(5)、磁力搅拌器(6)、在线探头(7)、PLC可编程控制器(8)、取样口 /进出水口(9)、出水泵(10)和出水水箱(11)，其特征在于进水水箱⑴通过进水泵(2)与反应器筒体(3)相连；第一空气泵(4)和第二空气泵(5)分别通过管道深入反应器筒体(3)内， 反应器筒体(3)内放置有转子，反应器筒体(3)位于磁力搅拌器(6)上方，位于反应器筒体 (3)内的转子通过磁力搅拌器(6)进行转动；取样口 /进出水口(9)设置于反应器筒体(3) 一侧；在线探头(3)插入反应器筒体(3)内，分别用于对DO、pH以及温度进行实时监测；PLC 可编程控制器(8)分别与进水泵(2)、反应器筒体(3)、第一空气泵(4)、第二空气泵(5)、磁力搅拌器(6)、在线探头(7)以及取样口 /进出水口相连。
2.根据权利要求1所述的聚磷菌富集设备，其特征在于所述取样口/进出水口(9)位于反应器筒体(3) —侧外壁垂直方向，从反应器筒体(3)底部向上每隔5-lOcm进行设置。
3.根据权利要求1所述的聚磷菌富集设备，其特征在于反应器筒体(3)外壁垂直方向设有溢流口。
专利摘要本实用新型涉及一种聚磷菌富集设备。包括进水水箱、进水泵、反应器筒体、空气泵、磁力搅拌器、在线探头、PLC可编程控制器、取样口/进出水口、出水泵和出水水箱，进水水箱通过进水泵与反应器筒体相连；空气泵通过管道深入反应器筒体内，反应器筒体内放置有转子，反应器筒体位于磁力搅拌器上方，位于反应器筒体内的转子通过磁力搅拌器进行转动；取样口/进出水口设置于反应器筒体一侧；在线探头插入反应器筒体内，PLC可编程控制器分别与进水泵、反应器筒体、空气泵、磁力搅拌器、在线探头以及取样口/进出水口相连。本实用新型以乙酸、丙酸为碳源，在没有反硝化除磷的情况下实现了聚磷菌的有效富集，减少了曝气量和能量消耗。
文档编号C02F3/30GK201942563SQ20102067573
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者卢文健, 杨殿海, 郑翔, 郭云, 陈冠儒 申请人:同济大学