一种新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法与流程

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一种新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域,具体涉及一种新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法。



背景技术:

日益突显的水环境污染及水资源短缺,对世界范围内的污水处理提出了新的挑战。生物膜法技术具有高有机负荷、高有机物去除率、低剩余污泥产量、运行管理方便等特点,在逾百年的污水处理实践中发挥着重要支撑作用。面向未来污水处理“提标增效”、“节能降耗”及“集约化”、“能源化”的重大需求,基于生物增效原理及应用实践开发新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法,具有重要意义和广泛应用前景。

基于电化学和生物膜法耦合的电极生物膜法处理工艺,集成了絮凝、气浮、氧化、微电解等电化学作用以及电极与生物膜微生物间强电子传递作用,可有效增强工艺对污水尤其是难降解废水的处理能力、实现对有机物、氮、磷等目标污染物的深度净化,近年来逐渐成为研究者们关注的热点。中国发明专利“生物膜电极与uasb耦合反应器”(申请号:201410208078.2)公开了生物膜电极-uasb耦合反应器,包括反应器筒体、生物膜电极体系、电化学测试系统和阴极电势测试装置,通过微电场与微生物的耦合作用,促进微生物对有机污染物的氧化代谢,提高污染物降解速率。中国发明专利“一种复合式电极生物膜脱氮反应器”(申请号:201610837288.7)公开了一种复合式电极生物膜脱氮反应器,通过电解产氢和反硝化生物膜的代谢,以氢气作为电子供体将废水中的硝酸盐氮进行反硝化,达到深度脱氮的目的。为实现对污水多目标污染物(有机物、氮、磷等)的协同高效去除,不仅需要在反应器构型设计和增加生物量方面吸收前述有益经验,更要在反应器功能分区优化、传质强化、功能微生物强化、一体化设计及运行优化等方面进行系统集成,发明新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法。



技术实现要素:

针对以上技术问题,本发明提供一种新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法。

本发明的技术方案为:一种新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法,集成式反应器主要包括反应器本体,反应器本体为半地埋式结构,内部分为厌氧反应区和好氧反应区,厌氧反应区埋于地下,好氧反应区位于地上,厌氧反应区的横轴中心设有曝气杆ⅰ,曝气杆ⅰ的侧面设有阴极板ⅰ,相邻阴极板ⅰ之间设有与曝气杆ⅰ平行的阳极棒ⅰ,阳极棒ⅰ的左右两端通过支撑杆固定连接在曝气杆ⅰ上,曝气杆ⅰ的左端穿过厌氧反应区外壁连有电机ⅰ,曝气杆ⅰ的右端穿过厌氧反应区外壁通过气体输入管连接有气体储存罐,厌氧反应区的上方设有污水布水管,污水布水管的下方设有多个喷水口,厌氧反应区内部均匀填充有三维电极粒子和生物填料球a,生物填料球a内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂a,污水布水管的上方设有气体收集区,气体收集区的右端通过气体输出管与气体收集中心相连,气体输出管的中间通过支管与气体输入管相通,好氧反应区内的横轴中心设有曝气杆ⅱ,曝气杆ⅱ的侧面设有阴极板ⅱ,相邻阴极板ⅱ之间设有与曝气杆ⅱ平行的阳极棒ⅱ,阳极棒ⅱ的左右两端通过支撑杆固定连接在曝气杆ⅱ上,曝气杆ⅱ的左端穿过好氧反应区外壁连有电机ⅱ,曝气杆ⅱ的右端穿过好氧反应区外壁通过空气管连接有空气压缩机,电机ⅱ的下方设有电源,曝气杆ⅰ和曝气杆ⅱ的右端分别通过导线一和导线二与电源相连,好氧反应区内部均匀填充有三维电极粒子和生物填料球b,生物填料球b内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂b,好氧反应区的下方设有污泥沉淀区,污泥沉淀区为倒三角形,污泥沉淀区的底部通过污泥输送管与外界连通,好氧反应区的右上方设有净水输出口,厌氧反应区与好氧反应区通过水管相连通,水管的主体位于反应器本体的外部,水管上设有水泵,水管的进水端内置于厌氧反应区底部中心,水管的出口端内置于好氧反应区上部中心。

作为一种改进,一种新型集成式生物膜反应器及其处理污水的方法,主要包括反应器本体,所述反应器本体为半地埋式结构,反应器本体内部分为厌氧反应区和好氧反应区,所述厌氧反应区埋于地下,所述好氧反应区位于地上,厌氧反应区的横轴中心设有曝气杆ⅰ,所述曝气杆ⅰ的侧面设有阴极板ⅰ,相邻所述阴极板ⅰ之间设有与曝气杆ⅰ平行的阳极棒ⅰ,所述阳极棒ⅰ的左右两端通过支撑杆固定连接在曝气杆ⅰ上,所述曝气杆ⅰ的左端穿过厌氧反应区外壁连有电机ⅰ,曝气杆ⅰ的右端穿过厌氧反应区外壁通过气体输入管连接有气体储存罐,厌氧反应区的底部设有污水进水管,厌氧反应区内部均匀填充有三维电极粒子和生物填料球a,所述生物填料球a内包含高附膜载体填料和a型微生物菌,所述a型微生物菌来自复合微生物菌剂a,污水布水管的上方设有气体收集区,所述气体收集区的下方设有多孔固液分离隔板,气体收集区的右端通过气体输出管与气体收集中心相连,所述气体输出管的中间通过支管与所述气体输入管相通,所述好氧反应区内的横轴中心设有曝气杆ⅱ,所述曝气杆ⅱ的侧面设有阴极板ⅱ,相邻所述阴极板ⅱ之间设有与曝气杆ⅱ平行的阳极棒ⅱ,所述阳极棒ⅱ的左右两端通过支撑杆固定连接在曝气杆ⅱ上,所述曝气杆ⅱ的左端穿过好氧反应区外壁连有电机ⅱ,曝气杆ⅱ的右端穿过好氧反应区外壁通过空气管连接有空气压缩机,所述电机ⅱ的下方设有电源,曝气杆ⅰ和曝气杆ⅱ的右端分别通过导线一和导线二与所述电源相连,好氧反应区内部均匀填充有三维电极粒子和生物填料球b,所述生物填料球b内包含高附膜载体填料和b型微生物菌,所述b型微生物菌来自复合微生物菌剂b,好氧反应区的下方设有污泥沉淀区,所述污泥沉淀区为倒三角形,污泥沉淀区的底部通过污泥输送管与外界连通,好氧反应区的右上方设有净水输出口,厌氧反应区与好氧反应区通过水管相连通,所述水管的主体位于反应器本体的外部,水管上设有水泵,水管的进水端设置在所述多孔固液分离隔板的上方,水管的出口端内置于好氧反应区上部中心。

进一步地,反应器本体为三层结构,内层为传热层,外层为保温层,中间层为折流水浴层,折流水浴层折流方式为纵向折流、横向折流或螺旋折流,折流水浴层所用的水为好氧反应区输出的净水,利用水浴对反应器进行保温处理,相较于电加热温度更均匀且耗能小,水热资源利用率高。

进一步地,曝气杆ⅰ内设有电缆腔和导气腔,电缆腔和导气腔之间密封隔断,电缆腔位于支撑杆与电机ⅰ之间,导气腔位于支撑杆与气体输入管之间,导气腔上设有曝气孔,电缆腔和导气腔之间密封隔断防止气体逃窜和污水逆流,提高了厌氧反应区的密封性。

进一步地,曝气杆ⅱ内设有电缆腔和导气腔,电缆腔和导气腔之间密封隔断,电缆腔位于支撑杆与电机ⅱ之间,导气腔位于支撑杆与空气管之间,导气腔上设有曝气孔。

进一步地,电缆腔内包含有导线一和导线二,导线一分别与阴极板ⅰ和阴极板ⅱ相连,导线二分别通过支撑杆内部与阳极棒ⅰ和阳极棒ⅱ相连。

进一步地,所述阴极板ⅰ和阴极板ⅱ为十字直板型或s曲面板型,十字直板型的四个分区内均可对应分布四个阳极棒,提高反应速率;s曲面板型的两个半圆形分区内可对应分布两个阳极棒,半圆形分区包裹阳极棒形式使得电极反应的有效面积扩大,进而提高反应速率还可节省电能。

进一步地,高附膜载体填料是由多孔矿物质颗粒和高分子载菌颗粒以重量比为3-5:1组成,多孔矿物质的组成成分按重量百分比计包括:25-28%纳米磷酸钙、20-26%纳米二氧化硅、4-6%粘合剂、余量为聚吡咯改性纳米碳,高分子载菌颗粒包括多孔聚氨酯颗粒和固化真菌,经聚吡咯包膜改性后的纳米碳能提高生物膜的附膜率,采用固化真菌作为另一种载体,一方面能净化污水还能较少矿物载体的使用量,降低成本。

更进一步地,固化真菌为米根霉、产黄青霉、毛霉属、深黄被孢霉、海枣曲霉、里氏木霉、黄孢平革菌中任意一种或几种组合。

进一步地,复合微生物菌剂a的组成成分按重量百分比计包括:15-18%反硝化细菌、12-16%甲烷氧化菌、10-13%红螺菌、13-16%酵母菌、5-8%水解酶、6-9%超氧物歧化酶、余量为厌氧氨氧化菌,超氧物歧化酶能够消除多余氧自由基,为厌氧菌提供更好的厌氧环境,提高效率。

进一步地,复合微生物菌剂b的组成成分按重量百分比计包括:13-19%陶厄氏菌、14-20%大肠杆菌、12-18%弗兰克氏菌、8-10%青霉菌、6-12%氧化酶、余量为巴氏醋酸杆菌,青霉菌能够抑制革兰氏阳性菌的繁殖,在一定程度上提高了所添加好氧菌的竞争力。

本发明还提供了一种集成式生物膜反应器处理污水的方法,包括以下步骤:

第一步:先进行挂膜驯化,将复合微生物菌剂a与复合微生物菌剂b分别加水配制成浓度为1000mg/l的菌液a和菌液b,菌液a通过污水布水管流入厌氧反应区,菌液b通过净水输出口反送入好氧反应区,使厌氧反应区和好氧反应区内温度维持在15-20℃,两个反应区内连续进水,水力停留时间为12h,接通电源,电机ⅰ和电机ⅱ以50-150r/min的速度旋转,同时依次以直流电强度50、100、150、200、250ma进行梯度挂膜,每个电流梯度运行3-5天,挂膜完成后排出菌液;

第二步:引进污水处理,将污水通过污水布水管或污水进水管引入厌氧反应区,电机ⅰ带动曝气杆ⅰ使阴极板ⅰ和阳极棒ⅰ以10-30r/min的速度间歇转动,使污水在厌氧反应区完成初步净化,然后利用水管将厌氧反应处理后的污水泵送入好氧反应区,电机ⅱ带动曝气杆ⅱ使阴极板ⅱ和阳极棒ⅱ以30-60r/min的速度间歇转动,同时利用空气压缩机充入空气曝气,使污水在好氧反应区完成强化净化,产生的污泥汇集到污泥沉淀区从污泥输送管排出,处理后的净水从净水输出口排出。

与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明的新型集成式生物膜反应器在传统生物膜反应器中加入了三维电极,联合电化学法和生物法,有利于强化污水处理效率;其中,反应器本体被分为厌氧反应区和好氧反应区,两个反应区均填充有不同的生物填料球,相较于同时适用于厌氧和好氧的生物填料球,本发明的生物填料球内含有针对厌好氧不同环境条件设置的专用功能型微生物,有利于提高和延长微生物的存活率;相较于普通三维电极的单一或固定形式,本发明将阴极板和阳极棒交叉固定在曝气杆上,通过电机转动搅拌和曝气两种方式增加污水和生物填料球的接触面积,大大提高了污水处理效率。总之,本发明采用生物膜法与电化学法耦合形成的新型集成式生物膜反应器,是在反应器功能分区优化、传质强化、功能微生物强化、一体化设计及运行优化等方面进行的系统集成,不仅可以提高工艺对污水尤其是难降解废水的处理能力,且可实现对有机物、氮、磷等多目标污染物的深度净化。另外本发明具有处理效果好、运行管理方便、费用低等优点,适用于对污水的集约化处理及有机能源的沼气化利用。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体结构示意图;

图2是本发明的实施例1和实施例3的曝气杆ⅰ、阴极板ⅰ及阳极棒ⅰ之间的连接关系图;

图3是本发明的实施例1和实施例3的曝气杆ⅱ、阴极板ⅱ及阳极棒ⅱ之间的连接关系图;

图4是本发明的实施例1和实施例3的阴极板ⅰ、阳极棒ⅰ、阴极板ⅱ和阳极棒ⅱ分别与电源的连接关系图;

图5是本发明实施例2的整体结构示意图;

图6是本发明实施例3的整体结构示意图;

图7是本发明实施例4的整体结构示意图;

图8是本发明的实施例2和实施例4的曝气杆ⅰ、阴极板ⅰ及阳极棒ⅰ之间的连接关系图;

图9是本发明的实施例2和实施例4的曝气杆ⅱ、阴极板ⅱ及阳极棒ⅱ之间的连接关系图;

图10是本发明的实施例2和实施例4的阴极板ⅰ、阳极棒ⅰ、阴极板ⅱ和阳极棒ⅱ分别与电源的连接关系图;

图11是本发明实施例1-4的反应器本体的三层结构示意图。

其中,1-反应器本体、2-厌氧反应区、3-好氧反应区、4-曝气杆ⅰ、5-阴极板ⅰ、6-阳极棒ⅰ、7-支撑杆、8-电机ⅰ、9-气体输入管、10-气体储存罐、11-污水布水管、12-喷水口、13-三维电极粒子、14-生物填料球a、15-气体收集区、16-气体输出管、17-气体收集中心、18-支管、19-曝气杆ⅱ、20-阴极板ⅱ、21-阳极棒ⅱ、22-电机ⅱ、23-空气管、24-空气压缩机、25-电源、26-导线一、27-导线二、28-生物填料球b、29-污泥沉淀区、30-污泥输送管、31-净水输出口、32-水管、33-传热层、34-外层为保温层、35-折流水浴层、36-电缆腔、37-导气腔、38-曝气孔、39-水泵、40-污水进水管、41-多孔固液分离隔板。

具体实施方式

下面结合具体实施例1-4来对本发明进行更进一步详细的说明:

实施例1

如图1所示,一种新型集成式生物膜反应器,主要包括反应器本体1,反应器本体1为半地埋式结构,如图11所示,反应器本体1为三层结构,内层为传热层33,外层为保温层34,中间层为折流水浴层35,折流水浴层35折流方式为纵向折流、横向折流或螺旋折流,折流水浴层所用的水为好氧反应区3输出的净水,利用水浴对反应器进行保温处理,相较于电加热温度更均匀且耗能小,水热资源利用率高。反应器本体1内部分为厌氧反应区2和好氧反应区3,厌氧反应区2埋于地下,好氧反应区3位于地上,厌氧反应区2的横轴中心设有曝气杆ⅰ4,如图2、4所示,曝气杆ⅰ4内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅰ8之间,导气腔37位于支撑杆7与气体输入管9之间,导气腔37上设有曝气孔38,电缆腔和导气腔之间密封隔断防止气体逃窜和污水逆流,提高了厌氧反应区的密封性。曝气杆ⅰ4的侧面设有阴极板ⅰ5,相邻阴极板ⅰ5之间设有与曝气杆ⅰ4平行的阳极棒ⅰ6,阳极棒ⅰ6的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅰ4上,曝气杆ⅰ4的左端穿过厌氧反应区2外壁连有电机ⅰ8,曝气杆ⅰ4的右端穿过厌氧反应区2外壁通过气体输入管9连接有气体储存罐10,厌氧反应区2的上方设有污水布水管11,污水布水管11的下方设有多个喷水口12,厌氧反应区2内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球a14,生物填料球a14内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂a,污水布水管11的上方设有气体收集区15,气体收集区15的右端通过气体输出管16与气体收集中心17相连,气体输出管16的中间通过支管18与气体输入管9相通,好氧反应区3内的横轴中心设有曝气杆ⅱ19,如图3、4所示,曝气杆ⅱ21内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅱ21之间,导气腔37位于支撑杆7与空气管23之间,导气腔37上设有曝气孔38。如图4所示,电缆腔36内包含有导线一26和导线二27,导线一26分别与阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20相连,其中,所述阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20为十字直板型,十字直板型的四个分区内均可对应分布四个阳极棒,提高反应速率;导线二27分别通过支撑杆7内部与阳极棒ⅰ6和阳极棒ⅱ21相连。曝气杆ⅱ19的侧面设有阴极板ⅱ20,相邻阴极板ⅱ20之间设有与曝气杆ⅱ19平行的阳极棒ⅱ21,阳极棒ⅱ21的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅱ19上,曝气杆ⅱ19的左端穿过好氧反应区3外壁连有电机ⅱ22,曝气杆ⅱ19的右端穿过好氧反应区3外壁通过空气管23连接有空气压缩机24,电机ⅱ22的下方设有电源25,曝气杆ⅰ4和曝气杆ⅱ19的右端分别通过导线一26和导线二27与电源25相连,好氧反应区3内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球b28,生物填料球b28内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂b,好氧反应区3的下方设有污泥沉淀区29,污泥沉淀区29为倒三角形,污泥沉淀区29的底部通过污泥输送管30与外界连通,好氧反应区3的右上方设有净水输出口31,厌氧反应区2与好氧反应区3通过水管32相连通,水管32的主体位于反应器本体1的外部,水管32上设有水泵39,水管32的进水端内置于厌氧反应区2底部中心,水管32的出口端内置于好氧反应区3上部中心。

其中,高附膜载体填料是由多孔矿物质颗粒和高分子载菌颗粒以重量比为3:1组成,所述多孔矿物质的组成成分按重量百分比计包括:25%纳米磷酸钙、20%纳米二氧化硅、4%粘合剂、余量为聚吡咯改性纳米碳,所述的高分子载菌颗粒包括多孔聚氨酯颗粒和固化真菌。其中,所述固化真菌为米根霉,经聚吡咯包膜改性后的纳米碳能提高生物膜的附膜率,采用固化真菌作为另一种载体,一方面能净化污水还能较少矿物载体的使用量,降低成本。

其中,复合微生物菌剂a的组成成分按重量百分比计包括:15%反硝化细菌、12%甲烷氧化菌、10%红螺菌、13%酵母菌、5%水解酶、6%超氧物歧化酶、余量为厌氧氨氧化菌,超氧物歧化酶能够消除多余氧自由基,为厌氧菌提供更好的厌氧环境,提高效率。

其中,复合微生物菌剂b的组成成分按重量百分比计包括:13%陶厄氏菌、14%大肠杆菌、12%弗兰克氏菌、8%青霉菌、6%氧化酶、余量为巴氏醋酸杆菌,青霉菌能够抑制革兰氏阳性菌的繁殖,在一定程度上提高了所添加好氧菌的竞争力。

本实施例的工作方法为:

第一步:先进行挂膜驯化,将复合微生物菌剂a与复合微生物菌剂b分别加水配制成浓度为1000mg/l的菌液a和菌液b,菌液a通过污水布水管11流入厌氧反应区2,菌液b通过净水输出口31反送入好氧反应区3,使厌氧反应区2和好氧反应区3内温度维持在15℃,两个反应区内连续进水,水力停留时间为12h,接通电源,电机ⅰ8和电机ⅱ22以50r/min的速度旋转,同时依次以直流电强度50、100、150、200、250ma进行梯度挂膜,每个电流梯度运行3天,挂膜完成后排出菌液;

第二步:引进污水处理,将污水通过污水布水管11引入厌氧反应区2,电机ⅰ8带动曝气杆ⅰ4使阴极板ⅰ5和阳极棒ⅰ6以10r/min的速度间歇转动,使污水在电极生物膜中完成初步净化,然后利用水管32将厌氧反应处理后的污水泵送入好氧反应区3,电机ⅱ22带动曝气杆ⅱ19使阴极板ⅱ20和阳极棒ⅱ21以30r/min的速度间歇转动,同时利用空气压缩机24充入空气曝气,使污水在电极生物膜中完成强化净化,产生的污泥汇集到污泥沉淀区29从污泥输送管30排出,处理后的净水从净水输出口31排出。

实施例2

如图5所示,一种新型集成式生物膜反应器,主要包括反应器本体1,反应器本体1为半地埋式结构,如图11所示,反应器本体1为三层结构,内层为传热层33,外层为保温层34,中间层为折流水浴层35,折流水浴层35折流方式为纵向折流、横向折流或螺旋折流,折流水浴层所用的水为好氧反应区3输出的净水,利用水浴对反应器进行保温处理,相较于电加热温度更均匀且耗能小,水热资源利用率高。反应器本体1内部分为厌氧反应区2和好氧反应区3,厌氧反应区2埋于地下,好氧反应区3位于地上,厌氧反应区2的横轴中心设有曝气杆ⅰ4,如图8、11所示,曝气杆ⅰ4内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅰ8之间,导气腔37位于支撑杆7与气体输入管9之间,导气腔37上设有曝气孔38,电缆腔和导气腔之间密封隔断防止气体逃窜和污水逆流,提高了厌氧反应区的密封性。曝气杆ⅰ4的侧面设有阴极板ⅰ5,相邻阴极板ⅰ5之间设有与曝气杆ⅰ4平行的阳极棒ⅰ6,阳极棒ⅰ6的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅰ4上,曝气杆ⅰ4的左端穿过厌氧反应区2外壁连有电机ⅰ8,曝气杆ⅰ4的右端穿过厌氧反应区2外壁通过气体输入管9连接有气体储存罐10,厌氧反应区2的上方设有污水布水管11,污水布水管11的下方设有多个喷水口12,厌氧反应区2内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球a14,生物填料球a14内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂a,污水布水管11的上方设有气体收集区15,气体收集区15的右端通过气体输出管16与气体收集中心17相连,气体输出管16的中间通过支管18与气体输入管9相通,好氧反应区3内的横轴中心设有曝气杆ⅱ19,如图9、11所示,曝气杆ⅱ21内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅱ21之间,导气腔37位于支撑杆7与空气管23之间,导气腔37上设有曝气孔38。如图11所示,电缆腔36内包含有导线一26和导线二27,导线一26分别与阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20相连,其中,阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20为s曲面板型,s曲面板型的两个半圆形分区内可对应分布两个阳极棒,半圆形分区包裹阳极棒形式使得电极反应的有效面积扩大,进而提高反应速率还可节省电能;导线二27分别通过支撑杆7内部与阳极棒ⅰ6和阳极棒ⅱ21相连。曝气杆ⅱ19的侧面设有阴极板ⅱ20,相邻阴极板ⅱ20之间设有与曝气杆ⅱ19平行的阳极棒ⅱ21,阳极棒ⅱ21的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅱ19上,曝气杆ⅱ19的左端穿过好氧反应区3外壁连有电机ⅱ22,曝气杆ⅱ19的右端穿过好氧反应区3外壁通过空气管23连接有空气压缩机24,电机ⅱ22的下方设有电源25,曝气杆ⅰ4和曝气杆ⅱ19的右端分别通过导线一26和导线二27与电源25相连,好氧反应区3内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球b28,生物填料球b28内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂b,好氧反应区3的下方设有污泥沉淀区29,污泥沉淀区29为倒三角形,污泥沉淀区29的底部通过污泥输送管30与外界连通,好氧反应区3的右上方设有净水输出口31,厌氧反应区2与好氧反应区3通过水管32相连通,水管32的主体位于反应器本体1的外部,水管32上设有水泵39,水管32的进水端内置于厌氧反应区2底部中心,水管32的出口端内置于好氧反应区3上部中心。

高附膜载体填料是由多孔矿物质颗粒和高分子载菌颗粒以重量比为4:1组成,所述多孔矿物质的组成成分按重量百分比计包括:26%纳米磷酸钙、23%纳米二氧化硅、5%粘合剂、余量为聚吡咯改性纳米碳,所述的高分子载菌颗粒包括多孔聚氨酯颗粒和固化真菌。其中,所述固化真菌为海枣曲霉,经聚吡咯包膜改性后的纳米碳能提高生物膜的附膜率,采用固化真菌作为另一种载体,一方面能净化污水还能较少矿物载体的使用量,降低成本。

复合微生物菌剂a的组成成分按重量百分比计包括:17%反硝化细菌、12-16%甲烷氧化菌、12%红螺菌、15%酵母菌、7%水解酶、8%超氧物歧化酶、余量为厌氧氨氧化菌,超氧物歧化酶能够消除多余氧自由基,为厌氧菌提供更好的厌氧环境,提高效率。

复合微生物菌剂b的组成成分按重量百分比计包括:16%陶厄氏菌、17%大肠杆菌、15%弗兰克氏菌、9%青霉菌、9%氧化酶、余量为巴氏醋酸杆菌,青霉菌能够抑制革兰氏阳性菌的繁殖,在一定程度上提高了所添加好氧菌的竞争力。

本实施例的工作方法为:

第一步:先进行挂膜驯化,将复合微生物菌剂a与复合微生物菌剂b分别加水配制成浓度为1000mg/l的菌液a和菌液b,菌液a通过污水布水管11流入厌氧反应区2,菌液b通过净水输出口31反送入好氧反应区3,使厌氧反应区2和好氧反应区3内温度维持在15-20℃,两个反应区内连续进水,水力停留时间为12h,接通电源,电机ⅰ8和电机ⅱ22以100r/min的速度旋转,同时依次以直流电强度50、100、150、200、250ma进行梯度挂膜,每个电流梯度运行4天,挂膜完成后排出菌液;

第二步:引进污水处理,将污水通过污水布水管11引入厌氧反应区2,电机ⅰ8带动曝气杆ⅰ4使阴极板ⅰ5和阳极棒ⅰ6以20r/min的速度间歇转动,使污水在电极生物膜中完成初步净化,然后利用水管32将厌氧反应处理后的污水泵送入好氧反应区3,电机ⅱ22带动曝气杆ⅱ19使阴极板ⅱ20和阳极棒ⅱ21以45r/min的速度间歇转动,同时利用空气压缩机24充入空气曝气,使污水在电极生物膜中完成强化净化,产生的污泥汇集到污泥沉淀区29从污泥输送管30排出,处理后的净水从净水输出口31排出。

实施例3

如图6所示,一种新型集成式生物膜反应器,主要包括反应器本体1,反应器本体1为半地埋式结构,如图11所示,反应器本体1为三层结构,内层为传热层33,外层为保温层34,中间层为折流水浴层35,折流水浴层35折流方式为纵向折流、横向折流或螺旋折流,折流水浴层所用的水为好氧反应区3输出的净水,利用水浴对反应器进行保温处理,相较于电加热温度更均匀且耗能小,水热资源利用率高。反应器本体1内部分为厌氧反应区2和好氧反应区3,厌氧反应区2埋于地下,好氧反应区3位于地上,厌氧反应区2的横轴中心设有曝气杆ⅰ4,如图2、4所示,曝气杆ⅰ4内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅰ8之间,导气腔37位于支撑杆7与气体输入管9之间,导气腔37上设有曝气孔38,电缆腔和导气腔之间密封隔断防止气体逃窜和污水逆流,提高了厌氧反应区的密封性。曝气杆ⅰ4的侧面设有阴极板ⅰ5,相邻阴极板ⅰ5之间设有与曝气杆ⅰ4平行的阳极棒ⅰ6,阳极棒ⅰ6的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅰ4上,曝气杆ⅰ4的左端穿过厌氧反应区2外壁连有电机ⅰ8,曝气杆ⅰ4的右端穿过厌氧反应区2外壁通过气体输入管9连接有气体储存罐10,厌氧反应区2的底部设有污水进水管40,厌氧反应区2的上方设有污水布水管11,污水布水管11的下方设有多个喷水口12,厌氧反应区2内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球a14,生物填料球a14内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂a,污水布水管11的上方设有气体收集区15,气体收集区15的下方设有多孔固液分离隔板41,气体收集区15的右端通过气体输出管16与气体收集中心17相连,气体输出管16的中间通过支管18与气体输入管9相通,好氧反应区3内的横轴中心设有曝气杆ⅱ19,如图3、4所示,曝气杆ⅱ21内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅱ21之间,导气腔37位于支撑杆7与空气管23之间,导气腔37上设有曝气孔38。如图4所示,电缆腔36内包含有导线一26和导线二27,导线一26分别与阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20相连,其中,阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20为十字直板型,十字直板型的四个分区内均可对应分布四个阳极棒,提高反应速率;导线二27分别通过支撑杆7内部与阳极棒ⅰ6和阳极棒ⅱ21相连。曝气杆ⅱ19的侧面设有阴极板ⅱ20,相邻阴极板ⅱ20之间设有与曝气杆ⅱ19平行的阳极棒ⅱ21,阳极棒ⅱ21的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅱ19上,曝气杆ⅱ19的左端穿过好氧反应区3外壁连有电机ⅱ22,曝气杆ⅱ19的右端穿过好氧反应区3外壁通过空气管23连接有空气压缩机24,电机ⅱ22的下方设有电源25,曝气杆ⅰ4和曝气杆ⅱ19的右端分别通过导线一26和导线二27与电源25相连,好氧反应区3内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球b28,生物填料球b28内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂b,好氧反应区3的下方设有污泥沉淀区29,污泥沉淀区29为倒三角形,污泥沉淀区29的底部通过污泥输送管30与外界连通,好氧反应区3的右上方设有净水输出口31,厌氧反应区2与好氧反应区3通过水管32相连通,水管32的主体位于反应器本体1的外部,水管32上设有水泵39,水管32的进水端设置在所述多孔固液分离隔板41的上方,可防止三维电极粒子或生物填料球堵塞水管,水管32的出口端内置于好氧反应区3上部中心。

其中,高附膜载体填料是由多孔矿物质颗粒和高分子载菌颗粒以重量比为3:1组成,所述多孔矿物质的组成成分按重量百分比计包括:25%纳米磷酸钙、20%纳米二氧化硅、4%粘合剂、余量为聚吡咯改性纳米碳,所述的高分子载菌颗粒包括多孔聚氨酯颗粒和固化真菌。其中,所述固化真菌为米根霉,经聚吡咯包膜改性后的纳米碳能提高生物膜的附膜率,采用固化真菌作为另一种载体,一方面能净化污水还能较少矿物载体的使用量,降低成本。

其中,复合微生物菌剂a的组成成分按重量百分比计包括:15%反硝化细菌、12%甲烷氧化菌、10%红螺菌、13%酵母菌、5%水解酶、6%超氧物歧化酶、余量为厌氧氨氧化菌,超氧物歧化酶能够消除多余氧自由基,为厌氧菌提供更好的厌氧环境,提高效率。

其中,复合微生物菌剂b的组成成分按重量百分比计包括:13%陶厄氏菌、14%大肠杆菌、12%弗兰克氏菌、8%青霉菌、6%氧化酶、余量为巴氏醋酸杆菌,青霉菌能够抑制革兰氏阳性菌的繁殖,在一定程度上提高了所添加好氧菌的竞争力。

本实施例的工作方法为:

第一步先进行挂膜驯化,将复合微生物菌剂a与复合微生物菌剂b分别加水配制成浓度为1000mg/l的菌液a和菌液b,菌液a通过污水布水管11流入厌氧反应区2,菌液b通过净水输出口31反送入好氧反应区3,使厌氧反应区2和好氧反应区3内温度维持在15℃,两个反应区内连续进水,水力停留时间为12h,接通电源,电机ⅰ8和电机ⅱ22以50r/min的速度旋转,同时依次以直流电强度50、100、150、200、250ma进行梯度挂膜,每个电流梯度运行3天,挂膜完成后排出菌液;

第二步引进污水处理,将污水通过污水进水管40引入厌氧反应区2,电机ⅰ8带动曝气杆ⅰ4使阴极板ⅰ5和阳极棒ⅰ6以10r/min的速度间歇转动,使污水在电极生物膜中完成初步净化,然后利用水管32将厌氧反应处理后的污水泵送入好氧反应区3,电机ⅱ22带动曝气杆ⅱ19使阴极板ⅱ20和阳极棒ⅱ21以30r/min的速度间歇转动,同时利用空气压缩机24充入空气曝气,使污水在电极生物膜中完成强化净化,产生的污泥汇集到污泥沉淀区29从污泥输送管30排出,处理后的净水从净水输出口31排出。

高附膜载体填料是由多孔矿物质颗粒和高分子载菌颗粒以重量比为5:1组成,所述多孔矿物质的组成成分按重量百分比计包括:28%纳米磷酸钙、26%纳米二氧化硅、6%粘合剂、余量为聚吡咯改性纳米碳,所述的高分子载菌颗粒包括多孔聚氨酯颗粒和固化真菌。其中,所述固化真菌为里氏木霉,经聚吡咯包膜改性后的纳米碳能提高生物膜的附膜率,采用固化真菌作为另一种载体,一方面能净化污水还能较少矿物载体的使用量,降低成本。

复合微生物菌剂a的组成成分按重量百分比计包括:18%反硝化细菌、16%甲烷氧化菌、13%红螺菌、16%酵母菌、8%水解酶、9%超氧物歧化酶、余量为厌氧氨氧化菌,超氧物歧化酶能够消除多余氧自由基,为厌氧菌提供更好的厌氧环境,提高效率。

复合微生物菌剂b的组成成分按重量百分比计包括:19%陶厄氏菌、20%大肠杆菌、18%弗兰克氏菌、10%青霉菌、12%氧化酶、余量为巴氏醋酸杆菌,青霉菌能够抑制革兰氏阳性菌的繁殖,在一定程度上提高了所添加好氧菌的竞争力。

本实施例的工作方法为:

第一步:先进行挂膜驯化,将复合微生物菌剂a与复合微生物菌剂b分别加水配制成浓度为1000mg/l的菌液a和菌液b,菌液a通过污水布水管11流入厌氧反应区2,菌液b通过净水输出口31反送入好氧反应区3,使厌氧反应区2和好氧反应区3内温度维持在20℃,两个反应区内连续进水,水力停留时间为12h,接通电源,电机ⅰ8和电机ⅱ22以150r/min的速度旋转,同时依次以直流电强度50、100、150、200、250ma进行梯度挂膜,每个电流梯度运行5天,挂膜完成后排出菌液;

第二步:引进污水处理,将污水通过污水进水管40引入厌氧反应区2,电机ⅰ8带动曝气杆ⅰ4使阴极板ⅰ5和阳极棒ⅰ6以30r/min的速度间歇转动,使污水在电极生物膜中完成初步净化,然后利用水管32将厌氧反应处理后的污水泵送入好氧反应区3,电机ⅱ22带动曝气杆ⅱ19使阴极板ⅱ20和阳极棒ⅱ21以60r/min的速度间歇转动,同时利用空气压缩机24充入空气曝气,使污水在电极生物膜中完成强化净化,产生的污泥汇集到污泥沉淀区29从污泥输送管30排出,处理后的净水从净水输出口31排出。

实施例4

如图7所示,一种新型集成式生物膜反应器,主要包括反应器本体1,反应器本体1为半地埋式结构,如图11所示,反应器本体1为三层结构,内层为传热层33,外层为保温层34,中间层为折流水浴层35,折流水浴层35折流方式为纵向折流、横向折流或螺旋折流,折流水浴层所用的水为好氧反应区3输出的净水,利用水浴对反应器进行保温处理,相较于电加热温度更均匀且耗能小,水热资源利用率高。反应器本体1内部分为厌氧反应区2和好氧反应区3,厌氧反应区2埋于地下,好氧反应区3位于地上,厌氧反应区2的横轴中心设有曝气杆ⅰ4,如图8、11所示,曝气杆ⅰ4内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅰ8之间,导气腔37位于支撑杆7与气体输入管9之间,导气腔37上设有曝气孔38,电缆腔和导气腔之间密封隔断防止气体逃窜和污水逆流,提高了厌氧反应区的密封性。曝气杆ⅰ4的侧面设有阴极板ⅰ5,相邻阴极板ⅰ5之间设有与曝气杆ⅰ4平行的阳极棒ⅰ6,阳极棒ⅰ6的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅰ4上,曝气杆ⅰ4的左端穿过厌氧反应区2外壁连有电机ⅰ8,曝气杆ⅰ4的右端穿过厌氧反应区2外壁通过气体输入管9连接有气体储存罐10,厌氧反应区2的底部设有污水进水管40,厌氧反应区2的上方设有污水布水管11,污水布水管11的下方设有多个喷水口12,厌氧反应区2内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球a14,生物填料球a14内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂a,污水布水管11的上方设有气体收集区15,气体收集区15的下方设有多孔固液分离隔板41,气体收集区15的右端通过气体输出管16与气体收集中心17相连,气体输出管16的中间通过支管18与气体输入管9相通,好氧反应区3内的横轴中心设有曝气杆ⅱ19,如图9、11所示,曝气杆ⅱ21内设有电缆腔36和导气腔37,电缆腔36和导气腔37之间密封隔断,电缆腔36位于支撑杆7与电机ⅱ21之间,导气腔37位于支撑杆7与空气管23之间,导气腔37上设有曝气孔38。如图11所示,电缆腔36内包含有导线一26和导线二27,导线一26分别与阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20相连,其中,阴极板ⅰ5和阴极板ⅱ20为s曲面板型,s曲面板型的两个半圆形分区内可对应分布两个阳极棒,半圆形分区包裹阳极棒形式使得电极反应的有效面积扩大,进而提高反应速率还可节省电能;导线二27分别通过支撑杆7内部与阳极棒ⅰ6和阳极棒ⅱ21相连。曝气杆ⅱ19的侧面设有阴极板ⅱ20,相邻阴极板ⅱ20之间设有与曝气杆ⅱ19平行的阳极棒ⅱ21,阳极棒ⅱ21的左右两端通过支撑杆7固定连接在曝气杆ⅱ19上,曝气杆ⅱ19的左端穿过好氧反应区3外壁连有电机ⅱ22,曝气杆ⅱ19的右端穿过好氧反应区3外壁通过空气管23连接有空气压缩机24,电机ⅱ22的下方设有电源25,曝气杆ⅰ4和曝气杆ⅱ19的右端分别通过导线一26和导线二27与电源25相连,好氧反应区3内部均匀填充有三维电极粒子13和生物填料球b28,生物填料球b28内包含高附膜载体填料和复合微生物菌剂b,好氧反应区3的下方设有污泥沉淀区29,污泥沉淀区29为倒三角形,污泥沉淀区29的底部通过污泥输送管30与外界连通,好氧反应区3的右上方设有净水输出口31,厌氧反应区2与好氧反应区3通过水管32相连通,水管32的主体位于反应器本体1的外部,水管32上设有水泵39,水管32的进水端设置在所述多孔固液分离隔板41的上方,可防止三维电极粒子或生物填料球堵塞水管,水管32的出口端内置于好氧反应区3上部中心。

高附膜载体填料是由多孔矿物质颗粒和高分子载菌颗粒以重量比为4:1组成,所述多孔矿物质的组成成分按重量百分比计包括:26%纳米磷酸钙、23%纳米二氧化硅、5%粘合剂、余量为聚吡咯改性纳米碳,所述的高分子载菌颗粒包括多孔聚氨酯颗粒和固化真菌。其中,所述固化真菌为海枣曲霉,经聚吡咯包膜改性后的纳米碳能提高生物膜的附膜率,采用固化真菌作为另一种载体,一方面能净化污水还能较少矿物载体的使用量,降低成本。

复合微生物菌剂a的组成成分按重量百分比计包括:17%反硝化细菌、12-16%甲烷氧化菌、12%红螺菌、15%酵母菌、7%水解酶、8%超氧物歧化酶、余量为厌氧氨氧化菌,超氧物歧化酶能够消除多余氧自由基,为厌氧菌提供更好的厌氧环境,提高效率。

复合微生物菌剂b的组成成分按重量百分比计包括:16%陶厄氏菌、17%大肠杆菌、15%弗兰克氏菌、9%青霉菌、9%氧化酶、余量为巴氏醋酸杆菌,青霉菌能够抑制革兰氏阳性菌的繁殖,在一定程度上提高了所添加好氧菌的竞争力。

本实施例的工作方法为:

第一步:先进行挂膜驯化,将复合微生物菌剂a与复合微生物菌剂b分别加水配制成浓度为1000mg/l的菌液a和菌液b,菌液a通过污水布水管11流入厌氧反应区2,菌液b通过净水输出口31反送入好氧反应区3,使厌氧反应区2和好氧反应区3内温度维持在15℃,两个反应区内连续进水,水力停留时间为12h,接通电源,电机ⅰ8和电机ⅱ22以50r/min的速度旋转,同时依次以直流电强度50、100、150、200、250ma进行梯度挂膜,每个电流梯度运行3天,挂膜完成后排出菌液;

第二步:引进污水处理,将污水通过污水进水管40引入厌氧反应区2,电机ⅰ8带动曝气杆ⅰ4使阴极板ⅰ5和阳极棒ⅰ6以10r/min的速度间歇转动,使污水在电极生物膜中完成初步净化,然后利用水管32将厌氧反应处理后的污水泵送入好氧反应区3,电机ⅱ22带动曝气杆ⅱ19使阴极板ⅱ20和阳极棒ⅱ21以30r/min的速度间歇转动,同时利用空气压缩机24充入空气曝气,使污水在电极生物膜中完成强化净化,产生的污泥汇集到污泥沉淀区29从污泥输送管30排出,处理后的净水从净水输出口31排出。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

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