1.本发明属于污水处理及资源化领域,尤其涉及一种推流式菌藻生物膜系统及其应用。
背景技术:
2.目前,我国水资源形势严峻,年人均水量远低于世界平均水平,同时,饮用水水源污染严重,全国超过80%地表水源已被污染,因此,急需发展更加高效的方法处理污水。生活污水是污水的重要组成部分,主要包括灰水和黑水,其中灰水体积比可达到50%~80%。灰水主要包括洗衣机、缸、淋浴器或水槽中的污水,其特点是有机质含量高、悬浮物与浊度比较低,通过处理可以实现循环利用,所以目前灰水处理的技术创新方面有着广阔的前景。
3.灰水中的主要污染来源是肥皂和洗涤剂中的表面活性剂,表面活性剂会影响到污水的各种净化过程,如曝气、消化等,使得传统的污水处理技术很难达到理想的污染物去除效果。传统的生物处理方法需提供大量的氧气,且其利用率较低,污水处理成本高,菌藻共生系统利用微藻与细菌的协同作用,实现污水中的氮(n)、磷(p)、有机质、营养盐以及毒素等降解和去除。菌藻共生系统这一概念,最早由oswald等人首次提出,将传统的稳定塘和藻类光合作用释放氧气的相结合,将栅藻固定于壳聚糖上实现污水净化,12h内,固定化细胞实现了70%的n去除和94%的p去除,而仅仅使用细菌处理36h后,n、p的去除率分别为20%和30%。其他研究者利用菌藻共生系统也实现了污水中n、p、bod(生物需氧量)、重金属、营养物质以及病原体等污染物的同步去除,显示出该技术在污水处理中的巨大应用潜力。
4.菌藻生物膜反应器目前主要集中在实验室水平的研究,如授权公告号cn204779060u,该专利介绍了一种菌藻共生污水处理系统。通过长期的运行实践,上述专利中的菌藻生物膜系统运行稳定,处理效果良好,但存在以下3个问题:
5.(1)上述专利中系统设有温控系统,加热管路局部加热会使反应器中液体温度不均匀,反应器扩大设计运行后,液体温度更不均匀;且温控系统增加反应器处理灰水的能耗,限制了其在实际工程中的推广;
6.(2)上述专利中反应器内液体为混合状态,水力停留时间较长,反应器扩大设计运行后,水力停留时间更长,限制了其在实际工程中的推广;
7.(3)上述专利中系统设有曝气机构,曝气使氧气利用效率较低,污水处理成本相对较高;且由于灰水中含有大量表面活性剂,曝气处理会导致严重的气泡,引起生物膜的流失,从而影响生物处理系统的功能。
技术实现要素:
8.针对现有技术不足,本发明的目的在于提出一种推流式菌藻生物膜反应器及其应用。本发明采用微藻和细菌以共生生物膜形式生长在反应器内填料表面,通过微藻和细菌的生物吸附及生物降解作用实现灰水中各类污染物的同步高效去除。该系统处理灰水效果好,无需额外供氧,完全避免了供氧产生的气泡问题,无需回流,水力停留时间短,节省能
耗,占地面积小,运行费用低,工程放大化应用前景较好。
9.本发明的目的通过以下技术方案实现:
10.一种推流式菌藻生物膜系统,包括:
11.反应器主体,包括箱体和箱盖,所述箱体内部中空且开口向上,所述箱体的两侧分别设置有进水口和出水口;所述箱盖与所述箱体可拆卸连接;
12.引流组件,包括至少一个第一引流板和至少一个第二引流板;所述第一引流板垂直设置于所述箱体的底部,且所述第一引流板的顶部与盖合状态下的所述箱盖之间有间隔;所述第二引流板垂直设置于所述箱盖的底壁,且所述第二引流板的底部与所述箱体的底壁之间有间隔;相邻的任意所述第一引流板和所述第二引流板交替平行设置;
13.若干个空心填料,所述空心填料置于所述箱体内部。
14.优选的,所述箱体的开口端设置有螺纹孔,所述箱盖也设有螺纹孔,所述箱体和所述箱盖通过螺丝连接。
15.优选的,所述第一引流板的数量为两个,两个所述第一引流板沿所述箱体的长度方向平行且间隔设置于所述箱体内部,将所述箱体平均分为3个所述第一区域。
16.优选的,所述每个所述第一区域内设置有一个所述第二引流板,且将所述第一区域平均分为两个第二区域。
17.优选的,每一个所述第二区域内均设置有若干个空心填料。
18.优选的,所述若干个空心填料的材质为高密度聚乙烯。
19.优选的,所述若干个空心填料为三层空心圆状的球形结构;内部两层圆中,每个圆上均匀设有6条棱,外部的圆上均匀设有36条棱。
20.优选的,所述箱体的材质为有机玻璃。
21.上述一种推流式菌藻生物膜系统在灰水处理中的应用。
22.优选的,所述应用,包括如下步骤:
23.首先将微藻接种于所述若干个空心填料中,然后将接种后的若干个空心填料均匀放置于箱体内部,在箱体底部接种污泥;将所述箱盖与所述箱体盖合,从所述进水口通入灰水,所述灰水在第一引流板和第二引流板的引导作用下呈s型流经整个箱体区域,最后从所述出水口流出即可。
24.优选的,所述污泥为城市污水厂二沉池剩余污泥,所述微藻为集胞藻pcc6803。
25.优选的,所述灰水为源分离灰水(含表面活性剂且c/n比较高)、洗衣行业废水(含表面活性剂)和澡堂废水中的至少一种。
26.与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
27.(1)本发明提供了一种推流式菌藻生物膜系统,包括反应器主体、引流组件和空心填料,所述空心填料上接种有微藻,所述引流组件将所述箱体分为若区域,每个区域都是一个独立的菌藻共生系统,利用微藻与细菌两类生物功能之间的协同作用,使二者达到共生状态来降解灰水中的氮(n)、磷(p)、有机质、营养盐以及毒素等,降低的灰水处理过程中co2和n2的排放,同时无需外部供氧。所述微藻和细菌不断在空心填料的内外表面附着生长,形成生物膜,生物膜与水体中的污染物充分接触并将其吸附和降解,使水质得到净化。净化后的水从出水口溢流而出,就达到了排放标准,无需回流。
28.(2)本发明采用的空心填料的比表面积高,双比面积也高,由于具有高的比表面
积,则单位容积内生物量就高,因此可以达到水力停留时间短的目的。
附图说明
29.图1是本发明所述的推流式菌藻生物膜系统的主视图(空心填料隐去)。
30.图2是本发明所述的推流式菌藻生物膜系统的俯视图(空心填料隐去)。
31.图3是本发明所述的推流式菌藻生物膜系统的左视图(空心填料隐去)。
32.图4为本发明所述空心填料的结构示意图。
33.图5为本发明所述的推流式菌藻生物膜系统用于处理灰水的工艺流程图。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
35.参见图1,本发明提供了一种推流式菌藻生物膜系统,其包括反应器主体1,所述反应器主体1包括箱体11和箱盖12,所述箱体11内部中空且开口向上,所述箱体11的两侧分别设置有进水口111和出水口112;所述箱盖12与所述箱体11可拆卸连接;引流组件2,包括至少一个第一引流板21和至少一个第二引流板22;所述第一引流板21垂直设置于所述箱体11的底部,且所述第一引流板21的顶部与盖合状态下的所述箱盖12之间有间隔;所述第二引流板22垂直设置于所述箱盖12的底壁,且所述第二引流板22的底部与所述箱体11的底壁之间有间隔;相邻的任意所述第一引流板21和所述第二引流板22交替平行设置;若干个空心填料3,所述空心填料3置于所述箱体11内部。灰水从所述进水口111进入到所述箱体11内部,灰水依次经过流经所述第一引流板21和第二引流板22组成的区域,且水流呈s型流经整个箱体区域,与此同时,空心填料3上接种有微藻,微藻和细菌不断在空心填料的内外表面附着生长,形成生物膜,生物膜与水体中的污染物充分接触并将其吸附和降解,使水质得到净化,净化后的灰水最终从所述出水口112流出,达标排放,无需回流。
36.参见图1和3,所述箱盖12与所述箱体11可拆卸连接的一种实现方式为:所述箱体11的开口端设置有螺纹孔,所述箱盖12上也设有螺纹孔,所述箱体11和所述箱盖12通过六角螺丝120连接,盖合后的箱体11为反应器内部提供了相对稳定的环境,有利于反应器的平稳运行。
37.参见图1,所述第一引流板21的数量为两个,两个所述第一引流板21沿所述箱体11的长度方向平行且间隔设置于所述箱体11内部,将所述箱体11平均分为3个所述第一区域210;每个所述第一区域210内设置有一个所述第二引流板22,且将所述第一区域210平均分为两个第二区域2100,这样一来,箱体11的内部空间就被分割成了5个区域,水流在箱体内部呈s形依次流经过这5个区域。
38.为了使得水质得到更充分地净化,每一个所述第二区域2100内均设置有若干个空心填料3,这样一来,空心填料上的生物膜能与水流更充分的接触,并将其下吸附和降解,使得水质得到充分地净化。
39.参见图4,所述若干个空心填料3的材质为高密度聚乙烯,长时间浸泡在废水中不会被降解,也不会对生物产生毒害作用,优于采用其他诸如聚氯乙烯等材料。所述空心填料
3为三层空心圆状的球形结构;内部两层圆中,每个圆上均匀设有6条棱,外部的圆上均匀设有36条棱。采用一次成型。普通微生物比表面积为90-180m2/m3,而空心填料的比表面积可达600m2/m3,双比面积高达860m2/m3以上,由于具有高的比表面积,则单位容积内生物量就高,因此可以达到水力停留时间短的目的。
40.为了更好的观察所述箱体11内部水流的情况,所述箱体11的材质为有机玻璃,有机玻璃透明的,便于随时观察箱体内部的情况,若遇到箱体内的引流板和空心填料需要更换的,能够及时发现,及时更换。
41.本发明还提供了一种推流式菌藻生物膜系统在灰水处理中的应用,所述应用包括如下步骤:
42.参见图5,首先将微藻(微藻为来源于中国科学院淡水藻种库的集胞藻pcc6803)接种于所述若干个空心填料3中,然后将接种后的若干个空心填料均匀放置于箱体11内部;将所述箱盖12与所述箱体盖合,从所述进水口111通入灰水,所述灰水在第一引流板21和第二引流板22的引导作用下呈s型流经整个箱体区域,最后从所述出水口112流出即可。
43.本发明提供了一个实施例,箱体11为长、宽和高尺寸分别为15cm
×
10cm
×
10cm的卧式长方体,随后在箱体11的左侧壁距箱盖12 1.5cm处的中间位置打孔,并焊接短管,此处为左侧壁上的溢流出水口112;在箱体11的右侧壁距反应器箱底1.5cm处的中间位置打孔,并焊接短管,此处为右侧壁上的进水口111,然后在箱体11内部设置有2块第一引流板,分别记为211和212;和2块第二引流板22,分别记为221和222;第一引流板211于距箱体右侧壁3cm处,第一引流板212位于距箱体右侧壁9cm处;两块第一引流板与盖合后的箱盖的底壁之间留有3cm通道;第二引流板221位于第一引流板211和212的中间位置,第二引流板222位于第一引流板212与箱体左侧壁中间的位置,两块第二引流板和箱体底壁之间留有3cm通道,这样箱体的内部就被分割成了5个互相联通的区域。
44.所述空心填料3为为三层空心圆状的球形结构;内部两层圆中,每个圆上均匀设有6条棱,外部的圆上均匀设有36条棱。实施例中共有280个空心填料,所述空心填料被均匀放置于5个互相联通的区域中。
45.采用本发明处理源分离灰水,处理水量为2.28l/d,进水cod为408
±
9mg/l,十二烷基苯磺酸钠(las)浓度为137
±
3mg/l,总氮(tn)浓度为12.8
±
0.4mg/l,氨氮(nh
4-n)浓度为5.3
±
0.2mg/l,进水ph值为7.01
±
0.02。实验采用总容积为1.27l,填料所占体积为0.32l,实际有效体积为0.95l;箱体内接种城市污水厂二沉池剩余污泥,接种量为25ml(mlss=4.2g/l),微藻的接种量为20ml(mlss=3.8g/l)。污泥和集胞藻接种入反应器后通过磁力搅拌法使得含有接种污泥和集胞藻的污水在反应器中循环2d,使填料表面形成初步生物膜,停止使用磁力搅拌器,反应器进入连续流的运行阶段,水力停留时间维持在10h。运行20d后,出水cod为25
±
2mg/l,las为0.41
±
0.06mg/l,tn为0.28
±
0.05mg/l,nh
4-n为0mg/l。
46.参见图2和5,本发明所述实施例的工作原理为:反应器运行时,水泵一端与灰水连接,另外一端与反应器进水口111连接。将高含表面活性剂等污染物的灰水由水泵提供动力,进入反应器中,灰水在第一引流板21、第二引流板22的引导作用下呈s型流经5个区域;与此同时,反应器内部的5个区域中,每个区域都放置有接种了微藻的空心填料,水中的微生物不断在空心填料的内外表面附着生长,形成生物膜,污染水中的污染物沿程被空心填料上的微生物同化利用或者降解。灰水由进水口进入,通过推流的方式依次流入5个区域,
沿程灰水中的污染物质逐渐降低,净化后的水由溢流出水口112溢流而出,达标排放,无需回流。
47.以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
技术特征:
1.一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,包括:反应器主体,包括箱体和箱盖,所述箱体内部中空且开口向上,所述箱体的两侧分别设置有进水口和出水口;所述箱盖与所述箱体可拆卸连接;引流组件,包括至少一个第一引流板和至少一个第二引流板;所述第一引流板垂直设置于所述箱体的底部,且所述第一引流板的顶部与盖合状态下的所述箱盖之间有间隔;所述第二引流板垂直设置于所述箱盖的底壁,且所述第二引流板的底部与所述箱体的底壁之间有间隔;相邻的任意所述第一引流板和所述第二引流板交替平行设置;若干个空心填料,所述空心填料置于所述箱体内部。2.根据权利要求1所述一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,所述箱体的开口端设置有螺纹孔,所述箱盖也设有螺纹孔,所述箱体和所述箱盖通过螺丝连接。3.根据权利要求1所述一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,所述第一引流板的数量为两个,两个所述第一引流板沿所述箱体的长度方向平行且间隔设置于所述箱体内部,将所述箱体平均分为3个第一区域。4.根据权利要求3所述一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,每个所述第一区域内设置有一个所述第二引流板,且将所述第一区域平均分为两个第二区域。5.根据权利要求4所述一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,每一个所述第二区域内均设置有若干个空心填料。6.根据权利要求1~5任一项所述一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,每个所述若干个空心填料为三层空心圆状的球形结构;内部两层圆中,每个圆上均匀设有6条棱,外部的圆上均匀设有36条棱。7.根据权利要求1~5任一项所述一种推流式菌藻生物膜系统,其特征在于,所述若干个空心填料的材质为高密度聚乙烯;所述箱体的材质为有机玻璃。8.权利要求1~7任一项所述一种推流式菌藻生物膜系统在灰水处理中的应用。9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,包括如下步骤:首先将微藻接种于所述若干个空心填料中,然后将接种后的若干个空心填料均匀放置于箱体内部,在箱体底部接种污泥;将所述箱盖与所述箱体盖合,从所述进水口通入灰水,所述灰水在第一引流板和第二引流板的引导作用下呈s型流经整个箱体区域,最后从所述出水口流出即可。10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述污泥为城市污水厂二沉池剩余污泥,所述微藻为集胞藻pcc 6803;所述灰水为源分离灰水、洗衣行业废水和澡堂废水中的至少一种。
技术总结
本发明公开了一种推流式菌藻生物膜系统及其应用,所述推流式菌藻生物膜系统包括:反应器主体,包括箱体和箱盖,箱体内部中空且开口向上,箱体的两侧分别设置有进水口和出水口;引流组件,包括至少一个第一引流板和至少一个第二引流板;第一引流板垂直设置于箱体的底部,且第一引流板的顶部与盖合状态下的箱盖之间有间隔;第二引流板垂直设置于箱盖的底壁,且第二引流板的底部与箱体的底壁之间有间隔;相邻的任意第一引流板和第二引流板交替平行设置;若干空心填料,空心填料置于箱体内部。微藻和细菌在空心填料的内外表面附着生长,形成生物膜;生物膜与水体中的污染物充分接触并将其吸附和降解,使水质得到净化。使水质得到净化。使水质得到净化。
技术研发人员:周云 崔晓彩 伍贝贝 任青青 殷闻晓 余子轩 刘千一 高梦惜 李佳柯
受保护的技术使用者:华中农业大学
技术研发日:2021.12.14
技术公布日:2022/3/8