一种固定床折流板反应器及其在废水处理中的应用

摘要

本发明提供了一种固定床折流板反应器及其在废水处理中的应用，属于污水处理技术领域，所述固定床折流板反应器包括连通的好氧室和厌氧室；所述好氧室和厌氧室通过孔洞连通；所述好氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的倾斜折流板；所述厌氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的垂直折流板；所述顶面上设置的垂直折流板与顶面垂直；所述底面上设置的垂直折流板与底面垂直；所述折流板上固定有碳纤维膜；所述好氧室设置进水口，所述厌氧室设置出水口和出泥口。本发明所述固定床折流板反应器能够有效降解养殖尾水中氮、磷等低浓度有机污染物。

权利要求

1.一种固定床折流板反应器，其特征在于，由连通的好氧室和厌氧室组成；所述好氧室和厌氧室通过孔洞连通；

所述好氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的倾斜的折流板，所述顶面上设置的折流板与顶面之间形成的锐角为65～70°；所述底面上设置的折流板与底面之间形成的锐角为65～70°；

所述厌氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的垂直的折流板；所述顶面上设置的垂直折流板与顶面垂直；所述底面上设置的垂直折流板与底面垂直；

所述折流板上固定有碳纤维膜；

所述好氧室设置进水口，所述厌氧室设置出水口和出泥口；

所述折流板上设置若干通孔，所述碳纤维膜通过所述通孔固定连接在所述折流板上；

所述折流板上通孔的直径为2～4mm；

所述碳纤维膜的厚度为1～2mm。

2.根据权利要求1所述的固定床折流板反应器，其特征在于，好氧室中折流板的个数为

6～12个；所述厌氧室中折流板的个数为6～12个。

3.根据权利要求1所述的固定床折流板反应器，其特征在于，所述孔洞的个数为2～5个；所述孔洞的直径为1～3cm，相邻两个所述孔洞之间的间距为8～10cm。

4.根据权利要求1所述的固定床折流板反应器，其特征在于，所述好氧室和厌氧室分别设置若干阀门。

5.权利要求1～4任意一项所述的固定床折流板反应器在废水处理中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

1)将待处理废水通过进水口进入好氧室进行好氧处理得到好氧处理后的废水；

2)所述好氧处理后的废水通过孔洞流入厌氧室进行厌氧处理后，通过出水口收集排水，出泥口收集污泥；

所述好氧处理的温度为23～25℃，所述好氧处理的pH值为7～8.5；所述好氧处理的溶解氧为1～2mg/L；

所述厌氧处理的温度为23～25℃，所述厌氧处理的pH值为6.5～8.0。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述固定床折流板反应器在应用过程中总的水力停留时间为8～48h。

说明书

一种固定床折流板反应器及其在废水处理中的应用

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种固定床折流板反应器及其在废水处理中的应用。

背景技术

[0002] 中国是世界上第一水产养殖大国，占世界水产养殖总量的70％左右，但多年来，我国水产养殖业主要还是沿用粗放甚至掠夺式的生产方式。随着水产品需求量的不断增加，在巨大利益的驱使下，很多养殖企业肆意增加养殖密度，大规模投放人工饲料、水产药物等，导致养殖水体污染严重，尤其是养殖尾水中氮、磷元素大量富集。在水产养殖中，投入水体中的饲料只有约30％的蛋白被水产动物吸收利用，多数饲料蛋白通过粪便、残饵、分泌物等形式重新流失到水体中，造成含氮、磷的有机物在水体中累积，当这些有机物多到难以被天然的微生物完全分解时，便造成了水质恶化，从而引发水体缺氧、水生动物发病甚至死亡等一系列后果，而直接排放又将严重破坏生态环境，因此有效降解养殖尾水中氮、磷等有机物的含量具有十分重要的实践意义。

[0003] 现有技术手段运行较稳定，在降解含高浓度氮、磷的养殖尾水时效率较高，固定床折流板反应器在同样具备这些优点的基础上，可实现尾水净化后的循环利用，能够有效降低养殖成本。另一方面，固定床折流板反应器在降解尾水中低浓度的氮、磷等有机物时具有明显优势。以氨氮为例，工业上一般先将高浓度氨氮废水转化为低浓度氨氮废水再处理，然而当氨氮浓度降低到一定值时，微生物生长代谢下降，处理效果明显降低。因此，处理此类低氮、磷浓度的养殖尾水成为实践过程的关键环节。

[0004] 现有技术多应用于高浓度氮、磷的养殖尾水处理，不利于降解低浓度的有机污染物，同时没有对固定床折流板反应器效果的评价。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种固定床折流板反应器及其在废水处理中的应用；利用所述固定床折流板反应器能够有效降解养殖尾水中氮、磷等低浓度有机污染物，所述固定床折流板反应器，以碳纤维生物膜为载体，实现微生物的富集，实现绿色、有效地降解养殖尾水中的低浓度的氮、磷等有机污染物。

[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

[0007] 本发明提供了一种固定床折流板反应器，包括连通的好氧室和厌氧室；所述好氧室和厌氧室通过孔洞连通；

[0008] 所述好氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的倾斜的折流板，所述顶面上设置的折流板与顶面之间形成的锐角为65～70°；所述底面上设置的折流板与底面之间形成的锐角为65～70°；

[0009] 所述厌氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的垂直的折流板；所述顶面上设置的垂直折流板与顶面垂直；所述底面上设置的垂直折流板与底面垂直；

[0010] 所述折流板上固定有碳纤维膜；

[0011] 所述好氧室设置进水口，所述厌氧室设置出水口和出泥口。

[0012] 优选的，所述折流板上设置若干通孔，所述碳纤维膜通过所述通孔固定连接在所述折流板上。

[0013] 优选的，所述通孔的直径为2～4mm。

[0014] 优选的，所述碳纤维膜的厚度为1～2mm。

[0015] 优选的，好氧室中折流板的个数为6～12个；所述厌氧室中折流板的个数为6～12个。

[0016] 优选的，所述孔洞的个数为2～5个；所述孔洞的直径为1～3cm，相邻两个所述孔洞之间的间距为8～10cm。

[0017] 优选的，所述好氧室和厌氧室分别设置若干阀门。

[0018] 本发明提供了所述的固定床折流板反应器在废水处理中的应用。

[0019] 优选的，包括以下步骤：

[0020] 1)将待处理废水通过进水口进入好氧室进行好氧处理得到好氧处理后的废水；

[0021] 2)所述好氧处理后的废水通过孔洞流入厌氧室进行厌氧处理后，通过出水口收集排水，出泥口收集污泥；

[0022] 所述好氧处理的温度为23～25℃，所述好氧处理的pH值为7～8.5；所述好氧处理的溶解氧为1～2mg/L；

[0023] 所述厌氧处理的温度为23～25℃，所述厌氧处理的pH值为6.5～8.0。

[0024] 优选的，所述固定床折流板反应器在应用过程中总的水力停留时间为8～48h。

[0025] 本发明的有益效果：本发明提供的固定床折流板反应器，包括连通的好氧室和厌氧室；所述好氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的倾斜折流板，所述厌氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的垂直折流板；所述折流板上固定有碳纤维膜；本发明以所述碳纤维膜为固定床，实现微生物的生长富集，能够实现有效降解养殖尾水中氮、磷等低浓度有机污染物；废水在所述好氧室内进行硝化反应，在所述厌氧室内进行反硝化反应。通过本发明提供的固定床折流板反应器的处理，废水中的TN、TP去除率能够维持在98％和50％。

附图说明

[0026] 图1为本发明实施例1中提供的固定床折流板反应器的剖面图，其中左图为延整个反应器的剖面图，右图为好氧室和厌氧室连接面的剖面图；

[0027] 图2为本发明实施例1中提供的固定床折流板反应器的俯视图；

[0028] 图3为不同水力停留时间反应器对废水TN与TP的去除率。

具体实施方式

[0029] 本发明提供了一种固定床折流板反应器，包括连通的好氧室和厌氧室；所述好氧室和厌氧室通过孔洞连通；所述好氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的倾斜的折流板，所述顶面上设置的折流板与顶面之间形成的锐角为65～70°；所述底面上设置的折流板与底面之间形成的锐角为65～70°；所述厌氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的垂直的折流板；所述顶面上设置的垂直折流板与顶面垂直；所述底面上设置的垂直折流板与底面垂直；所述折流板上固定有碳纤维膜；所述好氧室设置进水口，所述厌氧室设置出水口和出泥口。

[0030] 在本发明中，所述固定床折流板反应器，包括连通的好氧室和厌氧室。废水在所述好氧室内进行硝化反应，在所述厌氧室内进行反硝化反应。在本发明中，所述好氧室和厌氧室通过孔洞连通。在本发明中，所述孔洞的个数优选为2～5个，更优选为3个；所述孔洞的直径优选为1～3cm，更优选为2cm；在本发明中，相邻两个所述孔洞之间的间距优选为8～10cm，更优选为9cm；所述孔洞横向设置。本发明对所述固定床折流板反应器的容积没有特殊限定，优选的根据具体的废水处理需要确定。在本发明具体实施过程中，所述固定床折流板反应器的容积为80L；其中所述好氧室的容积为40L，所述厌氧室的容积为40L。在本发明中，所述好氧室和厌氧室优选的设置插槽用于折流板的固定。

[0031] 在本发明中，所述好氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的倾斜折流板，所述顶面上设置的折流板与顶面之间形成的锐角为65～70°，优选为70°。在本发明中，所述好氧室内折流板的个数优选为6～12个，更优选为10个；在本发明中，所述折流板上优选的设置若干通孔，所述碳纤维膜优选的通过所述通孔固定连接在所述折流板上。在本发明中，所述通孔的直径优选为2～4mm，更优选为3mm；在本发明中，所述碳纤维膜的厚度优选为1～2mm；本发明对所述碳纤维膜的来源没有特殊限定，采用本领域常规的市售碳纤维膜即可。本发明在所述好氧室外设置外接曝气装置，本发明对所述曝气装置的来源和规格没有特殊限定，采用本领域常规的曝气装置即可。

[0032] 在本发明中，所述好氧室优选的设置若干阀门；所述阀门的个数优选为4～8个，更优选为6个；所述阀门优选的好氧室的上部设置3个，用于取水样；在所述好氧室的下部设置3个，用于取泥样。

[0033] 在本发明中，所述厌氧室内的顶面上和底面上交错设置若干相互平行的垂直折流板；所述顶面上设置的垂直折流板与顶面垂直；所述底面上设置的垂直折流板与底面垂直。在本发明中，除了设置方向与好氧室不同外，所述厌氧室中的折流板与所述好氧室中的折流板一致，在此不再赘述。在本发明中，所述厌氧室设置出水口和出泥口；所述出水口优选的设置于厌氧室的上部，所述出泥口优选的设置于厌氧室的下部。在本发明中，所述厌氧室优选的设置若干阀门；所述阀门的个数优选为4～8个，更优选为6个；所述阀门优选的厌氧氧室的上部设置3个，用于取水样；在所述厌氧室的下部设置3个，用于取泥样。

[0034] 在本发明，所述折流板的作用有：供碳纤维膜上生物的膜附着生长，从而富集微生物；使反应器内形成折流空间，让水流通过反应器时停留更长时间，从而使膜上的微生物与其充分反应。所述好氧室中的折流板设计为倾斜状，还有另外一个作用，是为了使氧气气泡可以在折流板上停留更长的时间，使生物膜可以充分接触氧气，以供膜上好氧微生物生长。

[0035] 本发明提供了所述的固定床折流板反应器在废水处理中的应用。在本发明中，所述应用优选的包括以下步骤：1)将待处理废水通过进水口进入好氧室进行好氧处理得到好氧处理后的废水；2)所述好氧处理后的废水通过孔洞流入厌氧室进行厌氧处理后，通过出水口收集排水，出泥口收集污泥。

[0036] 在本发明中，将待处理废水通过进水口进入好氧室进行好氧处理得到好氧处理后的废水。在本发明中，所述待处理废水优选为氨氮废水，所述废水优选的为鱼塘养殖尾水。在本发明中，所述好氧处理的温度优选为23～25℃，更优选为24℃；所述好氧处理的pH值优选为7～8.5；所述好氧处理的溶解氧优选为1～2mg/L。

[0037] 在本发明中，所述好氧处理后的废水通过孔洞流入厌氧室进行厌氧处理后，通过出水口收集排水，出泥口收集污泥。本发明在所述好氧处理后，优选的利用蠕动泵向所述好氧室泵入新的废水，好氧处理后的废水在新的废水的推动下通过孔洞移入到厌氧室；在本发明中，所述厌氧处理的温度优选为23～25℃，所述厌氧处理的pH值优选为6.5～8.0。

[0038] 在本发明中，所述固定床折流板反应器在应用过程中总的水力停留时间优选为8～48h，更优选为10～15h，最优选为13h。

[0039] 在本发明中，所述反应器在应用前优选的进行启动驯化，本发明对所述启动驯化的条件没有特殊限定，具体步骤参见实施例记载。

[0040] 下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

[0041] 实施例1

[0042] 制作反应器：将总体积为80L的反应器分为前后两个反应室，每室可容纳40L水，中间通过3个直径为2cm的孔洞连接，孔洞间距为9cm，3个孔洞横向设置；入水口连接的一端为好氧室，即硝化室，好氧室中折流板与水平面呈70°夹角倾斜排列，借此增大曝气时生物膜与氧气的接触面积；出水口连接厌氧室，即反硝化室，启动、反应阶段厌氧室呈完全封闭状态，该室中折流板垂直排列；每室侧面皆安装6个阀门，上部3个阀门用于取水样，下部3个用于取泥样；折流板上布有若干3mm直径圆孔，用细铁丝将购买的厚度1-2mm碳纤维膜捆绑固定在折流板上，折流板两面都固定有碳纤维膜。反应器两侧内壁含插槽，长方形的折流板顺着插槽插入，固定在反应器内；好氧室和厌氧室各安装10个折流板(折流板的数量以文字描述为准)。本实施例中的反应器的结构图如图1～2所示，其中1为入水口，2为下方阀门(共6个，用于取泥样)，3为好氧室折流板，4为上方阀门(共6个，用于取水样)，5为厌氧室折流板，6为出水口，7为出泥口，8为两室连接孔洞(3个)。

[0043] 在应用所述反应器进行废水处理过程中，控制温度在23～25℃，好氧室pH值在7～8.5，厌氧室pH值在6.5～8，通过外接曝气装置，对反应器好氧区进行持续曝气，维持溶解氧浓度在1～2mg/L。

[0044] 反应器启动阶段：反应器启动期间，好氧室与厌氧室完全隔离，用橡胶塞堵住连接两室之间的孔洞；取回指定水产养殖厂的尾水水样，测得氨氮、硝氮、总氮、总磷的浓度，氨氮浓度为11.562mg/L，硝氮浓度为17.297mg/L，总氮浓度为29.509mg/L，总磷浓度为2.056mg/L，依照该浓度配置模拟水样；就近选取水产养殖厂取回活性污泥，测得污泥含固率为21.5％，按照1:4的固液比将污泥投放至硝化室，加入模拟水样稀释，控制含固率在
3.5％～5.0％，按照1:1的固液比将污泥投放至反硝化室，同样加入模拟水样稀释，控制含固率在10.0％～11.5％；采用直接挂膜法，将附着在折流板上的碳纤维生物膜静置于反应室中，硝化室持续曝气，反硝化室封闭后不再打开，保证绝对的厌氧环境；经过30天的驯化后，废水中氨氮与硝氮降解率都稳定维持在90％以上，总磷降解率维持在50％以上，这时即可判定反应器启动成功。

[0045] 当所述启动完成后，反应器进入运行阶段，此时不再需要同时配置两室的水样，而是按照表1所示配置模拟水样，从好氧室通入，待硝化反应完成后，通过外加蠕动泵将新的废水泵入好氧室并将好氧室内处理后生成一定浓度硝氮的水样推移至厌氧室中，使其在厌氧环境下发生反硝化反应。

[0046] 表1模拟废水各组分浓度(单位:mg/L)

[0047]

[0048] 获得最佳水力停留时间：改变水力停留时间(HRT)，测得反应器对养殖废水中总氮、总磷的降解率，比较降解效果，获得最适水力停留时间。具体操作为：设置水力停留时间依次为48、36、30、24、18、12、8h，前1/2的水力停留时间用于硝化反应，后1/2的水力停留时间用于反硝化反应，依次缩短HRT，每次缩短HRT之前，需保证在上一HRT条件下反应器至少稳定运行3次，即降解率在连续3次实验中基本维持不变。

[0049] 设置HRT为24h，将模拟水样通入硝化室，取初始水样(H0)测氨氮、硝氮、总氮和总磷的浓度，持续曝气，维持反应器运行12h；经12h反应后，取水样(H1)测氨氮、硝氮、总氮和总磷的浓度；静置2h，待硝化室中溶解氧降为0.2mg/L以下，用外加蠕动泵将新水样泵入好氧室并将好氧室内处理后水样推移至厌氧室，此时从厌氧室中取初始水样(Y0)测氨氮、硝氮、总氮和总磷的浓度；经12h反硝化反应后，取水样(Y1)测氨氮、硝氮、总氮和总磷的浓度；此时水力停留时间为24h，计算总氮和总磷的降解率，重复实验，最终连续3次出现总氮降解率约为99％，总磷降解率约为50％，此时判定反应器运行稳定，数据可靠，可缩短水力停留时间为18h，在此条件下再次重复相同实验。

[0050] 实验结果如图3所示：HRT在18～48h，TN，TP去除率维持在98％，50％左右，当降至12h，TN和TP去除率稳定在87％和45％，降至8h，TN和TP去除率稳定在52％和40％左右。HRT升至13h后，TN和TP降解率回升稳定在98％和44％。

[0051] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。