序批式反应器、在该反应器培养生物膜的方法及利用该反应器处理污水的方法

摘要

本发明公开了一种序批式反应器，包括反应器本体、传感器、调控器和填料，所述调控器根据传感器的信号调整反应器本体的工作状态，所述填料直径为2-5cm，比表面积为180-250m2/m3总体积为反应器本体的30%-80%；本发明在序批式反应器培养生物膜的方法，首先向反应器接种好氧活性污泥，然后向反应器中泵入污水，接着通入空气；最后沉淀即可得到需要的生物膜；本发明同步去除污水中氮磷和有机物的方法，首先向反应器泵入污水，然后静置反应，接着进行曝气处理，最后沉淀排除即可。本发明的序批式反应器，能够同步去除污水中的氮磷和有机物，具有结构紧凑，能耗低的优点。本发明培养生物膜的方法能够获得的为0.5～2mm的呈淡黄色的生物膜。

说明书

技术领域

本发明属于包含生物处理步骤的污水处理领域，涉及一种序批式反应器、在该反应器培 养生物膜的方法以及利用该反应器处理污水的方法。

背景技术

污水处理相关工艺朝着高度集约、低能耗的方向发展。目前广泛采用的污水处理工艺存 在着占地面积大、各单元反应器功能单一、操作能耗高的难题。若将具有不同氧化还原电位 的反应器所发挥的不同功能在时间与空间尺度相结合，例如将有机物去除、硝化与反硝化反 应在反应器内同步进行，那么污水处理所需要的反应时间将会大大的降低，这也意味着显著 提高反应器的效率以及节省反应器的体积。若要令有机物去除、硝化与反硝化同步进行，通 常情况下需要有一定厚度的生物膜以及在反应器内控制适当水平的溶解氧浓度，从而在生物 膜表面形成好氧区域以及生物膜内部形成缺氧区域。若要在上述基础上同时实现磷的同步去 除，则反应器的控制则更为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种序批式反应器，并且提供一种在该反应器培养生 物膜的方法和利用该反应器处理污水的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种序批式反应器，包括反应器本体、进水泵、进气泵、控制系统、填料、排水阀和溶 解氧浓度探测器、硝酸盐浓度探测器、有机物浓度探测器、磷酸盐浓度探测器，所述进水泵、 进气泵和排水阀分别与反应器本体相通，所述控制系统通过分析溶解氧浓度探测器、硝酸盐 浓度探测器、有机物浓度探测器和磷酸盐浓度探测器的信号调整进水泵、进气泵和排水阀的 工作状态，其特征在于：所述填料（5）直径为2-5cm，比表面积为180-250m²/m³，其体积为 反应器本体（4）的30%-80%。

作为本发明的改进，所述填料（5）采用3D打印方法成型，其形状为立体蜂窝类球状， 材质为聚酰胺纤维。

一种在所述序批式反应器培养生物膜的方法，包括以下步骤：

1）、选取所述序批式反应器并接种好氧活性污泥，接种污泥浓度为2g/L-5g/L；

2）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水；

3）、向所述序批式反应器通入空气；

4）、停止通入空气并沉淀；

5）、排除污水；

6）、重复步骤2）～5）三到七次得到需要的生物膜。

作为本发明培养生物膜方法的改进，步骤2）的污水pH为6.5-7.5，温度为8-25℃。

作为本发明培养生物膜方法的进一步改进，步骤2）泵入时，注水时间为30-60分钟，步 骤4）沉淀时间为2-20分钟，步骤5）排除污水时间为5-10分钟。

作为本发明培养生物膜方法的进一步改进，步骤3）通气时间为70-120分钟，通入空气 时表观速率为1.2-5cm/s，通气时反应器中的溶解氧含量大于0.7mg/L。

一种利用序批式反应器同步去除污水中氮磷和有机物的方法，包括在厌氧状态下向反应 器中泵入含有有机物和氮磷的污水步骤、静置反应步骤、向序批式反应器通入空气步骤、停 止通入空气沉淀步骤和排出污水步骤，泵入污水的pH为6.5-7.5，温度为8-25℃。

作为本发明同步去除污水中氮磷和有机物方法的改进，泵入污水时间为30-60分钟，静 置反应时间为15-50分钟，通入空气时间为70-120分钟，沉淀时间为2-20分钟，排除污水时 间为5-10分钟。

作为本发明同步去除污水中氮磷和有机物方法的进一步改进，通入空气时表观速率为 1.2-5cm/s，通气过程中反应器中的溶解氧含量大于0.7g/L。

作为本发明同步去除污水中氮磷和有机物方法的进一步改进，所述反应器的有机负荷为 2.5-3.5gCOD/L·d，所述排出污水步骤时排水比为50-60%。

本发明的有益效果在于：本发明的通过合理设置序批式反应器的结构，可以同步去除污 水中氮磷和有机物，具有结构紧凑，能耗低的优点；本发明的序批式反应器填料的直径较小， 比表面积大，能够形成更好的生物膜，从而达到同步去除污水中氮磷和有机物的目的。本发 明培养生物膜的方法通过接种适合的污泥并改进培养生物膜的步骤，最终获得的生物膜表观 呈淡黄色，且厚度适中，具有优异的同步去除污水中氮磷及有机物的能力。本发明处理污水 的方法通过合理设置处理工艺步骤、工艺条件及工艺参数，能够高效同步去除有机物中的氮 磷及有机物，经处理后的污水中的氮磷和有机物含量低，满足相应国家标准（《城镇污水处 理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》中的一级A排放标准）。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明序批式反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的序批式反应器，包括有效体积为4L的反应器本体4、进水泵1、 进气泵2、控制系统3、填料5、排水阀6和溶解氧浓度探测器7、硝酸盐浓度探测器8、有 机物浓度探测器9、磷酸盐浓度探测器10，所述进水泵1、进气泵2和排水阀6分别与反应 器本体4相通，所述控制系统3通过分析溶解氧浓度探测器7、硝酸盐浓度探测器8、有机物 浓度探测器9和磷酸盐浓度探测器10的信号调整进水泵1、进气泵2和排水阀6的工作状态， 所述填料5直径为3cm，比表面积为200m²/m³，其体积为反应器本体4的80%。

作为本实施例序批式反应器的改进，填料5采用3D打印方法制得，其形状为具有40 个平面的立体蜂窝类球状，材质为聚酰胺纤维。

本实施例在所述序批式反应器培养生物膜的方法，包括以下步骤：

1）、向序批式反应器中接种选自市政污水厂的好氧污泥和厌氧污泥，其浓度均为2g/L；

2）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水至反应器的有效体积，所通 入污水的pH为7，温度为20℃，注水时间为30钟，其中厌氧状态指的是污水中溶解氧以及 硝酸盐、亚硝酸盐的浓度接近零；

3）、向所述序批式反应器通入空气，通气时通过反应器3控制通气时间为100分钟，通 入空气时表观速率为2.5cm/s，反应器中的溶解氧含量为1mg/L；

4）、停止通入空气并沉淀，沉淀时间为10分钟；

5）、由控制器3打开电磁阀6，使得反应器中上方的被净化后的污水由电磁阀6处排出 反应器，排水时间为5分钟；

6）、重复步骤2）～5）四次得到需要的生物膜。

本实施例利用所述序批式反应器同步去除污水中氮磷和有机物在序批式反应器中生物膜 挂膜完成后进行，包括以下步骤：

1）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水，所泵入污水的pH为7温 度为20℃，泵入污水时间为30分钟；

2）、停止向反应器中泵入废水，让污水与反应器中附着在填料上的生物膜反应30分钟；

3）、向序批式反应器通入空气，通气时表观速率为2.5cm/s，通气过程中反应器中的溶 解氧含量为1mg/L，通气时间为100分钟；

4）、停止通入空气进行沉淀，沉淀时间为10分钟；

5）、将沉淀后的上层清液排出，排除污水时间为5分钟，排水比为55%。

作为本实施例同步去除污水中氮磷和有机物方法的改进，处理过程中反应器的有机负荷 为3gCOD/L·d。

实施例2：

本实施例的序批式反应器与实施例1的区别在于，本实施例中填料5直径为5cm，比表 面积为220m²/m³，其体积为反应器本体4的50%，本实施例序批式反应器的中，填料5采用 3D打印方法制得，其形状为具有35个平面的立体蜂窝类球状，材质为聚酰胺纤维。

本实施例在所述序批式反应器培养生物膜的方法，包括以下步骤：

1）、选取所述序批式反应器并接种好氧活性污泥，接种污泥浓度为3g/L；

2）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水，所通入污水的pH为7.5， 温度为8℃，注水时间为60分钟，其中厌氧状态指的是污水中溶解氧以及硝酸盐、亚硝酸盐 的浓度接近零；

3）、向所述序批式反应器通入空气，通气时间为120分钟，通入空气时表观速率为1.2cm/s， 通气时反应器中的溶解氧为0.75g/L；

4）、停止通入空气并沉淀，沉淀时间为3分钟；

5）、排除污水，排除污水时间为7分钟；

6）、重复步骤2）～5）七次得到需要的生物膜。

本实施例利用所述序批式反应器同步去除污水中氮磷和有机物在序批式反应器中生物膜 挂膜完成后进行，包括以下步骤：

1）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水，所泵入污水的pH为7.5， 温度为8℃，泵入污水时间为60分钟；

2）、停止向反应器中泵入废水，让污水与反应器中附着在填料上的生物膜反应45分钟；

3）、向序批式反应器通入空气，通气时表观速率为5cm/s，通气过程中反应器中的溶解 氧含量为0.9mg/L，通气时间为70分钟；

4）、停止通入空气进行沉淀，沉淀时间为3分钟；

5）、将沉淀后的上层清液排出，排除污水时间为5分钟，排水比为50%。

作为本实施例同步去除污水中氮磷和有机物方法的改进，处理过程中反应器的有机负荷 为2.5gCOD/L·d。

实施例3：

本实施例的序批式反应器与实施例1的区别在于，本实施例中填料5直径为2cm，比表 面积为250m²/m³，其体积为反应器本体4的35%，本实施例序批式反应器的中，填料5采 用3D打印方法制得，其形状为具有40个平面的立体蜂窝类球状，材质为聚酰胺纤维。

本实施例在所述序批式反应器培养生物膜的方法，包括以下步骤：

1）、选取所述序批式反应器并接种好氧活性污泥，接种污泥浓度为2g/L；

2）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水，所通入污水的pH为6.5， 温度为25℃，注水时间为45分钟，其中厌氧状态指的是污水中溶解氧以及硝酸盐、亚硝酸 盐的浓度接近零；

3）、向所述序批式反应器通入空气，通气时间为75分钟，通入空气时表观速率为4.8cm/s， 通气时反应器中的溶解氧为0.8g/L；

4）、停止通入空气并沉淀，沉淀时间为18分钟；

5）、排除污水，排除污水时间为10分钟；

6）、重复步骤2）～5）三次得到需要的生物膜。

本实施例利用所述序批式反应器同步去除污水中氮磷和有机物在序批式反应器中生物膜 挂膜完成后进行，包括以下步骤：

1）、在厌氧状态下向反应器中泵入含有有机物和氮磷的污水，所泵入污水的pH为7.2， 温度为8℃，泵入污水时间为30分钟；

2）、停止向反应器中泵入废水，让污水与反应器中附着在填料上的生物膜反应45分钟；

3）、向序批式反应器通入空气，通气时表观速率为1.5cm/s，通气过程中反应器中的溶 解氧含量为0.9mg/L，通气时间为120分钟；

4）、停止通入空气进行沉淀，沉淀时间为18分钟；

5）、将沉淀后的上层清液排出，排除污水时间为10分钟，排水比为60%。

作为本实施例同步去除污水中氮磷和有机物方法的改进，处理过程中反应器的有机负荷 为3.5gCOD/L·d。

本发明的通过合理设置序批式反应器的结构，可以同步去除污水中氮磷和有机物，具有 结构紧凑，能耗低的优点；本发明的序批式反应器填料的直径较小，比表面积大，能够形成 更好的生物膜，从而达到同步去除污水中氮磷和有机物的目的。本发明培养生物膜的方法通 过接种适合的污泥并改进培养生物膜的步骤，最终获得的生物膜表观呈淡黄色，且厚度适中 （约为0.5～2mm），具有优异的同步去除污水中氮磷及有机物的能力。本发明处理污水的 方法通过合理设置处理工艺步骤、工艺条件及工艺参数，能够高效同步去除有机物中的氮磷 及有机物，经处理后的污水中的氮磷和有机物含量低，满足相应国家标准。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述 优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和 细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。