申請日2014.01.10
公開(公告)日2014.05.07
IPC分類號C02F3/00; C02F101/30; C02F3/34; C02F3/32
摘要
本發(fā)明公開一種工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：包括機殼、設置在機殼內的活性生物膜填充層、設置在生物膜填充層底部的鼓氣裝置以及設置在機殼頂部的透氣孔。本發(fā)明的工業(yè)污水生物膜處理裝置設計了獨特的活性生物膜結構，不但能夠提供更大的有機污染物降解反應面積，更具有不易堵塞的優(yōu)點。此外，本發(fā)明的出氣口利用流體力學的原理，以較小功率的氣泵組件帶動大量的污水流動，能夠有效地達到節(jié)能的目的。同樣的通氣量，本發(fā)明的出氣口所能帶動的廢水量及水流速度是普通出氣口的十五倍以上。
權利要求書
1.一種工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：包括機殼(1)、設置在機殼(1)內的活性生物膜填充層、設置在生物膜填充層底部的鼓氣裝置以及設置在機殼頂部的透氣孔(12)。
2.根據權利要求1所述的工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：所述機殼為倒扣的半球體，其底部為與機殼(1)等徑的具有進氣孔(131)的圓盤(13);所述鼓氣裝置設置在所述圓盤(13)下方;所述活性生物膜填充層包括至少2層活性生物膜子層(2);所述至少2層活性生物膜子層為與所述機殼同心的倒扣半球狀;所述活性生物膜子層(2)的頂部設有與所述透氣孔(12)同軸的通孔(22)。
3.根據權利要求2所述的工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：所述相鄰活性生物膜子層(2)底部間的距離為1-5cm;所述進氣孔(131)為與所述相鄰活性生物膜子層(2)的間隙對應且寬度等于間隙的弧形孔;所述鼓氣裝置包括氣泵組件以及與氣泵組件連通的出氣口;所述出氣口包括一水平設置在所述圓盤下方的中空環(huán)狀體(3)，所述環(huán)狀體(3)的包括位于下端出氣部(31)以及位于上端的引導部(32);所述出氣部(31)截面為弧形，其橫向寬度大于引導部(32)截面的橫向寬度;出氣部(31)的外側通過支撐面(33)與引導部(32)外側連接，出氣部(31)內側通過一水流加速面(34)與引導部內側連接;所述支撐面(33)的截面為豎立的直線，所述水流加速面(34)的截面為外凸的平滑曲線;所述出氣部(31)的內側與水流加速面銜接處設有一圈水平的出氣縫(35)，所述出氣縫(35)的開口朝向與水流加速面(34)相切。
4.根據權利要求2或3所述的工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：所述活性生物膜子層包括由聚碳酸酯絲編織成的半球形骨架以及覆蓋在骨架內外表面的活性生物膜;所述骨架上設有密度為10個/cm2-15個/cm2的通孔，所述通孔孔徑為0.2-0.5mm;所述骨架表面還設有多個同心的環(huán)形凹槽。
5.根據權利要求4所述的工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：所述活性生物膜包括基質以及被基質吸附的生物活性成分;所述基質的原料包括按重量計20-40份的瓊脂、5-25份氨基硅球、50-80份的海藻酸鈉、10-15份的聚乙烯肽胺;所述生物活性成分由按重量計7-15份的鳳眼蓮根系提取物以及1-5份濃度為105-107cfu/mL的鼻疽諾卡氏菌菌懸液為原料制成;所述鳳眼蓮根系提取物為按重量計鮮重20-40份的鳳眼蓮根裁切為1-2cm小段后與30-45份的清水混合并通過旋轉式搖床以100-300r/min的轉速震蕩3-5min，除去所述鳳眼蓮根而成;所述基質的原料與所述生物活性成分原料的質量比為5:1。
6.根據權利要求5所述的工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：所述生物活性膜的制備方法為將所述瓊脂、海藻酸鈉、聚乙烯肽胺混合，加入體積為所述混合物1.5-2倍的水，加熱至80-90℃使上述混合物溶于水制成熔膠;將熔膠涂覆在所述骨架內外表面;溶膠凝固后，在其表面涂覆所述鳳眼蓮根系提取物，置于20-30℃環(huán)境中干燥30-50min;再向溶膠表面涂覆所述鼻疽諾卡氏菌菌懸液，置于30-35℃環(huán)境中靜置2-5小時。
7.根據權利要求3或4所述的工業(yè)污水生物膜處理裝置，其特征在于：所述環(huán)狀體外直徑與圓盤直徑之比為0.7：1-0.8:1;所述環(huán)狀體與圓盤間距與環(huán)狀體外直徑之比為1:20-1:30。
說明書
一種工業(yè)污水生物膜處理裝置
技術領域
本發(fā)明涉及污水處理技術領域，具體涉及一種工業(yè)污水生物膜處理裝置。
背景技術
工業(yè)廢水中主要含染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質、重金屬鹽等，具有成分復雜、多變化、濃度高、色度高、毒性強、難降解、水質變動范圍大的特點，是我國主要的有機廢水污染源之一;據有關部門統(tǒng)計，目前我國每年產生工業(yè)廢水約為50億噸。此外，傳統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝方法處理還存在化學藥劑使用量大、處理成本高、占地多、工藝復雜、投資規(guī)模大、廢水回用率低等不足之處。特別是由于近年來出口服裝產業(yè)的發(fā)展、印染后整理技術的進步， PVA 漿料、人造絲堿解物(主要是鄰苯二甲酸類物質)、新型助劑等難生化降解的有機物大量進入廢水中，漂染廢水的處理難度也在增加，使用目前的活性污泥降解工藝已無法完全處理這樣的有機廢水，傳統(tǒng)處理方法受到嚴重的挑戰(zhàn)。因此，找到一種新型的、技術成熟的工業(yè)污水處理方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)處理工藝就顯得非常迫切。
生物膜法是一種常用的廢水生物處理技術，主要是利用附著于固體介質表面的微生物進行有機廢水的處理。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自固體介質向外可分為厭氧層、好氧層、附著水層和運動水層，其原理為：生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氧層的好氧菌將其分解，再進入厭氧層進行厭氧分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復從而達到凈化廢水的目的。但是，生物膜上微生物的不斷生長繁殖以及生物膜截留的污物會增加過濾阻力，甚至阻塞濾料，尤其當廢水預處理不充分或者生物濾池受到負荷沖擊時，濾料極易發(fā)生堵塞，從而造成處理效果低下甚至無法處理等后果�，F有技術一般通過設置反沖洗機構對生物濾池進行沖洗，以降低過濾阻力、防止濾料堵塞。
如申請?zhí)枮?00610068949.0 的中國專利文獻公開了一種曝氣生物濾池，包括濾池、設置在濾池內的曝氣裝置、設置在濾池內的過濾裝置和與濾池底部相通的脈沖式反沖洗裝置，該脈沖式反沖洗裝置能夠對濾層進行多次脈沖沖洗，具有良好的沖洗效果。但是，本發(fā)明提供的生物濾池本身依然較易堵塞，需要頻繁進行反沖洗，在對生物濾池進行反沖洗時，首先關閉廢水進水管閥門，再采用清水對所述曝氣生物濾池進行反沖洗，不僅浪費水氣資源，而且降低了廢水處理效率。
發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種生物膜反應器，本發(fā)明提供的生物膜反應器用于處理廢水時能耗低、不易堵塞、抗負荷沖擊能力強，具有較好的污染物去除效果。
本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現：
一種工業(yè)污水生物膜處理裝置，包括機殼、設置在機殼內的活性生物膜填充層、設置在生物膜填充層底部的鼓氣裝置以及設置在機殼頂部的透氣孔。
鼓氣裝置可向廢水中鼓氣，提高廢水的溶氧濃度，加速其中有機污染物的降解。鼓氣裝置鼓出的氣體在廢水中上升，帶動廢水上升至生物膜填充層，可促進生物膜填充層中廢水的流動速度，從而進一步促進廢水中有機物污染物的分解。通過鼓氣裝置帶動廢水流動，其流速均勻，且不易將質量較大的不溶性雜質攪動，可有效防止位于廢水上層的生物膜填充層被不溶性雜質堵塞。
進一步的，所述機殼為倒扣的半球體，其底部為與機殼等徑的具有進氣孔的圓盤;所述鼓氣裝置設置在所述圓盤下方;所述活性生物膜填充層包括至少2層活性生物膜子層;所述至少2層活性生物膜子層為與所述機殼同心的倒扣半球狀;所述活性生物膜子層的頂部設有與所述透氣孔同軸的通孔。
鼓氣裝置產生的氣體帶動廢水從圓盤的進氣孔進入生物膜子層，與每個生物膜子層接觸，分解其蘊含的有機污染物，處理完的廢水最終從機殼頂部的透氣孔流出。倒扣的半球體機殼及活性膜生物膜子層能夠提供更大的反應面積，有助于進一步提高本發(fā)明對廢水中的有機污染物的降解效率。同時，倒扣的半球狀生物膜子層能夠防止廢水中的固體雜質堆積，進而當值生物膜子層件的空隙被堵塞。另外，半球的形狀具有較高的機械強度，可耐受水流的沖擊和較高的水壓。
所述相鄰活性生物膜子層底部間的距離為1-5cm;所述進氣孔為與所述相鄰活性生物膜子層的間隙對應且寬度等于間隙的弧形孔;所述鼓氣裝置包括氣泵組件以及與氣泵組件連通的出氣口;所述出氣口包括一水平設置在所述圓盤下方的中空環(huán)狀體，所述環(huán)狀體的包括位于下端出氣部以及位于上端的引導部;所述出氣部截面為弧形，其橫向寬度大于引導部截面的橫向寬度;出氣部的外側通過支撐面與引導部外側連接，出氣部內側通過一水流加速面與引導部內側連接;所述支撐面的截面為豎立的直線，所述水流加速面的截面為外凸的平滑曲線;所述出氣部的內側與水流加速面銜接處設有一圈水平的出氣縫，所述出氣縫的開口朝向與水流加速面相切。
氣泵組件將空氣輸入所述中空環(huán)狀體內部，由于出氣縫寬度較窄，無需加大氣泵組件的功率即可使氣縫射出的氣體具有較高的壓強，而帶動環(huán)狀體內側的廢水沿水流加速面向上流動。由于水流加速面上的廢水流動的距離較環(huán)狀體外側的廢水流動的距離長，依據Coanda效應，環(huán)狀體內側產生負壓區(qū)。同時由于出氣縫設置在出氣部內側與水流加速面的銜接處，其開口朝向與水流加速面相切，使所述負壓區(qū)移動至環(huán)狀體下方。在壓力作用下環(huán)狀體外側的污水均被吸引至環(huán)狀體下方的負壓區(qū)，不同方向的水流在負壓區(qū)聚集產生湍流，加速了有機污染物在負壓區(qū)中心聚集。而環(huán)狀體外側的污水在壓力作用下繼續(xù)流向負壓區(qū)，從而推動負壓區(qū)的高濃度污水向上噴射。上述環(huán)狀體利用流體力學的原理，以較小的功率產生較大的水流，節(jié)能效果明顯且具有聚集有機污染物的作用。同時可通過控制氣泵組件的通氣量控制水流速度。
所述活性生物膜子層包括由聚碳酸酯絲編織成的半球形骨架以及覆蓋在骨架內外表面的活性生物膜;所述骨架上設有密度為10個/cm2-15個/cm2的通孔，所述通孔孔徑為0.2-0.5mm;所述骨架表面還設有多個同心的環(huán)形凹槽。
聚碳酸酯具有性質穩(wěn)定、生物親和力強、機械性能優(yōu)秀等優(yōu)點，用其作為骨架可有效提高活性生物膜的強度，使之不易損壞。通孔及通信環(huán)狀凹槽均能進一步加大活性生物膜的面積，促進有機污染物的分解。
所述活性生物膜包括基質以及被基質吸附的生物活性成分;所述基質的原料包括按重量計20-40份的瓊脂、5-25份氨基硅球、50-80份的海藻酸鈉、10-15份的聚乙烯肽胺;所述生物活性成分由按重量計7-15份的鳳眼蓮根系提取物以及1-5份濃度為105-107cfu/mL的鼻疽諾卡氏菌菌懸液為原料制成;所述鳳眼蓮根系提取物為按重量計鮮重20-40份的鳳眼蓮根裁切為1-2cm小段后與30-45份的清水混合并通過旋轉式搖床以100-300r/min的轉速震蕩3-5min，除去所述鳳眼蓮根而成;所述基質的原料與所述生物活性成分原料的質量比為5:1。
以本發(fā)明的用量調配瓊脂、氨基硅球、海藻酸鈉、聚乙烯肽胺為原料制造的降解層，能夠使生物活性物質牢固地附著于其上，同時又具有良好的滲透性供廢水中的有機物進入與生物活性物質反應，還具有較高的強度，不易被分解或廢水侵蝕而破損。尤其是其中的氨基硅球，對非極性有機物具有極強的富集能力，能夠提高生物活性膜附近非極性有機物的濃度，提高其降解效率。
本發(fā)明中生物活性物質選用鳳眼蓮根系提取物與鼻疽諾卡氏菌菌懸液組成。鳳眼蓮是一種常用于廢水治理的植物，尤其對廢水中有機污染物具有較高的降解效率。許多研究相信這是其根系微生物菌群的協同作用，但將上述微生物菌群從鳳眼蓮根系分離后單獨用于污水處理，其性能有較大的下降。而直接利用鳳眼蓮進行污水處理，則具有處理周期長、鳳眼蓮枯萎后容易造成二次污染等問題。因此本發(fā)明將從鳳眼蓮根分離的微生物菌群附著于活性生物膜，進行污水處理。而發(fā)明人同時發(fā)現，本發(fā)明的活性生物膜具有增強鳳眼蓮根系提取物的生物活性。鼻疽諾卡氏菌(Noeardia·fareiniea)，屬于諾卡式菌科的一種，廣泛存在于自然界中。發(fā)明人發(fā)現，將其附著于本發(fā)明的生物活性膜上，能夠與所述鳳眼蓮根系提取物協同作用而增強對漂染廢水中的芳香類有機物的降解能力。此外，當廢水的pH被調為3.8-4時，本發(fā)明的生物活性膜能夠發(fā)揮最大的降解活性。
所述生物活性膜的制備方法為將所述瓊脂、海藻酸鈉、聚乙烯肽胺混合，加入體積為所述混合物1.5-2倍的水，加熱至80-90℃使上述混合物溶于水制成熔膠;將熔膠涂覆在所述骨架內外表面;溶膠凝固后，在其表面涂覆所述鳳眼蓮根系提取物，置于20-30℃環(huán)境中干燥30-50min;再向溶膠表面涂覆所述鼻疽諾卡氏菌菌懸液，置于30-35℃環(huán)境中靜置2-5小時。
采用上述方法制成的生物活性膜，具有比表面積大、有機物易于滲透、生物活性物質附著牢固、降解活性高、生物活性物質無需另外活化處理及機械強度高等優(yōu)點。
所述環(huán)狀體外直徑與圓盤直徑之比為0.7：1-0.8:1;所述環(huán)狀體與圓盤間距與環(huán)狀體外直徑之比為1:20-1:30。
本發(fā)明的工業(yè)污水生物膜處理裝置設計了獨特的活性生物膜結構，不但能夠提供更大的有機污染物降解反應面積，更具有不易堵塞的優(yōu)點。此外，本發(fā)明的出氣口利用流體力學的原理，以較小功率的氣泵組件帶動大量的污水流動，能夠有效地達到節(jié)能的目的。同樣的通氣量，本發(fā)明的出氣口所能帶動的廢水量及水流速度是普通出氣口的十五倍以上。
