專利名稱：污水脫氮方法、反應(yīng)裝置、反應(yīng)器、生物膜組件及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)，尤其涉及污水中氮的去除方法和生物膜反應(yīng)裝置及其反
應(yīng)器與生物膜組件。
背景技術(shù)：
隨著人類活動的不斷增加，環(huán)境資源的不斷改變，含氮污水排放急劇增加，廢水中 氮營養(yǎng)物質(zhì)對環(huán)境所造成的影響也逐漸引起人們的注意。據(jù)2007中國環(huán)境狀況公報統(tǒng)計， 全國地表水污染依然嚴(yán)重，七大水系總體為中度污染，湖泊富營養(yǎng)化問題突出主要污染指 標(biāo)為總氮和總磷。在監(jiān)測的26個湖(庫)中，重度富營養(yǎng)的2個，占7.7%;中度富營養(yǎng)的 3個，占11. 5% ;輕度富營養(yǎng)的9個，占34. 6% 。我國雖然在不斷的新建污水處理廠，到2007 年底，城市污水處理率是58 % ，而農(nóng)村污水處理率只有4% ，農(nóng)村污水排放量在污水總排放 量中所占的比例越來越大。由于部分地區(qū)管道敷設(shè)成本高昂，處理設(shè)施的缺乏，大量的生活 污水和某些興起的工業(yè)廢水隨意排放，飲水和生活環(huán)境的惡化已經(jīng)成為不容忽視的問題。
目前含氮污水的處理技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物脫氮法，其中 物理法主要指氨氮的吹脫法，由于該法應(yīng)用受限制， 一般只用作高濃度氨氮廢水的預(yù)處理， 故不能被廣泛使用；而化學(xué)法與物理化學(xué)法(如離子交換法、加氯氧化法、吸附法、合成消 化法等)由于運(yùn)行成本高，對環(huán)境易造成二次污染，故實(shí)際運(yùn)用中也受到一定的限制。污水 生物脫氮技術(shù)是70年代在美國和南非等國的水處理專家們在化學(xué)、催化和生物方法研究 的基礎(chǔ)上提出的一種經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)，該技術(shù)由于處理過程可靠，處理成本低，操作管 理方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。目前應(yīng)用較廣的生物脫氮工藝有傳統(tǒng)活性污泥法、A2/0、 A/0 工藝、氧化溝脫氮工藝、SBR工藝、M服工藝等。但是以上工藝的主要缺點(diǎn)是由于硝化反應(yīng) 和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行需要兩個獨(dú)立的反應(yīng)器，硝化反應(yīng)進(jìn)行較慢，反應(yīng)器占地面積大，反應(yīng) 時間長，脫氮反硝化需要外加碳源等；MBR雖然較好地克服了以上問題，但是膜污染不但影 響了膜的穩(wěn)定運(yùn)行，也加快膜的更換頻率，嚴(yán)重影響了膜分離工藝的經(jīng)濟(jì)性。SBBR工藝是 在SBR的基礎(chǔ)上把反應(yīng)器中的活性污泥變成帶有載體的生物膜，兼具序批式工藝和生物膜 法的優(yōu)點(diǎn)，通過厭氧、缺氧、好氧等不同工序的控制，在一個反應(yīng)器內(nèi)完成脫氮除磷的過程， 實(shí)現(xiàn)污水處理一體化。其主要優(yōu)點(diǎn)有，占地面積小，處理效率高，處理能力大且運(yùn)行穩(wěn)定，剩 余污泥量少等。 目前在SBBR中主要應(yīng)用的填料有塑料、陶瓷、粒狀活性炭等，如國內(nèi)專利 CN2600437填料選用2-8mm的均勻陶?；蛩芰项w粒，是反應(yīng)器具有懸浮固體SS的額外優(yōu)點(diǎn)； CN1927739選用中空漁網(wǎng)狀聚丙烯外殼和裝于殼內(nèi)空心竹節(jié)和聚乙烯塑料絲狀物，但上以 上填料的主要缺點(diǎn)就是生物膜過濾性較差，老化的生物更新較慢，影響了生物膜凈化性能 充分發(fā)揮。 —般的SBBR在線控制主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，在一定條件下(原水水質(zhì)、溫度、pH等) 進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)后，設(shè)定一系列的控制值或控制范圍，如DO、 ORP和pH等，然后將上述值輸入 控制器中，通過比較設(shè)定值和測量值之間的差值，推測實(shí)際的污水所需要的反應(yīng)條件如國內(nèi)專利CN1837092,日本專利JPA1994091294、JPA1994238294、JPA1997174084。這種控制方 法由于設(shè)定的控制值或控制范圍有限，不能快速適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)的變化，不易于準(zhǔn)確的控制； 同時，此類控制方法只適用于與實(shí)驗(yàn)所取經(jīng)驗(yàn)值同種或類似水質(zhì)的污水，適用范圍局限性 較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、微生物附著性能高、兼?zhèn)溥^濾器作用的生 物膜組件。 本發(fā)明的另
本發(fā)明的又
本發(fā)明的又
本發(fā)明的再 方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種去除污水中氮的生物膜組件，該生物膜組件包
括集水器及軟性載體，該集水器的壁上具有多個過濾小孔，該軟性載體填充于該多個過濾 小孔中，并且填充的松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)該集水器為宜。 其中，該軟性載體為軟性纖維，并且該軟性纖維選用棉線、合成纖維或其兩者的混 紡線。其中，該軟性纖維直徑為0. 5mm-2mm。其中，該多個過濾小孔的直徑為0. 2cm-lcm，各孔之間的中心距為2cm-5cm。
其中，該集水器上還具有一出水管。 而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種制備上述的去除污水中氮的生物膜組件
的方法為在集水器的壁上均勻地打上多個過濾小孔，將軟性載體填充于該集水器的壁上的
過濾小孔中，并且填堵松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)筒內(nèi)為宜。 而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種去除污水中氮的反應(yīng)器，包括上述的生物
膜組件及一反應(yīng)槽，該生物膜組件置于該反應(yīng)槽中。 其中，生物膜組件的體積占水槽體積的1/3至1/2。 而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置，包括上 述的生物膜組件；一反應(yīng)槽，該生物膜組件設(shè)置于該反應(yīng)槽中；一回流裝置，使得在反應(yīng)周 期內(nèi)經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器的水經(jīng)由外部管路重新返回反應(yīng)槽中；一曝氣裝置，對該反 應(yīng)槽中的污水進(jìn)行曝氣，為生物膜內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧氣；一控制系統(tǒng)，一端與一計算 機(jī)連接，另一端與該回流裝置及該曝氣裝置連接，以對該回流裝置及該曝氣裝置的啟動及 運(yùn)行時間進(jìn)行控制。 其中，所述回流裝置由該生物膜組件上方的出水管a通過一第一泵Pl接通至該生 物膜組件下方的回流管b ;所述曝氣裝置，包括一曝氣管，置于生物膜正下方，該曝氣管通 過一空壓機(jī)與一 D0儀連接，并且，該D0儀連接一 D0/溫度監(jiān)測儀，D0/溫度在線測定儀能 夠快速準(zhǔn)確的讀出反應(yīng)周期內(nèi)每一時刻的D0和溫度值，該D0/溫度監(jiān)測儀置于反應(yīng)器內(nèi)的 一角；并且，該曝氣裝置通過該DO儀與該控制系統(tǒng)連接。 其中，還包括一循環(huán)裝置，與該控制系統(tǒng)連接，使得在反應(yīng)周期內(nèi)反應(yīng)槽中的水經(jīng)
目的在于提供一種上述生物膜組件的制備方法。
目的在于提供一種利用該生物膜組件的去除污水中氮的反應(yīng)器。
目的在于提供一種去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置。
目的在于提供一種利用上述控制反應(yīng)裝置的污水生物脫氮的控制由反應(yīng)槽的外部管路循環(huán)返回至反應(yīng)槽中。 其中，所述循環(huán)裝置由該反應(yīng)槽一側(cè)的第一循環(huán)管經(jīng)一第二泵接通至反應(yīng)槽另一 側(cè)上方的第二循環(huán)管，使得反應(yīng)槽中的水流經(jīng)第一循環(huán)管回流至反應(yīng)槽另一側(cè)上方的第二 循環(huán)管。 其中，還包括四個曝氣頭，分別置于生物膜下反應(yīng)器四角，所述曝氣頭均與所述空 壓機(jī)相接。 其中，該回流裝置接通一排水裝置，在反應(yīng)周期結(jié)束后，經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器 的水流由排水裝置抽出排放。 而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種污水生物脫氮的控制方法，利用上述去除 污水中氮的控制反應(yīng)裝置，該控制方法包括步驟一曝氣步驟，通過曝氣裝置，對該反應(yīng)槽 中的污水進(jìn)行曝氣，為生物膜內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧氣；一回流步驟，通過回流裝置，使 得在反應(yīng)周期內(nèi)經(jīng)過該生物膜組件的軟性載體脫氮過濾進(jìn)入集水器的水經(jīng)由外部管路重 新返回反應(yīng)槽中；一控制步驟，通過控制系統(tǒng)，根據(jù)反應(yīng)槽內(nèi)溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前溫 度條件下的硝化反硝化反應(yīng)的時間，對該曝氣步驟及該回流步驟的啟動及運(yùn)行時間進(jìn)行控 制； 其中，還包括一排水步驟，在反應(yīng)周期結(jié)束后，經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器的水流由 排水裝置抽出排放。 其中，該控制步驟包括步驟1 :設(shè)置低限D(zhuǎn)0值；步驟2 :啟動控制系統(tǒng)及曝氣裝 置，運(yùn)行一第一預(yù)定時間后，如果DO^低限D(zhuǎn)O值時，曝氣裝置停，啟動回流裝置，如果D0《 低限D(zhuǎn)0值時，曝氣裝置繼續(xù)運(yùn)行一第二預(yù)定時間后，再次與低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合 D0 >低限D(zhuǎn)0后再啟動回流裝置；缺氧回流該第一預(yù)定時間后，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，停 止回流裝置，啟動曝氣裝置，如果D0 >低限D(zhuǎn)0值時，回流裝置繼續(xù)運(yùn)行該第二預(yù)定時間后 再次與低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合D0《低限D(zhuǎn)0，并且，在此過程內(nèi)，控制系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)槽內(nèi) 溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，該硝化反硝化反應(yīng)進(jìn) 行的時間各減去之前的曝氣時間和缺氧回流時間，確定反應(yīng)階段內(nèi)的曝氣時間Tl和缺氧 時間T2 ;步驟3 :反應(yīng)階段內(nèi)，當(dāng)Tl < 5時，T1為5min，T2時間為115min ;當(dāng)Tl > 115時， Tl為115min，T2為5min，當(dāng)5〈Tl < 115時，曝氣裝置啟動，運(yùn)行Tl時間后，如果D0 >低 限D(zhuǎn)0值時，曝氣裝置停，回流裝置啟動，如果D0《低限D(zhuǎn)0值時，曝氣裝置繼續(xù)運(yùn)行10min 后再次與低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合DO >低限D(zhuǎn)O ;缺氧回流30min后，如果DO《低限D(zhuǎn)O 值時，回流裝置停，曝氣裝置啟動；如果D0 ^低限D(zhuǎn)0值時，回流裝置繼續(xù)運(yùn)行10min后再次 與低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合DO《低限D(zhuǎn)0，此后，再根據(jù)此階段內(nèi)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧升降斜 率(DO曲線斜率)來確定當(dāng)前溫度條件下硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，及下一階段的好缺 氧時間；以及步驟4 :根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)的不同，來決定是否繼續(xù)進(jìn)行下一階 段的處理。其中，以步驟3中D0曲線升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下，下一反應(yīng)周期硝化 反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，判斷過程同步驟3，直至反應(yīng)出水符合所需排放標(biāo)準(zhǔn)或完成限定反 應(yīng)時間。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) (1)生物膜組件制作簡單、成本低廉，可兼作出水過濾器； (2)軟性纖維填料生物附著量大、生物膜在水流剪切作用下更新較快，生物膜與生物膜載體兼具過濾作用，無需另外設(shè)置沉淀時間。
(3)水力停留時間短，減少動力消耗； (4)反應(yīng)器出水水質(zhì)好，工藝緊湊，占地面積小，可節(jié)省處理成本；
(5)運(yùn)行管理方便，控制可自行操作。
(6)采用控制脫氮過程的硝化反硝化時間，極大的節(jié)約了能耗和反應(yīng)時間。


圖1是生物膜組件示意圖；
圖2是反應(yīng)器示意圖； 圖3為本發(fā)明去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置控制關(guān)系示意圖； 圖4為本發(fā)明去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置組成示意圖； 圖5為本發(fā)明的污水生物脫氮的控制方法的流程示意圖； 圖6為本發(fā)明的污水生物脫氮的控制方法的控制過程示意圖； 圖7a為本發(fā)明控制反應(yīng)裝置對合成生活污水處理的NH3_N， TN和COD隨反應(yīng)時間
的濃度變化圖示； 圖7b為本發(fā)明控制反應(yīng)裝置對合成生活污水處理的NH3_N， TN和COD隨反應(yīng)時間 的去除率變化圖示； 圖8a為本發(fā)明控制反應(yīng)裝置對實(shí)際生活污水處理的NH3_N， TN和COD隨反應(yīng)時間 的濃度變化圖示； 圖8a為本發(fā)明控制反應(yīng)裝置對實(shí)際生活污水處理的NH3_N， TN和COD隨反應(yīng)時間 的去除率變化圖示； 圖9a為本發(fā)明時序控制系統(tǒng)對實(shí)際生活污水處理的原水和出水的NH3_N和TN的 濃度； 圖9b為本發(fā)明時序控制系統(tǒng)對實(shí)際生活污水處理的原水、CI和C2出水的NH3_N
和TN的濃度。 其中，附圖標(biāo)記 1-過濾小孔2-軟性載體 3-出水管 4-集水器 5-預(yù)留探頭孔洞6-循環(huán)管 50-反應(yīng)槽 60-生物膜組件、 70-D0儀 80-D0/溫度監(jiān)測儀、 90-曝氣管 100-曝氣頭； B-空壓機(jī) Pl-第一泵、 P2-第二泵
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所建立的去除污水中氮的反應(yīng)裝置的脫氮機(jī)理主要為全程硝化反硝化和 同步硝化反硝化(SND)。微環(huán)境理論研究認(rèn)為由于氧擴(kuò)散的限制，在微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生DO 梯度，微生物絮體的外表面DO較高，以好氧菌、硝化菌為主；深入絮體內(nèi)部，氧傳遞受阻及外部氧的大量消耗，產(chǎn)生缺氧微區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢。正是由于微生物絮體內(nèi)缺氧微環(huán)境的 存在，導(dǎo)致了 SND的發(fā)生。由于微生物種群結(jié)構(gòu)、基質(zhì)分布代謝活動和生物化學(xué)反應(yīng)的不均 勻性，以及物質(zhì)傳遞的變化等因素的相互作用，在微生物絮體和生物膜內(nèi)部會存在多種多 樣的微環(huán)境一般而言，即使是在好氧性環(huán)境占主導(dǎo)地位的微生物系統(tǒng)中，也會存在不同狀
態(tài)的微環(huán)境，系統(tǒng)中各種微環(huán)境的存在相應(yīng)地導(dǎo)致了部分SND的發(fā)生。 污水投入反應(yīng)器后，經(jīng)過生物膜組件中的軟性載體反應(yīng)區(qū)(載體表面為好氧反應(yīng)
區(qū)，而內(nèi)部為缺氧反應(yīng)區(qū))，通過毛細(xì)管作用進(jìn)入集水器內(nèi)部，反應(yīng)期內(nèi)經(jīng)過集水器的水由
泵從新回流至反應(yīng)器底部的循環(huán)管，反應(yīng)結(jié)束后，出水則通過出水泵從集水器中抽出，水力
停留時間根據(jù)不同水質(zhì)選擇(HRT)為2-6小時，即1-3個反應(yīng)周期。 以下分別結(jié)合附圖對本發(fā)明所提供的生物膜組件、其制備方法、包含該生物膜組
件的反應(yīng)器、污水脫氮控制反應(yīng)裝置及污水脫氮的生物控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明 本發(fā)明提供了一種去除污水中氮的生物膜組件，該生物膜組件包括集水器及軟性
載體，該集水器的壁上具有多個過濾小孔，該軟性載體填充于該多個過濾小孔中，并且填充
的松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)該集水器為宜。 圖1為本發(fā)明生物膜組件示意圖，如圖1所示，生物膜組件由軟性載體2和集水 器4組成。該軟性載體為軟性纖維，軟性纖維可以選用0. 5mm-2mm粗的棉線或其它合成纖 維，以棉線和其他合成纖維的混紡線為宜，不僅具有較高的生物附著性，同時，也提高了載 體的耐腐蝕性。集水器4不僅是處理水的收集容器，又是軟性載體2的支持體。該集水器 4 一般采用圓筒形，其數(shù)量和容積可根據(jù)處理水量的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計。筒體材質(zhì)可選擇 有機(jī)玻璃、塑料或不銹鋼材料，圓筒壁厚及直徑視反應(yīng)器所承受的壓強(qiáng)和處理水量選定，當(dāng) 圓筒尺寸較大時，應(yīng)在筒壁上粘接或焊接加強(qiáng)筋，以提高筒體的強(qiáng)度。筒體加蓋或不加蓋， 加蓋時應(yīng)預(yù)留集水器出水管3和必要的監(jiān)測探頭孔洞。集水器4筒壁上均勻地打上直徑為 0. 2cm-lcm的過濾小孔1，以0. 5cm為宜，各過濾小孔1之間的中心距2cm-5cm，視圓筒的強(qiáng) 度和處理水量而定。將上述軟性載體2填充于筒壁的圓形過濾小孔1中，但填堵松緊程度 要適中，使水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)筒內(nèi)為宜。圓筒的兩端采取密封措施，上部密封 蓋開孔插入出水管，以抽取圓筒中的處理水。 本發(fā)明還提供一種制備上述去除污水中氮的生物膜組件的方法，S卩，在集水器的 壁上均勻地打上多個過濾小孔，將軟性載體填充于該集水器的壁上的過濾小孔中，并且填 堵松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)筒內(nèi)為宜。 本發(fā)明還提供一種去除污水中氮的反應(yīng)器，包括上述的生物膜組件及一反應(yīng)槽， 該生物膜組件置于該反應(yīng)槽中。 圖2是本發(fā)明反應(yīng)器示意圖，如圖2所示，將圖1所示的生物膜組件置于水槽中即 構(gòu)成反應(yīng)器，其中，水槽壁上設(shè)置有預(yù)留探頭孔洞5及循環(huán)管6，預(yù)留探頭孔洞5用于插入測 定用探頭，如溫度探頭等，循環(huán)管6用于作為使用中水循環(huán)的管路。水槽的形狀可根據(jù)處理 水量的大小選用圓形或方形，圓筒因其邊壁阻力小、不易產(chǎn)生短流，適用于處理水量小的反 應(yīng)器；而方形反應(yīng)器便于施工，適合大水量情況下使用，生物膜組件的體積占水槽有效體積 的1/3-1/2，視處理污水性質(zhì)和水量而定， 一般對于水量大、含氮濃度較高的污水，生物膜組 件的需要量大。 另外，本發(fā)明還提供一種去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置，圖3為本發(fā)明去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置示意圖，如圖3所示，該控制反應(yīng)裝置包括上述的生物膜組件60 ; —
反應(yīng)槽50，該生物膜組件60設(shè)置于該反應(yīng)槽50中；一回流裝置30，使得在反應(yīng)周期內(nèi)經(jīng)過 軟性載體進(jìn)入集水器的水經(jīng)由外部管路重新返回反應(yīng)槽中；一曝氣裝置40，對該反應(yīng)槽中 的污水進(jìn)行曝氣，為生物膜內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧氣；一控制系統(tǒng)20，一端與一計算機(jī) 10連接，另一端與該回流裝置30及該曝氣裝置40連接，以對該回流裝置30及該曝氣裝置 40的啟動及運(yùn)行時間進(jìn)行控制，其中，該控制系統(tǒng)20為一 PLC控制系統(tǒng)。
其中，所述回流裝置30由該生物膜組件上方的出水管a通過一第一泵Pl接通至 該生物膜組件下方的回流管b，其中，第一泵Pl可為一蠕動泵；所述曝氣裝置40，包括一曝 氣管90，置于生物膜正下方，該曝氣管90通過一空壓機(jī)B與一 DO儀70連接，并且，該DO儀 70連接一 D0/溫度監(jiān)測儀80，該D0/溫度監(jiān)測儀80置于反應(yīng)器內(nèi)的一角，該曝氣裝置40通 過該DO儀70與該P(yáng)LC控制系統(tǒng)20連接。并且，該曝氣裝置40還可包括四個曝氣頭100， 分別置于生物膜下反應(yīng)器四角，所述曝氣頭IOO均與所述空壓機(jī)B相接。
另外，該回流裝置30接通一排水裝置，在反應(yīng)周期結(jié)束后，經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集 水器的水流由排水裝置抽出排放。 另外，該控制反應(yīng)裝置還包括一循環(huán)裝置，與該P(yáng)LC控制系統(tǒng)連接，使得在反應(yīng)周 期內(nèi)反應(yīng)槽中的水經(jīng)由反應(yīng)槽的外部管路循環(huán)返回至反應(yīng)槽中。所述循環(huán)裝置由該反應(yīng)槽 一側(cè)的第一循環(huán)管c經(jīng)一第二泵P2接通至反應(yīng)槽另一側(cè)上方的第二循環(huán)管d，使得反應(yīng)槽 中的水流經(jīng)第一循環(huán)管c回流至反應(yīng)槽另一側(cè)上方的第二循環(huán)管d，其中，第二泵P2可為一 磁力循環(huán)泵。 具體而言，如圖4所示，生物膜組件60置于反應(yīng)槽50中心處，生物膜組件60的出 水管a連接第一泵Pl，在反應(yīng)周期內(nèi)，Pl做循環(huán)泵使用，接通至回流管b，使得經(jīng)過生物膜及 軟性載體進(jìn)入集水器的水重新返回反應(yīng)槽50中，再次回流脫氮，從而促使水流與生物膜的 接觸作用，使得反應(yīng)器周期內(nèi)生物膜的利用率得到最大。在反應(yīng)周期結(jié)束后，第一泵P1接 通出水管，經(jīng)過生物膜及載體進(jìn)入集水器的水流由第一泵P1抽出排放。缺氧回流階段，空 壓機(jī)B停止運(yùn)行，第二泵P2啟動，水流經(jīng)第一循環(huán)管c回流至反應(yīng)槽另一側(cè)上方第二循環(huán) 管d，其目的是增加攪動，促進(jìn)反應(yīng)槽內(nèi)的生化反應(yīng)均勻進(jìn)行。曝氣管90為環(huán)形，置于生物 膜組件60正下方，為生物膜組件60內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧氣，同時，四個曝氣頭100分 別置于生物膜下反應(yīng)器四角方向，協(xié)同曝氣管工作，曝氣管90和曝氣頭IOO均接空壓機(jī)B， 空壓機(jī)B另一端則連接DO儀。DO/溫度監(jiān)測儀80置于反應(yīng)器一角，避免直對曝氣頭上方， 影響監(jiān)測結(jié)果。DO儀經(jīng)PLC控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換輸入信號到計算機(jī)，經(jīng)判斷后輸出控制信號，控制 空壓機(jī)B、第二泵P2的啟停和運(yùn)行時間。反應(yīng)期間，反應(yīng)器內(nèi)污水水位應(yīng)時刻保持在沒過集 水筒位置，目的是使集水筒內(nèi)保持良好的真空狀態(tài)，便于水流順利進(jìn)入和抽出。
另外，本發(fā)明還提供一種利用上述圖3及圖4中的去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置 的污水生物脫氮的控制方法，圖5為本發(fā)明的污水生物脫氮的控制方法的流程示意圖，如 圖5所示，該控制方法包括步驟一曝氣步驟(Sl)，通過曝氣裝置，對該反應(yīng)槽中的污水進(jìn) 行曝氣，為生物膜內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧氣；一回流步驟(S2)，通過回流裝置，使得在反 應(yīng)周期內(nèi)經(jīng)過該生物膜組件的軟性載體脫氮過濾進(jìn)入集水器的水經(jīng)由外部管路重新返回 反應(yīng)槽中；一控制步驟(S3)，通過PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)反應(yīng)槽內(nèi)溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前 溫度條件下的硝化反硝化反應(yīng)的時間，對該曝氣步驟及該回流步驟的啟動及運(yùn)行時間進(jìn)行
另外，還包括一排水步驟，在反應(yīng)周期結(jié)束后，經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器的水流由 排水裝置抽出排放。 其中，如圖6所示，該控制步驟包括步驟1 :設(shè)置低限D(zhuǎn)O值，取值依據(jù)是此DO 值以下，生物膜內(nèi)的反硝化菌處于活躍狀態(tài)，反硝化菌處于主導(dǎo)地位，取值范圍可設(shè)定為
0. 2-1. 0mg/L，于圖6中，低限D(zhuǎn)O值以0. 2mg/L為例；步驟2 :污水投入反應(yīng)器內(nèi)，啟動PLC 控制系統(tǒng)及曝氣裝置，運(yùn)行一第一預(yù)定時間后(圖6所示為30min)，如果DO >低限D(zhuǎn)O值 時，曝氣裝置停，啟動回流裝置，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，曝氣裝置繼續(xù)運(yùn)行一第二預(yù)定時間 后(圖6所示為10min)，再次與低限D(zhuǎn)O進(jìn)行比較，直到符合DO >低限D(zhuǎn)O后再啟動回流裝 置；缺氧回流該第一預(yù)定時間后，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，停止回流裝置，啟動曝氣裝置，如 果DO >低限D(zhuǎn)O值時，回流裝置繼續(xù)運(yùn)行該第二預(yù)定時間后再次與低限D(zhuǎn)O進(jìn)行比較，直到 符合DO《低限D(zhuǎn)O，并且，在此過程內(nèi)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)槽內(nèi)溶解氧升降斜率來確定 當(dāng)前溫度條件下硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，即反應(yīng)階段的好缺氧時間，該硝化反硝化反 應(yīng)進(jìn)行的時間各減去之前的曝氣時間和缺氧回流時間，即為反應(yīng)階段內(nèi)的曝氣(Tl)和缺 氧(T2)時間，從而，確定了反應(yīng)階段內(nèi)的曝氣時間T1和缺氧時間T2;步驟3:反應(yīng)階段內(nèi)， 當(dāng)Tl < 5時，Tl為5min， T2時間為115min ;當(dāng)Tl > 115時，Tl為115min， T2為5min，當(dāng) 5<T1 < 115時，曝氣裝置啟動，運(yùn)行T1時間后，如果DO^低限D(zhuǎn)O值時，曝氣裝置停，回流 裝置啟動，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，曝氣裝置繼續(xù)運(yùn)行10min后再次與低限D(zhuǎn)O進(jìn)行比較，直 到符合DO >低限D(zhuǎn)O ;缺氧回流30min后，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，回流裝置停，曝氣裝置啟 動；如果DO >低限D(zhuǎn)O值時，回流裝置繼續(xù)運(yùn)行10min后再次與低限D(zhuǎn)O進(jìn)行比較，直到符合 DO《低限D(zhuǎn)0，此后，再根據(jù)此階段內(nèi)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下硝化 反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，及下一階段的好缺氧時間；以及步驟4 :以步驟3中DO曲線升降斜 率來確定當(dāng)前溫度條件下，下一反應(yīng)周期硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，判斷過程同步驟3， 直至第四個好氧階段結(jié)束止。 其中，控制系統(tǒng)是以本階段DO曲線升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下，下一反應(yīng)周
期硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，污水的濃度不同，每個周期內(nèi)的好氧缺氧時間也不同。 本發(fā)明的污水脫氮控制裝置及控制方法的主要特征是能夠針對實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)和
反應(yīng)溫度，迅速做出反應(yīng)控制，不僅克服了水質(zhì)的局限性，同時準(zhǔn)確判斷了曝氣和回流時
間，縮短反應(yīng)時間，有效地降低運(yùn)行成本。D0/溫度在線測定儀能夠快速準(zhǔn)確的讀出反應(yīng)周
期內(nèi)每一時刻的DO和溫度值，并且，該控制裝置能夠根據(jù)需要自動記錄保存一段時間內(nèi)的
DO和溫度值，約15天，數(shù)據(jù)及曲線存儲格式為Microsoft Excel工作表，取用十分方便。此
外，本發(fā)明控制裝置與生物膜組件相結(jié)合的工藝，不需要外加碳源和回流硝化原液，極大地
節(jié)省了基建費(fèi)用和動力消耗。 以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例 實(shí)施例1 有機(jī)玻璃筒高20cm，直徑7cm，容積為0. 77L。筒壁均勻地打上直徑為5mm的過濾 小孔，孔中心距沿周長方向和法線方向均為2cm，過濾小孔用混紡線填充。在圓筒壁面掛上
1. 5mm粗的棉線作為軟性生物膜載體，外掛棉線長約8 10cm。另外，過濾小孔沿法線方向 交錯排列，以使圓筒壁面棉線覆蓋較為均勻，這樣就獲得了本發(fā)明的生物膜組件，將其置于有機(jī)玻璃槽(高30cm，長40cm，寬25cm，容積為30L)中，即得本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器。
如圖4所示，本發(fā)明的去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置中，生物膜組件60置于反應(yīng) 槽50中心處，生物膜組件60的出水管a連接第一泵Pl，在反應(yīng)周期內(nèi)，第一泵Pl做循環(huán)泵 使用，接通至回流管b，使得經(jīng)過生物膜及軟性載體進(jìn)入集水器的水重新返回反應(yīng)槽50中 再次，從而促使水流與生物膜的接觸作用，使得反應(yīng)器周期內(nèi)生物膜的利用率得到最大。在 反應(yīng)周期結(jié)束后，第一泵Pl接通出水管，經(jīng)過生物膜及載體進(jìn)入集水器的水流由第一泵Pl 抽出排放。缺氧回流階段，空壓機(jī)B停止運(yùn)行，第二泵P2啟動，水流經(jīng)第一循環(huán)管c回流至 反應(yīng)槽另一側(cè)上方第二循環(huán)管d，其目的是增加攪動，促進(jìn)反應(yīng)槽內(nèi)的生化反應(yīng)均勻進(jìn)行。 曝氣管90為環(huán)形，置于生物膜組件60正下方，為生物膜組件60內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧 氣，同時，四個曝氣頭100分別置于生物膜下反應(yīng)器四角方向，協(xié)同曝氣管工作，曝氣管90 和曝氣頭100均接空壓機(jī)B，空壓機(jī)B另一端則連接DO儀。DO/溫度監(jiān)測儀80置于反應(yīng)器 一角，避免直對曝氣頭上方，影響監(jiān)測結(jié)果。DO儀經(jīng)PLC控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換輸入信號到計算機(jī)， 經(jīng)判斷后輸出控制信號，控制空壓機(jī)B、第二泵P2的啟停和運(yùn)行時間。反應(yīng)期間，反應(yīng)器內(nèi) 污水水位應(yīng)時刻保持在沒過集水筒位置，目的是使集水筒內(nèi)保持良好的真空狀態(tài)，便于水 流順利進(jìn)入和抽出。 采用本發(fā)明如圖4所示的生物膜組件、生物膜反應(yīng)器及控制反應(yīng)裝置，合成生活 污水進(jìn)水COD為400mg/L，氨氮50mg/L時，圖7a及圖7b為本發(fā)明的控制反應(yīng)裝置對合成 生活污水的處理效果圖，如圖7a及圖7b所示，進(jìn)水4h后即可達(dá)到國家綜合排放二級出水 標(biāo)準(zhǔn)，6h后即可達(dá)到一級出水標(biāo)準(zhǔn)。C0D的降解速度比較快，進(jìn)水2小時后殘留濃度即低于 50mg/L，但是隨后1-2個小時內(nèi)，出現(xiàn)了濃度升高的趨勢，這可能是由于進(jìn)水初期生物膜吸 附的COD逐漸釋放，使得殘留濃度出現(xiàn)反彈，在進(jìn)水后4小時，溶解的COD又被微生物所利 用；NHfN和TN的去除效果具有很好的匹配性，說明TN中氮的主要形態(tài)為NH3_N，同時，也說 明生物膜具有良好的反硝化效果，反應(yīng)初期，TN和NHfN去除率幾乎一致，反映了在碳源充 足的條件下，反硝化效果良好，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到3h之后，兩者降解率開始出現(xiàn)差距，并且隨著 反應(yīng)時間的延長而加劇，其主要原因可能是由于碳源不足引起的。TN殘留15. 40mg/L，去除 率為69%，說明本反應(yīng)器及其控制程序具有良好的同時硝化反硝化的效果。
例2 生物膜組件的制備和去除水中氮的控制方法如例l，所不同的是，進(jìn)水為實(shí)際生活 污水COD為700mg/L，氨氮31mg/L時，圖8a及圖8b為本發(fā)明控制反應(yīng)裝置對實(shí)際生活污水 的處理效果，如圖8a及圖8b所示，進(jìn)水2h后即可達(dá)到國家綜合排放二級出水標(biāo)準(zhǔn)，4h后即 可達(dá)到一級出水標(biāo)準(zhǔn)。COD的去除規(guī)律與合成生活污水相似，主要發(fā)生在進(jìn)水后前2個小時 內(nèi)，之后的幾個小時變化都很微弱。與合成生活污水相比，本發(fā)明裝置對生活污水NH3-N的 處理效果更佳，4h內(nèi)氨氮即可全部去除，這與生活污水的易于生化的特性有關(guān)。TN的去除 主要發(fā)生在前4h， TN殘留7. 32mg/L，后2h去除率基本穩(wěn)定在75%左后。
例3 生物膜組件的制備如實(shí)施例l，不采用控制系統(tǒng)，使用時序繼電器控制時，當(dāng)進(jìn)水 為實(shí)際生活污水COD為600mg/L，氨氮45mg/L左右時，如圖9a所示，在DO = 6mg/L條件下， 進(jìn)水1個周期(每個周期7h曝氣，1. 5h厭氧)后，氨氮可達(dá)到國家綜合排放一級出水標(biāo)準(zhǔn)； COD僅能達(dá)到二級出水標(biāo)準(zhǔn)。TN殘留28mg/L左右，去除率不到50% 。
例4 生物膜組件的制備如例l，不采用控制系統(tǒng)，使用時序繼電器控制時，當(dāng)進(jìn)水為實(shí) 際生活污水COD為近362mg/L，氨氮56mg/L時，如圖9b所示，圖中C1、C2分別是反應(yīng)1周期 和2周期出水，在DO = 2mg/L條件下，進(jìn)水1、2個周期(每個周期7h曝氣，1. 5h厭氧)后， 氨氮可達(dá)到國家綜合排放一級出水標(biāo)準(zhǔn)；COD僅將要能達(dá)到二級出水標(biāo)準(zhǔn)。TN殘留31mg/L 左右，去除率不到50%。 通過以上具體實(shí)施方式
對比，本發(fā)明的污水脫氮方法及反應(yīng)裝置對生活污水處理 效率更佳。 本發(fā)明的污水脫氮控制方法根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件 下的硝化反硝化反應(yīng)的時間，并且，污水脫氮控制反應(yīng)裝置的生物膜組件既起到生物膜載 體的作用，又起到處理水的過濾作用，因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)生物膜組件制作簡單、成本低廉，可兼作出水過濾器； (2)軟性纖維填料生物附著量大、生物膜在水流剪切作用下更新較快，生物膜與生 物膜載體兼具過濾作用，無需另外設(shè)置沉淀時間。
(3)水力停留時間短，減少動力消耗； (4)反應(yīng)器出水水質(zhì)好，工藝緊湊，占地面積小，可節(jié)省處理成本；
(5)運(yùn)行管理方便，控制可自行操作。
(6)采用控制脫氮過程的硝化反硝化時間，極大的節(jié)約了能耗和反應(yīng)時間。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種去除污水中氮的生物膜組件，其特征在于，該生物膜組件包括集水器及軟性載體，該集水器的壁上具有多個過濾小孔，該軟性載體填充于該多個過濾小孔中，并且填充的松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)該集水器為宜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中氮的生物膜組件，其特征在于，該軟性載體為軟 性纖維，并且該軟性纖維選用棉線、合成纖維或其兩者的混紡線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的去除污水中氮的生物膜組件，其特征在于，該軟性纖維直徑 為0. 5mm_2mm0
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除污水中氮的生物膜組件，其特征在于，該多個過濾小孔 的直徑為0. 2cm-lcm，各孔之間的中心距為2cm-5cm。
5. —種制備權(quán)利要求1所述的去除污水中氮的生物膜組件的方法，其特征在于，在集 水器的壁上均勻地打上多個過濾小孔，將軟性載體填充于該集水器的壁上的過濾小孔中， 并且填堵松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)筒內(nèi)為宜。
6. —種去除污水中氮的反應(yīng)器，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的生物膜組件及一 反應(yīng)槽，該生物膜組件置于該反應(yīng)槽中。
7. —種去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置，其特征在于，包括 權(quán)利要求1所述的生物膜組件； 一反應(yīng)槽，該生物膜組件設(shè)置于該反應(yīng)槽中；一回流裝置，使得在反應(yīng)周期內(nèi)經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器的水經(jīng)由外部管路重新返回 反應(yīng)槽中；一曝氣裝置，對該反應(yīng)槽中的污水進(jìn)行曝氣，為生物膜內(nèi)好氧細(xì)菌提供充足的氧氣； 一控制系統(tǒng)， 一端與一計算機(jī)連接，另一端與該回流裝置及該曝氣裝置連接，以對該回 流裝置及該曝氣裝置的啟動及運(yùn)行時間進(jìn)行控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的去除污水中氮的生物膜組件的控制反應(yīng)裝置，其特征在于 所述回流裝置由該生物膜組件上方的出水管通過一第一泵接通至該生物膜組件下方的回流管；所述曝氣裝置，包括一曝氣管，置于生物膜正下方，該曝氣管通過一空壓機(jī)與一 D0儀 連接，并且，該D0儀連接一 D0/溫度監(jiān)測儀，D0/溫度在線測定儀能夠快速準(zhǔn)確的讀出反應(yīng) 周期內(nèi)每一時刻的D0值和溫度值，該D0/溫度監(jiān)測儀置于反應(yīng)器內(nèi)的一角；其中，該曝氣裝置通過該D0儀與該控制系統(tǒng)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的去除污水中氮的生物膜組件的控制反應(yīng)裝置，其特征在于， 該回流裝置接通一排水裝置，在反應(yīng)周期結(jié)束后，經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器的水流由排水 裝置抽出排放。
10. —種污水生物脫氮的控制方法，利用權(quán)利要求7的去除污水中氮的控制反應(yīng)裝置， 其特征在于，該控制方法包括步驟一曝氣步驟，通過曝氣裝置，對該反應(yīng)槽中的污水進(jìn)行曝氣，為生物膜內(nèi)好氧細(xì)菌提供 充足的氧氣；一回流步驟，通過回流裝置，使得在反應(yīng)周期內(nèi)經(jīng)過該生物膜組件的軟性載體脫氮過 濾進(jìn)入集水器的水經(jīng)由外部管路重新返回反應(yīng)槽中；一控制步驟，通過控制系統(tǒng)，根據(jù)反應(yīng)槽內(nèi)溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下的硝化反硝化反應(yīng)的時間，對該曝氣步驟及該回流步驟的啟動及運(yùn)行時間進(jìn)行控制。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的污水生物脫氮的控制方法，其特征在于，還包括一排水步驟，在反應(yīng)周期結(jié)束后，經(jīng)過軟性載體進(jìn)入集水器的水流由排水裝置抽出排放。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的污水生物脫氮的控制方法，其特征在于，包括該控制步驟 包括步驟l :設(shè)置低限D(zhuǎn)0值;步驟2 :啟動控制系統(tǒng)及曝氣裝置，運(yùn)行一第一預(yù)定時間后，如果DO >低限D(zhuǎn)O值時，曝氣裝置停，啟動回流裝置，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，曝氣裝置繼續(xù)運(yùn)行一第二預(yù)定時間后，再 次與低限D(zhuǎn)O進(jìn)行比較，直到符合DO >低限D(zhuǎn)O后再啟動回流裝置；缺氧回流該第一預(yù)定時 間后，如果DO《低限D(zhuǎn)O值時，停止回流裝置，啟動曝氣裝置，如果D0 >低限D(zhuǎn)0值時，回流 裝置繼續(xù)運(yùn)行該第二預(yù)定時間后再次與低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合D0《低限D(zhuǎn)0，并且，在 此過程內(nèi)，控制系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)槽內(nèi)溶解氧升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下硝化反硝化反應(yīng) 進(jìn)行的時間，該硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間各減去之前的曝氣時間和缺氧回流時間，確定 反應(yīng)階段內(nèi)的曝氣時間Tl和缺氧時間T2 ;步驟3 :反應(yīng)階段內(nèi)，當(dāng)Tl < 5時，Tl為5min， T2時間為115min ;當(dāng)Tl > 115時，Tl 為115min，T2為5min，當(dāng)5 < Tl < 115時，曝氣裝置啟動，運(yùn)行Tl時間后，如果D0 >低限 D0值時，曝氣裝置停，回流裝置啟動，如果D0《低限D(zhuǎn)0值時，曝氣裝置繼續(xù)運(yùn)行10min后 再次與低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合D0 >低限D(zhuǎn)0 ;缺氧回流30min后，如果D0《低限D(zhuǎn)0值 時，回流裝置停，曝氣裝置啟動；如果D0^低限D(zhuǎn)0值時，回流裝置繼續(xù)運(yùn)行10min后再次與 低限D(zhuǎn)0進(jìn)行比較，直到符合DO《低限D(zhuǎn)0，此后，再根據(jù)此階段內(nèi)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧升降斜率 來確定當(dāng)前溫度條件下硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)行的時間，及下一階段的好缺氧時間；步驟4:根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及預(yù)期的排放標(biāo)準(zhǔn)的不同，來決定是否繼續(xù)進(jìn)行下一階段的處 理，其中，以步驟3中D0曲線升降斜率來確定當(dāng)前溫度條件下，下一反應(yīng)周期硝化反硝化反 應(yīng)進(jìn)行的時間，判斷過程同步驟3，直至反應(yīng)出水符合所需排放標(biāo)準(zhǔn)或完成限定反應(yīng)時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種污水脫氮控制方法及反應(yīng)裝置、生物膜組件、反應(yīng)器。該生物膜組件包括集水器及軟性載體，該集水器的壁上具有多個小孔，該軟性載體填充于該多個小孔中，并且填充的松緊程度以水能夠通過毛細(xì)管作用順利流進(jìn)該集水器為宜。本發(fā)明以軟性纖維作為生物膜載體制成生物膜組件，將該生物膜組件置于水槽中構(gòu)成生物膜反應(yīng)器，根據(jù)不同溫度條件下硝化菌和反硝化菌完成脫氮過程的硝化反硝化時間來控制DO值。反應(yīng)器內(nèi)的硝化反硝化菌通過全程硝化反硝化及同步硝化反硝化機(jī)理去除生活污水中的氮。本發(fā)明的特點(diǎn)是處理效率高，水力停留時間短，能耗低；不需沉淀裝置，可節(jié)省成本；適用于家庭、小區(qū)或工廠等的生活污水及類似水質(zhì)的污水脫氮處理。
文檔編號C02F3/12GK101792208SQ200910077918
公開日2010年8月4日 申請日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者馮傳平, 町井弘禧, 陶村貴, 高宇 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)