本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種水平流生物膜反應(yīng)裝置，尤其是涉及一種兼具緩釋堿度和碳源功能的水平流生物膜反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

村鎮(zhèn)污水產(chǎn)量小、產(chǎn)源分散、水質(zhì)水量波動大，且污水中有機物及氮磷含量高，對人類的健康和生活環(huán)境帶來了極大的負面影響。傳統(tǒng)生物脫氮工藝活性污泥法雖然處理能力大、處理效率高，有較好的脫氮除磷性能，但其并不適合村鎮(zhèn)污水處理，且活性污泥法通常需要在兩個相互隔離的反應(yīng)器中進行，或者在空間或時間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應(yīng)器中進行，占地面積大，建造成本高、污泥難處理。

生物膜技術(shù)是一種長期廣泛應(yīng)用的污水處理方法。當(dāng)污水流過生物膜載體時，微生物首先附著在載體表面，然后在其表面不斷生長繁殖，形成生物膜。膜的表面由于與空氣接觸而溶有較多的氧，形成好氧生物膜，隨著生物膜厚度的不斷增加，膜的內(nèi)層溶解氧逐漸減少，易形成厭氧層。微生物以污水中的有機物作為營養(yǎng)物，使污染物得到降解，同時能在好氧層進行硝化反應(yīng)，在厭氧層進行反硝化，達到脫氮效果。

傳統(tǒng)的生物膜反應(yīng)器大多為單級反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，但不利于各種功效不同的優(yōu)勢微生物菌群生長環(huán)境的構(gòu)建，處理效能較低。水平流生物膜反應(yīng)器(hfbr)是一種去除有機物和氨氮的一體式污水處理反應(yīng)器，是一種占地省、經(jīng)濟簡便的新型污水處理工藝設(shè)備。在hfbr系統(tǒng)內(nèi)部，污水靠自重力作用流經(jīng)反應(yīng)器每一層載體。反應(yīng)系統(tǒng)具有多層生物膜載體平板，每層平板均長生物膜，增大了污水和生物膜的接觸面積，增加了水力停留時間；反應(yīng)器不需要曝氣裝置，每一層生物膜均可與空氣接觸進行復(fù)氧過程。

在生物處理法脫氮時，往往硝化過程中需要消耗大量堿度，反硝化過程中需要消耗大量碳源，因此會導(dǎo)致反應(yīng)器中堿度和碳源不夠，需要額外調(diào)試堿度、投加碳源。目前，研究常用的液態(tài)碳源包括甲醇、乙醇等供碳效果較好，但成本和運行費用較高且投放量不宜控制；固態(tài)碳源多為天然材料，例如鋸屑、稻草、棉花等，其碳源釋放量不可控制，易造成二次污染；而人工或微生物合成的phas、pcl和pla等聚合物作為碳源，則存在脫氮成本較高的問題。

目前，水平流生物膜反應(yīng)器和緩釋碳源的生物膜反應(yīng)器已經(jīng)出現(xiàn)。

如，申請公開號為102432104a的中國專利公開了一種高效低動力多層水平流生物膜污水處理方法與設(shè)備。其具有多點進水和占地面積小的優(yōu)點，且不需曝氣裝置，自身即可形成好氧區(qū)和厭氧區(qū)等不同類型微生物生長區(qū)域，充分利用了空間條件，對污水負荷和污水處理效果均有不同程度的提高。但其整體脫氮的效率不高，需要調(diào)試堿度，外加碳源，以提高脫氮效果。

另，申請公開號為103043786a的中國專利公開了一種具有深度脫氮功能的緩釋碳源濾料濾池裝置及工藝。其緩釋碳源濾料原料可以采用聚己內(nèi)酯(pcl)、聚羥基脂肪酸酯(phas)、pcl和phas與淀粉的共混物等能微生物降解的材料。污水通過此濾池裝置能同時具有去除tn、tp、ss的功能。但其緩釋碳源材料則存在脫氮成本較高的問題。

上述兩項專利均為生物膜技術(shù)處理污水，實現(xiàn)脫氮除磷效果。但前者需要額外調(diào)試堿度、投加碳源，且投加量不好控制；后者采用緩釋碳源原料能補充反硝化時的碳源不足問題，但其不能緩釋硝化過程中的堿度，且緩釋碳源原料成本較高，且其濾料易堵塞，相對于前者操作復(fù)雜，需要增加反沖洗等過程。對村鎮(zhèn)污水的處理還存在著一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠高效去除水中有機物和氮磷等污染物，對顆粒物也具有較強去處效果，占地空間小，適用于村鎮(zhèn)污水處理的兼具緩釋堿度和碳源功能的水平流生物膜反應(yīng)裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

兼具緩釋堿度和碳源功能的水平流生物膜反應(yīng)裝置，該裝置包括與城鎮(zhèn)、農(nóng)村污水源相連接的集水箱、與集水箱相連通的進水槽、設(shè)置在集水箱與進水槽之間的進水泵、與進水槽相連通的緩釋反應(yīng)單元，該緩釋反應(yīng)單元包括與進水槽相連通的反應(yīng)器支撐框架、由上而下依次交替水平布設(shè)在反應(yīng)器支撐框架中的緩釋堿度平板及緩釋碳源平板、設(shè)置在反應(yīng)器支撐框架底部的出水箱。

所述的緩釋堿度平板及緩釋碳源平板上分別設(shè)有呈陣列布設(shè)的平頭載體，并且所述的緩釋堿度平板及緩釋碳源平板上還分別設(shè)有用于控制液位的擋板。

所述的緩釋碳源平板上的液位深度＞緩釋堿度平板上的液位深度。

所述的進水槽與反應(yīng)器支撐框架之間設(shè)有流量計。

所述的緩釋堿度平板上均勻涂覆有堿度緩釋劑，該堿度緩釋劑為含碳酸鈣的礦物質(zhì)。

所述的緩釋碳源平板上均勻涂覆有復(fù)合碳源緩釋劑。

所述的復(fù)合碳源緩釋劑是由凝膠劑以及摻雜在凝膠劑中的碳源生物膜載體組合而成，所述的凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:1-2。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的凝膠劑為水泥。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的碳源生物膜載體包括聚羥基脂肪酸酯、聚己內(nèi)酯、聚乳酸、淀粉、乳膠粉或聚乙烯醇中的一種或多種。

所述的碳源生物膜載體由淀粉、聚乙烯醇及乳膠粉混合而成，其中，淀粉與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1:9，淀粉與乳膠粉的質(zhì)量比為2-4:3-5。

所述的裝置在使用前先接種活性污泥，具體步驟為：取40-50l懸浮固體濃度為3000-5000mg/l的硝化污泥進行接種，接種時間為12-15小時，使硝化污泥均勻覆蓋在緩釋堿度平板及緩釋碳源平板上。

本發(fā)明裝置中，緩釋反應(yīng)單元中的緩釋堿度平板及緩釋碳源平板交替布設(shè)，克服硝化過程堿度缺乏、反硝化過程碳源缺乏及投加量不易控制等缺點，在緩釋堿度平板層，微生物主要是以硝化細菌為主；在緩釋碳源平板層，微生物主要以反硝化菌為主；同時，通過設(shè)置控制液位的擋板調(diào)節(jié)液位，緩釋堿度平板上的水位淺，主要實現(xiàn)硝化功能；緩釋碳源平板上的水位深，主要實現(xiàn)反硝化功能，以此實現(xiàn)多級硝化反硝化。

在實際應(yīng)用時，城鎮(zhèn)、農(nóng)村污水進入集水箱，集水箱中設(shè)有格柵，可進行初步過濾，一些大粒徑的雜質(zhì)及纖維經(jīng)機械作用被濾除；粗濾后的污水經(jīng)進水泵抬升到進水槽中，進水槽可控制進入緩釋反應(yīng)單元的水量與水流速度，流量計調(diào)節(jié)進入緩釋反應(yīng)單元的流量。而后通過進水閥門進入反應(yīng)器支撐框架，在反應(yīng)器支撐框架內(nèi)污水逐次流經(jīng)交替水平布設(shè)的緩釋堿度平板及緩釋碳源平板，通過擋板調(diào)節(jié)各層平板的水位，緩釋堿度平板上的水位淺，主要實現(xiàn)硝化功能；緩釋碳源平板上的水位深，主要實現(xiàn)反硝化功能，以此實現(xiàn)多級硝化反硝化，緩釋堿度平板及緩釋碳源平板上附著的生物膜吸收污水中有機物和氮磷等，水質(zhì)逐漸變好；最后出水流入出水箱中。

本發(fā)明中，緩釋堿度的緩釋劑可采用含碳酸鈣的礦物質(zhì)。緩釋碳源的緩釋劑可以水泥為凝膠劑，摻雜人工或微生物合成的聚羥基脂肪酸酯(英文簡稱phas)、聚己內(nèi)酯(英文簡稱pcl)和聚乳酸(英文簡稱pla)等聚合物或摻雜改性淀粉和聚乙烯醇(英文簡稱pva)的復(fù)合物等能作為緩釋碳源的物質(zhì)。

或采用水泥、可再分散乳膠粉(英文簡稱vae)混合物為載體材料，改性淀粉和聚乙烯醇復(fù)合物為碳源制得的內(nèi)摻碳源生物膜載體。vae乳液采用大量pva作保護體，再加上pva本身的活性同水泥的作用點多，在水泥中添加vae，會形成一層不規(guī)則的膜結(jié)構(gòu)，可有效改變載體的密度、強度、空隙率等物理性能，碳源淀粉的擴散就會受到阻礙，進而達到緩釋的作用。vae添加量小于5％時，隨著緩釋劑的增加，溶出量呈減小趨勢，適宜的添加量在3～5％之間。

在實際使用時，可通過擋板控制水位，實現(xiàn)多級硝化反硝化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點：

1)能緩釋堿度和碳源，補充生物膜反應(yīng)器硝化過程中消耗的堿度、反硝化過程消耗的碳源，避免反硝化過程中因碳源不足而脫氮效率降低的現(xiàn)象；

2)構(gòu)建多層水平流生物膜反應(yīng)器，緩釋堿度平板及緩釋碳源平板交替布設(shè)，通過擋板調(diào)節(jié)各層平板的水位，緩釋堿度平板上的水位淺，主要實現(xiàn)硝化功能；緩釋碳源平板上的水位深，主要實現(xiàn)反硝化功能，以此實現(xiàn)多級硝化反硝化；

3)具備緩釋堿度和碳源功能的水平流生物膜反應(yīng)裝置是好氧、厭氧過程一體式的反應(yīng)器，能夠去除水中有機物和氮磷等污染物，對顆粒物也有較強的去處效果，大大節(jié)省了占地空間，適用于村鎮(zhèn)污水處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明緩釋堿度平板的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記說明：

1—集水箱、2—進水泵、3—進水槽、4—流量計、5—反應(yīng)器支撐框架、6—擋板、7—平頭載體、81—緩釋堿度平板、82—緩釋碳源平板、9—出水箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：

如圖1所示，本實施例兼具緩釋堿度和碳源功能的水平流生物膜反應(yīng)裝置，該裝置包括與城鎮(zhèn)、農(nóng)村污水源相連接的集水箱1、與集水箱1相連通的進水槽3、設(shè)置在集水箱1與進水槽3之間的進水泵2、與進水槽3相連通的緩釋反應(yīng)單元，該緩釋反應(yīng)單元包括與進水槽3相連通的反應(yīng)器支撐框架5、由上而下依次交替水平布設(shè)在反應(yīng)器支撐框架5中的緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82、設(shè)置在反應(yīng)器支撐框架5底部的出水箱9。

如圖2所示，緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82上分別設(shè)有呈陣列布設(shè)的平頭載體7，并且緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82上還分別設(shè)有用于控制液位的擋板6。

其中，進水槽3與反應(yīng)器支撐框架5之間設(shè)有流量計4。緩釋堿度平板81上均勻涂覆有堿度緩釋劑，該堿度緩釋劑為含碳酸鈣的礦物質(zhì)。緩釋碳源平板82上均勻涂覆有復(fù)合碳源緩釋劑，該復(fù)合碳源緩釋劑是由凝膠劑以及摻雜在凝膠劑中的碳源生物膜載體組合而成，凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:1。凝膠劑為水泥；碳源生物膜載體由碳源物質(zhì)淀粉、聚乙烯醇與乳膠粉混合而成。碳源物質(zhì)淀粉與聚乙烯醇質(zhì)量比為1:9，碳源物質(zhì)與乳膠粉質(zhì)量比為2:5。

本實施例裝置在使用前先接種活性污泥，具體步驟為：取40l懸浮固體濃度為5000mg/l的硝化污泥進行接種，接種時間為12小時，使硝化污泥均勻覆蓋在緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82上。

本實施例裝置中，可通過擋板6控制水位，實現(xiàn)多級硝化反硝化。在實際使用時，城鎮(zhèn)、農(nóng)村污水進入集水箱1，集水箱1中設(shè)有格柵，可進行初步過濾，一些大粒徑的雜質(zhì)及纖維經(jīng)機械作用被濾除；粗濾后的污水經(jīng)進水泵2抬升到進水槽3中，進水槽3可控制進入緩釋反應(yīng)單元的水量與水流速度，流量計4調(diào)節(jié)進入緩釋反應(yīng)單元的流量。而后通過進水閥門進入反應(yīng)器支撐框架5，在反應(yīng)器支撐框架5內(nèi)污水逐次流經(jīng)交替水平布設(shè)的緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82，通過擋板6調(diào)節(jié)各層平板的水位，實現(xiàn)多級硝化反硝化，緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82上附著的生物膜吸收污水中有機物和氮磷等，水質(zhì)逐漸變好；最后出水流入出水箱9中。

實施例2：

本實施例中，緩釋碳源平板82上均勻涂覆的復(fù)合碳源緩釋劑中，凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:2。凝膠劑為水泥，碳源生物膜載體由碳源物質(zhì)淀粉、聚乙烯醇與乳膠粉混合而成。碳源物質(zhì)淀粉與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1:9，碳源物質(zhì)與乳膠粉的質(zhì)量比為3:4。添加乳膠粉，在水泥中形成一層不規(guī)則的膜結(jié)構(gòu)，可以有效的改變載體的密度、強度、空隙率等物理性能。

本實施例裝置在使用前先接種活性污泥，具體步驟為：取50l懸浮固體濃度為3000mg/l的硝化污泥進行接種，接種時間為15小時，使硝化污泥均勻覆蓋在緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82上。

其余同實施例1。

實施例3：

本實施例中，緩釋碳源平板82上均勻涂覆的復(fù)合碳源緩釋劑中，凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:1.5。凝膠劑為水泥，碳源生物膜載體由碳源物質(zhì)淀粉、聚乙烯醇與改性物質(zhì)乳膠粉混合而成。碳源物質(zhì)淀粉與聚乙烯醇質(zhì)量比為1:9，碳源物質(zhì)與改性物質(zhì)質(zhì)量比為2:4。

本實施例裝置在使用前先接種活性污泥，具體步驟為：取45l懸浮固體濃度為4000mg/l的硝化污泥進行接種，接種時間為13小時，使硝化污泥均勻覆蓋在緩釋堿度平板81及緩釋碳源平板82上。

其余同實施例1。

實施例4：

本實施例中，緩釋碳源平板82上均勻涂覆的復(fù)合碳源緩釋劑中，凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:2。凝膠劑為水泥，碳源生物膜載體由碳源物質(zhì)淀粉、聚乙烯醇與改性物質(zhì)乳膠粉混合而成。碳源物質(zhì)淀粉與聚乙烯醇質(zhì)量比為1:9，碳源物質(zhì)與改性物質(zhì)質(zhì)量比為3:5。

其余同實施例1。

實施例5：

本實施例中，緩釋碳源平板82上均勻涂覆的復(fù)合碳源緩釋劑中，凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:2。凝膠劑為水泥，碳源生物膜載體為聚羥基脂肪酸酯。

其余同實施例1。

實施例6：

本實施例中，緩釋碳源平板82上均勻涂覆的復(fù)合碳源緩釋劑中，凝膠劑與碳源生物膜載體的質(zhì)量之比為50:2。凝膠劑為水泥，碳源生物膜載體為聚己內(nèi)酯與聚乳酸、淀粉按質(zhì)量比為1:1:2混合而成。

其余同實施例1。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。