一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置

1.本实用新型属于污水处理设备领域，具体涉及一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置。


背景技术：

2.近年来，生活污水逐年增多，污水的有效处理与处置、污水中污染物的资源化利用是污水的“减污降碳”、资源回收的关注重点。生活污水中含有大量的氮磷污染物，水体中氮磷浓度过高会影响动植物生长，水体中氮磷等营养物质浓度上升不仅会影响水体生态平衡，造成水体富营养化，严重破坏生态系统，甚至会对人体健康造成威胁。
3.传统污水处理厂中，污水中的氮磷主要是通过a/o或者a2/o结合物化处理工艺进行去除。但处理后的氮以氮气的形式排放到空气中，而传统处理工艺将磷以磷酸盐的形式去除。且由于处理效率低，传统脱氮除磷工艺需要延长反应时间或提高污水回流来提升污水中氮磷去除效果，不容易保持长时间的稳定，并且为实现较好的脱氮除磷效果需要消耗更多的能源。传统工艺存在高能耗、污染物处理效率低、成本高等问题，面对日益严苛的能源消耗和碳排放要求，传统污水处理技术无法满足日益严格的排放标准。
4.因此，针对这些技术问题，对传统处理工艺进行优化具有重要意义。微藻，作为一种水体中常见的单细胞生物，具有生长周期短、生长速率快、光合效率较高以及氮磷利用率高等特点。并且微藻在适宜条件下能够连续快速生长，适合于规模化培养。在对实际废水中污染物进行处理的过程中，微藻能够在实现污染物去除的同时对氮磷进行转化，从而实现对污水中污染物的资源化利用。并且微藻在生长过程中产生的蛋白质，油脂等代谢产物能够作为制作食品，燃料的原料使用。并且由于微藻中蛋白质和油脂含量分别可达细胞体干重的50％和25％以上，同时如叶绿素、胡萝卜素以及β-1,3-葡聚糖等产物能够在水产养殖饵料、保健食品、化妆品以及高端宠物饲料等领域使用。
5.作为微藻培养及污染物处理的重要处理装置，光生物反应器会对微藻的培养和污染物处理造成影响。由于传统光生物反应器存在光照利用率低，微藻培养速率慢，污染物处理效果差等不足。
6.因此，如果能够研发一种基于微藻生物处理系统的高效固碳、能资源化利用的生活污水处理装置，将具有优越的工业应用前景。


技术实现要素：

7.为解决背景技术中的技术问题，本实用新型提供一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，能够同时处理污水中有机污染物和氮磷，实现高效固碳，减少污染物排放，实现资源化利用。
8.为实现上述实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，包括由下至上连通设置的缺氧单元与第一处理单元，所述缺氧单元与第一处理单元通过无纺布隔开，所述第一处理单元通过第一出水管连接有
第二处理单元，所述第二处理单元设置在第一处理单元下部，所述第一出水管一端设置第一处理单元上部，所述第一处理单元、第二处理单元为微藻反应区，所述第二处理单元连接有沉淀池。
9.优选的：所述第一处理单元包括反应柱，所述第一出水管设置在所述反应柱圆周侧壁上、靠近其顶部处，所述缺氧单元包括处理池，所述处理池顶部通过所述无纺布与所述反应柱底部连通；所述第二处理单元包括反应池，所述处理池、反应柱底部设置在所述反应池内。
10.优选的：所述处理池顶部设置有多个并列的反应柱，每一所述反应柱底部通过一所述无纺布与所述处理池顶部连接。
11.优选的：所述第一处理单元还设置有回流管，所述回流管另一端通过回流泵与所述沉淀池连接。
12.优选的：所述处理池内底部设置布水器，所述布水器连接有进水管，所述进水管另一端穿过所述反应池侧壁伸出所述反应池。
13.优选的：所述第二处理单元还包括与所述反应池连接的循环泵、以及设置在所述反应池侧壁上的出水口，所述出水口另一端与所述沉淀池连接。
14.优选的：所述沉淀池内设置膜组件，所述膜组件上设置第二出水管，所述第二出水管另一端设置出水泵。
15.优选的：所述沉淀池内底部设置曝气环，所述曝气环连接有进气管，所述进气管另一端伸出所述沉淀池连接有气泵。
16.优选的：所述反应柱顶部设置有顶盖，所述顶盖上设置有排气口。
17.本实用新型具有以下有益效果：
18.1、第一处理单元竖直设置，第二处理单元水平设置，第一处理单元内的藻液在重力作用下进入第二处理单元，藻液在跌水过程中与空气接触能够提升藻液中的溶解氧含量，延长水力停留时间以提高污水的处理效果，有利于空间的充分利用。
19.2、将活性污泥与微藻处理系统相结合，不仅能够去除污水中的有机物，也能去除活性污泥无法脱除的氮磷化合物。藻菌在生物质转化过程产生的藻体和代谢产物，可以作为生物燃料的原材料。同时，将氮磷转化后的有机物能够被微藻利用，提高了污水中污染物的利用率，实现资源化利用。
20.3、通过设置回流管和回流泵，连接沉淀区和第一处理单元，通过膜组件浓缩后藻液在回流泵的作用下，经回流管回流至第一处理单元，实现藻液在反应装置内循环。
21.4、通过在沉淀池设置膜组件，不仅能够有效截留藻菌，从而实现藻菌和水的分离，大大提高污染物处理效率；也能够将水中残留的微生物、部分有机污染物、难降解污染物等过滤脱除，获得相对洁净的水并通过出水管排放至清水池。
22.5、装置系统中构建了微藻垂直处理单元和微藻水平处理单元，作为污染物处理与资源化利用的主要处理单元。通过对污泥区和微藻区进行分隔，能够削弱菌群对微藻的影响。并且垂直处理单元和水平处理单元的存在能够提高系统的光照及co2利用率，有利于微藻的生长以及污染物去除。
附图说明
23.图1为本实用新型生物反应装置整体结构正面示意图；
24.图2为本实用新型生物反应装置整体结构俯视示意图；
25.图3为图1中a-a截面结构示意图；
26.图4为图1中d-d截面结构示意图；
27.图5为图1中c-c截面结构示意图；
28.图6为图1中f-f截面结构示意图；
29.图7为图2中g-g截面结构示意图；
30.图8为图1中e-e截面结构示意图。
31.图中：进水管1、处理池2、布水器3、布水孔31、间隔机构4、无纺布41、第一固定螺栓5、反应柱6、顶盖61、第二固定螺栓62、硅胶垫63、回流管7、回流泵8、第一出水管9、排气口10、反应池11、循环泵12、出水口13、沉淀池14、膜组件141、第二出水管142、曝气环143、出水泵15、进气管16、气泵17。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，如图1-8所示，包括由下至上连通设置的缺氧单元与第一处理单元，所述缺氧单元与第一处理单元通过间隔机构4隔开，第一处理单元下端通过第一固定螺栓5对间隔机构4进行固定。优选地，间隔机构4为无纺布41，通过设置无纺布41，将污水中的活性污泥与微藻进行隔离。所述第一处理单元通过第一出水管9连接有第二处理单元，所述第二处理单元设置在第一处理单元下部，所述第一出水管9一端设置第一处理单元上部，所述第一处理单元、第二处理单元为微藻反应区，所述第二处理单元连接有沉淀池14。
35.需要说明的是，为了有效充分利用空间，第一处理单元竖向设置，第二处理单元横向设置，两者构成池-柱复合立体式结构。第一出水管9与第一处理单元连接的一端，设置在第一处理单元靠近侧壁上部的位置，第一处理单元内的藻液在重力作用下进入第二处理单元，藻液在跌水过程中与空气接触能够吸收二氧化碳，进一步增强传质，延长水力停留时间以提高污水的处理效果。
36.需要说明的是，所述反应装置中第一处理单元为透光材质制成，缺氧单元和第二处理单元用混凝土或不锈钢材质制成，所述第一处理单元和第二处理单元周围设置多个光源。
37.污水进入缺氧单元进行初步处理，活性污泥沉淀至缺氧单元底部，清液位于活性
污泥上部且通过无纺布41进入第一处理单元，第一处理单元的藻液在重力作用下经第一出水管9，进入第二处理单元，然后第二处理单元的藻液进入沉淀池14，经沉淀池14过滤后的出水排放至清水池。将活性污泥与微藻处理系统相结合，能够有效去除氮磷化合物。藻菌在生物质转化过程产生的藻体和代谢产物，可以作为生物燃料的原材料。同时，将氮磷转化后的有机物能够被微藻利用，实现资源化利用。
38.进一步的，所述第一处理单元包括反应柱6，所述第一出水管9设置在所述反应柱6圆周侧壁上、靠近其顶部处，反应柱6内的藻液由于重力作用流向第二处理单元。所述反应柱6顶部设置有顶盖61，所述顶盖61上设置有排气口10，顶盖通过第二固定螺栓62与反应柱6连接，顶盖61与反应柱6之间还设置有硅胶垫63。所述第一处理单元还包括有回流管7，所述回流管7一端与所述反应柱6连接，回流管7另一端通过回流泵8与所述沉淀池14连接。沉淀池14内浓缩后的藻液在回流泵8的作用下，通过回流管7回流至反应柱6内，实现藻液在反应装置内循环。反应柱6上还设置有取样口，用于对反应柱6内污水中的污染物组成和含量进行测定分析。
39.进一步的，所述第二处理单元包括反应池11、与所述反应池11连接的循环泵12、以及设置在所述反应池11侧壁上的出水口13。所述缺氧单元、反应柱6底部设置在所述反应池11内。通过在反应池11旁侧连接有循环泵12，实现藻液在反应池11内循环。所述出水口13另一端与所述沉淀池14连接，出水口13用于连接反应池11与沉淀池14，反应池11内的藻液循环一段时间后，通过出水口13流向沉淀池14。反应池11上还设置有取样口，用于对反应池11内污水中的污染物组成和含量进行测定分析。
40.进一步的，所述缺氧单元包括处理池2，所述处理池2顶部通过所述无纺布41与所述反应柱6底部连通，处理池2整体位于反应池11内，充分利用空间，减小反应装置体积。所述处理池2内底部设置布水器3，布水器3上设置有多个布水孔31，所述布水器3连接有进水管1，所述进水管1另一端穿过所述反应池11侧壁，伸出所述反应池11。处理池2上还设置有取样口，取样口连接有取样管，该取样管穿过反应池11，伸出反应池11外，用于对处理池2内污水中的污染物组成和含量进行测定分析。
41.进一步的，反应柱6可以设置一组或多组。所述处理池2顶部设置有多个并列的反应柱6，每一所述反应柱6底部通过独立设置的所述无纺布41与所述处理池2顶部连接。
42.进一步的，所述沉淀池14内设置膜组件141，所述膜组件141上设5置第二出水管142，所述第二出水管142另一端设置出水泵15，通过出水泵15对沉淀池14内水进行排放。优选地，所述膜组件141为陶瓷膜组件。通过在沉淀池14设置膜组件141对藻液进行过滤、浓缩，能够有效截留藻菌，从而实现藻菌和水的分离。所述沉淀池14内底部设置
43.曝气环143，所述曝气环143连接有进气管16，所述进气管16另一端0伸出所述沉淀池14连接有气泵17，气体通过气泵17进入沉淀池14。
44.通过在膜组件141下方设置曝气环143，在沉降池14中曝气，通过曝气不仅能够有效混合藻液，也能提供二氧化碳作为藻菌的碳源，还能为藻菌体系的生长提供氧气。同时，曝气过程形成的气泡在上浮过程中能够
45.对附着在膜组件141表面的泥垢进行吹脱，提高膜组件141通量，保证5膜组件141的使用寿命及使用效果。
46.该装置将活性污泥与微藻处理系统相结合，在两种反应系统的混合作用条件下，
不仅能够对污水中有机物、养分及其他污染物进行去除，也能够利用藻菌耦合体系对污水中n、p含量进行代谢。同时，由于藻
47.菌的耦合作用，藻菌结合能够提升系统对生活污水中污染物的去除效0果。藻菌耦合体系能够相互利用代谢产物，从而减少代谢产物对膜组件141的影响。
48.同时，缺氧区中微生物与藻体的耦合能够形成耦合体系促进微藻系统中微藻的生长和代谢。通过将缺氧区与微藻区进行分隔，对微藻区中
49.微藻进行保护，削弱与微藻存在竞争关系的微生物对藻体生长及代谢的5影响。并且柱状区域与水平池区域的结合将四周光照充分利用，在一定程度上提高系统光照利用率。同时，利用柱状区域，通过跌水效应，实现藻液与空气中的co2充分接触，提高藻液中co2浓度，促进微藻的生长与污染物的进一步降解与去除。
50.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：包括由下至上连通设置的缺氧单元与第一处理单元，所述缺氧单元与第一处理单元通过无纺布(41)隔开，所述第一处理单元通过第一出水管(9)连接有第二处理单元，所述第二处理单元设置在第一处理单元下部，所述第一出水管(9)一端设置第一处理单元上部，所述第一处理单元、第二处理单元为微藻反应区，所述第二处理单元连接有沉淀池(14)。2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述第一处理单元包括反应柱(6)，所述第一出水管(9)设置在所述反应柱(6)圆周侧壁上、靠近其顶部处，所述缺氧单元包括处理池(2)，所述处理池(2)顶部通过所述无纺布(41)与所述反应柱(6)底部连通；所述第二处理单元包括反应池(11)，所述处理池(2)、反应柱(6)底部设置在所述反应池(11)内。3.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述处理池(2)顶部设置有多个并列的反应柱(6)，每一所述反应柱(6)底部通过一所述无纺布(41)与所述处理池(2)顶部连接。4.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述第一处理单元还设置有回流管(7)，所述回流管(7)另一端通过回流泵(8)与所述沉淀池(14)连接。5.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述处理池(2)内底部设置布水器(3)，所述布水器(3)连接有进水管(1)，所述进水管(1)另一端穿过所述反应池(11)侧壁伸出所述反应池(11)。6.根据权利要求4所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述第二处理单元还包括与所述反应池(11)连接的循环泵(12)、以及设置在所述反应池(11)侧壁上的出水口(13)，所述出水口(13)另一端与所述沉淀池(14)连接。7.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述沉淀池(14)内设置膜组件(141)，所述膜组件(141)上设置第二出水管(142)，所述第二出水管(142)另一端设置出水泵(15)。8.根据权利要求7所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述沉淀池(14)内底部设置曝气环(143)，所述曝气环(143)连接有进气管(16)，所述进气管(16)另一端伸出所述沉淀池(14)连接有气泵(17)。9.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置，其特征在于：所述反应柱(6)顶部设置有顶盖(61)，所述顶盖(61)上设置有排气口(10)。

技术总结
本实用新型属于污水处理设备领域，具体涉及一种用于污水处理的池-柱耦合型膜光生物反应装置。具体技术方案为：包括由下至上连通设置的缺氧单元与第一处理单元，所述缺氧单元与第一处理单元通过无纺布隔开，所述第一处理单元通过第一出水管连接有第二处理单元，所述第二处理单元设置在第一处理单元下部，所述第一出水管一端设置第一处理单元上部，所述第一处理单元、第二处理单元为微藻反应区，所述第二处理单元连接有沉淀池。第一处理单元内的藻液在重力作用下进入第二处理单元，藻液在跌水过程中与空气接触能够吸收二氧化碳，延长水力停留时间以提高污水的处理效果，有利于空间的充分利用。分利用。分利用。


技术研发人员：谭周亮 李俊杰 李欣 陈杨武 周后珍
受保护的技术使用者：中国科学院成都生物研究所
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/7/14