申请日2018.12.29
公开(公告)日2019.02.26
IPC分类号C02F3/34; C02F3/28; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置及其使用方法，包括组合框、若干个生物填料柱、旋转托盘、旋转轴和底座;组合框包括组合框骨架，组合框骨架的顶面可以打开和关闭;生物填料柱包括碳棒、套筒、纤维层和若干个叶片;碳棒装在套筒内，套筒的表面镂空;纤维层包覆在套筒外，套筒可从纤维层中抽出;叶片位于纤维层的外侧面，竖直设置;生物填料柱可拆卸地安装在组合框内;旋转轴竖直设置在底座上，可以旋转;旋转托盘固定套在旋转轴上，组合框置于旋转托盘上;旋转轴旋转，旋转托盘随之旋转，并带动组合框和其内部的生物填料柱转动。本发明具有高效、可再生、环保等优点。
权利要求书
1.一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
包括组合框、若干个生物填料柱、旋转托盘、旋转轴和底座;
所述组合框包括组合框骨架，所述组合框骨架的顶面可以打开和关闭;
所述生物填料柱包括碳棒、套筒、纤维层和若干个叶片;
所述碳棒装在所述套筒内，所述套筒的表面镂空;
所述纤维层包覆在所述套筒外，套筒可从纤维层中抽出;
所述叶片位于所述纤维层的外侧面，竖直设置;
所述生物填料柱可拆卸地安装在所述组合框内;
所述旋转轴竖直设置在所述底座上，可以旋转;
所述旋转托盘固定套在所述旋转轴上，所述组合框置于所述旋转托盘上;
所述旋转轴旋转，所述旋转托盘随之旋转，并带动所述组合框和其内部的生物填料柱转动。
2.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，所述组合框的底面具有若干个组合框钩环，顶面具有若干个组合框挂钩;
所述组合框钩环和组合框挂钩的数量，均与所述生物填料柱的数量相等，并一一对应;
所述生物填料柱的底端具有填料柱挂钩，顶端具有填料柱钩环;
所述生物填料柱底端的填料柱挂钩钩在所述组合框底面的组合框钩环上，顶端的填料柱钩环挂在组合框顶面的组合框挂钩上。
3.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，所述生物填料柱还包括填料柱骨架;
所述套筒可拆卸地固定在填料柱骨架的中心;
所述纤维层固定在填料柱骨架内、包覆在所述套筒外;
所述填料柱骨架的外侧具有叶片框，所述叶片覆在所述叶片框上。
4.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，每三个所述叶片构成叶片组;
所述叶片组中，位于中间的叶片垂直于所述纤维层，两侧的叶片倾斜、并相互对称设置;
若干组所述叶片组在所述纤维层外均匀分布。
5.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，所述组合框底面的中心具有朝向组合框内部凸起的轴帽;
所述轴帽为开口朝下的盖体，具有内螺纹;
所述旋转轴的顶端具有外螺纹;
所述轴帽与所述旋转轴的顶端螺纹连接，固定所述组合框与所述旋转托盘的相对位置。
6.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，所述组合框还包括菱形网，所述菱形网覆盖在组合框骨架的侧面;
所述菱形网的材料为聚乙烯。
7.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，所述碳棒的制作方法为：燃烧农作物废弃物成为碳固体，然后将碳固体浸泡在H2SO4-KMnO4溶液中，浸泡后经后处理压缩成型。
8.根据权利要求6所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
所述碳棒的具体制作步骤为：
步骤一、将农作物废弃物粉碎;
步骤二、将粉碎的农作物废弃物在碳化机中加热至800℃，使之燃烧成炭固体;
步骤三、将炭固体浸泡在H2SO4-KMnO4溶液中，炭固体与H2SO4-KMnO4溶液的质量比为4:1，浸泡时间为24h;
所述H2SO4-KMnO4溶液由1mol/L的KMnO4与1.84mg/L的H2SO4按体积比为50:1混合而成;
浸泡结束后，用去离子水洗涤，并烘干;
步骤四、将炭固体与天然橡胶按体积比为4:1混合，然后用压缩机压缩成型。
9.根据权利要求1所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，其特征在于：
其中，所述纤维层由若干条纤维相互交织而成，所述纤维层的纤维为增强型聚丙烯腈中空纤维;
所述碳棒和纤维层的各纤维表面均覆有生物膜;
所述生物膜通过将所述生物填料柱进行挂膜处理而形成。
10.如权利要求1-9所述的低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置的使用方法，其特征在于：
将装置置于污水中，开启驱动装置，使其驱动所述旋转轴旋转，转速为3r/min;
装置运行周期为3个月，每3个月，将其从污水中取出，打开所述组合框的顶面，取出所述生物填料柱，对其进行再利用处理，处理后重新装入组合框内，继续下一个周期的运行;
所述再利用处理的过程为：抽出所述生物填料柱的套筒，更换新制作的所述碳棒，对所述纤维层进行清洗并进行挂膜处理。
说明书
一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置及其使用方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种低碳源污水的处理装置，尤其涉及一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置及其使用方法。
背景技术
我国各地地下水以及地表水污染中,硝酸盐均是主要的污染指标,并且有逐年加重的趋势。硝酸盐和亚硝酸盐可以在人体内转化为有“致癌、致变、致畸”的亚硝胺。因此，必须降低污水处理厂尾水与污染水体中硝酸盐浓度，使水体达到水功能区的水质标准。
近几年来，低碳源废水的排放量越来越多，且废水的处理难以达到传统脱氮工艺中反硝化对有机碳源的需求,导致脱氮效率低下。此外,面对能源危机、水资源紧缺等问题,污水资源化利用已经成为社会发展的趋势。因此对于含有较高有机碳源的废水,更趋于将其中的有机物通过厌氧发酵转化为能源性气体甲烷进行利用。这样的处理方式并不能有效的去除氮素,所以经过厌氧预处理的污水成为了含低量有机物和高量氮素的低碳氮比废水。综上,无论是一些废水中有机碳源的客观缺乏,还是厌氧产能对有机碳源的进一步消耗,都需要投加碳源为微生物生长提供碳源和能源,反硝化菌利用该能源进行反硝化反应,降低水中所含有的硝酸盐。现有的外加碳源大体上可以分为三大类:以液态有机物为主的传统碳源、可生物降解高分子聚合物及天然纤维素物质。传统生物脱氮后置反硝化工艺中,主要是外加甲醇或乙醇等液体有机物作为碳源,液体碳源存在投加量较难控制,反应速度较快,投加过量和未完全反应的问题，且可能进一步造成二次污染。人工合成高分子聚合物具有释碳稳定,脱氮效率较高的优点,但较高的成本价格影响了其在实际工程中的广泛应用。天然纤维素材料一直以其产量大,价格低,易获取,处理效果佳的特性被广大学者所认可。
现有应用于低碳源污水的生物处理技术不多。中国专利文献CN102515359A公开的一种用于生物反硝化脱氮的天然中空网状植物固体碳源的制备方法，是将包覆缠绕后的丝瓜络放入有机纤维制成的空心填料球中得到用于生物反硝化脱氮的天然中空网状植物固体碳源。该生物挂膜填料对气泡和水流不能提供很好的切割作用，从而不能有效提高氧转移速率和氧利用率，除此之外，该生物膜填料布气布水不均匀，不能使得生物膜与污水中的污染物质充分接触，使用一段时间后容易出现堵塞、结团等问题，影响处理效果。有学者提出将PAN-基活性碳纤维毡作为内芯包裹在一层透水透气性好、机械强度高的超细有机纤维外夹层内，制成了“毛圈+外夹层+内芯”的三明治夹芯结构的束状纤维丝复合填料。并将纤维丝复合填料固定在不锈钢支架上，形成悬挂式固定床，用于生活污水处理中试研究。活性碳纤维制作成本较高，工艺繁琐，且不能重复利用，限制了其在实际工程中的广泛应用。
发明内容
本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置及其使用方法，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，包括组合框、若干个生物填料柱、旋转托盘、旋转轴和底座;组合框包括组合框骨架，组合框骨架的顶面可以打开和关闭;生物填料柱包括碳棒、套筒、纤维层和若干个叶片;碳棒装在套筒内，套筒的表面镂空;纤维层包覆在套筒外，套筒可从纤维层中抽出;叶片位于纤维层的外侧面，竖直设置;生物填料柱可拆卸地安装在组合框内;旋转轴竖直设置在底座上，可以旋转;旋转托盘固定套在旋转轴上，组合框置于旋转托盘上;旋转轴旋转，旋转托盘随之旋转，并带动组合框和其内部的生物填料柱转动。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，组合框的底面具有若干个组合框钩环，顶面具有若干个组合框挂钩;组合框钩环和组合框挂钩的数量，均与生物填料柱的数量相等，并一一对应;生物填料柱的底端具有填料柱挂钩，顶端具有填料柱钩环;生物填料柱底端的填料柱挂钩钩在组合框底面的组合框钩环上，顶端的填料柱钩环挂在组合框顶面的组合框挂钩上。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，生物填料柱还包括填料柱骨架;套筒可拆卸地固定在填料柱骨架的中心;纤维层固定在填料柱骨架内、包覆在套筒外;填料柱骨架的外侧具有叶片框，叶片覆在叶片框上。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，每三个叶片构成叶片组;叶片组中，位于中间的叶片垂直于纤维层，两侧的叶片倾斜、并相互对称设置;若干组叶片组在纤维层外均匀分布。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，组合框底面的中心具有朝向组合框内部凸起的轴帽;轴帽为开口朝下的盖体，具有内螺纹;旋转轴的顶端具有外螺纹;轴帽与旋转轴的顶端螺纹连接，固定组合框与旋转托盘的相对位置。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，组合框还包括菱形网，菱形网覆盖在组合框骨架的侧面;菱形网的材料为聚乙烯。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，碳棒的制作方法为：燃烧农作物废弃物成为碳固体，然后将碳固体浸泡在H2SO4-KMnO4溶液中，浸泡后经后处理压缩成型。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：碳棒的具体制作步骤为：步骤一、将农作物废弃物粉碎;步骤二、将粉碎的农作物废弃物在碳化机中加热至800℃，使之燃烧成炭固体;步骤三、将炭固体浸泡在H2SO4-KMnO4溶液中，炭固体与H2SO4-KMnO4溶液的质量比为4:1，浸泡时间为24h;H2SO4-KMnO4溶液由1mol/L的KMnO4与1.84mg/L的H2SO4按体积比为50:1混合而成;浸泡结束后，用去离子水洗涤，并烘干;步骤四、将炭固体与天然橡胶按体积比为4:1混合，然后用压缩机压缩成型。
进一步，本发明提供一种低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置，还可以具有这样的特征：其中，纤维层由若干条纤维相互交织而成，纤维层的纤维为增强型聚丙烯腈中空纤维;碳棒和纤维层的各纤维表面均覆有生物膜;生物膜通过将生物填料柱进行挂膜处理而形成。
本发明还提供该低碳源污水的旋转加芯式生物处理装置的使用方法，将装置置于污水中，开启驱动装置，使其驱动旋转轴旋转，转速为3r/min;装置运行周期为3个月，每3个月，将其从污水中取出，打开组合框的顶面，取出生物填料柱，对其进行再利用处理，处理后重新装入组合框内，继续下一个周期的运行;再利用处理的过程为：抽出生物填料柱的套筒，更换新制作的碳棒，对纤维层进行清洗并进行挂膜处理。
本发明的有益效果在于：(1)生物膜载体多样化：增强型聚丙烯腈中空纤维是性能优良的生物膜载体，比表面积大，同时天然纤维素碳源填料既可以作为挂膜载体又可以补充碳源。该技术提供的碳源是天然植物纤维材料，其具有优良的生物亲和性,微生物直接在可生物降解天然纤维材料上生长繁殖。(2)微生物充分利用性：在旋转作用下，所有微生物可充分的与来水方向污水充分接触，增大了生物膜与污水的接触面积，且提高了脱氮效率。(3)良好的生物可降解性：装置中的碳源是天然纤维素碳源，比如：秸秆、芦苇、丝瓜。在处理污水的过程中降解后,可为反硝化反应提供内碳源,不会造成二次污染。(4)该项技术具有实用性、灵活性：整个装置是组装固定的，生物填料柱可以拆解、清洗，当装置内的碳棒消耗完毕，可以重新承载新的碳棒，十分方便。将套筒抽出，装入足够量碳源，再将其推入纤维层内，构成能不断提供碳源的加芯式生物填料柱。(5)该项技术装置简单易行、成本低廉，而且纤维素材料固定碳源属天然可再生资源、产量大、价格低、易获取。因此该项技术装置可以规模化应用于低碳源城市污水的处理及河道、湖泊、池塘的水质净化和水环境养护。本发明具有高效、可再生、环保等优点。