申请日20200512
公开(公告)日20200814
IPC分类号C02F3/30; C02F101/30; C02F101/16; C02F101/10
摘要
一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置及处理方法，属于污水处理技术领域。本发明包括箱盖和内设有净化室的箱体，净化室内分别设有主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一转轴和第二转轴，主动齿轮通过第一从动齿轮驱动第二从动齿轮转动，第二从动齿轮安装在第二转轴上，第一转轴和第二转轴的底端均连接有填充柱，填充柱内填充有微生态系统填料。本发明利用微生态系统填料对污水进行净化处理，在处理过程中，通过转动填充柱使微生态系统填料接收到植物生长灯的照射，微生态系统填料中的微藻进行光合作用，微生态系统填料中的好氧微生物菌将有机物分解，曝气管通过曝气头对污水进行曝气。
权利要求书
1.一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，包括箱盖和内设有净化室的箱体，其特征在于，所述净化室内分别设有主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一转轴和第二转轴，所述第二转轴位于第一转轴的两侧，且所述第二转轴的顶部转动连接箱盖，所述第二从动齿轮安装在第二转轴上，所述主动齿轮安装在第一转轴上，所述主动齿轮通过第一从动齿轮驱动第二从动齿轮转动，所述箱盖的顶端固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端与第一转轴相连，所述主动齿轮的下方设有平移架，所述平移架的左右两侧均设有滑杆，所述滑杆滑动连接有滑套，所述滑套固定安装在箱体的内壁上，所述第一转轴和第二转轴的底端均穿过平移架，并延伸至平移架的下方，且所述第一转轴和第二转轴的底端均连接有填充柱，所述第一转轴上还安装有转盘，所述转盘的外侧壁上设有第一齿条，所述平移架前侧的内壁上设有第二齿条，所述平移架后侧的内壁上设有第三齿条，所述第一齿条可分别啮合第二齿条和第三齿条，所述平移架的左右两侧设有推板;
所述推板包括第一弧形板和第二弧形板，所述第二弧形板位于第一弧形板的两侧，所述第一弧形板的凸面和第二弧形板的凹面均朝向填充柱;所述填充柱呈波浪形，所述填充柱为透明，所述填充柱的外表面设有通孔，所述填充柱内填充有微生态系统填料;所述填充柱的下方设有加热机构，所述加热机构包括加热管和设置于加热管内的冷却管，所述加热管和冷却管均呈波浪形，所述冷却管的内壁上设有间隔交错设置的挡流板，所述加热管和冷却管的两端均贯穿箱体并延伸至箱体外;所述箱体的底部开设有曝气管容纳腔，所述曝气管容纳腔内设有曝气管，所述曝气管的端部贯穿箱体后连接有鼓风机，所述净化室的底端设有曝气头，所述曝气头与曝气管相连通;
所述箱体的底端设有支撑机构，所述支撑机构包括支撑架、滚轮、螺杆、支撑腿和手柄，所述支撑架的顶端和箱体的底端相连，所述滚轮安装在支撑架一侧的底端，所述螺杆螺纹连接支撑架的另一侧，所述支撑腿与螺杆的底端相连，所述手柄与螺杆的顶端相连，所述支撑腿的底端设有防滑垫;
所述箱盖的顶端设有进水管，所述箱体的底部设有排水管，所述箱体的前侧面和和后侧面为透明，所述箱体的前侧面和后侧面上均固定安装有灯架，所述灯架的内侧面上安装有植物生长灯，所述箱体的内壁上安装有温度传感器，所述箱体的外侧壁上安装有控制器，所述控制器电性连接驱动电机、鼓风机和温度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，所述微生态系统填料的制备包括如下步骤：
步骤(1)，将沟渠底泥进行烘干处理，并捡出其中的杂物，研磨，过筛，制得沟渠底泥粉末;
步骤(2)，将水稻秸秆进行洗涤去除表面杂质，晒干，剪短，烘干，粉碎过筛，制得水稻秸秆粉末;
步骤(3)，将沟渠底泥粉末、水稻秸秆粉末和氢氧化钾粉末混匀，加入少量蒸馏水后采用制丸机制备成一定粒径的颗粒小球;
步骤(4)，将颗粒小球置于管式炉内，密封，通氮气保持缺氧条件下，以一定的升温速率加热至550℃-650℃并恒温一定时间，然后继续在氮气氛围中待自然冷却至室温后取出;用蒸馏水清洗至pH中性，烘干，自然冷却至室温，制得生物炭球;
步骤(5)，将聚乙烯醇在高温下溶于水中，然后依次加入海藻酸钠和二氧化硅使其充分溶解，制得PVA-SA水凝胶溶液，并冷却至室温;
步骤(6)，将培养后的微藻液离心，弃去上清液，用去离子水冲洗以除去附着在微藻细胞上的无机盐，然后和好氧微生物菌混合，用蒸馏水稀释后获得菌藻混合液;
步骤(7)，将生物炭球置于反硝化菌液中浸没一定时间后，倒入PVA-SA水凝胶溶液进行包埋，将生物炭球取出并浸没于含铝盐的饱和硼酸溶液中，搅拌一定时间后取出，然后将生物炭球置于菌藻混合液中浸没一定时间后，倒入PVA-SA水凝胶溶液进行包埋，将生物炭球取出并浸没于含铝盐的饱和硼酸溶液中，搅拌一定时间后取出，用去离子水脱盐，从而获得微生态系统填料。
3.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(3)中，所述沟渠底泥粉末、水稻秸秆粉末和氢氧化钾粉末的重量比为5-20:1:1。
4.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(4)中，所述管式炉以8℃-9℃升温速率加热至550℃-650℃并恒温3.5h-4.5h。
5.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(5)中，所述PVA-SA水凝胶溶液中，聚乙烯醇的质量百分比浓度为1%-25%，海藻酸钠的质量百分比浓度为0.1%-15%，二氧化硅的质量百分比浓度为0.1%-10%。
6.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(6)中，所述微藻液用离心机进行离心，离心的转速为3000r/min-3500r/min，离心的时间为10min-15min，离心后用去离子水冲洗2-3次。
7.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(7)中，所述生物炭球的用量占反硝化菌液总质量的1%-2%，所述生物炭球浸没反硝化菌液10min-20min，所述生物炭球的用量占菌藻混合液总质量的1%-2%，所述生物炭球浸没菌藻混合液10min-20min。
8.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(7)中，所述反硝化菌液、菌藻混合液和PVA-SA水凝胶溶液的体积比为2:2:3，所述PVA-SA水凝胶溶液的包埋时间为15min-25min。
9.根据权利要求2所述的一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置，其特征在于，在步骤(7)中，所述含铝盐的饱和硼酸溶液为用碳酸氢钠调至刚好出现白色矾花的含0.5%-10%硫酸铝的饱和硼酸溶液，所述生物炭球在饱和硼酸溶液中搅拌2h-2.5h，所述去离子水脱盐的时间为1h-1.5h。
10.一种根据权利要求1所述的可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，将污水通过进水管注入箱体内，关闭排水管;
步骤S2，驱动电机驱动第一转轴转动，第一转轴带动主动齿轮转动，主动齿轮通过第一从动齿轮驱动第二从动齿轮转动，第二从动齿轮带动第二转轴转动，第一转轴和第二转轴带动填充柱转动，填充柱转动使填充在填充柱内的微生态系统填料接收到植物生长灯的照射，微生态系统填料对污水进行处理，曝气管通过曝气头对污水进行曝气;
步骤S3，污水处理完毕后，通过排水管排出。
说明书
一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置及处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体是涉及一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装 置及处理方法。
背景技术
我国城市化水平逐年提高，工业生产逐渐现代化，社会的高速发展同时带来严重的水 污染问题，特别是氮、磷过剩导致水体富营养化日益严重。因此，实现污水中氮、磷的有 效去除是解决这一问题的关键。近年来，利用微藻和细菌两类生物之间的生理功能协同作 用来净化污水的方法受到了广泛关注。微生物可将废水中含碳有机物降解为二氧化碳和 水，二氧化碳可作为微藻的重要碳源，促进微藻的光合作用，而且微生物代谢产物可被吸 收转化为微藻的细胞物质。微藻在光合作用过程中释放出一定量的氧气供细菌利用，且这 种方式比机械曝气增加溶解氧更容易被细菌利用，经济高效。氮、磷是微生物和藻类生长 必要的营养元素。
但是，目前的菌藻处理装置在污水处理过程中，性能不稳定，效果不佳，且能耗相对 较高，严重制约了该技术的推广和应用。而且，菌藻共生使用的无机或有机载体在使用过 程中常存在微生物附着性能差、载体本身强度系数不够等问题，在水流的作用下容易破裂 造成堵塞和缠结，例如最常用的海藻酸钠胶球在含磷废水中使用时，常出现结构易疏松、 小球藻易泄露、胶球易破碎等问题。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种可移动式废水脱氮除磷 微生态处理装置及处理方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种可移动式废水脱氮 除磷微生态处理装置，包括箱盖和内设有净化室的箱体，所述净化室内分别设有主动齿轮、 第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一转轴和第二转轴，所述第二转轴位于第一转轴的两侧， 且所述第二转轴的顶部转动连接箱盖，所述第二从动齿轮安装在第二转轴上，所述主动齿 轮安装在第一转轴上，所述主动齿轮通过第一从动齿轮驱动第二从动齿轮转动，所述箱盖 的顶端固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出端与第一转轴相连，所述主动齿轮的下 方设有平移架，所述平移架的左右两侧均设有滑杆，所述滑杆滑动连接有滑套，所述滑套 固定安装在箱体的内壁上，所述第一转轴和第二转轴的底端均穿过平移架，并延伸至平移 架的下方，且所述第一转轴和第二转轴的底端均连接有填充柱，所述第一转轴上还安装有 转盘，所述转盘的外侧壁上设有第一齿条，所述平移架前侧的内壁上设有第二齿条，所述 平移架后侧的内壁上设有第三齿条，所述第一齿条可分别啮合第二齿条和第三齿条，所述 平移架的左右两侧设有推板;
所述推板包括第一弧形板和第二弧形板，所述第二弧形板位于第一弧形板的两侧，所 述第一弧形板的凸面和第二弧形板的凹面均朝向填充柱;所述填充柱呈波浪形，所述填充 柱为透明，所述填充柱的外表面设有通孔，所述填充柱内填充有微生态系统填料;所述填 充柱的下方设有加热机构，所述加热机构包括加热管和设置于加热管内的冷却管，所述加 热管和冷却管均呈波浪形，所述冷却管的内壁上设有间隔交错设置的挡流板，所述加热管 和冷却管的两端均贯穿箱体并延伸至箱体外;所述箱体的底部开设有曝气管容纳腔，所述 曝气管容纳腔内设有曝气管，所述曝气管的端部贯穿箱体后连接有鼓风机，所述净化室的 底端设有曝气头，所述曝气头与曝气管相连通;
所述箱体的底端设有支撑机构，所述支撑机构包括支撑架、滚轮、螺杆、支撑腿和手 柄，所述支撑架的顶端和箱体的底端相连，所述滚轮安装在支撑架一侧的底端，所述螺杆 螺纹连接支撑架的另一侧，所述支撑腿与螺杆的底端相连，所述手柄与螺杆的顶端相连， 所述支撑腿的底端设有防滑垫;
所述箱盖的顶端设有进水管，所述箱体的底部设有排水管，所述箱体的前侧面和和后 侧面为透明，所述箱体的前侧面和后侧面上均固定安装有灯架，所述灯架的内侧面上安装 有植物生长灯，所述箱体的内壁上安装有温度传感器，所述箱体的外侧壁上安装有控制器， 所述控制器电性连接驱动电机、鼓风机和温度传感器。
作为优选，所述微生态系统填料的制备包括如下步骤：
步骤(1)，将沟渠底泥进行烘干处理，并捡出其中的杂物，研磨，过筛，制得沟渠底泥粉末;
步骤(2)，将水稻秸秆进行洗涤去除表面杂质，晒干，剪短，烘干，粉碎过筛，制得水稻秸秆粉末;
步骤(3)，将沟渠底泥粉末、水稻秸秆粉末和氢氧化钾粉末混匀，加入少量蒸馏水后 采用制丸机制备成一定粒径的颗粒小球;
步骤(4)，将颗粒小球置于管式炉内，密封，通氮气保持缺氧条件下，以一定的升温速率加热至550℃-650℃并恒温一定时间，然后继续在氮气氛围中待自然冷却至室温后取出;用蒸馏水清洗至pH中性，烘干，自然冷却至室温，制得生物炭球;
步骤(5)，将聚乙烯醇在高温下溶于水中，然后依次加入海藻酸钠和二氧化硅使其充 分溶解，制得PVA-SA水凝胶溶液，并冷却至室温;
步骤(6)，将培养后的微藻液离心，弃去上清液，用去离子水冲洗以除去附着在微藻 细胞上的无机盐，然后和好氧微生物菌混合，用蒸馏水稀释后获得菌藻混合液;
步骤(7)，将生物炭球置于反硝化菌液中浸没一定时间后，倒入PVA-SA水凝胶溶液进行包埋，将生物炭球取出并浸没于含铝盐的饱和硼酸溶液中，搅拌一定时间后取出，然后将生物炭球置于菌藻混合液中浸没一定时间后，倒入PVA-SA水凝胶溶液进行包埋，将 生物炭球取出并浸没于含铝盐的饱和硼酸溶液中，搅拌一定时间后取出，用去离子水脱盐，从而获得微生态系统填料。
作为优选，在步骤(3)中，所述沟渠底泥粉末、水稻秸秆粉末和氢氧化钾粉末的重量比为5-20:1:1。
作为优选，在步骤(4)中，所述管式炉以8℃-9℃升温速率加热至550℃-650℃并恒温3.5h-4.5h。
作为优选，在步骤(5)中，所述PVA-SA水凝胶溶液中，聚乙烯醇的质量百分比浓度为1%-25%，海藻酸钠的质量百分比浓度为0.1%-15%，二氧化硅的质量百分比浓度为0.1%-10%。
作为优选，在步骤(6)中，所述微藻液用离心机进行离心，离心的转速为 3000r/min-3500r/min，离心的时间为10min-15min，离心后用去离子水冲洗2-3次。
作为优选，在步骤(7)中，所述生物炭球的用量占反硝化菌液总质量的1%-2%，所述 生物炭球浸没反硝化菌液10min-20min，所述生物炭球的用量占菌藻混合液总质量的1%-2%，所述生物炭球浸没菌藻混合液10min-20min。
作为优选，在步骤(7)中，所述反硝化菌液、菌藻混合液和PVA-SA水凝胶溶液的体积比为2:2:3，所述PVA-SA水凝胶溶液的包埋时间为15min-25min。
作为优选，在步骤(7)中，所述含铝盐的饱和硼酸溶液为用碳酸氢钠调至刚好出现白色矾花的含0.5%-10%硫酸铝的饱和硼酸溶液，所述生物炭球在饱和硼酸溶液中搅拌2h-2.5h，所述去离子水脱盐的时间为1h-1.5h。
一种可移动式废水脱氮除磷微生态处理装置的处理方法，包括如下步骤：
步骤S1，将污水通过进水管注入箱体内，关闭排水管;
步骤S2，驱动电机驱动第一转轴转动，第一转轴带动主动齿轮转动，主动齿轮通过第 一从动齿轮驱动第二从动齿轮转动，第二从动齿轮带动第二转轴转动，第一转轴和第二转 轴带动填充柱转动，填充柱转动使填充在填充柱内的微生态系统填料接收到植物生长灯的 照射，微生态系统填料对污水进行处理，曝气管通过曝气头对污水进行曝气;
步骤S3，污水处理完毕后，通过排水管排出。
本发明具有的有益效果：本发明利用微生态系统填料对污水进行净化处理，在处理过 程中，通过转动填充柱使微生态系统填料接收到植物生长灯的照射，微生态系统填料中的 微藻进行光合作用，微生态系统填料中的好氧微生物菌将有机物分解，曝气管通过曝气头 对污水进行曝气，同时本发明只需耗费少量的电力成本，较其他处理装置，更经济，应用 前景更广。微生态系统填料中，通过添加适量水稻秸秆，增加了支撑生物炭球内部空间的 骨架，氢氧化钾则有助于提高生物炭球的孔隙率，增加其比表面积，使菌藻进入生物炭球 后有充足的附着场所，提高降解污染物的能力;生物炭球先浸没于反硝化菌液，并通过PVA-SA水凝胶溶液和含铝盐的饱和硼酸溶液包埋，形成生物炭球一次包埋体，然后再浸没于菌藻混合液中，并通过PVA-SA水凝胶溶液和含铝盐的饱和硼酸溶液包埋，形成生物炭 球二次包埋体，从而使生物炭球形成外层为菌藻共生体、内层为反硝化菌的双层结构，生 物炭球同时附着厌氧微生物菌和好氧微生物菌，反硝化菌具有脱氮除磷的能力，能进一步 提升脱氮除磷的效果;通过聚乙烯醇和海藻酸钠相配合来包埋生物炭球，不仅保证了微生 态系统填料良好的强度系数，能适应较强的水流冲击，不易泄露，还可以改善微生态系统 填料的粘连现象，同时，二氧化硅的添加能改变微生态系统填料的传质性能。本发明以沟 渠底泥和水稻秸秆为原料，取材方便，成本低廉，将其制备成生物炭球不仅能变废为宝。（发明人陈成广）