申请日2010.12.30
公开(公告)日2011.06.08
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种光能自养生物膜水处理方法及其装置，装置整体沿流向按东西向设置，依次包括预沉区、处理区、排水区，这三个区域邻接且相互之间设置堰，进水管设置在预沉区侧壁，回流管上设置回流阀。处理池内均匀栽植仿生生物膜载体，仿生生物膜载体由相互连接的固定在处理池底部的载体主体和轻质透光的载体浮球组成。水经进水管输入预沉区，对无机颗粒物初步去除后，经堰溢流至处理区内经处理后，由堰流入排水区;部分排水区内的处理水在回流泵的作用下，经回流管回流至预沉区，回流比由回流阀控制;其余经排水区排水泵排出。本发明的光照利用率高，无需增设沉淀池，减少占地面积;除回流所需能耗外，光能是该装置的唯一能源，低碳低能耗。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.光能自养生物膜水处理装置，其特征在于依次包括预沉区、处理区、排水区，其中预沉区、处理区、排水区邻接且相互之间设置堰，进水管设置在预沉区侧壁，预沉区与排水区之间设置回流管，处理池内均匀栽植仿生生物膜载体。
2.根据权利要求1所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的仿生生物膜载体由固定在处理池底部的载体主体和轻质透光的载体浮球组成，载体主体和载体浮球相互连接。
3.根据权利要求2所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的载体主体为聚丙烯拉丝制成的带状编织物;载体浮球为聚乙烯材质。
4.根据权利要求1所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的仿生生物膜载体的栽种密度为16—36棵/平米，载体主体的比表面积为1400-3150m2/m3。
5.根据权利要求1所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于装置整体沿流向按东西向设置，在回流管上设置回流阀。
6.根据权利要求1所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于处理区横截面为梯形，边坡坡度为45-60度，高度为0.4-0.8m。
7.基于权利要求1所述的光能自养生物膜水处理方法，其特征在于包括以下的步骤：
(1)、将需要处理的水经进水管输入预沉区，在预沉区对进水中的无机颗粒物进行初步的去除;
(2)、经预沉处理后的水经堰均匀溢流至处理区内，经过处理区处理后的水由出水可调堰流入排水区;
(3)、排水区内的处理水，部分在回流泵的作用下，经回流管回流至预沉区，回流比由回流阀控制，水力停留时间：1.3—2.6h，水力负荷为6m3/h;其余经排水区排水泵排出。
8. 根据权利要求7所述的光能自养生物膜水处理方法，其特征在于所述的仿生生物膜载体由固定在处理池底部的载体主体和轻质透光的载体浮球组成，载体主体和载体浮球相互连接，栽种密度为16—36棵/平米。
9.根据权利要求7所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的载体主体为聚丙烯拉丝制成的带状编织物;载体浮球为聚乙烯材质，比表面积为1400-3150m2/m3。
10.根据权利要求7所述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于装置整体沿流向按东西向设置，在回流管上设置回流阀;处理区横截面为梯形，边坡坡度为45-60度，高度为0.4-0.8m。
说明书 [支持框选翻译]
光能自养生物膜水处理方法及其装置
技术领域
本发明属于水处理领域，是涉及一种应用光能自养生物膜的水处理方法及其装置。
背景技术
光能自养生物膜是一种以光能为能量来源，CO2为主要无机碳源，由藻类(绿藻，蓝藻，硅藻)和细菌所组成的呈附着生长状态的复杂微生物群落。光能自养生物膜中的初级生产者—藻类在光照条件下进行光合作用，利用水中溶解的CO2(来源：大气，细菌有氧呼吸产物)作为无机碳源，通过磷酸戊糖还原途经或者C4—二羧酸还原途经固定CO2，同时产生O2，可提高的水中的溶解氧浓度，有效促进生物膜系统中的好氧菌，兼性菌的新陈代谢，提高细菌对水中有机污染物的降解效果以及对氨氮、硝氮、磷等生长必需元素的吸收。藻类自身对N,P的摄取亦对净化效果有明显贡献。在应用于传统污水处理的异养生物膜当中，O2扩散运输的速率一般被限制在20nmol/cm·min，但是在光密度1000μmol photons /m2·s条件下，光能自养生物膜单位面积氧气净产生率达到40 nmol/cm·min。因此，光能自养生物膜可吸收CO2并且不需要通过增加人工曝气来增加装置内的溶解氧浓度，具有低碳低能耗的特点。
藻类呼吸作用产生的高溶解氧环境同时也为硝化提供了反应条件，水中的氨氮可以通过硝化反应被转化为硝态氮而被去除。N的去除机理除了生物膜内藻类和细菌因生长需要摄取外，还有反硝化的作用。由于生物膜内部形成的垂向氧浓度梯度，特别是在夜间，在生物膜的内部底层可以形成缺氧条件，为反硝化创造了条件。同时藻类利用CO2作为无机碳源通过自身合成产生的胞外聚合物(EPS)以及水中的有机物可以作为生物膜内反硝化菌的有机碳源，生物膜可通过反硝化实现对TN的去除，因此光能自养生物膜特别适用于低碳条件下的脱氮处理。
由于光能自养生物膜将大量的N、P摄取后贮存在微生物体内，并且生物膜有机质含量高，对应用于无重金属污染的生活污水和水源水净化的光能自养生物膜可进行定期的收割，并用于农业施肥和渔业养殖。光能自养生物膜没有传统活性污泥法污泥处置的难题，并且可以产生经济效益。
目前研究认为，影响光能自养生物膜的生长和对污染物降解能力的因素主要包括光照强度、基质类型、营养水平、水温以及流速等。光能作为光能自养生物膜系统的驱动力与其他常规能源不同，因为光子无法和水混合。应用光能自养生物膜技术于水处理时必需利用工程技术手段为光能自养生物膜创造合适的生长环境，以期获得理想的处理效果。国内未见报道光能自养生物膜技术应用于水处理领域的报道，也尚无将光能自养生物膜技术应用于水处理方法。
发明内容
为了为光能自养生物膜生长提供良好的环境，强化生物膜生长，同时控制水力负荷、水力停留时间等工况参数，实现光能自养生物膜技术在水处理方面的应用，本发明提供了一种光能自养生物膜水处理方法及其装置。有效利用光照，结构简单，易操作，低碳低能耗，产生明显的环境效益和经济效益。
为了解决以上的技术问题，本发明所采用的技术方案是：
光能自养生物膜水处理装置，其特征在于依次包括预沉区、处理区、排水区，其中预沉区、处理区、排水区邻接且相互之间设置堰，进水管设置在预沉区侧壁，预沉区与排水区之间设置回流管，处理池内均匀栽植仿生生物膜载体。
前述的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的仿生生物膜载体由固定在处理池底部的载体主体和轻质透光的载体浮球组成，载体主体和载体浮球相互连接。
前述的的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的载体主体为聚丙烯拉丝制成的带状编织物;载体浮球为聚乙烯材质。
前述的的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于所述的仿生生物膜载体的栽种密度为16—36棵/平米，主体的比表面积为1400-3150m2/m3。
前述的的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于装置整体沿流向按东西向设置，在回流管上设置回流阀。
前述的的光能自养生物膜水处理装置，其特征在于处理区横截面为梯形，边坡坡度为45-60度，高度为0.4-0.8m。
光能自养生物膜水处理方法，其特征在于包括以下的步骤：
(1)、将需要处理的水经进水管输入预沉区，在预沉区对进水中的无机颗粒物进行初步的去除;
(2)、经预沉处理后的水经堰均匀溢流至处理区内，经过处理区处理后的水由出水可调堰流入排水区;
(3)、排水区内的处理水，部分在回流泵的作用下，经回流管回流至预沉区，回流比由回流阀控制，水力停留时间：1.3—2.6h，水力负荷为6m3/h;其余经排水区排水泵排出。
本发明的有益效果是：
1) 本发明的光能自养生物膜水处理装置光照利用率高，水的流速、水力负荷、水力停留时间可控;
2) 仿生生物膜载体的结构便于光能自养生物膜的生长，且可适应不同来水水质处理环境;
3) 由于微生物在载体上附着生长，除少量成熟光能自养生物膜正常自行脱落外，无藻类糖或活性污泥处理中微生物影响出水水质的问题，装置无需增设沉淀池，减少占地面积;
4) 除回流所需能耗外，光能是该装置的唯一能源，低碳低能耗，环境效益好;
5) 当用于处理无重金属污染的水时，附着在载体上生长的成熟光能自养生物膜可定期定量收割用于农业施肥、渔业养殖，装置在创造明显环境效益的同时，产生了经济效益。
对水厂水源水进行的处理试验结果表明，应用该方法运行稳定(30d)对水源水高锰酸盐指数、氨氮、总磷的平均去除率分别为18%、19%和33%。可用于城镇、农村中小型水厂水源水预处理，污水处理厂尾水处理，景观水处理。
